CN114670657B - 一种实现电动滑板电子差速的方法及电动滑板 - Google Patents

Abstract

本发明涉及滑板车技术领域，具体公开了一种功耗较低的、续航里程较长的实现电动滑板电子差速的方法，包括滑板速度闭环控制器获取滑板目标速度、左轮速度及右轮速度，计算左轮与右轮的平均速度作为滑板当前速度，然后计算滑板目标速度与滑板当前速度的误差速度；并根据误差速度计算出左电机与右电机的目标转矩电流；左、右电机电流闭环控制器分别获取左、右电机当前转矩电流，并分别计算左、右电机误差转矩电流；左、右电机电流闭环控制器分别根据左、右电机误差转矩电流计算出左、右电机占空比信号并分别控制左、右电机运动；重复采集左右轮速度进行计算，直至滑板速度达到目标速度，完成电子差速作业。以及对应上述方法的电动滑板。

Description

一种实现电动滑板电子差速的方法及电动滑板

技术领域

本发明涉及滑板技术领域，特别是涉及一种实现电动滑板电子差速的方法及电动滑板。

背景技术

电动滑板是以传统人力滑板为基础，加装电力套件，并由电力驱动行走的交通工具，一般包括两组同轴安装的左右轮构成的四轮驱动系统。电动滑板在转弯的时候存在内外两侧的驱动轮转速不一致的情况，而存在同样情况的汽车则采用在内外两侧驱动轮之间设置差速器，这样，在汽车转弯时，转弯内侧轮子会通过轮间差速器向转弯外侧轮子传递转速，从而实现了差速转弯的效果。电动滑板车的两驱动轮之间没有差速器，需要通过手持遥控设备或其他体感设备来设定滑板的行驶速度，通过左右倾斜板面来实现转弯。在电动滑板车的行走过程中，人体不可能一直保持水平，经常需要左右倾斜板面来维持自身的稳定，即需要频繁对电动滑板进行转弯。而在没有差速器的情况下，转弯内侧的轮子受到更大的阻力，且不能向转弯外侧轮子传递速度，在这种缺乏差速调节的情况下强行转弯，需要控制系统为转弯内侧轮子提供更大的力矩，并为转弯外侧轮子提供更高转速，进而造成电动滑板车功耗较高，降低续航里程，且影响电动滑板车的骑行体验。

发明内容

基于此，有必要针对缺乏差速调节、功耗高以及续航里程不足的技术问题，提供一种功耗较低的、续航里程较长的实现电动滑板电子差速的方法及电动滑板。

一种实现电动滑板电子差速的方法，该方法采用的系统包括：

用于对滑板当前速度进行运算处理的滑板速度闭环控制器、用于对左电机当前转矩电流进行运算处理的左电机电流闭环控制器、用于对右电机当前转矩电流进行运算处理的右电机电流闭环控制器、用于获取滑板的左轮速度与右轮速度的速度采集单元、用于获取左电机当前转矩电流及右电机当前转矩电流的电流采集单元以及用于驱动左右电机运动的左电机驱动电路及右电机驱动电路；还包括用于接收外部控制信号并发送至滑板速度闭环控制器的无线通讯接收端；

所述方法适用的电动滑板为四轮移动装置，包括板体以及沿所述板体的长度方向并排设置的两个轮组，每个所述轮组分别包含同轴安装的左轮和右轮；

所述方法包括以下步骤：

S1)所述滑板速度闭环控制器通过所述无线通讯接收端获取滑板目标速度；

S2)所述滑板速度闭环控制器获取左轮速度与右轮速度，计算左轮与右轮的平均速度作为滑板当前速度，然后计算滑板目标速度与滑板当前速度的误差速度；

S3)所述滑板速度闭环控制器根据误差速度计算出左电机与右电机的目标转矩电流；

S4)左电机电流闭环控制器获取左电机当前转矩电流，计算目标转矩电流与左电机当前转矩电流的左电机误差转矩电流；右电机电流闭环控制器获取右电机当前转矩电流，计算目标转矩电流与右电机当前转矩电流的右电机误差转矩电流；

S5)所述左电机电流闭环控制器根据左电机误差转矩电流计算出左电机占空比信号；所述右电机电流闭环控制器根据右电机误差转矩电流计算出右电机占空比信号；所述左电机驱动电路根据左电机占空比信号控制左电机运动；所述右电机驱动电路根据右电机占空比信号驱动右电机运动；

S6)返回步骤S2，直至滑板当前速度达到滑板目标速度，完成电子差速作业。

在其中一个实施例中，所述系统还包括用于控制左电机转速的左电机速度闭环控制器以及用于控制右电机转速的右电机速度闭环控制器。

在其中一个实施例中，所述系统还包括预设有左右轮速差阈值的电子差速锁模块，在步骤S2中，所述滑板速度闭环控制器获取左轮速度与右轮速度后，将左轮速度与右轮速度发送至电子差速锁模块，由电子差速锁模块计算左轮速度与右轮速度的差值，并与轮速差阈值进行比较：

