RU2702365C1 - Single-track two-wheeled automated scooter and method for use thereof - Google Patents

Single-track two-wheeled automated scooter and method for use thereof Download PDF

Info

Publication number
RU2702365C1
RU2702365C1 RU2018115405A RU2018115405A RU2702365C1 RU 2702365 C1 RU2702365 C1 RU 2702365C1 RU 2018115405 A RU2018115405 A RU 2018115405A RU 2018115405 A RU2018115405 A RU 2018115405A RU 2702365 C1 RU2702365 C1 RU 2702365C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
steering
control system
rider
vehicle
scooter
Prior art date
Application number
RU2018115405A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Петрович Круглов
Сергей Владимирович Ковыршин
Станислав Андреевич Исупов
Кирилл Игоревич Дьяконов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС)
Priority to RU2018115405A priority Critical patent/RU2702365C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2702365C1 publication Critical patent/RU2702365C1/en

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62K—CYCLES; CYCLE FRAMES; CYCLE STEERING DEVICES; RIDER-OPERATED TERMINAL CONTROLS SPECIALLY ADAPTED FOR CYCLES; CYCLE AXLE SUSPENSIONS; CYCLE SIDE-CARS, FORECARS, OR THE LIKE
    • B62K3/00—Bicycles
    • B62K3/002—Bicycles without a seat, i.e. the rider operating the vehicle in a standing position, e.g. non-motorized scooters; non-motorized scooters with skis or runners
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62K—CYCLES; CYCLE FRAMES; CYCLE STEERING DEVICES; RIDER-OPERATED TERMINAL CONTROLS SPECIALLY ADAPTED FOR CYCLES; CYCLE AXLE SUSPENSIONS; CYCLE SIDE-CARS, FORECARS, OR THE LIKE
    • B62K3/00—Bicycles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M6/00—Rider propulsion of wheeled vehicles with additional source of power, e.g. combustion engine or electric motor

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Control Of Driving Devices And Active Controlling Of Vehicle (AREA)
  • Motorcycle And Bicycle Frame (AREA)

Abstract

FIELD: machine building.
SUBSTANCE: group of inventions relates to machine building, particularly, to single-track two-wheeled automated scooters. Single-track two-wheeled automated scooter comprises platform-board, steering wheels, engine, engine control system, brake, accumulator, device for independent return of steering wheel to neutral position, automatic control of steering wheel. Drive motor control system includes a rider operator centre of gravity sensor. Steering servo motor control system includes roll, lateral acceleration and drive wheel rpm transducers. Method of using single-track two-wheeled automated scooter consists in movement with drive from electric motor in preset direction. Automatic coordination of turns is provided with provision of gravity vector direction along the body of the operator-rider. Switching on control systems of drive motor and steering servomotor at the beginning of movement at preset speed achievement. Implementing the vehicle control principle by deflecting the body of a rider. Implement emergency shutdown of vehicle.
EFFECT: higher convenience of transporting vehicle.
2 cl, 3 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области транспортной техники, в частности к одноколейным двухколесным мехатронным индивидуальным транспортным средствам, отличающееся малыми габаритами и весом, а также не требующим специальной подготовки для использования. Данное транспортное средство можно условно отнести к устройству, занимающему промежуточное положение между моторизованными самокатом и скейтбордом.The present invention relates to the field of transport equipment, in particular to single-track two-wheeled mechatronic individual vehicles, characterized by small dimensions and weight, and also not requiring special preparation for use. This vehicle can be conditionally attributed to a device occupying an intermediate position between a motorized scooter and a skateboard.

Уровень техникиState of the art

Индивидуальный электрический транспорт на аккумуляторных батареях в последнее время становится все более популярным. Его отличают такие важные качества, как автономность транспортировки пользователя, удобство использования, экологичность и др. Известны следующие аналоги предлагаемого индивидуального транспортного средства.Individual battery powered electric vehicles have recently become increasingly popular. It is distinguished by such important qualities as autonomy of user transportation, ease of use, environmental friendliness, etc. The following analogues of the proposed individual vehicle are known.

1) Электрическое балансирующее транспортное средство (известно также как «гироскутер»), (патент RU 2619683 С1, МПК: В62К 3/00, В62К 11/00, 02.12.2014), а также широко известное балансирующее транспортное средство «сегвей».1) Electric balancing vehicle (also known as a gyro scooter), (patent RU 2619683 C1, IPC: B62K 3/00, B62K 11/00, 12/02/2014), as well as the well-known Segway balancing vehicle.

