CN115489654A - 一种自行车的动态自平衡辅助系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自行车的动态自平衡辅助系统，属于智能驾驶领域。一种自行车的动态自平衡辅助系统，位于人力自行车或电动自行车的车身上，包括：转向倾角调节模块，用于驱动把手转动以调整把手转向倾角β；侧向倾角调节模块，用于驱动车架转动以调整车身侧向倾角α；参数检测模块，用于实时地获取车身侧向倾角α、把手转向倾角β、车辆行驶速度V、车辆行驶位置；它可以实现提升自行车在过弯时行驶的稳定性。

Description

一种自行车的动态自平衡辅助系统

技术领域

本发明属于智能驾驶领域，更具体地说，涉及一种自行车的动态自平衡辅助系统。

背景技术

自行车和电动自行车是不稳定的“倒立摆”结构，只有在适当的行驶条件下才能实现稳定平衡的行驶；为了提升自行车（包括电动自行车）行驶的稳定性，自平衡系统应运而生；一般来说，自平衡系统会在车前轮支架上安装着一个圆柱型的转向器，如果确定自行车有侧翻迹象，连接转向器的电机就会向反方向轻转车把，抵消倾斜的力，防止侧翻发生；有利于骑行者在骑车时提升对车辆稳定性的掌控；例如专利号为CN202010195896.9的一种可实现自行车自平衡的装置、方法及自行车，其通过控制系统和转向系统对车辆进行自平衡辅助。

现有的自平衡系统一般只考虑了自行车在中低速时行驶的辅助功能，尤其是只考虑了在直线路径上对车辆稳定的辅助能力，没有考虑车辆在中高速度下转弯时对其的辅助能力，例如专利号为CN201610501072.3的一种具有防倾倒辅助平衡轮的自行车及其操作方法，其仅解决了老人、小孩等初学者在直线路径上的自平衡辅助功能；然而自行车的侧翻事故，一般都是发生在快速过弯时，骑行者没有把握好速度、转向、车身倾角的综合因素，导致了车辆侧翻；然而在中高速度下，骑行者对车辆的掌控能力会下降，因此在快速过弯时对车辆进行自平衡辅助是非常有必要的。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种自行车的动态自平衡辅助系统，它可以实现提升自行车在过弯时行驶的稳定性。

本发明的一种自行车的动态自平衡辅助系统，位于人力自行车或电动自行车的车身上，包括：

转向倾角调节模块，用于驱动把手转动以调整把手转向倾角β；

侧向倾角调节模块，用于驱动车架转动以调整车身侧向倾角α；

参数检测模块，用于实时地获取车身侧向倾角α、把手转向倾角β、车辆行驶速度V、车辆行驶位置；以及

控制器，用于与参数检测模块连接以收集参数检测模块获取的参数；控制器将车辆行驶位置与预设的行驶路径进行对比，以判断车辆是否处于转弯状态；控制器与转向倾角调节模块、侧向倾角调节模块分别电性连接，以独立地控制转向倾角调节模块和侧向倾角调节模块的启停作业；控制器在判断车辆处于转弯状态下时，将车辆行驶速度V代入车辆的行驶状态中，以判断车辆是否能通过调节车身侧向倾角α、把手转向倾角β来实现稳定过弯；

控制器在判断车辆处于转弯状态下，且在当前的车辆行驶速度V下，车辆能够通过调节车身侧向倾角α、把手转向倾角β来实现稳定过弯时，再将车身侧向倾角α或把手转向倾角β代入车辆的行驶状态中，以判断车辆的把手转向倾角β或车身侧向倾角α是否符合标准。

作为本发明的进一步改进，参数检测模块包括油缸、左伸缩杆、右伸缩杆、滚球；油缸与控制器电性连接，以使油缸的启停作业受到控制器的控制；油缸的输出端有两个，两个输出端分别位于车辆的中心线的两侧且对称设置，左侧的输出端与左伸缩杆连接，右侧的输出端与右伸缩杆连接，左伸缩杆和右伸缩杆的远离油缸的一端均与一滚球活动连接；左伸缩杆和右伸缩杆均由刚性材料制成，左伸缩杆和右伸缩杆均具有伸缩结构，且在初始状态下呈收缩状态，在油缸启动向左伸缩杆和/或右伸缩杆内泵油后，对应伸缩杆伸长，伸缩杆伸长的长度与油缸向其输入的油量呈线性正相关；滚球由刚性材料制成；伸缩杆的最大伸展长度大于或等于在初始状态下车辆竖直摆放时滚球与地面沿伸缩杆伸展长度方向的距离。