当左轮速度与右轮速度的差值超过设置的阈值时，所述滑板速度闭环控制器接收电子差速锁模块的反馈值将左轮速度与右轮速度分别输入左电机速度闭环控制器与右电机速度闭环控制器，同时向左电机速度闭环控制器及右电机速度闭环控制器内分别输入轮速设定值作为参考值，左电机驱动电路接收所述左电机速度闭环控制器输出的左电机占空比信号并根据左电机占空比信号调节左电机速度，右电机驱动电路接收所述右电机速度闭环控制器输出的右电机占空比信号并根据右电机占空比信号调节右电机速度；

当左轮速度与右轮速度的差值未超过设置的阈值时，所述滑板速度闭环控制器接收电子差速锁模块的反馈值后计算误差速度并进入步骤S3。

本发明还公开了一种电动滑板，该电动滑板包括板体、沿所述板体的长度方向并排设置的两个轮组，每个所述轮组分别包含同轴安装的左轮和右轮，用于驱动所述板体尾端的左轮转动的左电机以及用于驱动所述板体尾端的右轮转动的右电机，该电动滑板还包括驱动系统以及与所述驱动系统电性连接并用于与外部信号发射端通信连接以接收差速调节指令的无线通讯接收端；

所述驱动系统包括滑板速度闭环控制器、左电机电流闭环控制器、右电机电流闭环控制器、用于控制左电机运动的左电机驱动电路、用于控制右电机运动的右电机驱动电路、用于获取滑板的左轮速度与右轮速度的速度采集单元以及用于获取左电机当前转矩电流及右电机当前转矩电流的电流采集单元；

所述滑板速度闭环控制器通过所述无线通讯接收端获取滑板目标速度、接收所述速度采集单元发送的左轮速度与右轮速度，并分别计算滑板当前速度以及滑板目标速度与滑板当前速度的误差速度；所述滑板速度闭环控制器还用于输出与误差速度相关的目标转矩电流，并在误差速度为零时停止输出；

所述左电机电流闭环控制器用于接收所述滑板速度闭环控制器发送的目标转矩电流以及所述电流采集单元发送的左电机当前转矩电流，并计算目标转矩电流与左电机当前转矩电流的左电机误差转矩电流，输出与误差电流相关的左电机占空比信号；

所述右电机电流闭环控制器用于接收所述滑板速度闭环控制器发送的目标转矩电流以及所述电流采集单元发送的右电机当前转矩电流，并计算目标转矩电流与右电机当前转矩电流的右电机误差转矩电流，输出与误差电流相关的右电机占空比信号。

在其中一个实施例中，所述驱动系统还包括用于控制左电机转速的左电机速度闭环控制器以及用于控制右电机转速的右电机速度闭环控制器。

在其中一个实施例中，所述驱动系统还包括预设有左右轮速差阈值的电子差速锁模块，当左轮速度与右轮速度的差值大于轮速差阈值时，所述滑板速度闭环控制器接收电子差速锁模块的反馈值将左轮速度与右轮速度分别输入左电机速度闭环控制器与右电机速度闭环控制器，同时向左电机速度闭环控制器及右电机速度闭环控制器内分别输入轮速设定值作为参考值，所述驱动系统的左电机驱动电路接收左电机速度闭环控制器输出的占空比信号并根据占空比信号进一步响应，右电机驱动电路接收右电机速度闭环控制器输出的占空比信号并根据占空比信号进一步响应，以调节左电机转速以及右电机转速。

实施本发明的实现电动滑板电子差速的方法及电动滑板，设置了多个速度闭环控制器及电流闭环控制器，通过滑板速度闭环控制器对输入的滑板目标速度与获取的左右轮的速度运算得到的误差速度值，并对该速度值进行微分、积分或比例运算，获得与电机功率相关目标转矩电流并分别分配给左电机电流闭环控制器与右电机电流闭环控制器，随后由左电机电流闭环控制器对目标转矩电流与左电机当前转矩电流运算得到左电机误差转矩电流值，并对左电机误差转矩电流值进行运算并向左电机驱动电路输出左电机占空比信号，由右电机电流闭环控制器对目标转矩电流与右电机当前转矩电流运算得到右电机误差转矩电流值，并对右电机误差转矩电流值进行运算并向右电机驱动电路输出右电机占空比信号，由左电机驱动电路及右电机驱动电路对应调节左电机与右电机的转速，即调节左右轮的速度，经多次对左右轮速度的采集及调节后，左右轮的最终实际转速接近目标速度，从而达到对左右轮的差速调节，整个调节过程中无需使用机械差速器等装置，在科学计算出滑板转弯时内外侧轮子所需转速、实现滑板差速调节、降低滑板转弯时内侧轮子输出力矩及功耗并延长滑板续航里程的情况下，各控制器的损耗相较于机械差速器较小，有利于延长滑板的差速调节装置的使用寿命并保证滑板的安全及有效使用。