Данные транспортные средства представляют собой платформу с двумя электроприводными колесами на одной оси, систему датчиков и систему управления. Сегвей имеет еще рулевой рычаг (руль). Автоматическое управление по данным с датчиков обеспечивает балансировочное положение наездника, как на нулевой скорости, так и в движении путем изменения тяги приводных двигателей (механическая система представляет собой перевернутый маятник). Управление скоростью и направлением движения гироскутера осуществляется путем поворота опорных площадок ногами наездника, а у сегвея - отклонением тела наездника вперед-назад и поворотом руля.These vehicles are a platform with two electric drive wheels on one axis, a sensor system and a control system. Segway also has a steering lever (steering wheel). Automatic control according to the data from the sensors provides the balancing position of the rider, both at zero speed and in motion by changing the thrust of the drive motors (the mechanical system is an inverted pendulum). The speed and direction of movement of the gyro scooter are controlled by turning the supporting platforms with the legs of the rider, and in Segway, by deflecting the rider's body back and forth and turning the steering wheel.

Недостатком данных транспортных средств является необходимость длительной тренировки по их использованию. Это связано с тем, что в исходном состоянии рассматриваемая система «транспортное средство - наездник» является неустойчивой по направлению движения, что наиболее опасно для наездника, особенно на скорости. Отсюда - некий психологический барьер, мешающий неподготовленному человеку использовать данное транспортное средство в целевом назначении непосредственно без специальной предварительной подготовки. Еще одним недостатком гироскутера является его неприспособленность для перемещения по неровной дороге, что следует из принципа управления направлением движения.The disadvantage of these vehicles is the need for lengthy training on their use. This is due to the fact that in the initial state, the considered vehicle-rider system is unstable in the direction of movement, which is most dangerous for the rider, especially at speed. Hence, there is a certain psychological barrier that prevents an unprepared person from using this vehicle for its intended purpose directly without special preliminary preparation. Another disadvantage of the gyro scooter is its inability to move on rough roads, which follows from the principle of controlling the direction of movement.

2) Электроскейт, (патент RU 2421263 С1 МПК: А63С 17/12, 25.02.2010). Электроскейт содержит платформу в виде доски с прикрепленными к ней ведомой и ведущей парой колес, расположенных друг за другом по направлению движения. Также он содержит аккумуляторный блок, пульт дистанционного управления, вмонтированный в перчатку наездника для управления скоростью движения и рулевой рычаг для управления направлением движения. Недостатком данного транспортного средства являются его большие габариты и масса.2) Electroskate, (patent RU 2421263 C1 IPC: А63С 17/12, 02/25/2010). The electroskate contains a platform in the form of a board with a driven and driving pair of wheels attached to it, located one after the other in the direction of movement. It also contains a battery pack, a remote control mounted in the glove of the rider to control the speed of movement and a steering lever to control the direction of movement. The disadvantage of this vehicle is its large dimensions and weight.

3). Моторизованное транспортное средство, (патент RU 99438 U1 МПК: В62К 11/02, В62М 7/00, В62К 5/08, А63С 17/12, А63С 17/28, B62D 51/02, В60К 1/00, В62М 7/12, 15.06.2010). Данное транспортное средство отличается от рассмотренного электроскейта тем, что вместо доски здесь используется рама с подставками для ног. В качестве приводного используется единственное заднее колесо. Также имеется дистанционный пульт управления, связанный тросом с основной частью транспортного средства. Моторизованное транспортное средство предназначено для использования как в проселочной местности и вне больших дорог, так и в рамках существующей транспортной инфраструктуры. Основным недостатком этого транспортного средства является также его большие масса и габариты.3). Motorized vehicle, (patent RU 99438 U1 IPC: B62K 11/02, B62M 7/00, B62K 5/08, A63C 17/12, A63C 17/28, B62D 51/02, B60K 1/00, B62M 7/12 06/15/2010). This vehicle differs from the considered electric skate in that instead of a board, a frame with footrests is used here. As a drive, a single rear wheel is used. There is also a remote control connected by a cable to the main part of the vehicle. The motorized vehicle is intended for use both in a country area and outside large roads, as well as within the existing transport infrastructure. The main disadvantage of this vehicle is also its large mass and dimensions.

В качестве прототипа предполагаемого изобретения используется моторизированный самокат, (патент RU 2641401 С1 МПК: В62К 33/00, В62М 6/45, 08.12.2014). Моторизованный самокат содержит раму, переднее колесо, связанное с рулевым рычагом, заднее колесо, приводной двигатель, устройство управления двигателем, тормоз, аккумуляторную батарею. Управление приводным двигателем осуществляется с учетом автоматически определяемых фаз замедления и ускорения движения. Недостатком этого транспортного средства являются также большие масса и габариты, что снижает удобство индивидуального использования.As a prototype of the alleged invention, a motorized scooter is used (patent RU 2641401 C1 IPC: B62K 33/00, B62M 6/45, 12/08/2014). A motorized scooter comprises a frame, a front wheel associated with a steering lever, a rear wheel, a drive motor, an engine control device, a brake, a battery. The drive motor is controlled by automatically detecting phases of deceleration and acceleration of movement. The disadvantage of this vehicle is also its large mass and dimensions, which reduces the convenience of individual use.