作为本发明的进一步改进，在转弯状态下，且在当前的车辆行驶速度V下，车辆能够通过调节车身侧向倾角α、把手转向倾角β来实现稳定过弯时，当控制器判断在当前行驶参数下车辆不能维持稳定行驶时，判断车辆的实际行驶方向与车辆在该路段位置处的理想行驶方向的夹角是否在设定范围内；若否，则认定车辆因把手转动方向过于歪斜，导致车辆无法保持向心转弯运动而失控，控制器控制启动转向倾角调节模块以调整把手转向倾角β，将车辆调整为进行向心转弯运动；若是，则认定车辆因车架相对于地面的夹角过于大或过于小，导致车辆无法与地面保持足够的摩擦力以保持向心转弯运动而失控，控制器控制启动侧向倾角调节模块以调整车身侧向倾角α，将车辆调整为进行向心转弯运动。

作为本发明的进一步改进，控制器预先收录有被测车辆与各行驶阶段路面的摩擦系数；控制器预先收录有被测车辆的行驶目的地、理想行驶路径、路径完整路况；控制器预先收录有被测车辆的重量、骑行者的重量。

作为本发明的进一步改进，参数检测模块还用于获取车辆抬头倾角γ；车辆抬头倾角γ指前轮与后轮的连线与水平面的夹角，前轮高于后轮时γ为正值，前轮低于后轮时γ为负值；控制器还用于收集车辆抬头倾角γ，并将车身侧向倾角α、把手转向倾角β、车辆行驶速度V、车辆抬头倾角γ均代入车辆的行驶状态中，以判断在当前行驶参数下车辆是否能在未来一段时间内维持稳定行驶。

作为本发明的进一步改进，判断在当前行驶参数下车辆是否能在未来一段时间内维持稳定行驶的方法包括：判断在保持当前的把手转向倾角β、车身侧向倾角α、车辆抬头倾角γ不变的情况下，以当前的车辆行驶速度V行驶，在设定时间后能否通过调节车身侧向倾角α、把手转向倾角β来保持车架完成向心转弯运动；若能则认定当前行驶参数下车辆可以维持稳定行驶；若不能则认定当前行驶参数下车辆无法维持稳定行驶。

作为本发明的进一步改进，在转弯状态下，且在未来车速变化情况下，车辆能够通过调节车身侧向倾角α、把手转向倾角β来实现稳定过弯时，当控制器判断在当前行驶参数下车辆不能在未来一段时间内维持稳定行驶时，判断车辆的实际行驶方向与车辆在该路段位置处的理想行驶方向的夹角是否在设定范围内；若否，则认定车辆因把手转动方向过于歪斜，导致车辆无法保持向心转弯运动而失控，控制器控制启动转向倾角调节模块以调整把手转向倾角β，将车辆调整为进行向心转弯运动；若是，则认定车辆因车架相对于地面的夹角过于大或过于小，导致车辆无法与地面保持足够的摩擦力以保持向心转弯运动而失控，控制器控制启动侧向倾角调节模块以调整车身侧向倾角α，将车辆调整为进行向心转弯运动。

作为本发明的进一步改进，该系统还包括动力调节模块；动力调节模块用于驱动前轮和/或后轮以提高或降低车速；控制器与动力调节模块电性连接，以控制动力调节模块的启停作业。

作为本发明的进一步改进，在转弯状态下，当控制器判断在当前行驶参数下车辆不能在未来一段时间内维持稳定行驶时，判断在保持当前行驶参数下车辆能否维持稳定行驶；

若不可以维持稳定行驶，则继续判断车辆的实际行驶方向与车辆在该路段位置处的理想行驶方向的夹角是否在设定范围内；若超出设定范围，则认定车辆因把手转动方向过于歪斜，导致车辆无法保持向心转弯运动而失控，控制器控制启动转向倾角调节模块以调整把手转向倾角β，将车辆调整为进行向心转弯运动；若在设定范围内，则认定车辆因车架相对于地面的夹角过于大或过于小，导致车辆无法与地面保持足够的摩擦力以保持向心转弯运动而失控，控制器控制启动侧向倾角调节模块以调整车身侧向倾角α，将车辆调整为进行向心转弯运动；

