CN112478036B - 慢速车辆平稳转弯控制方法及用于该方法的转弯减速模块 - Google Patents

慢速车辆平稳转弯控制方法及用于该方法的转弯减速模块 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种慢速车辆平稳转弯控制方法及用于该方法的转弯减速模块,车辆上电后，先对个模块进行初始化操作，初始化后，检测是否飞车，飞车则直接关闭车辆。若没飞车，则检测油门信号是否有效，若有效则驱动车辆运行，判定车辆速度是否超过2km/h，若超过该设定值，则启动转弯检测功能，若速度小于2km/h则不启动该功能。当车辆行驶速度超过2km/h时，进行转弯判断最小转弯阈值,如果转弯强度超过最小转弯阈值，则进入转弯减速控制转完后目标速度,当转弯强度越强时，目标速度越小，可有效避免翻车现象。增加慢速车辆转弯时安全性，提高老年人行驶安全可靠性，防止意外事故发生，保障老年人出行安全性。

Description

慢速车辆平稳转弯控制方法及用于该方法的转弯减速模块
技术领域
本发明涉及一种老年代步车，尤其是涉及一种使用于老年代步车中对车辆转弯实行平衡控制方案处理的慢速车辆平稳转弯控制方法。
背景技术
随着人口老龄化的加剧，老年人口比例不断增加。《2018年中国养老产业市场研究报告》中指出，中国已经步入老龄社会初期，且中国人口老龄化的增长速度快、规模大，截止到2017年底，中国60岁以上的老人占到总人口的15.5％，老龄人口净增1.1亿。预计到2025年，我国60岁以上的老龄人口将达到达4.87亿人。中国养老服务需求满足率仅为16％，有近84％的老年需求没有得到满足，而目前我国老年康复及家用保健器材的发展规模是欧美国家的十分之一。
而在老年人居住的小区中，老旧小区占的比例也比较大。随着年龄的增长，老年人的身体素质也在下降，老年人的出行越来越不方便。
为了适应中老年人群的出行，各式各样的电动车企业迅猛发展，但是专门针对60岁以上人群开发的电动车并不多。而且目前市场上这种针对老年代步车的控制器主要采用的是有刷控制器，而有刷电机本身因无转速反馈，要达到比较好的舒适性控制，控制算法比较复杂，而且对于不同功率和电压的有刷电机，其控制器参数也不同，同时该类型系统也受碳刷本身寿命的影响。因为没有转速传感器，无法精确的对速度进行有效控制，特别是在进行转弯的时候，无法做到有效的减速行为。为了提高老年代步车的安全性，无刷电机控制系统，因有霍尔反馈转速，无刷电机控制系统的适应性和电机功率等参数无关，特别是增加了转弯减速方案后，可以有效的增加慢速车辆转弯时的安全性。
发明内容
本发明为解决现有用于老年代步车的控制器存在着无法精确的对速度进行有效控制，特别是在进行转弯的时候，无法做到有效的减速行为，容易造成行驶安全隐患问题等现状而提供的一种可以更有效的在转弯时进行速度调节控制，可以有效的增加慢速车辆转弯时的安全性，提高老年人代步行驶安全可靠性，防止行驶意外事故的发生，更好保障老年人出行安全可靠有效性的慢速车辆平稳转弯控制方法。
本发明为解决上述技术问题所采用的具体技术方案为：一种慢速车辆平稳转弯控制方法，其特征在于：包括如下转弯减速控制步骤
A1.车辆上电后，首先对整个转弯减速模块进行初始化；
A2.对车辆执行飞车检测判断；
A3.如果飞车，则执行直接关闭车辆电源，并发出飞车故障报警；
A4.如果没有飞车，侧执行判断油门有效状态；
A5.如果油门有效，则执行驱动车辆运行，启动车辆进入行驶状态；
A6.如果油门无效，则执行返回进入上述第A4步骤；