附图说明

图1为本发明的一个实施例中实现电动滑板电子差速的方法的流程图；

图2为图1所示实施例中实现电动滑板电子差速的方法的逻辑判断图；

图3为本发明的一个实施例中差速控制过程的控制原理图；

图4为本发明的一个实施例中速度闭环控制过程的控制原理图；

图5为本发明的一个实施例中电动滑板的模块结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

请结合图1至图5，本发明提供一种功耗较低的且续航里程较长的实现电动滑板电子差速的方法10，该方法10采用的系统包括用于对滑板当前速度V_TRUE进行运算处理的滑板速度闭环控制器261、用于对左电机当前转矩电流I_MEAS_L进行运算处理的左电机电流闭环控制器262、用于对右电机当前转矩电流I_MEAS_R进行运算处理的右电机电流闭环控制器263、用于控制左电机240转速的左电机速度闭环控制器264以及用于控制右电机250转速的右电机速度闭环控制器265、用于获取滑板20的左轮速度V_L与右轮速度V_R的速度采集单元266、用于获取左电机当前转矩电流I_MEAS_L及右电机当前转矩电流I_MEAS_R的电流采集单元267以及用于对应驱动左右电机运动的左电机驱动电路268以及右电机驱动电路269，即，左电机驱动电路268用于驱动左电机240运动，右电机驱动电路269用于驱动右电机250运动，该系统还包括用于接收外部控制信号并发送至滑板速度闭环控制器261的无线通讯接收端270。

上述方法10适用的电动滑板20为四轮移动装置，包括板体210以及沿板体210的长度方向并排设置的两个轮组，每个轮组分别包含同轴安装的左轮220和右轮230。

具体的，该方法10包括以下步骤：

S1)滑板速度闭环控制器261通过无线通讯接收端270获取滑板目标速度V_REF。

需要说明的是，滑板目标速度V_REF即为用户需要电动滑板20在转弯或直行条件下，车体整体向前行驶的速度，具体的，车体整体向前行驶的速度由滑板20两轮的行驶速度决定，因此，在本实施例中，主要通过对滑板20两轮的速度进行调节，以使得两轮在所受力矩及转速相同的情况下，做直线运动；或在两轮所受力矩及转速不同的情况下，做曲线运动，即转弯运动。

S2)滑板速度闭环控制器261获取左轮速度V_L与右轮速度V_R，计算左轮220与右轮230的平均速度作为滑板当前速度V_TRUE，然后计算滑板目标速度V_REF与滑板当前速度V_TRUE的误差速度△V。

具体的，滑板速度闭环控制器261由速度采集单元266获取左轮速度V_L与右轮速度V_R，进而进行计算。取滑板20上于左轮220与右轮230连线中点的速度来表征滑板速度，该点的速度为左轮速度V_L与右轮速度V_R和的一半，即：滑板当前速度V_TRUE＝(V_L+V_R)/2；进一步的，误差速度△V为滑板目标速度V_REF与滑板当前速度V_TRUE之间的速度差，即误差速度△V＝V_REF-V_TRUE。

S3)滑板速度闭环控制器261根据误差速度△V计算出左电机240与右电机250的目标转矩电流。

一实施例中，采用的速度闭环控制器为速度闭环PID控制器。PID控制器(比例-积分-微分控制器)由比例单元(P)、积分单元(I)和微分单元(D)组成，通过Kp，Ki和Kd三个参数的设定来实现对数据的处理，PID控制器是工业控制应用中常见的反馈回路部件，用于把收集到的数据和一个参考值进行比较，然后把二者之间的差值用于计算新的输入值，这个新的输入值的目的是可以让系统的数据达到或者保持在参考值，PID控制器可以根据历史数据和差别的出现率来调整输入值，这样可以使系统更加准确和稳定。回到本实施例中，无线通讯接收端270由外部信号发射端接收差速调节指令后，将指令发送至滑板速度闭环控制器261，该差速调节指令即滑板目标速度V_REF指令，与此同时，滑板速度闭环控制器261还由速度采集单元266获取滑板20当前状态下的左轮速度V_L与右轮速度V_R后，对滑板当前速度V_TRUE求值，并将该速度V_TRUE值与作为参考值的滑板目标速度V_REF进行比较，得到误差速度△V，该误差速度△V经过运算后输出目标转矩电流I_REF，以便于分别作为参考值输入到左电机电流闭环控制器262与右电机电流闭环控制器263中。

S4)左电机电流闭环控制器262获取左电机当前转矩电流I_MEAS_L，计算目标转矩电流I_REF与左电机当前转矩电流I_MEAS_L的左电机误差转矩电流△I_L；右电机电流闭环控制器263获取右电机当前转矩电流I_MEAS_R，计算目标转矩电流I_REF与右电机当前转矩电流I_MEAS_R的右电机误差转矩电流△I_R。