Задачей заявленного изобретения является создание мехатронного индивидуального одноколейного двухколесного транспортного средства, обладающего малыми габаритами и весом, что обеспечит удобство его транспортировки, с простыми и естественными приемами управления транспортным средством в виде отклонений тела оператора-наездника, а также не требующего специальной подготовки для его использования.The objective of the claimed invention is the creation of a mechatronic individual single-track two-wheeled vehicle with small dimensions and weight, which will ensure the convenience of its transportation, with simple and natural methods of driving the vehicle in the form of deviations of the body of the operator-rider, and also not requiring special training for its use.

Задача решается следующим образом.The problem is solved as follows.

Во-первых, для уменьшения габаритов и веса предлагается реализовать транспортное средство без рулевого рычага с формированием автоматического управления рулевым колесом так, чтобы обеспечить координированность поворотов. Под координированностью поворотов понимается то, что для оператора-наездника сила тяжести всегда направлена вдоль его тела. Для привода рулевого колеса использовать серводвигатель.Firstly, to reduce the size and weight, it is proposed to implement a vehicle without a steering lever with the formation of automatic steering wheel control so as to ensure coordination of turns. Turning coordination means that for a rider, gravity is always directed along his body. Use a servomotor to drive the steering wheel.

Во-вторых, обеспечить скутер системой датчиков информации: датчиком положения центра тяжести наездника по направлению движения; датчиком угла крена (отклонение плоскости симметрии транспортного средства от вертикальной плоскости, проходящей по направлению движения); датчиком бокового ускорения с осью измерения в плоскости платформы транспортного средства и перпендикулярной направлению движения, датчиком скорости вращения приводного колеса, а также датчиками напряжения на рулевом серводвигателе и блоке управления. Датчиком положения центра тяжести наездника реализуется двумя датчиками веса. Датчики угла крена и бокового ускорения могут быть построены, например, на основе трехосевого гироскопа-акселерометра MPU6050 [MPU-6000/MPU-6050 Product Specification. InvenSense, 2013, 54 p. Website: www.invensense.com.]. Датчик скорости вращения приводного колеса может строиться на основе оптического энкодера. Датчиками напряжения могут строиться на основе схем сравнения напряжений с опорным заданным значением.Secondly, provide the scooter with a system of information sensors: a rider center of gravity sensor in the direction of travel; roll angle sensor (deviation of the plane of symmetry of the vehicle from a vertical plane passing in the direction of travel); a lateral acceleration sensor with a measurement axis in the plane of the vehicle platform and perpendicular to the direction of travel, a drive wheel speed sensor, and voltage sensors on the steering servo motor and control unit. The rider's center of gravity sensor is implemented by two weight sensors. The roll angle and lateral acceleration sensors can be constructed, for example, on the basis of the MPU6050 triaxial gyroscope-accelerometer [MPU-6000 / MPU-6050 Product Specification. InvenSense, 2013, 54 p. Website: www.invensense.com.]. The drive wheel speed sensor can be based on an optical encoder. Voltage sensors can be built on the basis of voltage comparison schemes with a reference setpoint.

В-третьих, возложить на встроенный цифровой контроллер задачу управления, рулевым серводвигателем и приводным двигателем по сигналам от датчиков, указанных выше.Thirdly, to entrust the integrated digital controller with the task of controlling the steering servo motor and the drive motor according to the signals from the sensors indicated above.

В-четвертых, на основании предложенного реализовать принцип управления транспортным средством по скорости и направлению соответствующими отклонениями тела оператора-наездника.Fourth, on the basis of the proposed to implement the principle of driving a vehicle in speed and direction with the corresponding deviations of the body of the operator-rider.

И, наконец, для обеспечения надежности работы автоматической системы управления рулевым колесом, которая здесь является очень ответственной, дополнить ее аварийным механизмом, кроме того, передачу от рулевого серводвигателя на рулевое колесо сделать переключаемой, а рулевое колесо дополнить устройством для его самостоятельного возвращения в нейтральное положение. Аварийный механизм будет следить за номинальным значениям напряжения на рулевом серводвигателе и блоке управления (посредством соответствующих датчиков), и в случае понижения напряжений ниже заданных порогов будет обеспечивать отсоединение переключаемой передачи рулевого колеса от рулевого сервопривода. За счет устройства для самостоятельного возвращения рулевого колеса в нейтральное положение рулевое колесо будет переводиться в положение для движения без поворота. Также в этом случае будет подаваться сигнал на торможение и формироваться сигнал тревоги через сигнализацию для оповещения оператора-наездника для выполнения им соответствующих действий.And finally, to ensure the reliability of the automatic steering wheel control system, which is very responsible here, supplement it with an emergency mechanism, in addition, make the transmission from the steering servomotor to the steering wheel switchable, and supplement the steering wheel with a device for its independent return to the neutral position . The emergency mechanism will monitor the nominal voltage values on the steering servo motor and the control unit (by means of appropriate sensors), and in case of lowering the voltage below the set thresholds, it will ensure that the steering wheel gear is disconnected from the steering servo. Due to the device for independently returning the steering wheel to the neutral position, the steering wheel will be translated into a position for movement without turning. Also in this case, a brake signal will be applied and an alarm signal will be generated through an alarm to alert the rider to perform the corresponding actions.