A7.判断车辆行驶速度是否大于设定速度，执行车速判定；
A8.若超过上述第A7步骤中的设定车速判定值，则启动转弯检测功能，执行陀螺仪信号判定，判定转弯强度是否超过最小转弯阈值；
A9.若小于上述第A7步骤中的设定车速判定值，则不启动转弯检测功能,执行返回进入上述第A7步骤；
A10.若超过上述第A8步骤中设定的最小转弯阈值，则执行进入转弯控制车辆减速，执行控制车辆转弯时减速至目标速度值，有效控制避免出现转弯翻车现象；
A11.若未超过上述第A8步骤中设定的最小转弯阈值，则执行返回进入上述第A8步骤；
A12.检测判断转弯速度是否减至目标速度值；
A13.若上述第A12步骤中，判断为仍未减至目标速度值的，继续返回进入上述第A10步骤；
A14.若上述第A12步骤中，判断为已经减至目标速度值的，则执行退出转弯减速控制。可以更有效的在转弯时进行速度调节控制，可以有效的增加慢速车辆转弯时的安全性，提高老年人代步行驶安全可靠性，防止行驶意外事故的发生，更好保障老年人出行安全可靠有效性。
作为优选，在车辆转弯结束后，对车辆进行转速恢复处理，转速恢复处理过程包括如下步骤
B1.车辆行驶转弯结束后，系统自动执行一次初始化；
B2.初始化后，检测判断车辆是否继续运行；
B3.若上述第B2步骤判断车辆不再继续运行的，则返回进入上述第B2步骤；
B4.若上述第B2步骤判断车辆为继续运行的，则首先依据陀螺仪芯片传感器的陀螺仪信号和转速信号，执行判定车辆是否已经转弯结束，是否开始走直线；
B5.若上述第B4步骤判断获知车辆已经转弯结束的，车辆已经开始走直线的，
则执行车辆加速到油门给定值；
B6.若上述第B4步骤判断获知车辆尚未转弯结束的，还没有走直线的，则继续保持减速后的速度进行行驶，并返回进入上述第B4步骤；
B7.上述第B5步骤加速到油门给定值后，判断转弯结束后的车辆是否加速完成；
B8.若判定为未加速完成的，则返回进入上述第B5步骤；
B9.若判定为已经加速完成的，则执行退出车辆加速给定。
提供对车辆转弯结束后，对车辆进行转速恢复处理稳定可靠有效性，提高老年人行驶转弯结束后安全可靠稳定有效性。
作为优选，所述的设定车速判定值为2Km/h,如果车辆行驶速度超过2Km/h，则启动转弯检测功能；如果车辆行驶速度小于2Km/h，则不启动转弯检测功能。通过对行驶车速判定值的安全设定，提高老年人在行驶车速超过2Km/h便开始检测判断是否发生转弯行驶，极大程度上的提高老年人车速转弯的安全判断可靠有效性，降低或避免安全事故发生出现率。
作为优选，所述的目标速度值为：(Kmax-k)*n，其中Kmax为最大转弯强度，k为当前转弯强度，n为转弯速度系数。提高对启动转弯后的目标速度控制安全可靠有效性，把进入转弯状态的目标速度控制为最大安全状态之下，提高老年人的转弯安全控制可靠有效性。
作为优选，所述的转弯减速模块设于慢速车辆车头处，转弯减速模块上设有陀螺仪芯片传感器。提高转弯检测判断的准确有效性。
作为优选，所述的转弯减速模块采用和地面平行或垂直的安装设置模式。提高转弯检测判断精度与检测判断及时性，提高快速检测获得车辆的转弯操作意图获取及时准确有效性。
本发明申请的另一发明目的在于提供一种用于慢速车辆平稳转弯控制方法的转弯减速模块，包括无刷电机和电机驱动电路，其特征在于：还包括用于采集上述技术方案之一所述陀螺仪信号的陀螺仪芯片传感器和用于对无刷电机转速信号进行霍尔反馈转速的霍尔元件，陀螺仪芯片传感器、霍尔元件和电机驱动电路分别与MCU处理器芯片电连接，慢速车辆通过油门进行速度的转速给定，将转速信号传输连接至MCU处理器芯片；陀螺仪芯片传感器在车辆转弯时，采集到的信号突变数据传输反馈至MCU处理器芯片，MCU处理器芯片根据陀螺仪芯片传感器传输的转速信号突变量大小确定速度的减少量，MCU处理器芯片根据霍尔元件的反馈信息数据处理控制电机驱动电路对慢车车辆的车速控制。提高转弯减速的信号检测获取可靠有效性及控制处理有效性，提高行驶转弯安全可靠有效性。