具体的，左电机误差转矩电流△I_L＝I_REF_L-I_MEAS_L；右电机误差转矩电流△I_R＝I_REF_R-I_MEAS_R。左电机电流闭环控制器262及右电机电流闭环控制器263分别为PID控制器，二者的工作原理同滑板速度闭环控制器261的工作原理近似，区别在于左电机电流闭环控制器262及右电机电流闭环控制器263的输入值和参考值分别为电流值，而滑板速度闭环控制器261的输入值和参考值为速度值。

S5)左电机电流闭环控制器262根据左电机误差转矩电流△I_L计算出左电机占空比信号PWM_L；右电机电流闭环控制器263根据右电机误差转矩电流△I_R计算出右电机占空比信号PWM_R；左电机驱动电路268根据左电机占空比信号PWM_L控制左电机240运动；右电机驱动电路269根据右电机占空比信号PWM_R驱动右电机250运动。

具体的，左电机电流闭环控制器262对电流信号运算后，向左电机驱动电路268输出用于控制左电机转速及转矩等参数的信号，右电机电流闭环控制器263对电流信号运算后，向右电机驱动电路269输出用于控制右电机转速及转矩等参数的信号，如此，左电机驱动电路268及右电机驱动电路269在接收上述信号后，将根据信号指令分别对应调节左电机240的转速和转矩以及右电机250的转速及转矩，从而达到调节滑板20左右轮转速的目的。

S6)返回步骤S2，直至滑板当前速度V_TRUE达到滑板目标速度V_REF，完成电子差速作业。

具体的，系统在一次采集滑板20左右轮速度并进行计算后，由于地表摩擦力等因素的存在，左右轮达到的实际转速与左电机240及右电机250在驱动系统260控制下的转速并不相同，也就是说，滑板20最终达到的速度与输入滑板速度闭环控制器261的滑板目标速度V_REF仍有一定差距，因此需要再次采集左右轮的速度，并将滑板目标速度V_REF作为参考值，重复上述计算过程，直至检测到的滑板当前速度V_TRUE与滑板目标速度V_REF相等为止，即完成滑板20的差速调节作业。

一实施例中，左电机速度闭环控制器264用于对左轮速度及转矩电流进行运算处理，右电机速度闭环控制器265用于对右轮速度及转矩电流进行运算处理。进一步的，系统还包括电子差速锁模块2691，为了避免出现左右轮因打滑失去动力，电子差速锁模块2691内预设有左右轮速差阈值，在步骤S2中，滑板速度闭环控制器261获取左轮速度V_L与右轮速度V_R后，将左轮速度V_L与右轮速度V_R发送至电子差速锁模块2691，由电子差速锁模块2691计算左轮速度V_L与右轮速度V_R的差值，并与轮速差阈值进行比较：当左轮速度V_L与右轮速度V_R的差值超过设置的阈值时，滑板速度闭环控制器261接收电子差速锁模块2691的反馈值并将左轮速度V_L与右轮速度V_R分别输入左电机速度闭环控制器264与右电机速度闭环控制器265，同时向左电机速度闭环控制器264及右电机速度闭环控制器265内分别输入轮速设定值V_SET作为参考值。左电机驱动电路268接收左电机速度闭环控制器264输出的左电机占空比信号PWM_L并根据左电机占空比信号PWM_L调节左电机240速度，右电机驱动电路269接收右电机速度闭环控制器265输出的右电机占空比信号PWM_R并根据右电机占空比信号PWM_R调节右电机250速度。当左轮速度V_L与右轮速度V_R的差值未超过设置的阈值时，滑板速度闭环控制器261接收电子差速锁模块2691的反馈值后计算误差速度并进入步骤S3。左电机速度闭环控制器264与右电机速度闭环控制器265适用于两轮之间速度差过大，滑板20一侧轮子悬空的状况，以调整两轮转速，使得悬空侧轮子恢复，以保证滑板20的正常使用。此情形下滑板20的工作过程请参阅后文中关于速度闭环控制下的转弯行驶场景的描述。

需要说明的是，滑板20在使用时，主要包括三种行驶场景，即：直线行驶场景、差速控制下的转弯行驶场景以及速度闭环控制下的转弯行驶场景，以下对三种行驶场景逐一进行说明。

直线行驶场景：当滑板20在路面上直线行驶时，假定滑板速度闭环控制器261接收到的目标速度为V0，获得左轮速度V_L以及右轮速度V_R，在此条件下，滑板当前速度V_TRUE＝V_L＝V_R＝V，两轮在行驶过程中受到的外部阻力分别等于路面的摩擦力，摩擦力为正压力与摩擦系数的积。由于滑板20处于直线行驶状态，两轮受到的正压力相等及摩擦力相等，如此，用于驱动两轮转动的左电机240及右电机250的负载相等。在左右电机负载和转速相同的情况下，两电机的电流也相等，即I_MEAS_L＝I_MEAS_R，这样一来，最终计算得到的占空比信号PWM_L和PWM_R也相等，此种情况下两电机负载和输出均相等，两轮的最终速度也相等且都趋近于目标速度V_REF，从而实现滑板20在直行过程中的差速调节。

