CN111891275A - 平衡车安全控制方法和装置 - Google Patents

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CN111891275A CN202010703583.XA CN202010703583A CN111891275A CN 111891275 A CN111891275 A CN 111891275A CN 202010703583 A CN202010703583 A CN 202010703583A CN 111891275 A CN111891275 A CN 111891275A
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闫学凯
向清明
龙乐坪
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Abstract

本发明提供一种平衡车安全控制方法，方法包括如下步骤：响应于启动指令，检测平衡车承载的负载；若检测到所述平衡车未承载用户，保持所述平衡车的灵敏度为第一灵敏系数；若检测到所述平衡车承载用户，设定所述平衡车的灵敏度为第二灵敏系数；其中，所述第二灵敏系数大于所述第一灵敏系数。在开启平衡车后，如果没有人，则使平衡车的灵敏度为第一灵敏度，以此降低外界对平衡车的动作所产生的干扰，避免过于敏感的环境感知能力使得平衡车受到外界刺激之后，造成平衡车快速位移的结果，从而保证平衡车在被外界影响后，仍然保持轻柔的状态，避免产生严重的碰撞。

Description

平衡车安全控制方法和装置
技术领域
本发明涉及平衡车控制领域，尤其涉及一种平衡车安全控制方法和装置
背景技术
平衡车，是一种完全依赖驾驶者重心的移动来实现加速、减速和转向的交通工具。以内置的陀螺仪来判断车身所处的姿势状态，通过中央微处理器计算出适当的指令后，驱动马达来做到平衡的效果。现有平衡车在开机之后，直接启动自平衡模式，当用户触碰到平衡车时，这一平衡车会直接启动，有可能会高速前进，对人身安全及财产安全带来隐患。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种平衡车安全控制方法，用以降低平衡车的风险，保证平衡车的安全。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：提供一种平衡车安全控制方法，包括如下步骤：
响应于启动指令，检测平衡车承载的负载；
若检测到所述平衡车未承载用户，保持所述平衡车的灵敏度为第一灵敏系数；
若检测到所述平衡车承载用户，设定所述平衡车的灵敏度为第二灵敏系数；
其中，所述第二灵敏系数大于所述第一灵敏系数。
进一步地，所述方法还包括：
若检测到所述平衡车未承载用户，保持所述平衡车的车轮转速小于第一车轮转速阈值；
若检测到所述平衡车承载用户，取消所述平衡车的车轮转速限制。
具体的，所述方法还包括：
若检测到所述平衡车承载用户，所述平衡车启动自平衡算法；
通过陀螺仪监控所述用户的姿势变化，获得平衡车运动趋势；
根据所述平衡车运动趋势，控制所述平衡车。
可选地，所述方法还包括：
监测所述平衡车的车轮转速及所述平衡车的电流；
若所述平衡车的车轮转速大于预设转速值，且所述平衡车的电流小于第一预设电流值，则控制所述平衡车的电机停转，且使所述平衡车待机。
可选地，若检测到所述平衡车未承载用户，则所述方法还包括：
监测所述平衡车的倾斜角度；
若所述平衡车的倾斜角度大于车体倾斜阈值，则控制所述平衡车的电机停转，且不关闭所述平衡车。
可选地，所述方法还包括：
检测所述平衡车的电源电压、平衡车的电流及所述平衡车的倾斜角度；
若所述平衡车的电源电压大于预设电压值，或者
平衡车的电流大于第二预设电流值，或者
所述平衡车的倾斜角度大于所述预设倾斜角度，
则关闭所述平衡车的电机，且不关闭所述平衡车。
可选地，所述关闭所述平衡车的电机，且不关闭所述平衡车的步骤之后，还包括：
在预设时间后，监测所述平衡车的电源电压、平衡车的电流及所述平衡车的倾斜角度；
若所述平衡车的电源电压小于预设电压值，平衡车的电流小于第二预设电流值，且所述平衡车的倾斜角度小于所述车体倾斜阈值，则开启所述平衡车的电机。