作为优选，所述的MCU处理器芯片采用的芯片型号为STM32F103RC。提高处理简单安全便捷可靠有效性。
作为优选，所述的陀螺仪芯片传感器采用的芯片型号为MPU6050，螺仪芯片传感器通过其SDA功能引脚、SCL功能引脚分别与MCU处理芯片的IC2_SDA功能引脚和IC2_SCL功能引脚电连接。提高转弯信号数据采集及传送反馈处理可靠有效性。
作为优选，所述的霍尔元件通过转速反馈模块电路与MCU处理器芯片电连接，转弯减速模块电路通过霍尔元件采集获得无刷电机三相的HALL-UIN端、HALL-VIN端和HALL-WIN端相端信号，转速反馈模块电路转换获得的无刷电机三相HALL-U、HALL-V和HALL-W反馈信号分别与MCU处理器芯片的HALL-U、HALL-V和HALL-W功能引脚电连接。提高转弯减速反馈处理可靠有效性。
本发明的有益效果是：可以更有效的在转弯时进行速度调节控制，可以有效的增加慢速车辆转弯时的安全性，提高老年人代步行驶安全可靠性，防止行驶意外事故的发生，更好保障老年人出行安全可靠有效性。为了提高老年代步车的安全性，无刷系统，因有霍尔反馈转速，系统的适应性和电机功率等参数无关，特别是增加了转弯减速方案后，可以有效的增加慢速车辆转弯时的安全性。当转弯强度越强时，目标速度越小，这样可以更有效避免翻车现象。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。
图1是本发明慢速车辆平稳转弯控制方法的弯减速控制流程结构示意图。
图2是本发明慢速车辆平稳转弯控制方法在转弯结束后的转速恢复流程结构示意图。
图3是本发明转弯减速模块的原理结构示意图。
图4是本发明转弯减速模块的结构示意图。
图5是本发明转弯减速模块的安装使用位置结构示意图。
图6是本发明慢速车辆平稳转弯控制方法及用于该方法的转弯减速模块中陀螺仪芯片电路结构示意图。
图7是本发明慢速车辆平稳转弯控制方法及用于该方法的转弯减速模块中转速反馈模块电路结构示意图。
图8是本发明慢速车辆平稳转弯控制方法及用于该方法的转弯减速模块中MCU处理芯片及其电路连接结构示意图。
图9是本发明慢速车辆平稳转弯控制方法及用于该方法的转弯减速模块中电机驱动电路结构示意图。
具体实施方式
实施例1：
图1、图2、图4、图5所示的实施例中，一种慢速车辆平稳转弯控制方法，包括如下转弯减速控制步骤(每一步骤对应图中所示标号)
A1.车辆70上电后，首先对整个转弯减速模块进行初始化；
A2.对车辆执行飞车检测判断；
A3.如果飞车，则执行直接关闭车辆电源，并发出飞车故障报警；
A4.如果没有飞车，侧执行判断油门有效状态；
A5.如果油门有效，则执行驱动车辆运行，启动车辆进入行驶状态；
A6.如果油门无效，则执行返回进入上述第A4步骤；
A7.判断车辆行驶速度是否大于设定速度，执行车速判定；
A8.若超过上述第A7步骤中的设定车速判定值，则启动转弯检测功能，执行陀螺仪信号判定，判定转弯强度是否超过最小转弯阈值；
A9.若小于上述第A7步骤中的设定车速判定值，则不启动转弯检测功能,执行返回进入上述第A7步骤；