若可以维持稳定行驶，则认定车辆因车辆抬头倾角γ导致车辆提速或降速超出设定阈值而影响在未来一段时间内的稳定行驶，控制器控制动力调节模块驱动前轮和/或后轮对车速进行调节，以维持车辆在未来一段时间内的稳定行驶。

相比于现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明通过在车辆转弯时检测车身侧向倾角α、把手转向倾角β、车辆行驶速度V，来综合判断相对于水平面倾斜的车辆是否能够保持稳定行驶，这里的稳定行驶即指能够按照理想行驶路径做向心转弯运动；如果在转弯过程中把手转向倾角过大则会因惯性侧翻，过小则会无法转向导致侧翻；如果在转弯过程中车身侧向倾角过大则会因向心力不足而侧翻，过小则因摩擦力不足而侧翻；如果在转弯过程中车辆行驶速度过大会因离心力过大而侧翻，过小则因向心力过小而侧翻；因此只有车身侧向倾角α、把手转向倾角β、车辆行驶速度V三者处于平衡状态时，才能使得车辆保持稳定行驶状态；由于车辆在快速过弯时，车身不可避免地会因为向心力的关系而向内侧倾斜，如果按照现有技术中的操控手段，只要车身倾斜便控制把手转向的话，车辆会因为把手转向突然改变而侧翻，酿成车祸；因此，本发明可以对车身倾斜后是否需要调整作出选择性的判断，避免车身受到错误的调整。

本发明在车辆转弯时检测车身侧向倾角α、把手转向倾角β、车辆行驶速度V、车辆抬头倾角γ，来综合判断在未来一段时间内如果没有外力对车辆进行加速或减速的情况下，相对于水平面倾斜的车辆是否能够保持稳定行驶，如果γ为正值，意味着在未来一段时间内车辆的V会减小，也就是说车辆是在上坡路段转弯，若车辆在此刻能够保持稳定行驶且不改变α和β的话，那么在未来一段时间后会因为V的减小而无法保持向心转弯运动从而侧翻，因此需要通过动力调节模块对车辆进行加速来维持车辆稳定行驶，又因为控制器实时地在分析车辆在检测的当前时刻是否能够保持稳定行驶，因此动力调节模块对车辆的具体加速可以受到控制器的控制，还可以通过控制器控制转向倾角调节模块和侧向倾角调节模块，对α和β进行调节来辅助车辆在加速状态下的稳定行驶；另外，车辆在下坡路段转弯时与上述原理、作用类似；所以本发明可以在车辆变速转弯的情况下对车身倾斜后是否需要调整作出选择性的判断，避免车身受到错误的调整。

附图说明

图1为本发明的具体实施例一的自行车过弯时的自平衡辅助流程示意图；

图2为本发明的具体实施例一的装配了该系统的自行车的立体结构示意图；

图3为本发明的具体实施例一的车身侧向倾角α的示意图；

图4为本发明的具体实施例一的车辆因车身侧向倾角α过大时进行自平衡辅助时的结构示意图；

图5为本发明的具体实施例一的把手转向倾角β的示意图；

图6为本发明的具体实施例一的车辆抬头倾角γ的意图；

图7为本发明的具体实施例二的自行车过弯时的自平衡辅助流程结构示意图。

图中标号说明：

转向倾角调节模块1、侧向倾角调节模块2、转向传感器3、陀螺仪传感器4、控制器5。

具体实施方式

具体实施例一：请参阅图1-6的一种自行车的动态自平衡辅助系统，位于人力自行车或电动自行车的车身上，包括：转向倾角调节模块1、侧向倾角调节模块2、参数检测模块、控制器5。