可选地，所述平衡车设有脚踏板，所述检测到所述平衡车承载用户的步骤之后，还包括：
监测所述平衡车的速度；
若所述平衡车的速度大于速度阈值，获取所述脚踏板的倾斜角度；
若所述脚踏板的倾斜角度大于踏板倾斜阈值，降低所述脚踏板的倾斜度；
其中，所述脚踏板的倾斜角度为所述脚踏板的法线与水平面的法线之间的夹角。
进一步地，若所述平衡车的速度大于速度阈值，则所述方法还包括：
限制所述电机转速，降低所述平衡车的速度。
本申请第二方面提供一种平衡车安全控制系统，包括：
启动模块，用于响应于启动指令；
传感模块，用于检测衡车承载的负载；
控制模块，用于执行所述传感模块的指令。
本发明的有益效果在于：在开启平衡车后，检测是否有人在平衡车上，如果没有人，则使平衡车的灵敏度为第一灵敏度，以此降低外界对平衡车的动作所产生的干扰，避免过于敏感的环境感知能力使得平衡车受到外界刺激之后，造成平衡车快速位移的结果，从而保证平衡车在被外界影响后，仍然保持轻柔的状态，避免产生严重的碰撞。如果检测到平衡车承载了用户，则可以启动动态平衡，以此保证用户可以正常使用这一平衡车。
附图说明
下面结合附图详述本发明的具体结构
图1为本发明的第一实施例中平衡车安全控制方法的基本流程图；
图2为本发明的第二实施例中检测并应对无人状态下平衡车产生空转的流程图；
图3为本发明的第三实施例中检测并应对平衡车产生空转的流程图；
图4为本发明的第四实施例中检测并应对平衡车超速的流程图；
图5为本发明的第五实施例中检测并应对平衡车异常状态的流程图；
图6为本发明的第六实施例中复检并进一步应对平衡车异常状态的流程图；
图7为本发明的第一实施例中平衡车安全控制系统的结构框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
请参阅图1，图1为本发明的第一实施例中平衡车安全控制方法的基本流程图。本发明采用的技术方案为：提供一种平衡车安全控制方法，包括如下步骤：
步骤S100、响应于启动指令，检测平衡车承载的负载；
步骤S200、若检测到所述平衡车未承载用户，保持所述平衡车的灵敏度为第一灵敏系数；
步骤S300、若检测到所述平衡车承载用户，设定所述平衡车的灵敏度为第二灵敏系数；
其中，所述第二灵敏系数大于所述第一灵敏系数。
本发明的有益效果在于：在开启平衡车后，检测是否有人在平衡车上，如果没有人，则使平衡车的灵敏度为第一灵敏度，以此降低外界对平衡车的动作所产生的干扰，避免过于敏感的环境感知能力使得平衡车受到外界刺激之后，造成平衡车快速位移的结果，从而保证平衡车在被外界影响后，仍然保持轻柔的状态，避免产生严重的碰撞。如果检测到平衡车承载了用户，则可以启动动态平衡，以此保证用户可以正常使用这一平衡车。
步骤S100、响应于启动指令，检测平衡车承载的负载。
在用户对平衡车启动之后，平衡车可以通过多种方式检测平衡车上是否承载用户有多种方案。可以理解的是，在一种方案中，检测方式可以使用光电开关。通过踏板上的橡胶垫连接光电开关来做平衡的启动与停止的处理，当踏板的橡胶垫被踩下时，光电开关触头被按下，启动平衡程序；同样的，下车时脚离开踏板，橡胶垫带着光电开关的触头抬起，平衡程序停止。应用光电开关感受平衡车的启动，可以不受磁场和振动的影响，而且分辨能力高。然而光电开关是容易损坏的，不但存在橡胶老化等问题，而且在骑行过程中发生光电开关触头抬起的情况，此外，两个踏板均要安装橡胶垫和光电开关，模具的复杂程度较高。
而在另一种方案中，使用多传感器监控的方式来监测平衡车的运行。这些传感器可以是内置于平衡车的现有器件中的。例如在电机中安装了电流传感器、转速传感器，通过电流变化及转轮变化，配合陀螺仪的倾斜度来检测平衡车的运动状态。这种方式通过多个传感器的信息来对平衡车承载人的状态进行判断，以此应用具有冗余度的信息来判断平衡车是否承载了用户。这种方式效果与光电开关相近，且不需要通过人的行为直接触动光电开关，整体上具有较长的使用寿命。
需要了解的是，在平衡车不承载用户的状况下，可以通过平衡车的移动来吸引用户的注意力。而在外界环境下，由于斜坡的存在，可能使得平衡车速度加快运行，这就导致平衡车的车轮转速过高，容易撞到周围的存在，对用户的财产造成损失。基于此，在步骤S200、若检测到所述平衡车未承载用户，保持所述平衡车的灵敏度为第一灵敏系数，上述方法还包括：