A10.若超过上述第A8步骤中设定的最小转弯阈值Klimit，则执行进入转弯控制车辆减速，执行控制车辆转弯时减速至目标速度值，有效控制避免出现转弯翻车现象；
A11.若未超过上述第A8步骤中设定的最小转弯阈值，则执行返回进入上述第A8步骤；
A12.检测判断转弯速度是否减至目标速度值；
A13.若上述第A12步骤中，判断为仍未减至目标速度值的，继续返回进入上述第A10步骤；
A14.若上述第A12步骤中，判断为已经减至目标速度值的，则执行退出转弯减速控制。
上述所指“飞车”为：车辆上电后，对车辆油门信号进行检查，如油门信号大于最低行驶信号，则认为飞车。初始化主要是对飞车信号相关变量的初始化，像油门信号，最低行驶信号等变量。
在车辆转弯结束后，对车辆进行转速恢复处理，转速恢复处理过程包括如下步骤：
B1.车辆行驶转弯结束后，系统自动执行一次初始化；
B2.初始化后，检测判断车辆是否继续运行；
B3.若上述第B2步骤判断车辆不再继续运行的，则返回进入上述第B2步骤；
B4.若上述第B2步骤判断车辆为继续运行的，则首先依据陀螺仪芯片传感器的陀螺仪信号和转速信号，执行判定车辆是否已经转弯结束，是否开始走直线；
B5.若上述第B4步骤判断获知车辆已经转弯结束的，车辆已经开始走直线的，
则执行车辆加速到油门给定值；
B6.若上述第B4步骤判断获知车辆尚未转弯结束的，还没有走直线的，则继续保持减速后的速度进行行驶，并返回进入上述第B4步骤；
B7.上述第B5步骤加速到油门给定值后，判断转弯结束后的车辆是否加速完成；
B8.若判定为未加速完成的，则返回进入上述第B5步骤；
B9.若判定为已经加速完成的，则执行退出车辆加速给定。
初始化主要是对转弯信号相关变量的初始化，像转弯时间，转弯强度等变量。设定车速判定值为2Km/h,如果车辆行驶速度超过2Km/h，则启动转弯检测功能；如果车辆行驶速度小于2Km/h，则不启动转弯检测功能。目标速度值为：(Kmax-k)*n，其中Kmax为最大转弯强度，k为当前转弯强度，n为转弯速度系数；转弯速度系数n:这个是一个1～100的数值，该值越大，表示在同样的转弯强度下，转速下降的就越慢；转弯强度K：是车辆最大允许转弯角度的标幺值。范围0～1，该值越大，表示转弯的角度越大，相应的行驶速度就越慢；转弯减速模块设于慢速车辆70车头处的车架体71上，慢速车辆进入转弯时，最先响应的车架体71进入转弯转动状态，安装在慢速车辆70车头处的车架体71上转弯减速模块也就能够第一时间的响应检测获得车辆转弯状态信号并及时处理控制转弯的上述安全可靠有效性，转弯减速模块上设有陀螺仪芯片传感器。转弯减速模块上开有安装固定孔位，转弯减速模块采用和地面平行或垂直的安装设置模式。陀螺仪61芯片传感器安装在转弯减速模块60的内部区域处，提高陀螺仪61芯片传感器的安全防护作用；或者是采用具有可更换维护操作模式，更换维护操作便捷灵活有效性。
实施例2：
图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9所示的实施例中，一种用于慢速车辆平稳转弯控制方法的转弯减速模块，包括无刷电机40和电机驱动电路30，还包括用于采集实施例1所述陀螺仪61信号的陀螺仪芯片传感器和用于对无刷电机转速信号进行霍尔反馈转速的霍尔元件50，陀螺仪61芯片传感器、霍尔元件50和电机驱动电路30分别与MCU处理器20芯片电连接，慢速车辆通过油门进行速度的转速给定70，将转速信号传输连接至MCU处理器芯片；陀螺仪芯片传感器在车辆转弯时，采集到的信号突变数据传输反馈至MCU处理器芯片，MCU处理器芯片根据陀螺仪芯片传感器传输的转速信号突变量大小确定速度的减少量，MCU处理器芯片根据霍尔元件的反馈信息数据处理控制电机驱动电路对慢车车辆的车速控制。