差速控制下的转弯行驶场景：请参阅图3，当滑板20由直行进入转弯时，滑板速度闭环控制器261接收到的目标速度仍然为V0。由于滑板20转弯时需要用户倾斜身体，导致用户重心偏向转弯内侧的电机，假定该侧电机为左电机240，如此，左电机240受到的正压力大于其在直行时的正压力，即左电机240负载增大，在左电机电流闭环控制器262输出的PWM_L不变的情况下，左电机240负载增大，从而使得左电机当前转矩电流I_MEAS_L增大，左电机240转速产生下降趋势。与此同时，由于人体重心远离右电机250，右电机250的负载减小，如此，右电机当前转矩电流I_MEAS_R会减小，此外，由于右电机250的转弯半径大于左电机240，右电机250需要的转速也大于左电机240，因此，右电机250的速度产生上升趋势。

在此种条件下，当滑板20刚进入转弯状态的第一个周期内，即滑板速度闭环控制器261第一次采集左轮速度V_L和右轮速度V_R并进行运算，至左电机驱动电路268及右电机驱动电路269分别在相应的电流闭环控制器输出信号下调节左电机240转速及右电机250转速的过程中，左电机当前转矩电流I_MEAS_L增大，右电机当前转矩电流I_MEAS_R减小，而两电机的目标转矩电流没有变化，则左电机误差转矩电流△I_L为负值，右电机误差转矩电流△I_R为正值，上述两误差电流对应输入左电机电流闭环控制器262及右电机电流闭环控制器263中，得到的两个输出占空比信号中的右电机占空比信号PWM_R增加，左电机占空比信号PWM_L减小，如此，驱动系统260的左电机驱动电路268及右电机驱动电路269分别根据相应的占空比信号调节左电机240转速及右电机250转速，使得右电机250加速，左电机240减速，从而实现了差速控制。

在滑板20进入转弯状态的第二个周期内，即滑板20经一次轮速调节后，滑板速度闭环控制器261首先获取滑板当前速度V_TRUE，由于上一周期中输出占空比信号的调节使得两电机的速度，亦即两轮速度V_L和V_R发生了变化，如此，由V_L和V_R计算的V_TRUE也同步变化，在此情况下，滑板速度闭环控制器261获得的整车目标速度仍然是V0，由此，误差速度△V产生相应变化，最终导致两电机的输出占空比信号PWM_L和PWM_R被更新。

由于V_TRUE在滑板速度闭环控制器261的调节下始终会趋近于遥控器的目标速度V_REF，如此，滑板左右轮的速度平均值趋近于目标速度，进一步的，滑板20左右两轮的速度平均值也就是两轮中点的速度，亦即滑板20整体的速度。故而，本实施例中以滑板20整体的速度作为目标速度，依据两侧电机的负载变化来分别调节两侧电机的输出占空比信号，以使得两电机的平均速度趋近于目标速度，由电流闭环的负反馈过程实现对两轮差速控制。

速度闭环控制下的转弯行驶场景：当滑板20在滑行过程中因左右轮负载相差过大(例如其中一轮悬空另一轮着地、一轮处于光滑材质另一轮处于粗糙材质)导致其中一轮被分配到全部输出力矩，另一轮分配到零力矩时，分配到全部力矩的轮子会快速旋转，没有分配到力矩的轮子完全不转，此时滑板20失去行驶动力。在此情况下，电子差速锁模块2691判断两轮转速差超过设置的阈值并不再使用差速驱动模型，而使用一般的速度闭环模型。请参阅图4，滑板速度闭环控制器261向左电机速度闭环控制器264输入轮速设定值V_SET，并将获取到的左轮速度输入左电机速度闭环控制器264，左电机速度闭环控制器264以轮速设定值V_SET作为参考值，计算轮速设定值V_SET与左轮速度的差值作为误差速度△V，并根据该误差速度△V进行比例、微分及积分运算，向左电机驱动电路268输出占空比信号，以调节左电机240转速，进而反馈调节左轮220速度。同样的，滑板速度闭环控制器261向右电机速度闭环控制器265输入轮速设定值V_SET，并将获取到的右轮速度输入右电机速度闭环控制器265，右电机速度闭环控制器265以轮速设定值V_SET作为参考值，计算轮速设定值V_SET与右轮速度的差值作为误差速度△V，并根据该误差速度△V进行比例、微分及积分运算，向右电机驱动电路269输出占空比信号，以调节右电机转速，进而反馈调节右轮速度。如此，使得没有被分配到力矩的电机重新获得力矩，滑板20整体上又获得了行驶的动力，从而保证了滑板20的正常行驶。