步骤S210、保持平衡车的车轮转速小于第一车轮转速阈值。
由此，通过平衡车的车轮转速，可以控制平衡车的前进速度。本实施例中，可以通过控制电机来限制平衡车的前进速度，也可以应用其他方式对平衡车的速度进行控制。只要限定了平衡车的车轮转速小于第一车轮转速阈值，就可以保证平衡车即使因为一些外界不可控因素而与其他物体产生碰撞，也不会对碰撞的两个客体产生伤害，增强了平衡车在无人状态下的安全性。
在另一优选地实施例中，使用平衡车时，如果平衡车受到外界环境因素或者人为因素的影响，可能会存在电机空转的情况，平衡车检测到左右不平衡，车轮会高速旋转。在一个具体的实施例中，当用户将未关闭的平衡车提起时，平衡车就会产生空转，若用户周围存在孩童及其他限制民事行为能力人，则容易对这些人造成伤害，而如果外界恰巧在用户提起平衡车时，撞到了用户，则很有可能导致用户受到多重伤害。
基于此，请参阅图2，图2为本发明的第二实施例中检测并应对无人状态下平衡车产生空转的流程图。在平衡车无人状态下，上述方法还包括监测平衡车空转的步骤：
步骤S220、监测平衡车的倾斜角度。
由于在无人状态下，平衡车受到的大多数外力都不会对平衡车产生有益的影响，因此通过平衡车的倾斜角度，可以得知平衡车受到外力所产生的影响，而这些影响属于不可控因素，可能会导致平衡车对外界产生伤害，基于此，需要对无人状态下的平衡车的倾斜角度进行限定。
步骤S230、若平衡车的倾斜角度大于车体倾斜阈值，则控制平衡车的电机停转，且不关闭平衡车。
本实施例中，控制电机停转之后，也就控制了车轮的转动，从而控制了平衡车的运行状态。此外，由于本申请中，并不关闭平衡车，当平衡车再次放置时，用户的行为可以直接作用于平衡车，使平衡车的状态成为有人状态，以此保证平衡车系统的流畅性，带来更好的用户体验。
进一步地实施例中，在步骤S300、若检测到所述平衡车承载用户，设定所述平衡车的灵敏度为第二灵敏系数之后，上述方法还包括：
步骤S310、若检测到平衡车承载用户，取消平衡车的电机转速限制。
本实施例中，平衡车处于承载用户的有人状态，而且刚刚承载用户的平衡车初始速度必然不高，因此可以取消平衡车的电机转速限制，以此增强用户体验，又不会对用户及周围的物体造成太大的影响，具有一定的安全保障。
进一步地，请参阅图3，图3为本发明的第三实施例中检测并应对平衡车产生空转的流程图。在步骤S300中，设定所述平衡车的灵敏度为第二灵敏系数的步骤包括：
步骤S320、平衡车启动自平衡算法。
当检测到平衡车承载用户之后，平衡车启动自平衡算法，以此方便用户控制平衡车。
步骤S330、通过陀螺仪监控用户的姿势变化，获得平衡车运动趋势。
步骤S340、根据平衡车运动趋势，控制平衡车。
由于平衡车是一个复杂的自然不稳定系统，启动自平衡算法之后，以车体重心纵轴作为参考线，根据车身角度姿态信息，控制电机动作，使车身重心与两车轮保持在同一轴线，实现车体的自我动态平衡。
在一优选的实施例中，上述方法还包括对有人状态或者无人状态下的平衡车控制监控，以此保证使用者的人身及财产安全，需要了解的是，本实施例中的有人状态包括用户离开平衡车的瞬间，而用户理科平衡车的方式也包括了正常下车及因操作失误而滑下平衡车，本实施例中，具体步骤如下：
步骤S350、监测平衡车的车轮转速及平衡车的电流。
步骤S360、若平衡车的车轮转速大于预设转速值，且平衡车的电流小于第一预设电流值，则控制平衡车的电机停转，且使平衡车待机。
可以理解的是，平衡车的车轮转速在一定程度上代表了平衡车的运动速度，而平衡车的电流既与平衡车运动速度相关，又与平衡车的负载有关。如果平衡车不在这两种状态下进行切换，那么车轮转速与平衡车的电流就是正相关的。
基于此，如果平衡车的车轮转速大于预设转速值，并且，平衡车的电流小于第一预设电流值，则可认为，平衡车处于空转状态。为了降低平衡车的损伤程度，因此需要控制平衡车的电机停转，以此保证了用户的安全。另一方面，为了保证用户体验，因此不关闭平衡车，以此方便用户快速驱动平衡车。