电源电路为MCU处理器提供稳定可靠有效的工作电源。MCU处理器20芯片采用的芯片型号为STM32F103RC。陀螺仪芯片U11传感器采用的芯片型号为MPU6050(见图6)，螺仪芯片传感器通过其SDA功能引脚、SCL功能引脚分别与MCU处理芯片的IC2_SDA功能引脚和IC2_SCL功能引脚电连接。霍尔元件通过转速反馈模块电路与MCU处理器芯片U10电连接(见图8)，转速反馈模块电路通过霍尔元件采集获得无刷电机三相的HALL-UIN端、HALL-VIN端和HALL-WIN端相端信号，转速反馈模块电路转换获得的无刷电机三相HALL-U、HALL-V和HALL-W反馈信号分别与MCU处理器芯片的HALL-U、HALL-V和HALL-W功能引脚电连接。电机驱动电路30采用3个型号为IR2103的半桥驱动芯片，分别对无刷电机的三相进行驱动，并分别通过DRV-PWM1H、DRV-PWM1L、DRV-PWM2H、DRV-PWM2L、DRV-PWM3H、DRV-PWM3L功能引脚分别与MCU处理器芯片U10的DRV-PWM1H、DRV-PWM1L、DRV-PWM2H、DRV-PWM2L、DRV-PWM3H、DRV-PWM3L功能引脚对应电连接(见图8、图9)。其他同实施例1相同。
在本发明位置关系描述中，出现诸如术语“内”、“外”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或者位置关系的为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了方便描述实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上内容和结构描述了本发明产品的基本原理、主要特征和本发明的优点，本行业的技术人员应该了解。上述实例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都属于要求保护的本发明范围之内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种慢速车辆平稳转弯控制方法，其特征在于：包括如下转弯减速控制步骤
A1.车辆上电后，首先对整个转弯减速模块进行初始化；
A2.对车辆执行飞车检测判断；
A3.如果飞车，则执行直接关闭车辆电源，并发出飞车故障报警；
A4.如果没有飞车，则执行判断油门有效状态；
A5.如果油门有效，则执行驱动车辆运行，启动车辆进入行驶状态；
A6.如果油门无效，则执行返回进入上述第A4步骤；
A7.判断车辆行驶速度是否大于设定速度，执行车速判定；
A8.若超过上述第A7步骤中的设定车速判定值，则启动转弯检测功能，执行陀螺仪信号判定，判定转弯强度是否超过最小转弯阈值；
A9.若小于上述第A7步骤中的设定车速判定值，则不启动转弯检测功能,执行返回进入上述第A7步骤；
A10.若超过上述第A8步骤中设定的最小转弯阈值，则执行进入转弯控制车辆减速，执行控制车辆转弯时减速至目标速度值，有效控制避免出现转弯翻车现象；
A11.若未超过上述第A8步骤中设定的最小转弯阈值，则执行返回进入上述第A8步骤；
A12.检测判断转弯速度是否减至目标速度值；
A13.若上述第A12步骤中，判断为仍未减至目标速度值的，继续返回进入上述第A10步骤；