Кроме того, для повышения надежности системы управления рулевым серводвигателем предполагается ее кратное дублирование.In addition, to increase the reliability of the steering servo motor control system, its multiple duplication is assumed.

Краткое содержание фигурSummary of figures

На фиг. 1 представлены основные конструктивные особенности одноколейного двухколесного автоматизированного скутера.In FIG. 1 presents the main design features of a single-track two-wheeled automated scooter.

На фиг. 2 представлены основные кинематические параметры объекта управления «скутер-наездник»: А) вид сбоку, Б) вид спереди, В) вид сверху.In FIG. 2 the basic kinematic parameters of the control object “scooter-rider” are presented: A) side view, B) front view, C) top view.

На фиг. 3 представлена структура блока управления транспортным средством.In FIG. 3 shows the structure of a vehicle control unit.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

На фиг. 1 представлены основные конструктивные особенности одноколейного двухколесного автоматизированного скутера: 1 - платформа-доска; 2 - переднее рулевое колесо; 3 - заднее колесо; 4 - приводной двигатель; 5 - рулевой серводвигатель; 6 - переключаемая передача рулевого колеса; 7 - поворотная ось рулевого колеса; 8 - устройство для самостоятельного возвращения рулевого колеса в нейтральное положение (на фигуре представлено в виде пружины); 9 - аварийный механизм; 10 - датчики веса; 11 - блок управления; 12 - механический тормоз; 13 - блок аккумуляторных батарей.In FIG. 1 presents the main design features of a single-track two-wheeled automated scooter: 1 - platform-board; 2 - a front steering wheel; 3 - a back wheel; 4 - drive engine; 5 - steering servomotor; 6 - gear shift steering wheel; 7 - a rotary axis of a steering wheel; 8 - a device for independently returning the steering wheel to a neutral position (shown in the form of a spring in the figure); 9 - emergency mechanism; 10 - weight sensors; 11 - control unit; 12 - mechanical brake; 13 - battery pack.

На фиг. 2 представлены основные кинематические параметры объекта управления «скутер-наездник»: А) вид сбоку, Б) вид спереди, В) вид сверху. На ней приняты следующие обозначения:In FIG. 2 the basic kinematic parameters of the control object “scooter-rider” are presented: A) side view, B) front view, C) top view. The following notation is adopted on it:

Ц.Т. - центр тяжести системы «скутер-наездник»;C.T. - The center of gravity of the scooter-rider system;

ϕ - угол крена - угол отклонения плоскости симметрии скутера от вертикальной плоскости, проходящей вдоль траектории движения;ϕ - roll angle - the angle of deviation of the plane of symmetry of the scooter from a vertical plane along the path of movement;

ψ - угол поворота рулевого колеса, измеряемый в плоскости горизонта;ψ is the angle of rotation of the steering wheel, measured in the plane of the horizon;

V - скорость движения;V is the speed of movement;

ε - боковое ускорение, ускорение в плоскости платформы транспортного средства и перпендикулярное направлению движения;ε - lateral acceleration, acceleration in the plane of the vehicle platform and perpendicular to the direction of movement;

а - колесная база - расстояние между центрами осей заднего и переднего колеса; a - wheelbase - the distance between the centers of the axles of the rear and front wheels;

b, с - координаты центра тяжести системы «скутер-наездник» в плоскости симметрии скутера относительно точки опоры заднего колеса;b, c - coordinates of the center of gravity of the scooter-rider system in the plane of symmetry of the scooter relative to the fulcrum of the rear wheel;

На фиг. 3 представлена структура блока управления 11 транспортным средством. Она включает: 14 - систему управления приводным двигателем; 15 - систему управления рулевым серводвигателем; 16 - систему управления аварийным механизмом; 17 - датчик центра тяжести наездника; 18 - датчик крена; 19 - датчик бокового ускорения; 20 - датчик скорости вращения приводного колеса; 21 - микроконтроллер, 22 - драйвер приводного электродвигателя, 23 - драйвер рулевого серводвигателя; 24 - датчик напряжения рулевого серводвигателя; 25 - датчик напряжения блока управления; 26 - логическая схема системы управления аварийным механизмом; 27 - сигнализация.In FIG. 3 shows the structure of the vehicle control unit 11. It includes: 14 - drive engine control system; 15 - steering servo motor control system; 16 - emergency control system; 17 - the rider's center of gravity sensor; 18 - roll sensor; 19 - lateral acceleration sensor; 20 - sensor speed of rotation of the drive wheel; 21 - microcontroller, 22 - driver of the drive electric motor, 23 - driver of the steering servomotor; 24 - voltage sensor steering servo motor; 25 - voltage sensor of the control unit; 26 is a logical diagram of an emergency mechanism control system; 27 - alarm.

