CN108407944B - 一种四轮体感车控制方法及四轮体感车 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种四轮体感车控制方法，包括步骤：通过四个应力传感器获取四轮体感车前进、后退、右转以及左转四个变量以及使用者的体重；将所述四个变量换算成坐标系中的X轴和Y轴上的坐标点；根据所述Y轴上的坐标点和使用者体重计算得到直行行驶量；根据所述X轴上的坐标点、使用者体重以及当前车速计算得到转向行驶量；根据所述直行行驶量和转向行驶量驱动四轮体感车动作。本发明还公开了一种四轮体感车。本发明可以通过应力传感器智能识别使用者的姿态行为，根据使用者不同体重，不同路况智能调节速度，保持车辆行驶的一致性。

Description

一种四轮体感车控制方法及四轮体感车
技术领域
本发明涉及电动运载工具控制技术领域，尤其涉及一种四轮体感车控制方法及四轮体感车。
背景技术
现在的短途代步工具比较多的是电动滑板车，两轮平衡车，电动自行车，它们的共性都是体积都比较大，比较重，携带不方便。两轮平衡车相对于电动滑板车，电动自行车体积小，但是受限两轮平衡车的技术局限性和先天的两轮结构，使用者在前期需要大量学习平衡控制技术，另外两轮平衡车在行驶过程中，如果出现断电，车体将向前或向后倒，这种安全隐患是先天而来，无法避免。四轮体感车可以避免这个安全隐患，四轮体感车的机构是一个平板下面安装四个轮子，前面两个轮子属于主动轮，后面两个轮子属于从动轮，即使体感车断电，车体状态是不会产生危险性的改变。
目前平衡车电动车的转向都是通过转向杆的机械操作完成，整车结构必须将转向杆设计进去，因为转向杆体积大，并且跟车体必须形成90度角的结构，因此整车的体积就会偏大。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种四轮体感车控制方法，可以通过应力传感器智能识别使用者的姿态行为，根据使用者不同体重，不同路况智能调节速度，保持车辆行驶的一致性。
本发明的目的之二在于提供一种四轮体感车，可以通过应力传感器智能识别使用者的姿态行为，根据使用者不同体重，不同路况智能调节速度，保持车辆行驶的一致性。
本发明的目的之一采用如下技术方案实现：
一种四轮体感车控制方法，所述四轮体感车上设置有四个应力传感器，所述四个应力传感器分别为安装于四轮体感车前端右侧和左侧的第一应力传感器和第二应力传感器、以及安装于四轮体感车后端右侧和左侧的第三应力传感器和第四应力传感器，所述控制方法包括步骤：
通过四个应力传感器获取四轮体感车前进、后退、右转以及左转四个变量以及使用者的体重；
将所述四个变量换算成坐标系中的X轴和Y轴上的坐标点；
根据所述Y轴上的坐标点和使用者体重计算得到直行行驶量；
根据所述X轴上的坐标点、使用者体重以及当前车速计算得到转向行驶量；
根据所述直行行驶量和转向行驶量驱动四轮体感车动作。
进一步地，所述通过四个应力传感器获取四轮体感车前进、后退、右转以及左转四个变量，包括：
将第一应力传感器和第二应力传感器获得的应力值相加得到前进变量A；
将第三应力传感器和第四应力传感器获得的应力值相加得到后退变量B；
将第一应力传感器和第三应力传感器获得的应力值相加得到右转变量C；
将第二应力传感器和第四应力传感器获得的应力值相加得到左转变量D。
进一步地，将所述四个变量换算成坐标系中的X轴和Y轴上的坐标点，包括：
通过公式一计算进行一阶滤波后的坐标系中的Y轴上的坐标点Y0；
通过公式二计算进行一阶滤波后的坐标系中的X轴上的坐标点X0；
公式一：Y0＝[Y0*7+(A-B)*1]/8；
公式二：X0＝[X0*7+(C-D)*1]/8。
进一步地，通过四个应力传感器获取使用者的体重，包括：
将四个应力传感器获取的应力值相加得到使用者的体重P；
通过公式三对使用者的体重P进行一阶滤波，得到体重滤波值Q；
公式三：Q＝(Q*9+P)/10。
进一步地，根据所述Y轴上的坐标点和使用者体重计算得到直行行驶量，包括：
分别通过公式四和公式五计算出Y轴死区的最大值Ymax和Y轴死区的最小值Ymin；
公式四：Ymax＝Q*15/100；公式五：Ymin＝-Q*25/100；
当Y0＞Ymax时，计算得到直行行驶量L＝Y0-Ymax；