本发明还公开了一种电动滑板20，请参阅图5，图5示出了本发明一个实施例中电动滑板20的模块结构示意图，电动滑板20包括板体210、沿板体210的长度方向并排设置的两个轮组，每个轮组分别包含同轴安装的左轮220和右轮230，用于驱动板体210尾端的左轮220转动的左电机240以及用于驱动板体210尾端的右轮230转动的右电机250，在电动滑板20的具体结构中，左轮220及右轮230设置在滑板板体210的底部两侧并分别相对于板体210转动。本实施例的滑板20还包括驱动系统260以及与驱动系统260电性连接，并用于与外部信号发射端通信连接以接收差速调节指令的无线通讯接收端270。驱动系统260包括滑板速度闭环控制器261、左电机电流闭环控制器262、右电机电流闭环控制器263、用于控制左电机240转速的左电机速度闭环控制器264以及用于控制右电机250转速的右电机速度闭环控制器265、用于获取滑板20的左轮速度V_L与右轮速度V_R的速度采集单元266、用于获取左电机当前转矩电流I_MEAS_L及右电机当前转矩电流I_MEAS_R的电流采集单元267、用于控制左电机240运动的左电机驱动电路268以及用于控制右电机250运动的右电机驱动电路269。

滑板20转弯过程的速度调节即为差速控制流程，具体的，滑板速度闭环控制器261通过无线通讯接收端270获取滑板目标速度V_REF、接收速度采集单元266发送的左轮速度V_L与右轮速度V_R，并分别计算滑板当前速度V_TRUE以及滑板目标速度V_REF与滑板当前速度V_TRUE的误差速度△V；滑板速度闭环控制器261还用于输出与误差速度△V相关的目标转矩电流I_REF，并在误差速度△V为零时停止输出。

左电机电流闭环控制器262用于接收滑板速度闭环控制器261发送的目标转矩电流I_REF以及电流采集单元267发送的左电机当前转矩电流I_MEAS_L，并计算目标转矩电流I_REF与左电机当前转矩电流I_MEAS_L的左电机误差转矩电流△I_L，输出与误差电流相关的左电机占空比信号PWM_L。

右电机电流闭环控制器263用于接收滑板速度闭环控制器261发送的目标转矩电流I_REF以及电流采集单元267发送的右电机当前转矩电流I_MEAS_R，并计算目标转矩电流I_REF与右电机当前转矩电流I_MEAS_R的右电机误差转矩电流△I_R，输出与误差电流相关的右电机占空比信号PWM_R。

一实施例中，左电机速度闭环控制器264用于对左轮速度及转矩电流进行运算处理，右电机速度闭环控制器265用于对右轮速度及转矩电流进行运算处理。进一步的，驱动系统260还包括预设有左右轮速差阈值的电子差速锁模块2691，当左轮速度V_L与右轮速度V_R的差值大于轮速差阈值时，滑板速度闭环控制器261接收电子差速锁模块2691的反馈值将左轮速度V_L与右轮速度V_R分别输入左电机速度闭环控制器264与右电机速度闭环控制器265，同时向左电机速度闭环控制器264及右电机速度闭环控制器265内分别输入轮速设定值V_SET作为参考值，驱动系统260的左电机驱动电路268接收左电机速度闭环控制器264输出的占空比信号并根据占空比信号进一步响应，右电机驱动电路269接收右电机速度闭环控制器265输出的占空比信号并根据占空比信号进一步响应，以调节左电机转速以及右电机转速。

当左轮速度V_L与右轮速度V_R的差值小于轮速差阈值时，滑板速度闭环控制器261接收电子差速锁模块2691的反馈值后计算误差速度△V并进入差速控制流程，即由滑板速度闭环控制器261将计算得到的目标转矩电流I_REF发送至左电机电流闭环控制器262与右电机电流闭环控制器263，进而进行前述的占空比信号的计算。

本发明的电动滑板20包括三种使用场景，具体的：

当滑板20在路面上直线行驶时，假定滑板速度闭环控制器261接收到的目标速度为V0，滑板当前速度V_TRUE＝V_L＝V_R＝V，两轮的行驶条件一致，即受到的摩擦力、电机负载及电流等参数相同，如此，经左电机电流闭环控制器262及右电机电流闭环控制器263运算得到的占空比信号相等，即驱动系统260的左电机驱动电路268及右电机驱动电路269接收到的用于控制左电机转速及右电机转速的指令相同，如此，左电机240与右电机250分别在左电机驱动电路268及右电机驱动电路269的控制下同步调节左轮220与右轮230的转速，使得二者的速度趋于目标速度V_REF，从而实现差速调节作业。