参数检测模块包括：转向传感器3、陀螺仪传感器4、车速传感器、定位传感器。转向传感器3安装在前轮或把手上，用于获取把手转向倾角β的数值；陀螺仪传感器4安装在车架的横杆内，用于获取车身侧向倾角α的数值；车速传感器安装在车架上，用于获取车辆的实时行驶速度；定位传感器安装在车架上，用于获取车辆的实时位置。

转向倾角调节模块1在本实施例中体现为转向电机，转向电机安装在把手与前叉之间，转向电机与控制器5电性连接，转向电机的启停作业受到控制器5的控制，转向电机的输出轴具有两个，分别与前叉和把手固定连接，转向电机的机身与车架固定连接，当转向电机启动后，输出轴转动，会带动前叉和把手同时转动，以达到调节把手转向倾角β的目的。

侧向倾角调节模块2包括油缸、左伸缩杆、右伸缩杆、滚球；油缸安装在车架的后叉下端，位于车身的中心面上，油缸与控制器5电性连接，以使油缸的启停作业受到控制器5的控制；油缸的输出端有两个，两个输出端分别位于车辆的中心线的两侧且对称设置，左侧的输出端与左伸缩杆连接，右侧的输出端与右伸缩杆连接，左伸缩杆和右伸缩杆的远离油缸的一端均与一滚球活动连接；左伸缩杆和右伸缩杆均由刚性材料制成，左伸缩杆和右伸缩杆均具有伸缩结构，且在初始状态下呈收缩状态，在油缸启动向左伸缩杆和/或右伸缩杆内泵油后，对应伸缩杆伸长，伸缩杆伸长的长度与油缸向其输入的油量呈线性正相关；滚球由刚性材料制成；伸缩杆的最大伸展长度大于或等于在初始状态下车辆竖直摆放时滚球与地面沿伸缩杆伸展长度方向的距离，如在车身向右侧倾斜的角度过大时，右伸缩杆可以支撑住地面以给车身传递一个支撑力，避免车身继续倾斜，并辅助车身向左侧偏转避免侧翻；如在车身向右侧倾斜的角度过小时，左伸缩杆可以支撑地面以给车身传递一个压力，辅助车身向右侧继续倾斜；以实现调节车身侧向倾角α的目的；需要说明的是，油缸、左伸缩杆、右伸缩杆、滚球在静态和动态状态下均不与踏板的活动范围干涉。

控制器5位于车架的纵杆内，控制器5用于与参数检测模块连接以收集参数检测模块获取的参数；控制器5将车辆行驶位置与预设的行驶路径进行对比，以判断车辆是否处于转弯状态，当车辆的位置在预设的行驶路径上显示位于转弯路段，则认定车辆此时处于转弯状态，而转弯状态下车身具有一定的倾斜是正常的，此时需要来评判车身的倾斜角度是否能够保证车辆稳定行驶，以对车身做出自平衡辅助。这里要说明一下预设的行驶路径是如何得到的，自行车或电动自行车在出发前通过导航设置好行驶目的地，导航推送理想行车路径，控制器5与导航电性连接，导航可以将理想行车路径、地图信息等均发送给控制器5，控制器5可以得到理想行车路径和路径上的路况信息，默认车辆行驶时应该参照理想行车路径来行驶；控制器5与导航的连接技术是常规手段，在此不赘述。

控制器5除了预先设定了理想行车路径外，还预先设置了车身重量、骑行者重量、车胎与不同地面的摩擦系数；车身重量是固定的，是可预先设置的；骑行者如果是固定的专人专车，也是可预先设置的，如果不是专人专车，则可以通过在车身上设置重量传感器来检测骑行者重量；车胎由于本身材料是固定的，只需要通过导航确定各个路段的路面材质即可确定在此次行程中车胎与不同地面的摩擦系数。

控制器5评判车身的倾斜角度是否能够保证车辆稳定行驶时，需要将车身侧向倾角α、把手转向倾角β、车辆行驶速度V均代入车辆的行驶状态中，以判断在当前行驶参数下车辆是否能维持稳定行驶。由于车辆在快速过弯时必然是会产生车身的倾斜的，如果在此时按照现有技术的手段直接将车身的倾斜视为需要调节的情况，必然会导致车辆行驶方向的突然改变而侧翻，因此车辆在快速过弯时对车身倾斜是否需要调节的判断是非常必要的。

