【技術領域】

本發明涉及一種自平衡雙輪電動車轉向控制方法及穩定運行控制方法，屬于交通工具技術領域。

背景技術：

當今社會經濟不斷發展，交通工具日益增多，面臨越來越擁擠的城市道路，路面資源與汽車數量的劇增之間的矛盾日益尖銳，對有著13億多人口的中國，讓城市道路來適應我們的交通工具已經不太現實了，只有讓我們的交通工具來適應我們的道路才是出路，同時全球變暖、臭氧層空洞、海平面上升等一系列環境問題困擾著我們，而導致這種狀況的重要元兇之一便是汽車尾氣排放。所以我們需要一種節能、環保又能魚貫于擁擠人群的交通工具，來解決這些日益尖銳的矛盾。

目前市場上開始流傳的自平衡電動車，也被稱作為思維車，利用鋰電池作為動力電源，環保又節能，或許將是我們新一代的交通工具，其運行原理主要基于一種“動態穩定”，通過電動車本身自動平衡能力來維持車體在運行方向上的平衡，一般在車體內部設置陀螺儀即體感平衡系統，通過體感平衡系統來感知車體實時狀況，把信息傳遞給信息處理系統，經信息處理系統對感知的信息處理后運算出適當的指令傳遞給電機，控制電機來實現車體運行的平衡狀態，所以駕駛者可通過重心位移來直接控制車體的加減速實現運行平衡。目前市場上的自平衡雙輪電動車的轉向控制主要是通過檢測轉向裝置的轉動角度，根據轉動角度計算出左右兩輪電機的控制量，使得兩側車輪產生速度差，從而實現轉向。存在以下兩個問題：1.騎行人轉向時，在高速和低速時同樣的轉向操作會有不同的感受，低速時感覺轉彎不夠靈敏，高速時感覺轉彎太急，這時因離心力比低速時大，駕駛者容易失去平衡；2．騎行過程中當一側車輪遇障礙物時，在騎行者未做轉向操作時，車身會發生轉向，影響騎行感覺，同時存在不安全因素。

技術實現要素：

本發明為提高騎行人員在轉彎時平衡性，公開了一種自平衡雙輪電動車轉向控制方法，在轉向時兩車輪產生速度差的過程中加入車體前后方向上的運行速度作為車體整體運行的速度控制，控制器檢測自平衡雙輪電動車轉向裝置轉動的角度，同時根據車體當前前后方向上運行速度得到相應的比例系數，通過自平衡雙輪電動車轉向裝置轉動的角度乘以相應的比例系數計算出最終的電機調控量，控制車子轉向。

本發明所述的自平衡雙輪電動車轉向控制方法，所述的自平衡雙輪電動車進一步包括電機運行調整控制器，調整控制器捕捉到車體內陀螺儀、加速計數據以及電機驅動數據，計算出當前車體運行方向及速度，同時根據安裝于自平衡雙輪電動車轉向裝置上的霍爾傳感器捕捉到的轉向信息經過濾波，線性化處理，得到車體轉向裝置轉動角度，根據此時的速度大小，計算出相應的比例系數，再用自平衡雙輪電動車轉向裝置轉動的角度乘以相應的比例系數，得到電機控制調整量，控制器根據得到的電機控制調整量u傳送給電機驅動控制系統，使兩電機產生速度差，實現轉向。

本發明所述的自平衡雙輪電動車轉向控制方法，電機實時轉速v在不同區間時，自平衡雙輪電動車轉向控制方法：k為轉向裝置轉動角度的比例系數、kp為速度比例系數(根據各電機的個體差異設定的速度比例系數)、vl為系數調整速度下限、vh為系數調整速度上限、v為電機實時轉速、v為電機轉速范圍根據實際設定、u為電機控制調整量、θ為方向桿轉動角度，當控制器檢測到電機實時轉速v≤系數調整速度下限vl時，u=θ*k，k=kp*v/vl，此時轉向裝置轉動角度的比例系數k固定并達到最大值，控制器僅以自平衡雙輪電動車轉動的角度變化作為變量控制電機調整量，調整電機；當vh>v>vl時：u=θ*k，k=kp*v/v；此時轉向裝置轉動角度的比例系數k為變量根據電機實時轉動速度線性變化，同時控制器以自平衡雙輪電動車轉動的角度與k的積，作控制電機調整量，調整電機；當v>vh時：u=θ*k，k=kp*v/vh，此時轉向裝置轉動角度的比例系數k固定并達到最小值，控制器僅以自平衡雙輪電動車轉動的角度變化作為變量控制電機調整量，調整電機。

本發明所述的自平衡雙輪電動車轉向控制方法，所述的電機控制調整量，使兩電機產生速度差，為控制器僅給非轉向側的車輪電機驅動量，此時電機控制調整量為電機驅動量；或控制器給非轉向側車輪電機驅動量，同時給轉向側車輪電機限制量，此時電機控制調整量為電機驅動量與電機限制量和；或控制其僅給轉向側的車輪電機限制量，此時電機控制調整量為電機限制量。當v≤vl優選僅給非轉向側的車輪電機驅動量，或者給轉向側車輪限制量（所述限制量可為電機的反向驅動量。）；當v>vh優選僅給轉向側車輪限制量。