可以理解的是，目前有一部分生产平衡车的商家，为了保证用户安全，通过限制平衡车的电机转速来对用户速度进行限定，而这一行为会导致电机性能的浪费，而且不能提供较优的用户体验，因此本实施例中，取消了平衡车的电机转速限制，而为了保证用户的安全，采取了如下方案：
由于平衡车是设有脚踏板的，而踏板也是影响速度的因素之一，出于这一角度。在一可选地实施例中，请参阅图4，图4为本发明的第四实施例中检测并应对平衡车超速的流程图。步骤S300、检测到平衡车承载用户的步骤之后，还包括：
步骤S370、监测平衡车的速度；
步骤S380、若平衡车的速度大于速度阈值，获取脚踏板的倾斜角度；
步骤S390、若脚踏板的倾斜角度大于踏板倾斜阈值，降低脚踏板的倾斜度；
其中，脚踏板的倾斜角度为脚踏板的法线与水平面的法线之间的夹角。
本实施例中不对电机进行限制，而是当平衡车速度超过速度阈值之后，针对脚踏板倾斜度进行控制，以此对用户进行提示。可以理解的是，当平衡车速度超过踏板倾斜阈值之后，降低脚踏板的倾斜度可以对用户的重心进行一定改变，以此限制平衡车运行速度，可以理解的是，在这一过程中，电机可以充分发挥电机性能的同时保证在限制用户前进速度，同时，可以防止撞击事故的发生，更安全地控制平衡车。
需要了解的是，上述脚踏板的倾斜角度可以快而准地反映出用户的重心偏移程度，从而保证了控制平衡车的安全性。
可选地，若平衡车的速度大于速度阈值，则上述方法方法还包括：
限制电机转速，降低平衡车的速度。
在本实施例中，可以事先预设最大限速值，当平衡车的速度超过这一最大限速值之后，则必须限制电机速度，以此保证用户的安全。
需要了解的是，上述方法均是针对用户、环境等外界因素所做出的具体安全措施，其主要是为了保护平衡车周围的人或物，而出于保护平衡车本身的考虑，请参阅图5，图5为本发明的第五实施例中检测并应对平衡车异常状态的流程图。上述方法还包括如下步骤：
步骤S410、检测平衡车的电源电压、平衡车的电流及平衡车的倾斜角度。
步骤S420、若平衡车的电源电压大于预设电压值，或者平衡车的电流大于第二预设电流值，或者平衡车的倾斜角度大于预设倾斜角度。
步骤S430、关闭平衡车的电机，且不关闭平衡车。
平衡车的电源电压可以通过平衡车的电池上自带的传感器进行监测的，平衡车的电流可以通过电机上自带的传感器监测的，而平衡车的倾斜角度可以通过陀螺仪监测的。本实施例中，将传感器安装于平衡车的必要技术特征上，可以降低平衡车占据的空间，并且保证更多的零件可以安装到平衡车上。
上述三个参数均可以改变平衡车的运动状态，在平衡车不改变自身状态的情况下，这三个参数应该均处于预设范围之内，如果任意参数出现问题，则表示平衡车失常。
当平衡车失常后，只需要关闭平衡车的电机，不需要关闭平衡车。因为平衡车的电机是平衡车的主要耗电结构，因此将电机关闭后，电压及电流均会处于预设范围之内。而当平衡车的电机关闭之后，平衡车的倾斜角度也不会对电路产生较大的影响，因此只需要关闭平衡车的电机，即可避免电路持续异常所造成的影响，保护平衡车的安全。
需要了解的是，平衡车失常可能导致平衡车电路损坏，无法使用；也可能只是损伤电路，但不会影响平衡车继续运行；也可能是传感器受到外界干扰，产生误判。因此，当平衡车受损时，不应该关闭平衡车，而应该对平衡车状态进行检测。
基于此，请参阅图6，图6为本发明的第六实施例中复检并进一步应对平衡车异常状态的流程图。上述方法还包括如下步骤：
步骤S440、在预设时间后，监测平衡车的电源电压、平衡车的电流及平衡车的倾斜角度；
步骤S450、若平衡车的电源电压小于预设电压值，平衡车的电流小于第二预设电流值，且平衡车的倾斜角度小于车体倾斜阈值，则开启平衡车的电机。
由此，当平衡车电路损坏不严重或者传感器误判时，通过步骤S440及步骤S450可以重新启动平衡车，再次控制平衡车进行运动，在不带来安全隐患的前提下，保证了用户体验。
请参阅图7，图7为本发明的第一实施例中平衡车安全控制系统的结构框图。本发明第二方面提供了一种平衡车安全控制系统，包括：
启动模块100，用于响应于启动指令；
还用于启动自平衡算法；
还用于比较平衡车的各项参数，启动平衡车的运动状态的转换。
传感模块200，用于检测平衡车承载的负载，检测平衡车是否承载用户；
还用于监控用户的姿势变化；