众所周知，自行车在快速转弯时，把手转向朝向转弯方向，车身倾斜以获取向心力；因此车身侧向倾角α、把手转向倾角β、车辆行驶速度V三者是与自行车能否顺利稳定地过弯的必要因素，且必须是三者综合考量的，也就是说，在把手转向倾角β、车辆行驶速度V固定的情况下，在此转弯路段上车辆若要稳定通过，车身侧向倾角α也应该是固定的；同理，把手转向倾角β、车辆行驶速度V也都是通过其他两个参数可固定推算出来的；因此只要对比推算出来的数值与实际的数值就可以判断该车辆是否可以稳定行驶。

自平衡辅助系统的流程如下：

1.控制器5获取预先设定的行驶路径即理想行驶路径，并预先设置车身重量、骑行者重量、车胎与不同地面的摩擦系数；

2.通过定位传感器确定车辆处于转弯路段；

3.控制器5获取参数检测模块获取的参数；

4.控制器5在判断车辆处于转弯状态下时，将车辆行驶速度V代入车辆的行驶状态中，判断车辆是否能通过调节车身侧向倾角α和/或把手转向倾角β来实现稳定过弯；若判断结果为是，则进行步骤5；若判断结果为否，则判断车辆无法稳定通过弯道；

5.判断车辆的实际行驶方向与车辆在该路段位置处的理想行驶方向的夹角是否在设定范围内；（该夹角的设定范围也是控制器5预先设定好的）若是则进行步骤6；若否则进行步骤7；

6.控制器5控制启动侧向倾角调节模块以调节车身侧向倾角α至车辆处于稳定行驶状态，并返回步骤2；

7.控制器控制启动转向倾角调节模块以调节把手转向倾角β至车辆处于稳定行驶状态，并返回步骤2。

工作原理：判断在当前行驶参数下车辆是否能维持稳定行驶的方法为：在当前车辆行驶速度V条件下，判断车辆是否能通过调节车身侧向倾角α、把手转向倾角β来实现稳定过弯；若能，则认定车辆可直接或经过调整后间接通过弯道；若否，则认定当前行驶参数下车辆无法维持稳定行驶。

在转弯状态下，且在当前的车辆行驶速度V下，车辆要稳定过弯需要调节车身侧向倾角α和/或把手转向倾角β时，判断车辆的实际行驶方向与车辆在该路段位置处的理想行驶方向的夹角是否在设定范围内；

若不在设定范围内，则认定车辆因把手转动方向过于歪斜，导致车辆无法保持向心转弯运动而失控，控制器5控制启动转向倾角调节模块1以调整把手转向倾角β，将车辆调整为进行向心转弯运动；

若在设定范围内，则认定车辆因车架相对于地面的夹角过于大或过于小，导致车辆无法与地面保持足够的摩擦力以保持向心转弯运动而失控，控制器5控制启动侧向倾角调节模块2以调整车身侧向倾角α，将车辆调整为进行向心转弯运动。

具体实施例二：在具体实施例一的基础上，请参阅图7的一种自行车的动态自平衡辅助系统，参数检测模块还通过陀螺仪传感器4来获取车辆抬头倾角γ。

车辆抬头倾角γ指前轮与后轮的连线与水平面的夹角，前轮高于后轮时γ为正值，前轮低于后轮时γ为负值；控制器5还用于收集车辆抬头倾角γ，并将车身侧向倾角α、把手转向倾角β、车辆行驶速度V、车辆抬头倾角γ均代入车辆的行驶状态中，以判断在当前行驶参数下车辆是否能在未来一段时间内维持稳定行驶。

判断在当前行驶参数下车辆是否能在未来一段时间内维持稳定行驶的方法包括：判断在保持当前的把手转向倾角β、车身侧向倾角α、车辆抬头倾角γ不变的情况下，以当前的车辆行驶速度V行驶，在设定时间后能否通过调节车身侧向倾角α和/或把手转向倾角β来保持车架完成向心转弯运动；若能则认定当前行驶参数下车辆可以维持稳定行驶；若不能则认定当前行驶参数下车辆无法维持稳定行驶。这里的未来一段时间是一个时间段，这个时间段的长度是控制器5在开始预设的，这个时间段的长度可以通过当前的车辆行驶速度V经过该上坡或下坡路段所需要的时间，由于控制器5已经预先得到了理想行驶路径上的路况信息，所以该时间段的长度是可以被测算出来的。这里默认车辆在转弯时没有人为施加外力使车辆变速，改变车速的原因在于车辆抬头倾角γ，即路况为上坡还是下坡。