当滑板20在转弯时，仍然假定滑板速度闭环控制器261接收到的滑板目标速度为V0，在此情况下，滑板20转弯内侧轮子受到的压力较大，相应的，为了保证转弯内侧轮子的正常行驶，用于驱动该侧轮子的电机负载及电流增大，与之相反的，用于驱动滑板20转弯外侧轮子的电机负载及电流减小，在速度未调节前，由滑板速度闭环控制器261输出的目标转矩电流未发生变化，如此，分别经两个电机的电流闭环控制器输出的占空比信号异步改变，即一个增加，一个减小，以便于驱动系统260的左电机驱动电路268及右电机驱动电路269工作，进而对应调节两个电机的转速，达到差速控制的目的。由于地面摩擦力等因素的存在，驱动系统260对左右电机一次速度调节后，左右轮的速度并未达到目标速度V_REF，因此，需由驱动系统260再次采集左右轮的实际速度以及左右电机的实际电流，并重复上述差速调节流程，直至驱动系统260检测到的滑板速度等于目标速度V_REF，滑板速度闭环控制器261即停止输入信号，从而完成差速调节过程。

当滑板20的两个轮子受力不均，如单轮悬空或单轮打滑时，电子差速锁模块2691通过判断两轮的轮速差大于转速差阈值并向滑板速度闭环控制器261发送反馈值，由滑板速度闭环控制器261分别向左电机速度闭环控制器264及右电机速度闭环控制器265输入轮速设定值，该轮速设定值可以是滑板速度闭环控制器261内预设的速度值，也可以是经由无线通讯接收端270接收外部指令得到的速度值，与此同时，速度采集单元266还将采集到的两轮速度信号分别输入左电机速度闭环控制器264及右电机速度闭环控制器265进行闭环处理，即由左电机速度闭环控制器264及右电机速度闭环控制器265对速度信号处理后生成用于控制左右电机转速的信号，即达到闭环调节左右轮速度的目的，使得没有被分配到力矩的电机重新获得力矩，以保证了滑板20的正常行驶。

一实施例中，无线通讯接收端270与外部信号发射端，如遥控器通过无线信号连接，或通过网络通信协议与后台服务器或移动智能终端连接，以便于远程控制滑板速度，实现差速调节作业。

实施本发明的实现电动滑板电子差速的方法10及电动滑板20，设置了多个速度闭环控制器及电流闭环控制器，通过滑板速度闭环控制器261对输入的滑板目标速度与获取的左右轮的速度运算得到的误差速度值，并对该速度值进行微分、积分或比例运算，获得与电机功率相关目标转矩电流并分别分配给左电机电流闭环控制器262与右电机电流闭环控制器263，随后由左电机电流闭环控制器262对目标转矩电流与左电机当前转矩电流I_MEAS_L运算得到左电机误差转矩电流△I_L值，并对左电机误差转矩电流△I_L值进行运算并向左电机驱动电路268输出左电机占空比信号PWM_L，由右电机电流闭环控制器263对目标转矩电流与右电机当前转矩电流I_MEAS_R运算得到右电机误差转矩电流△I_R值，并对右电机误差转矩电流△I_R值进行运算并向右电机驱动电路269输出右电机占空比信号PWM_R，由左电机驱动电路268及右电机驱动电路269对应调节左电机240与右电机250的转速，即调节左右轮的速度，经多次对左右轮速度的采集及调节后，左右轮的最终实际转速接近目标速度，从而达到对左右轮的差速调节，整个调节过程中无需使用机械差速器等装置，在科学计算出滑板20转弯时内外侧轮子所需转速、实现滑板差速调节、降低滑板20转弯时内侧轮子输出力矩及功耗并延长滑板20续航里程的情况下，各控制器的损耗相较于机械差速器较小，有利于延长滑板20的差速调节装置的使用寿命并保证滑板20的安全及有效使用。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种实现电动滑板电子差速的方法，其特征在于，采用的系统包括：

用于对滑板当前速度进行运算处理的滑板速度闭环控制器、用于对左电机当前转矩电流进行运算处理的左电机电流闭环控制器、用于对右电机当前转矩电流进行运算处理的右电机电流闭环控制器、用于获取滑板的左轮速度与右轮速度的速度采集单元、用于获取左电机当前转矩电流及右电机当前转矩电流的电流采集单元以及用于驱动左右电机运动的左电机驱动电路及右电机驱动电路；还包括用于接收外部控制信号并发送至滑板速度闭环控制器的无线通讯接收端；