Известно, что динамика угла крена двухколесного одноколейного транспортного средства, типа велосипеда, в линеаризованном виде с малыми отклонениями от опорного положения может быть описана как [Неймарк Ю.И., Фуфаев Н.А. Динамика неголономных систем - М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1967]:It is known that the roll angle of a two-wheeled single-track vehicle, such as a bicycle, in a linearized form with small deviations from the reference position can be described as [Neymark Yu.I., Fufaev N.A. Dynamics of nonholonomic systems - M .: Nauka, Ch. ed. Phys.-Math. lit., 1967]:

Figure 00000001
Figure 00000001

где t - текущее время; g - ускорение свободного падения; ϑ(t) - внешнее возмущение, появляющееся в т.ч. из-за выхода центра тяжести системы «скутер-наездник» с плоскости симметрии транспортного средства (в скутере используется как управляющее воздействие); начальные значения переменных, влияющие на динамику угла крена, здесь приняты нулевыми; также принимается, что поворотная ось рулевого колеса проходит через центр переднего колеса, а также масса колес пренебрежительно мала по сравнению с остальной частью системы «скутер-наездник».where t is the current time; g is the acceleration of gravity; ϑ (t) is the external disturbance that appears including due to the exit of the center of gravity of the scooter-rider system from the plane of symmetry of the vehicle (used in the scooter as a control action); the initial values of the variables affecting the dynamics of the angle of heel are assumed to be zero here; it is also assumed that the steering axle rotates through the center of the front wheel, and the mass of the wheels is negligible compared to the rest of the scooter-rider system.

Из этого равенства при отсутствии внешнего возмущения несложно определить установившиеся значения углов крена и поворота рулевого колеса, соответствующие координированному повороту при

Figure 00000002
From this equality, in the absence of external disturbance, it is easy to determine the steady-state values of the angle of heel and steering wheel rotation, corresponding to a coordinated turn at
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

где ψразв, ϕразв - постоянные значения угла поворота рулевого колеса и крена, обеспечивающие координированный разворот.where ψ un , ϕ un - constant values of the angle of rotation of the steering wheel and roll, providing a coordinated turn.

Зависимость (2) далее используется как основная составляющая закона управления рулевым колесом. При этом будем считать, что управляющий сигнал ϕ(t),

Figure 00000004
будет формировать наездник для выбора направления движения путем изменения ϑ(t).Dependence (2) is further used as the main component of the law of steering the steering wheel. Moreover, we assume that the control signal ϕ (t),
Figure 00000004
will form a rider to select the direction of movement by changing ϑ (t).

Поскольку равенство (2) удовлетворяет соотношение (1) только при постоянных значениях переменных и при отсутствии внешнего возмущения, что не всегда остается справедливым на практике, зависимость (2) предлагается дополнить ПИД-регулятором. Последний должен следить за боковым ускорением, которое будет выступать индикатором координации разворота. Поэтому закон управления рулевым колесом будет (ψзад - заданное значение угла поворота):Since equality (2) satisfies relation (1) only for constant values of variables and in the absence of an external disturbance, which is not always true in practice, it is proposed to supplement dependence (2) with a PID controller. The latter should monitor lateral acceleration, which will act as an indicator of the coordination of the turn. Therefore, the law of steering the steering wheel will be (ψ rear - set value of the angle of rotation):

Figure 00000005
Figure 00000005

где kп, kи, kд - настраиваемые коэффициенты ПИД-регулятора в пропорциональной,where k p , k and , k d are customizable coefficients of the PID controller in proportional,

интегральной и дифференциальной его частях соответственно. Предполагается реализация в этом ПИД-регуляторе известных методов борьбы с интегральным насыщением и использование низкочастотной фильтрации в дифференциальной ветви [Денисенко В.В. Компьютерное управление технологическим процессом, экспериментом, оборудованием. - М.: Горячая линия-Телеком, 2009].integral and differential parts, respectively. It is supposed to implement the well-known methods of combating integral saturation in this PID controller and to use low-pass filtering in the differential branch [V. Denisenko Computer control of the technological process, experiment, equipment. - M .: Hotline-Telecom, 2009].