在转弯状态下，且在当前的车辆行驶速度V和车辆行驶速度V未来变化程度下，车辆要稳定过弯需要调节车身侧向倾角α和/或把手转向倾角β时，判断车辆的实际行驶方向与车辆在该路段位置处的理想行驶方向的夹角是否在设定范围内；若否，则认定车辆因把手转动方向过于歪斜，导致车辆无法保持向心转弯运动而失控，控制器5控制启动转向倾角调节模块1以调整把手转向倾角β，将车辆调整为进行向心转弯运动；若是，则认定车辆因车架相对于地面的夹角过于大或过于小，导致车辆无法与地面保持足够的摩擦力以保持向心转弯运动而失控，控制器5控制启动侧向倾角调节模块2以调整车身侧向倾角α，将车辆调整为进行向心转弯运动。

具体实施例三：在具体实施例一或二的基础上，该自平衡辅助系统还包括动力调节模块；动力调节模块用于驱动前轮和/或后轮以提高或降低车速；控制器5与动力调节模块电性连接，以控制动力调节模块的启停作业。动力调节模块包括提速单元和降速单元；提速单元包括与后轮轴心连接的提速电机，提速电机与控制器5电性连接，以受控制器5的控制，提速电机启动后可提高后轮的转速；降速单元包括与刹车泵连接的降速油泵，降速油泵与控制器5电性连接，以受控制器5的控制，降速油泵启动后可促使刹车启动。

控制器5在判断车辆处于转弯状态下时，将车辆行驶速度V代入车辆的行驶状态中，判断车辆是否能通过调节车身侧向倾角α和/或把手转向倾角β来实现稳定过弯；若判断结果为否，则启动动力调节模块；

在车速过快情况下，动力调节模块控制车速降低，直至车辆可以通过调节车身侧向倾角α和/或把手转向倾角β来实现稳定过弯；在车速过慢情况下，动力调节模块控制车速提高，直至车辆可以通过调节车身侧向倾角α和/或把手转向倾角β来实现稳定过弯；

或者，控制器在判断车辆处于转弯状态下且未来行驶路段具备上坡或下坡时，在保持当前的把手转向倾角β、车身侧向倾角α、车辆抬头倾角γ不变的情况下，以当前的车辆行驶速度V行驶，在设定时间后能否通过调节车身侧向倾角α和/或把手转向倾角β来保持车架完成向心转弯运动；若判断结果为否，则启动动力调节模块；

在车速提速过快情况下，动力调节模块控制车速降低，直至车辆可以通过调节车身侧向倾角α和/或把手转向倾角β来实现稳定过弯；在车速降速过快情况下，动力调节模块控制车速提升，直至车辆可以通过调节车身侧向倾角α和/或把手转向倾角β来实现稳定过弯；

具体地，在转弯状态下，当控制器5判断在当前行驶参数下车辆不能在未来一段时间内维持稳定行驶时，先判断在当前行驶参数下车辆能否维持稳定行驶；

若不可以维持稳定行驶，则继续判断车辆的实际行驶方向与车辆在该路段位置处的理想行驶方向的夹角是否在设定范围内；若超出设定范围，则认定车辆因把手转动方向过于歪斜，导致车辆无法保持向心转弯运动而失控，控制器5控制启动转向倾角调节模块1以调整把手转向倾角β，将车辆调整为进行向心转弯运动；若在设定范围内，则认定车辆因车架相对于地面的夹角过于大或过于小，导致车辆无法与地面保持足够的摩擦力以保持向心转弯运动而失控，控制器5控制启动侧向倾角调节模块2以调整车身侧向倾角α，将车辆调整为进行向心转弯运动；

若可以维持稳定行驶，则认定车辆因车辆抬头倾角γ导致车辆提速或降速超出设定阈值而影响在未来一段时间内的稳定行驶，控制器5控制动力调节模块驱动前轮和/或后轮对车速进行调节，以维持车辆在未来一段时间内的稳定行驶。