当Y0＜Ymin时，计算得到直行行驶量L＝Y0+Ymin；
当Ymin≤Y0≤Ymax时，计算得到直行行驶量L＝0。
进一步地，根据所述X轴上的坐标点、使用者体重以及当前车速计算得到转向行驶量，包括：
分别通过公式六和公式七计算出X轴死区的最大值Xmax和X轴死区的最小值Xmin；
公式六：Xmax＝Q*5/100+v/2；公式七：Xmin＝-Xmax；其中，v为当前车速；
当∣X0∣＞Xmax时，计算得到转向行驶量M＝X0-Xmax；
当∣X0∣＜Xmin时，计算得到转向行驶量M＝X0+Xmax；
当Xmin≤∣X0∣≤Xmax时，计算得到转向行驶量M＝0；
其中，M大于0时判断为右转，M小于0时判断为左转，M等于0时判断为不转向。
本发明的目的之二采用如下技术方案实现：
一种四轮体感车，其包括车体、驱动轮、从动轮以及控制器，其中，驱动轮和从动轮分别为两个，驱动轮分别安装于车体前端的左右两侧，从动轮分别安装于车体后端的左右两侧，所述车体上设置有四个应力传感器，所述四个应力传感器分别为安装于四轮体感车前端右侧和左侧的第一应力传感器和第二应力传感器、以及安装于四轮体感车后端右侧和左侧的第三应力传感器和第四应力传感器；所述控制器用于接收四个应力传感器获取的应力值并执行本发明目的之一的四轮体感车控制方法。
进一步地，所述四轮体感车还包括驱动电机，所述控制器通过驱动电机与驱动轮电性连接。
进一步地，根据所述直行行驶量和转向行驶量驱动四轮体感车动作，包括：
控制器根据所述直行行驶量和转向行驶量控制驱动电机驱使驱动轮动作。
所述四轮体感车还包括无线通讯模块，所述控制器通过所述无线通讯模块与外部的智能终端进行通讯，以使得智能终端获取所述四轮体感车的参数信息或通过智能终端对所述四轮体感车进行遥控控制。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明可以通过应力传感器智能识别使用者的姿态行为，根据使用者不同体重，不同路况智能调节速度，保持车辆行驶的一致性。四轮体感车的转向系统是通过应力传感器来完成，应力传感器体积非常小，结合在车体里面，外形上就没有了转向机构，给携带、置放、运输带来了非常的便利。
附图说明
图1为本发明实施例一的四轮体感车的原理框图；
图2是本发明实施例一的四轮体感车的结构示意图；
图3为本发明实施例二的四轮体感车控制方法的流程图。
图中：10、车体；20、控制器；31、第一驱动轮；32、第二驱动轮；40、从动轮；50、人体重心检测模块；51、第一应力传感器；52、第二应力传感器；53、第三应力传感器；54、第四应力传感器；60、电源模块；70、电机驱动模块；80、无线通讯模块。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
实施例一
请参照图1和2所示，本发明的四轮体感车，可以实现不同体重的用户使用起来的操控性一致，并且能快速响应用户的姿态行为。四轮体感车除车体10、两个驱动轮以及两个从动轮40外，还包括控制部分，控制部分主要包括电机驱动模块70、控制器20、人体重心检测模块50、无线通讯模块80以及电源模块60五个部分。其中：两个驱动轮即第一驱动轮31和第二驱动轮32分别安装于车体10前端的左右两侧，两个从动轮40分别安装于车体10后端的左右两侧，人体重心检测模块50安装于车体10的上侧，控制器20、无线通讯模块80、电源模块60以及电机驱动模块70均安装于车体10内。人体重心检测模块50采集的数据经由控制器20处理，进行通过电机驱动模块70控制驱动轮的动作，控制器20还可以通过无线通讯模块80将采集的数据发送给手机、平板电脑等智能终端，电源模块60为其他部分例如控制器20、电机驱动模块70等供电。
具体地：
电机驱动模块70使用正弦波驱动电机，正弦波驱动电机采用双电流环闭环控制，使电机运行更准确细腻，正弦波驱动电机可以采用一个，同时控制两个驱动轮的动作，也可以采用两个，分别对两个驱动轮进行控制。