Несложно видеть, что для реализации закона управления рулевым колесом скутера требуется измерение текущего значения угла крена, бокового ускорения и скорости движения. Первые две величины предлагается определять с помощью датчика крена и бокового ускорения, а скорость движения определять по данным скорости вращения приводного двигателя:It is easy to see that to implement the law of scooter steering wheel control, it is necessary to measure the current value of the angle of heel, lateral acceleration and speed. The first two values are proposed to be determined using a roll sensor and lateral acceleration, and the speed of movement can be determined according to the speed of rotation of the drive motor:

Figure 00000006
Figure 00000006

где Rкол - радиус приводного колеса, nдв(t) - текущее значение круговой скорости вращения приводного колеса (приводного двигателя с коэффициентом передачи на приводное колесо 1:1).where R count is the radius of the drive wheel, n dv (t) is the current value of the circular speed of rotation of the drive wheel (drive engine with a gear ratio to the drive wheel 1: 1).

Моделирование на компьютере и исследования на макете показывают справедливость закона управления (3) для объекта (1).Computer modeling and research on the layout show the validity of the control law (3) for the object (1).

Управление приводным двигателем целесообразно строить исходя из требований плавности регулирования и учета сигнала аварии, сформированного системой управления аварийным механизмом. Поэтому закон управления рабочего режима приводного двигателя целесообразно записать в видеIt is advisable to build a drive motor control based on the requirements of smooth regulation and accounting for the alarm signal generated by the emergency mechanism control system. Therefore, it is advisable to write the control law of the operating mode of the drive motor in the form

Figure 00000007
Figure 00000007

где nдв зад - заданное значение скорости вращения приводного двигателя; nдв 0 - начальная скорость вращения приводного колеса, при которой включаются системы управления; ƒнч(⋅) - функция низкочастотной фильтрации для плавности управления; kдв - подбираемый коэффициент пропорциональности; Δb(t) - текущее отклонение центра тяжести от исходного среднего положения, измеряемое по разности показаний датчиков веса 10; s=0/1 - сигнал, формируемый системой управления аварийным механизмом: 0 - все в порядке, 1 - «авария», напряжение на рулевом серводвигателе или на блоке питания ниже назначенного порога.where n dv ass - the set value of the rotation speed of the drive motor; n dv 0 - the initial speed of rotation of the drive wheel, at which the control system; ƒ low (⋅) - low-pass filtering function for smooth control; k dv - the selected coefficient of proportionality; Δb (t) is the current deviation of the center of gravity from the initial average position, measured by the difference in the readings of the weight sensors 10; s = 0/1 - signal generated by the emergency mechanism control system: 0 - everything is in order, 1 - “accident”, the voltage on the steering servomotor or on the power supply is lower than the assigned threshold.

При этом предполагается включение приводного двигателя в рабочий режим осуществлять только при достижении угловой скорости вращения приводного колеса заданного значения с небольшой временной задержкой.In this case, it is assumed that the drive motor is switched on in the operating mode only when the angular speed of rotation of the drive wheel reaches the set value with a small time delay.

Системы управления функционируют следующим образом (см. фиг. 1-3). Оператор-наездник встает одной ногой на платформу 1 скутера, а другой отталкивается для создания начальной скорости. При достижении скорости вращения приводного колеса 3 заданного значения (nдв 0) при отсутствии сигнала «авария» после небольшой временной задержки подключается система управления приводным колесом 14 и система управления рулевым колесом 15. Полагается, что к этому моменту времени оператор-наездник встал обеими ногами на платформу скутера.Control systems operate as follows (see Fig. 1-3). The rider operator stands with one foot on the platform 1 of the scooter, and the other pushes off to create the initial speed. When the speed of rotation of the drive wheel 3 reaches a predetermined value (n dv 0 ) in the absence of an alarm signal, after a short time delay, the drive wheel control system 14 and the steering wheel control system 15 are connected. It is believed that at this point in time the rider came with both legs to the scooter platform.

По показаниям датчика центра тяжести наездника 17, датчика крена 18, датчика бокового ускорения 19 и датчика скорости вращения приводного колеса 20 микроконтроллер 21 вычисляет по зависимости (5) заданную скорость вращения приводного электродвигателя 4, а по зависимостям (3) и (4) формирует заданное значение угла поворота рулевого колеса 2. Сформированные сигналы поступают в драйвер приводного электродвигателя 22 и драйвер рулевого серводвигателя 23.According to the testimony of the center of gravity sensor of the rider 17, the roll sensor 18, the lateral acceleration sensor 19 and the drive wheel speed sensor 20, the microcontroller 21 calculates, according to (5), the set speed of rotation of the drive electric motor 4, and from the relationships (3) and (4), forms the set the value of the angle of rotation of the steering wheel 2. The generated signals are transmitted to the driver of the drive motor 22 and the driver of the steering servo motor 23.