具体实施例四：在具体实施例一至三任一的基础上，在车辆调节车身侧向倾角α后，继续判断以目前的车身侧向倾角α、把手转向倾角β、车辆行驶速度V，是否能保持稳定过弯；若不能，则继续调节把手转向倾角β；若能，则以当前车况行驶；

在车辆调节把手转向倾角β后，继续判断以目前的车身侧向倾角α、把手转向倾角β、车辆行驶速度V，是否能保持稳定过弯；若不能，则继续调节车身侧向倾角α；若能，则以当前车况行驶；

这样的设置使为了在车辆调节车身侧向倾角α和/或把手转向倾角β来实现稳定过弯后，检验是否调整过多或过少的问题。

Claims (9)

1.一种自行车的动态自平衡辅助系统，位于人力自行车或电动自行车的车身上，其特征在于：包括

转向倾角调节模块（1），用于驱动把手转动以调整把手转向倾角β；

侧向倾角调节模块（2），用于驱动车架转动以调整车身侧向倾角α；

参数检测模块，用于实时地获取车身侧向倾角α、把手转向倾角β、车辆行驶速度V、车辆行驶位置；以及

控制器（5），用于与参数检测模块连接以收集参数检测模块获取的参数；控制器（5）将车辆行驶位置与预设的行驶路径进行对比，以判断车辆是否处于转弯状态；控制器（5）与转向倾角调节模块（1）、侧向倾角调节模块（2）分别电性连接，以独立地控制转向倾角调节模块（1）和侧向倾角调节模块（2）的启停作业；

控制器（5）在判断车辆处于转弯状态下时，将车辆行驶速度V代入车辆的行驶状态中，以判断车辆是否能通过调节车身侧向倾角α、把手转向倾角β来实现稳定过弯；

控制器（5）在判断车辆处于转弯状态下，且在当前的车辆行驶速度V下，车辆能够通过调节车身侧向倾角α、把手转向倾角β来实现稳定过弯时，再将车身侧向倾角α或把手转向倾角β代入车辆的行驶状态中，以判断车辆的把手转向倾角β或车身侧向倾角α是否符合标准。

2.根据权利要求1所述的一种自行车的动态自平衡辅助系统，其特征在于：参数检测模块包括油缸、左伸缩杆、右伸缩杆、滚球；油缸与控制器（5）电性连接，以使油缸的启停作业受到控制器（5）的控制；油缸的输出端有两个，两个输出端分别位于车辆的中心线的两侧且对称设置，左侧的输出端与左伸缩杆连接，右侧的输出端与右伸缩杆连接，左伸缩杆和右伸缩杆的远离油缸的一端均与一滚球活动连接；左伸缩杆和右伸缩杆均由刚性材料制成，左伸缩杆和右伸缩杆均具有伸缩结构，且在初始状态下呈收缩状态，在油缸启动向左伸缩杆和/或右伸缩杆内泵油后，对应伸缩杆伸长，伸缩杆伸长的长度与油缸向其输入的油量呈线性正相关；滚球由刚性材料制成；伸缩杆的最大伸展长度大于或等于在初始状态下车辆竖直摆放时滚球与地面沿伸缩杆伸展长度方向的距离。

3.根据权利要求1所述的一种自行车的动态自平衡辅助系统，其特征在于：在转弯状态下，且在当前的车辆行驶速度V下，车辆能够通过调节车身侧向倾角α、把手转向倾角β来实现稳定过弯时，当控制器（5）判断在当前行驶参数下车辆不能维持稳定行驶时，判断车辆的实际行驶方向与车辆在该路段位置处的理想行驶方向的夹角是否在设定范围内；若否，则认定车辆因把手转动方向过于歪斜，导致车辆无法保持向心转弯运动而失控，控制器（5）控制启动转向倾角调节模块（1）以调整把手转向倾角β，将车辆调整为进行向心转弯运动；若是，则认定车辆因车架相对于地面的夹角过于大或过于小，导致车辆无法与地面保持足够的摩擦力以保持向心转弯运动而失控，控制器（5）控制启动侧向倾角调节模块（2）以调整车身侧向倾角α，将车辆调整为进行向心转弯运动。