人体重心检测模块50主要包括四个应力传感器去检测人体重心方向，四个应力传感器分别为安装于四轮体感车前端右侧和左侧的第一应力传感器51和第二应力传感器52、以及安装于四轮体感车后端右侧和左侧的第三应力传感器53和第四应力传感器54，可以实现对四轮体感车的前进、后退、左转、右转进行检测。当第一应力传感器51和第二应力传感器52获取的应力值之和大于四个应力传感器的应力值之和的百分之十五判断为前进，当第三应力传感器53和第四应力传感器54的应力值之和小于四个应力传感器的应力值之和的百分之二十五则判断为减速，当第一应力传感器51和第三应力传感器53的应力值之和与第二应力传感器52和第四应力传感器54的应力值之和的差值大于四个应力传感器的应力值之和的百分之二十五则判断为转弯，具体的判断方法请参照实施例二中的四轮体感车控制方法部分。
无线通讯模块80用于实现控制器20和智能终端的通讯，可以采用蓝牙通讯处理模块或者wifi通讯模块等，通过该无线通讯模块80，可以使得智能终端获取四轮体感车的参数，例如速度、温度、坡度、里程数等；还可以根据个人喜好设置四轮体感车的各项参数，也可以通过智能终端对四轮体感车进行遥控控制，实现前进、后退、转弯等各种操作。
控制器20主要将应力感应器的数据、陀螺仪姿态输出信息，电机驱动信息以及无线通讯信息等进行综合处理。
除了上述各部分外，四轮体感车还包括一些常规的传感器，例如加速度传感器、三轴陀螺仪等。
实施例二
请参照图3所示，一种四轮体感车控制方法，其包括步骤：
310、通过四个应力传感器获取四轮体感车前进、后退、右转以及左转四个变量以及使用者的体重。
获取四个变量的方法为：将第一应力传感器51和第二应力传感器52获得的应力值相加得到前进变量A；将第三应力传感器53和第四应力传感器54获得的应力值相加得到后退变量B；将第一应力传感器51和第三应力传感器53获得的应力值相加得到右转变量C；将第二应力传感器52和第四应力传感器54获得的应力值相加得到左转变量D。
获取使用者的体重的方法为：将四个应力传感器获取的应力值相加得到使用者的体重P；通过公式(1)对使用者的体重P进行一阶滤波，得到体重滤波值Q；
Q＝(Q*9+P)/10 (1)
该体重滤波值Q即为最终的使用者的体重。
320、将所述四个变量换算成坐标系中的X轴和Y轴上的坐标点。
之所以换算成坐标系中的X轴和Y轴上的坐标点，是为了方便获得四轮体感车的直行行驶量和转向行驶量，当然，也可以根据需要换算到空间任意点上，在本发明较佳的实施例中，Y轴上的变化值代表直行行驶量，X轴上的变化值代表转向行驶量。
换算的方法包括：
通过公式(2)计算进行一阶滤波后的坐标系中的Y轴上的坐标点Y0：
Y0＝[Y0*7+(A-B)*1]/8 (2)
通过公式(3)计算进行一阶滤波后的坐标系中的X轴上的坐标点X0；
X0＝[X0*7+(C-D)*1]/8 (3)
330、根据所述Y轴上的坐标点和使用者体重计算得到直行行驶量；
首先分别通过公式(4)和公式(5)计算出Y轴死区的最大值Ymax和Y轴死区的最小值Ymin；
Ymax＝Q*15/100 (4)
Ymin＝-Q*25/100 (5)
然后根据Ymin、Y0、Ymax的关系得到直行行驶量L：
当Y0＞Ymax时，计算得到直行行驶量L＝Y0-Ymax；
当Y0＜Ymin时，计算得到直行行驶量L＝Y0+Ymin；
当Ymin≤Y0≤Ymax时，计算得到直行行驶量L＝0。
340、根据所述X轴上的坐标点、使用者体重以及当前车速计算得到转向行驶量。
首先分别通过公式(6)和公式(7)计算出X轴死区的最大值Xmax和X轴死区的最小值Xmin；
Xmax＝Q*5/100+v/2 (6)
Xmin＝-Xmax (7)
其中，v为当前车速；
然后根据Xmin、X0、Xmax的关系得到转向行驶量M：
当∣X0∣＞Xmax时，计算得到转向行驶量M＝X0-Xmax；
当∣X0∣＜Xmin时，计算得到转向行驶量M＝X0+Xmax；
当Xmin≤∣X0∣≤Xmax时，计算得到转向行驶量M＝0；
其中，M大于0时判断为右转，M小于0时判断为左转，M等于0时判断为不转向。
需要说明的是，上述330步骤和340步骤并不存在先后顺序，即先得到转向行驶量M，再得到直行行驶量L也是可行的。
350、根据所述直行行驶量和转向行驶量驱动四轮体感车动作。
即控制器20在计算获得上述直行行驶量和转向行驶量后，即可通过电机驱动模块70控制驱动轮动作。
另外，在上述步骤之前，还包括对应力传感器的校验步骤：