Задачей оператора-наездника при дальнейшем использовании скутера является лишь управление скоростью передвижения - перемещением собственного тела вперед-назад, и поворотом скутера влево-вправо - соответствующими боковыми отклонениями тела. Предполагается для экстренного торможения использовать механический тормоз 12.The task of the rider operator with the further use of the scooter is only to control the speed of movement - moving his own body back and forth, and turning the scooter left-right - the corresponding lateral deviations of the body. It is supposed to use a mechanical brake 12 for emergency braking.

Система управления аварийным механизмом 16 работает постоянно. При снижении питающих напряжений на рулевом сервоприводе или на блоке управления, датчики напряжений 24 и 25 формируют соответствующие сигналы, по которым логическая схема управления аварийным механизмом 26 формирует сигнал «авария» (s=1). При этом подается сигнал на срабатывание аварийного механизма 9 с отключением переключаемой передачи рулевого колеса 6 от рулевого серводвигателя 5 к рулевому колесу 2. Под действием устройства для самостоятельного возвращения рулевого колеса в нейтральное положение 8 рулевое колесо 2, поворачиваясь вокруг поворотной оси рулевого колеса 7, устанавливается в нейтральное положение (без поворота). Кроме этого, в соответствии с (5) подается сигнал на торможение транспортного средства и включение сигнализации 27, имеющей автономный источник питания (например, конденсатор). В этом случае наездник должен прекратить поворот и ожидать торможения транспортного средства, или самому затормозить с помощью механического тормоза 12.The control system of the emergency mechanism 16 is constantly working. When reducing the supply voltage on the steering servo or on the control unit, the voltage sensors 24 and 25 generate the corresponding signals, according to which the control circuit of the emergency mechanism 26 generates an alarm signal (s = 1). In this case, a signal is triggered to trigger the emergency mechanism 9 with the steering gear 6 switched off from the steering servomotor 5 to the steering wheel 2. Under the action of the device for independently returning the steering wheel to the neutral position 8, the steering wheel 2, turning around the steering axle of the steering wheel 7, is set in neutral position (without turning). In addition, in accordance with (5), a signal is supplied for braking the vehicle and the inclusion of an alarm 27 having an autonomous power source (e.g., a capacitor). In this case, the rider must stop turning and wait for the vehicle to brake, or brake using the mechanical brake 12 itself.

Claims (6)

1. Одноколейный двухколесный автоматизированный скутер, содержащий платформу-доску, переднее рулевое колесо, заднее колесо, прикрепленные к платформе, приводной двигатель, выполненный с возможностью вращения одного из колес, систему управления приводным двигателем, механический тормоз, блок аккумуляторных батарей, отличающийся тем, что дополнительно установлено устройство для самостоятельного возврата рулевого колеса в нейтральное положение, установлено автоматическое управление рулевым колесом, включающее рулевой серводвигатель с переключаемой передачей, аварийный механизм, систему управления приводным двигателем, систему управления рулевым серводвигателем и систему управления аварийным механизмом, причем система управления приводным двигателем включает датчик центра тяжести оператора-наездника, информация с которого передается в микроконтроллер, система управления рулевым серводвигателем включает датчик крена, датчик бокового ускорения и датчик скорости вращения приводного колеса, информация с которых передается в микроконтроллер, он формирует команды для драйверов приводного двигателя и рулевого серводвигателя, система управления аварийным механизмом включает датчик напряжения рулевого серводвигателя и датчик напряжения блока управления, объединяющего указанные системы управления, информация с этих датчиков поступает в логическую схему управления аварийным механизмом, которая формирует команду на срабатывание сигнализации, а также команды управления приводным двигателем и аварийным механизмом.1. A single-track two-wheeled automated scooter comprising a platform platform, a front steering wheel, a rear wheel attached to the platform, a drive motor configured to rotate one of the wheels, a drive motor control system, a mechanical brake, a battery pack, characterized in that additionally, a device for independently returning the steering wheel to the neutral position is installed, automatic steering wheel control is installed, including a steering servomotor shift gear, emergency mechanism, drive engine control system, steering servo motor control system and emergency mechanism control system, the drive engine control system including a rider operator center of gravity sensor, the information from which is transmitted to the microcontroller, the steering servo motor control system includes a roll sensor, a sensor lateral acceleration and a wheel speed sensor, information from which is transmitted to the microcontroller, it generates commands for the drivers of the drive motor and the steering servo motor, the emergency control system includes a voltage sensor for the steering servo motor and a voltage sensor for the control unit that combines these control systems, the information from these sensors goes to the emergency control logic, which generates an alarm command, as well as commands drive motor control and emergency mechanism. 2. Способ использования одноколейного двухколесного автоматизированного скутера, заключающийся в движении с приводом от электродвигателя в заданном направлении, отличающийся тем, что обеспечивается:2. The method of using a single-track two-wheeled automated scooter, which consists in the movement driven by an electric motor in a given direction, characterized in that it provides: автоматическая координация поворотов с обеспечением направления вектора силы тяжести вдоль тела оператора-наездника;automatic coordination of turns to ensure the direction of the gravity vector along the body of the rider; включение систем управления приводным двигателем и рулевым серводвигателем в начале движения при достижении заданной скорости с небольшой временной задержкой;the inclusion of control systems for the drive engine and steering servomotor at the beginning of movement when reaching a given speed with a small time delay; реализация принципа управления транспортным средством путем отклонения тела оператора-наездника: по скорости - вперед-назад, а по направлению - в соответствующую сторону;implementation of the principle of driving a vehicle by deflecting the body of an operator-rider: in speed - back and forth, and in direction - in the corresponding direction; реализация аварийного завершения использования транспортного средства путем фиксирования факта снижения уровня питающих напряжений ниже назначенного порога, формирования оповещающего сигнала, перевода транспортного средства для движения прямо и его торможения.implementation of the emergency termination of the use of the vehicle by recording the fact of a decrease in the level of supply voltage below the designated threshold, the formation of an alarm signal, the transfer of the vehicle for direct traffic and its braking.
RU2018115405A 2018-04-24 2018-04-24 Single-track two-wheeled automated scooter and method for use thereof RU2702365C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018115405A RU2702365C1 (en) 2018-04-24 2018-04-24 Single-track two-wheeled automated scooter and method for use thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018115405A RU2702365C1 (en) 2018-04-24 2018-04-24 Single-track two-wheeled automated scooter and method for use thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2702365C1 true RU2702365C1 (en) 2019-10-08