所述方法适用的电动滑板为四轮移动装置，包括板体以及沿所述板体的长度方向并排设置的两个轮组，每个所述轮组分别包含同轴安装的左轮和右轮；

所述方法包括以下步骤：

S1)所述滑板速度闭环控制器通过所述无线通讯接收端获取滑板目标速度；

S2)所述滑板速度闭环控制器获取左轮速度与右轮速度，计算左轮与右轮的平均速度作为滑板当前速度，然后计算滑板目标速度与滑板当前速度的误差速度；

S3)所述滑板速度闭环控制器根据误差速度计算出左电机与右电机的目标转矩电流；

S4)左电机电流闭环控制器获取左电机当前转矩电流，计算目标转矩电流与左电机当前转矩电流的左电机误差转矩电流；右电机电流闭环控制器获取右电机当前转矩电流，计算目标转矩电流与右电机当前转矩电流的右电机误差转矩电流；

S5)所述左电机电流闭环控制器根据左电机误差转矩电流计算出左电机占空比信号；所述右电机电流闭环控制器根据右电机误差转矩电流计算出右电机占空比信号；所述左电机驱动电路根据左电机占空比信号控制左电机运动；所述右电机驱动电路根据右电机占空比信号驱动右电机运动；

S6)返回步骤S2，直至滑板当前速度达到滑板目标速度，完成电子差速作业。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述系统还包括用于控制左电机转速的左电机速度闭环控制器以及用于控制右电机转速的右电机速度闭环控制器。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述系统还包括预设有左右轮速差阈值的电子差速锁模块，在步骤S2中，所述滑板速度闭环控制器获取左轮速度与右轮速度后，将左轮速度与右轮速度发送至电子差速锁模块，由电子差速锁模块计算左轮速度与右轮速度的差值，并与轮速差阈值进行比较：

当左轮速度与右轮速度的差值超过设置的阈值时，所述滑板速度闭环控制器接收电子差速锁模块的反馈值将左轮速度与右轮速度分别输入左电机速度闭环控制器与右电机速度闭环控制器，同时向左电机速度闭环控制器及右电机速度闭环控制器内分别输入轮速设定值作为参考值，左电机驱动电路接收所述左电机速度闭环控制器输出的左电机占空比信号并根据左电机占空比信号调节左电机速度，右电机驱动电路接收所述右电机速度闭环控制器输出的右电机占空比信号并根据右电机占空比信号调节右电机速度；

当左轮速度与右轮速度的差值未超过设置的阈值时，所述滑板速度闭环控制器接收电子差速锁模块的反馈值后计算误差速度并进入步骤S3。

4.一种电动滑板，包括板体、沿所述板体的长度方向并排设置的两个轮组，每个所述轮组分别包含同轴安装的左轮和右轮，用于驱动所述板体尾端的左轮转动的左电机以及用于驱动所述板体尾端的右轮转动的右电机，该电动滑板还包括驱动系统以及与所述驱动系统电性连接并用于与外部信号发射端通信连接以接收差速调节指令的无线通讯接收端；

所述驱动系统包括滑板速度闭环控制器、左电机电流闭环控制器、右电机电流闭环控制器、用于控制左电机运动的左电机驱动电路、用于控制右电机运动的右电机驱动电路、用于获取滑板的左轮速度与右轮速度的速度采集单元以及用于获取左电机当前转矩电流及右电机当前转矩电流的电流采集单元；

所述滑板速度闭环控制器通过所述无线通讯接收端获取滑板目标速度、接收所述速度采集单元发送的左轮速度与右轮速度，并分别计算滑板当前速度以及滑板目标速度与滑板当前速度的误差速度；所述滑板速度闭环控制器还用于输出与误差速度相关的目标转矩电流，并在误差速度为零时停止输出；

所述左电机电流闭环控制器用于接收所述滑板速度闭环控制器发送的目标转矩电流以及所述电流采集单元发送的左电机当前转矩电流，并计算目标转矩电流与左电机当前转矩电流的左电机误差转矩电流，输出与误差电流相关的左电机占空比信号；

所述右电机电流闭环控制器用于接收所述滑板速度闭环控制器发送的目标转矩电流以及所述电流采集单元发送的右电机当前转矩电流，并计算目标转矩电流与右电机当前转矩电流的右电机误差转矩电流，输出与误差电流相关的右电机占空比信号。

5.根据权利要求4所述的电动滑板，其特征在于，所述驱动系统还包括用于控制左电机转速的左电机速度闭环控制器以及用于控制右电机转速的右电机速度闭环控制器。

6.根据权利要求5所述的电动滑板，其特征在于，所述驱动系统还包括预设有左右轮速差阈值的电子差速锁模块，当左轮速度与右轮速度的差值大于轮速差阈值时，所述滑板速度闭环控制器接收电子差速锁模块的反馈值将左轮速度与右轮速度分别输入左电机速度闭环控制器与右电机速度闭环控制器，同时向左电机速度闭环控制器及右电机速度闭环控制器内分别输入轮速设定值作为参考值，所述驱动系统的左电机驱动电路接收左电机速度闭环控制器输出的占空比信号并根据占空比信号进一步响应，右电机驱动电路接收右电机速度闭环控制器输出的占空比信号并根据占空比信号进一步响应，以调节左电机转速以及右电机转速。