首先初始化控制器20上与四个应力传感器连接的四个I/O口；然后校验应力传感器；最后通过读取各个应力传感器的应力值数据得到每个应力传感器的阈值，并将所述应力传感器的阈值发送给控制器20。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (6)

1.一种四轮体感车控制方法，其特征在于，所述四轮体感车上设置有四个应力传感器，所述四个应力传感器分别为安装于四轮体感车前端右侧和左侧的第一应力传感器和第二应力传感器、以及安装于四轮体感车后端右侧和左侧的第三应力传感器和第四应力传感器，所述控制方法包括步骤：
通过四个应力传感器获取四轮体感车前进、后退、右转以及左转四个变量以及使用者的体重，其中四个变量包括：将第一应力传感器和第二应力传感器获得的应力值相加得到前进变量A；将第三应力传感器和第四应力传感器获得的应力值相加得到后退变量B；将第一应力传感器和第三应力传感器获得的应力值相加得到右转变量C；将第二应力传感器和第四应力传感器获得的应力值相加得到左转变量D；
将所述四个变量换算成坐标系中的X轴和Y轴上的坐标点，包括：通过公式一计算进行一阶滤波后的坐标系中的Y轴上的坐标点Y0；通过公式二计算进行一阶滤波后的坐标系中的X轴上的坐标点X0；公式一：Y0=[ Y0*7+（A-B）*1]/8；公式二：X0=[ X0*7+（C-D）*1]/8；
根据所述Y轴上的坐标点和使用者体重计算得到直行行驶量；
根据所述X轴上的坐标点、使用者体重以及当前车速计算得到转向行驶量；
根据所述直行行驶量和转向行驶量驱动四轮体感车动作；通过四个应力传感器获取使用者的体重，包括：
将四个应力传感器获取的应力值相加得到使用者的体重P；
通过公式三对使用者的体重P进行一阶滤波，得到体重滤波值Q；
公式三：Q=（Q*9+P）/10；
根据所述X轴上的坐标点、使用者体重以及当前车速计算得到转向行驶量，包括：
分别通过公式六和公式七计算出X轴死区的最大值Xmax和X轴死区的最小值Xmin；
公式六：Xmax= Q*5/100+v/2；公式七：Xmin= - Xmax；其中，v为当前车速；
当X0＞Xmax时，计算得到转向行驶量M=X0-Xmax；
当X0＜Xmin时，计算得到转向行驶量M=X0+ Xmax；
当Xmin≤X0≤Xmax时，计算得到转向行驶量M =0；
其中，X0为进行一阶滤波后的坐标系中的X轴上的坐标点；
M大于0时判断为右转，M小于0时判断为左转，M等于0时判断为不转向。
2.如权利要求1所述的四轮体感车控制方法，其特征在于，根据所述Y轴上的坐标点和使用者体重计算得到直行行驶量，包括：
分别通过公式四和公式五计算出Y轴死区的最大值Ymax和Y轴死区的最小值Ymin；
公式四：Ymax= Q*15/100；公式五：Ymin= -Q*25/100；
当Y0＞Ymax时，计算得到直行行驶量L=Y0-Ymax；
当Y0＜Ymin时，计算得到直行行驶量L=Y0+Ymin；
当Ymin≤Y0≤Ymax时，计算得到直行行驶量L=0。
3.一种四轮体感车，其特征在于，其包括车体、驱动轮、从动轮以及控制器，其中，驱动轮和从动轮分别为两个，驱动轮分别安装于车体前端的左右两侧，从动轮分别安装于车体后端的左右两侧，所述车体上设置有四个应力传感器，所述四个应力传感器分别为安装于四轮体感车前端右侧和左侧的第一应力传感器和第二应力传感器、以及安装于四轮体感车后端右侧和左侧的第三应力传感器和第四应力传感器；所述控制器用于接收四个应力传感器获取的应力值并执行权利要求1-2任一项所述的四轮体感车控制方法。
4.如权利要求3所述的四轮体感车，其特征在于，所述四轮体感车还包括驱动电机，所述控制器通过驱动电机与驱动轮电性连接。
5.如权利要求4所述的四轮体感车，其特征在于，根据所述直行行驶量和转向行驶量驱动四轮体感车动作，包括：
控制器根据所述直行行驶量和转向行驶量控制驱动电机驱使驱动轮动作。
6.如权利要求4所述的四轮体感车，其特征在于，所述四轮体感车还包括无线通讯模块，所述控制器通过所述无线通讯模块与外部的智能终端进行通讯，以使得智能终端获取所述四轮体感车的参数信息或通过智能终端对所述四轮体感车进行遥控控制。
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