Family

ID=68170768

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018115405A RU2702365C1 (en) 2018-04-24 2018-04-24 Single-track two-wheeled automated scooter and method for use thereof

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2702365C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113022769A (en) * 2021-05-07 2021-06-25 浙江普瑞圣工贸有限公司 Control method of electric scooter

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10053043A1 (en) * 2000-10-13 2001-09-27 Frieder Herb Electrically powered scooter has drive whose operation is managed via sensing arrangement that switches it on and off in relation to motive power depending on acceleration/speed
WO2012163789A1 (en) * 2011-05-27 2012-12-06 Micro-Beam Sa Electrically assisted street scooter
RU2641401C1 (en) * 2013-12-18 2018-01-17 Декатлон Motorized scooter

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10053043A1 (en) * 2000-10-13 2001-09-27 Frieder Herb Electrically powered scooter has drive whose operation is managed via sensing arrangement that switches it on and off in relation to motive power depending on acceleration/speed
WO2012163789A1 (en) * 2011-05-27 2012-12-06 Micro-Beam Sa Electrically assisted street scooter
RU2641401C1 (en) * 2013-12-18 2018-01-17 Декатлон Motorized scooter

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113022769A (en) * 2021-05-07 2021-06-25 浙江普瑞圣工贸有限公司 Control method of electric scooter
CN113022769B (en) * 2021-05-07 2022-05-24 浙江普瑞圣工贸有限公司 Control method of electric scooter

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101573250B (en) Travel gear and its controlling method
US9845133B2 (en) Electric bike motor using sensed air speed
EP2409905B1 (en) Powered unicycle
TWI545053B (en) Bicycle intelligent auxiliary power system
CN203268232U (en) Balance control device of intelligent balance car and intelligent balance car
CN203268242U (en) Intelligent balance car
CN102642584B (en) Self-balancing electric manned monocycle
US9037347B2 (en) Vehicle
AU2002211908B2 (en) Control of a personal transporter
US8616313B2 (en) Motorized transport vehicle for a pedestrian
JP2014151721A (en) Wheel Walker
US20150096820A1 (en) Fully self-balanced hands-free portable vehicle
CN202806968U (en) Self-balance electric manned monocycle
JP2017534500A (en) Two-wheel electric vehicle
CN103661765A (en) Electric bicycle and control method thereof
JP2004276727A (en) Mobile equipment for person, and its braking method
JP2003011863A (en) Motorcycle
US20220227376A1 (en) Rider Restrictions through Inter-Bicycle Communication
WO2016060585A1 (en) Mode of transportation
US12077246B2 (en) Friction coefficient determination to adjust braking for electronic bicycles
JP2007336785A (en) Traveling device and control method therefor
KR101532487B1 (en) Self Balancing Electric Uni-Motor-Cycle Using Sensor Fusion
KR101269628B1 (en) Ball segway
RU2702365C1 (en) Single-track two-wheeled automated scooter and method for use thereof
JP2014069676A (en) Vehicle