4.根据权利要求1所述的一种自行车的动态自平衡辅助系统，其特征在于：控制器（5）预先收录有被测车辆与各行驶阶段路面的摩擦系数；控制器（5）预先收录有被测车辆的行驶目的地、理想行驶路径、路径完整路况；控制器（5）预先收录有被测车辆的重量、骑行者的重量。

5.根据权利要求1所述的一种自行车的动态自平衡辅助系统，其特征在于：参数检测模块还用于获取车辆抬头倾角γ；车辆抬头倾角γ指前轮与后轮的连线与水平面的夹角，前轮高于后轮时γ为正值，前轮低于后轮时γ为负值；控制器（5）还用于收集车辆抬头倾角γ，并将车身侧向倾角α、把手转向倾角β、车辆行驶速度V、车辆抬头倾角γ均代入车辆的行驶状态中，以判断在当前行驶参数下车辆是否能在未来一段时间内维持稳定行驶。

6.根据权利要求5所述的一种自行车的动态自平衡辅助系统，其特征在于：判断在当前行驶参数下车辆是否能在未来一段时间内维持稳定行驶的方法包括：判断在保持当前的把手转向倾角β、车身侧向倾角α、车辆抬头倾角γ不变的情况下，以当前的车辆行驶速度V行驶，在设定时间后能否通过调节车身侧向倾角α、把手转向倾角β来保持车架完成向心转弯运动；若能则认定当前行驶参数下车辆可以维持稳定行驶；若不能则认定当前行驶参数下车辆无法维持稳定行驶。

7.根据权利要求5所述的一种自行车的动态自平衡辅助系统，其特征在于：在转弯状态下，且在未来车速变化情况下，车辆能够通过调节车身侧向倾角α、把手转向倾角β来实现稳定过弯时，当控制器（5）判断在当前行驶参数下车辆不能在未来一段时间内维持稳定行驶时，判断车辆的实际行驶方向与车辆在该路段位置处的理想行驶方向的夹角是否在设定范围内；若否，则认定车辆因把手转动方向过于歪斜，导致车辆无法保持向心转弯运动而失控，控制器（5）控制启动转向倾角调节模块（1）以调整把手转向倾角β，将车辆调整为进行向心转弯运动；若是，则认定车辆因车架相对于地面的夹角过于大或过于小，导致车辆无法与地面保持足够的摩擦力以保持向心转弯运动而失控，控制器（5）控制启动侧向倾角调节模块（2）以调整车身侧向倾角α，将车辆调整为进行向心转弯运动。

8.根据权利要求7所述的一种自行车的动态自平衡辅助系统，其特征在于：该系统还包括动力调节模块；动力调节模块用于驱动前轮和/或后轮以提高或降低车速；控制器（5）与动力调节模块电性连接，以控制动力调节模块的启停作业。

9.根据权利要求8所述的一种自行车的动态自平衡辅助系统，其特征在于：在转弯状态下，当控制器（5）判断在当前行驶参数下车辆不能在未来一段时间内维持稳定行驶时，判断在保持当前行驶参数下车辆能否维持稳定行驶；

若不可以维持稳定行驶，则继续判断车辆的实际行驶方向与车辆在该路段位置处的理想行驶方向的夹角是否在设定范围内；若超出设定范围，则认定车辆因把手转动方向过于歪斜，导致车辆无法保持向心转弯运动而失控，控制器（5）控制启动转向倾角调节模块（1）以调整把手转向倾角β，将车辆调整为进行向心转弯运动；若在设定范围内，则认定车辆因车架相对于地面的夹角过于大或过于小，导致车辆无法与地面保持足够的摩擦力以保持向心转弯运动而失控，控制器（5）控制启动侧向倾角调节模块（2）以调整车身侧向倾角α，将车辆调整为进行向心转弯运动；

若可以维持稳定行驶，则认定车辆因车辆抬头倾角γ导致车辆提速或降速超出设定阈值而影响在未来一段时间内的稳定行驶，控制器（5）控制动力调节模块驱动前轮和/或后轮对车速进行调节，以维持车辆在未来一段时间内的稳定行驶。

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