A14.若上述第A12步骤中，判断为已经减至目标速度值的，则执行退出转弯减速控制；
所述的目标速度值为：(Kmax-k)*n，其中Kmax为最大转弯强度，k为当前
转弯强度，n为转弯速度系数。
2.按照权利要求1所述的慢速车辆平稳转弯控制方法，其特征在于：在车辆转弯结束后，对车辆进行转速恢复处理，转速恢复处理过程包括如下步骤
B1.车辆行驶转弯结束后，系统自动执行一次初始化；
B2.初始化后，检测判断车辆是否继续运行；
B3.若上述第B2步骤判断车辆不再继续运行的，则返回进入上述第B2步骤；
B4.若上述第B2步骤判断车辆为继续运行的，则首先依据陀螺仪芯片传感器的陀螺仪信号和转速信号，执行判定车辆是否已经转弯结束，是否开始走直线；
B5.若上述第B4步骤判断获知车辆已经转弯结束的，车辆已经开始走直线的，则执行车辆加速到油门给定值；
B6.若上述第B4步骤判断获知车辆尚未转弯结束的，还没有走直线的，则继续保持减速后的速度进行行驶，并返回进入上述第B4步骤；
B7.上述第B5步骤加速到油门给定值后，判断转弯结束后的车辆是否加速完成；
B8.若判定为未加速完成的，则返回进入上述第B5步骤；
B9.若判定为已经加速完成的，则执行退出车辆加速给定。
3.按照权利要求1所述的慢速车辆平稳转弯控制方法，其特征在于：所述的设定车速判定值为2Km/h,如果车辆行驶速度超过2Km/h，则启动转弯检测功能；如果车辆行驶速度小于2Km/h，则不启动转弯检测功能。
4.按照权利要求1所述的慢速车辆平稳转弯控制方法，其特征在于：所述的转弯减速模块设于慢速车辆车头处，转弯减速模块上设有陀螺仪芯片传感器。
5.按照权利要求1所述的慢速车辆平稳转弯控制方法，其特征在于：所述的转弯减速模块采用和地面平行或垂直的安装设置模式。
6.一种用于慢速车辆平稳转弯控制方法的转弯减速模块，包括无刷电机和电机驱动电路，其特征在于：还包括用于采集权利要求1～5之一所述陀螺仪信号的陀螺仪芯片传感器和用于对无刷电机转速信号进行霍尔反馈转速的霍尔元件，陀螺仪芯片传感器、霍尔元件和电机驱动电路分别与MCU处理器芯片电连接，慢速车辆通过油门进行速度的转速给定，将转速信号传输连接至MCU处理器芯片；陀螺仪芯片传感器在车辆转弯时，采集到的信号突变数据传输反馈至MCU处理器芯片，MCU处理器芯片根据陀螺仪芯片传感器传输的转速信号突变量大小确定速度的减少量，MCU处理器芯片根据霍尔元件的反馈信息数据处理控制电机驱动电路对慢车车辆的车速控制。
7.按照权利要求6所述的用于慢速车辆平稳转弯控制方法的转弯减速模块，其特征在于：所述的MCU处理器芯片采用的芯片型号为STM32F103RC。
8.按照权利要求6所述的用于慢速车辆平稳转弯控制方法的转弯减速模块，其特征在于：所述的陀螺仪芯片传感器采用的芯片型号为MPU6050，螺仪芯片传感器通过其SDA功能引脚、SCL功能引脚分别与MCU处理芯片的IC2_SDA功能引脚和IC2_SCL功能引脚电连接。
9.按照权利要求6所述的用于慢速车辆平稳转弯控制方法的转弯减速模块，其特征在于：所述的霍尔元件通过转速反馈模块电路与MCU处理器芯片电连接，转速反馈模块电路通过霍尔元件采集获得无刷电机三相的HALL-UIN端、HALL-VIN端和HALL-WIN端相端信号，转速反馈模块电路转换获得的无刷电机三相HALL-U、HALL-V和HALL-W反馈信号分别与MCU处理器芯片的HALL-U、HALL-V和HALL-W功能引脚电连接。
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