还用于检测平衡车倾斜角度、平衡车的电流。
控制模块300，用于执行传感模块的指令，调节平衡车灵敏度及车轮转速；
还用于控制平衡车运动，降低脚踏板的倾斜角，限制电机转速。
上述装置承载了上述方法。本发明是参照根据本发明实施例的方法、系统和计算机程序产品的流程图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。
可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存取存储器(RandomAccess Memory，简称RAM)等。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种平衡车安全控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
响应于启动指令，检测平衡车承载的负载；
若检测到所述平衡车未承载用户，保持所述平衡车的灵敏度为第一灵敏系数；
若检测到所述平衡车承载用户，设定所述平衡车的灵敏度为第二灵敏系数；
其中，所述第二灵敏系数大于所述第一灵敏系数。
2.如权利要求1所述的平衡车安全控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
若检测到所述平衡车未承载用户，保持所述平衡车的车轮转速小于第一车轮转速阈值；
若检测到所述平衡车承载用户，取消所述平衡车的车轮转速限制。
3.如权利要求2所述的平衡车安全控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
若检测到所述平衡车承载用户，所述平衡车启动自平衡算法；
通过陀螺仪监控所述用户的姿势变化，获得平衡车运动趋势；
根据所述平衡车运动趋势，控制所述平衡车。
4.如权利要求3所述的平衡车安全控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
监测所述平衡车的车轮转速及所述平衡车的电流；
若所述平衡车的车轮转速大于预设转速值，且所述平衡车的电流小于第一预设电流值，则控制所述平衡车的电机停转，且使所述平衡车待机。
5.如权利要求3所述的平衡车安全控制方法，其特征在于，若检测到所述平衡车未承载用户，则所述方法还包括：
监测所述平衡车的倾斜角度；
若所述平衡车的倾斜角度大于车体倾斜阈值，则控制所述平衡车的电机停转，且不关闭所述平衡车。
6.如权利要求3所述的平衡车安全控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
检测所述平衡车的电源电压、平衡车的电流及所述平衡车的倾斜角度；
若所述平衡车的电源电压大于预设电压值，或者
平衡车的电流大于第二预设电流值，或者
所述平衡车的倾斜角度大于所述预设倾斜角度，
则关闭所述平衡车的电机，且不关闭所述平衡车。
7.如权利要求6所述的平衡车安全控制方法，其特征在于，所述关闭所述平衡车的电机，且不关闭所述平衡车的步骤之后，还包括：
在预设时间后，监测所述平衡车的电源电压、平衡车的电流及所述平衡车的倾斜角度；
若所述平衡车的电源电压小于预设电压值，平衡车的电流小于第二预设电流值，且所述平衡车的倾斜角度小于所述车体倾斜阈值，则开启所述平衡车的电机。
8.如权利要求3所述的平衡车安全控制方法，所述平衡车设有脚踏板，其特征在于，所述检测到所述平衡车承载用户的步骤之后，还包括：
监测所述平衡车的速度；
若所述平衡车的速度大于速度阈值，获取所述脚踏板的倾斜角度；
若所述脚踏板的倾斜角度大于踏板倾斜阈值，降低所述脚踏板的倾斜度；
其中，所述脚踏板的倾斜角度为所述脚踏板的法线与水平面的法线之间的夹角。
9.如权利要求8所述的平衡车安全控制方法，其特征在于，若所述平衡车的速度大于速度阈值，则所述方法还包括：
限制所述电机转速，降低所述平衡车的速度。
10.一种平衡车安全控制系统，其特征在于，包括：
启动模块，用于响应于启动指令；
传感模块，用于检测平衡车承载的负载；
控制模块，用于执行所述传感模块的指令。
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