本發明為提高騎行人員在直行時平衡性，提供了一種自平衡雙輪電動車穩定運行控制方法，當自平衡雙輪電動檢測到車轉向裝置未轉動，單個電機運行受阻，控制器檢測到車體發生轉向，根據車體轉向偏離預定值的大小給予受阻電機適當補償量，或者給予受阻電機適當補償量給予另一電機適當限制量，或者僅給予另一電機限制量，從而使車體回到穩定運行狀態。

本發明所述的自平衡雙輪電動車穩定運行控制方法，其中電機最大運行驅動量為umax，受阻電機在受阻前瞬間驅動量為u原，受阻電機受阻的驅動量u阻，當控制器檢測到0＜u阻＜umax-u原，單個電機受阻，控制器檢測到車體發生轉向，根據車體轉向偏離預定值的大小，僅給予受阻電機適當補償量，使車體回到原穩定運行狀態；或者，給予受阻電機適當補償量給予另一電機適當限制量，使車體回到穩定運行狀態；或者，僅給予另一電機限制量，使車體回到穩定運行狀態。優選僅給予受阻電機適當補償量，使車體回到原穩定運行狀態。

本發明所述的自平衡雙輪電動車穩定運行控制方法，單個電機受阻，控制器檢測到車體發生轉向，當0＜u阻＜umax-u原，根據車體轉向偏離預定值的大小，僅給予受阻電機適當補償量，補償量為u等于車體偏離預定值轉動的角度w乘于補償系數k,使車體回到原穩定運行狀態。

本發明所述的自平衡雙輪電動車穩定運行控制方法，電機最大運行驅動量umax，自平衡雙輪電動車轉向裝置未轉動，單個電機受阻，控制器檢測到車體發生轉向，受阻電機在受阻前瞬間驅動量為u原，受阻電機受阻的驅動量u阻，當umax＞u阻≥umax-u原，單個電機受阻，控制器檢測到車體發生轉向，根據車體轉向偏離預定值的大小，給予受阻電機適當補償量給予另一電機適當限制量，使車體回到穩定運行狀態；或者，僅給予另一電機限制量，使車體回到穩定運行狀態。

本發明所述的自平衡雙輪電動車穩定運行控制方法，單個電機受阻，控制器檢測到車體發生轉向，0＜u阻＜umax-u原或umax＞u阻≥umax-u原，根據車體轉向偏離預定值的大小，給予受阻電機適當補償量給予另一電機適當限制量，補償量為u等于車體偏離預定值轉動的角度w乘于補償系數k,限制量為u等于車體偏離預定值轉動的角度w乘于限制系數k,使車體回到穩定運行狀態；

本發明所述的自平衡雙輪電動車穩定運行控制方法，其中電機最大運行驅動量為umax，自平衡雙輪電動車轉向裝置未轉動，單個電機受阻，控制器檢測到車體發生轉向，受阻電機在受阻前瞬間驅動量為u原，受阻電機受阻的驅動量u阻，當u阻≥umax時僅給予另一電機限制量，使車體回到穩定運行狀態。

本發明所述的自平衡雙輪電動車穩定運行控制方法，其特征在于單個電機受阻，控制器檢測到車體發生轉向，根據車體轉向偏離預定值的大小，u阻≥umax或0＜u阻＜umax-u原或umax＞u阻≥umax-u原僅給予另一電機限制量，限制量為u等于車體偏離預定值轉動的角度w乘于限制系數k,使車體回到穩定運行狀態。

本發明所述的自平衡雙輪電動車穩定運行控制方法，所述的補償或補償與限制或限制，可以同時也能用于因電機特性相差較大而引起的非操作轉向。

本發明所述的自平衡雙輪電動車穩定運行控制方法，可以進一步包括受阻解除檢測器，當自平衡雙輪電動車通過檢測器檢測到受阻解除，給控制器信號，控制器控制電機的補償或限制或補償與限制均即時取消，恢復到受阻前穩定運行狀態。

本發明所述的自平衡雙輪電動車穩定運行控制方法，為提高騎行人員騎行的平衡性，偏離測定及電機補償、限制控制，以1-10毫秒作為一個檢測周期。

本發明所述的自平衡雙輪電動車穩定運行控制方法及自平衡雙輪電動車轉向控制方法，也可用于帶坐墊及把手的自平衡雙輪電動車。

【附圖說明】

本發明的附圖是為了對本發明進一步說明，而非對發明范圍的限制。

圖1本發明自平衡雙輪電動車轉向控制方法及穩定運行控制方法流程圖。

圖2本發明自平衡雙輪電動示意圖。

圖3本發明自平衡雙輪電動車轉向裝置上的感應器示意圖。

1、為自平衡雙輪電動車轉向裝置，2、為車輪，3、為車體，4、磁鐵座，5、磁鐵，6、線性霍爾傳感器。

采集計算自平衡雙輪電動車的車身姿態速度，轉向裝置的轉動角度，當轉向裝置轉動時，判斷電機實時轉速，根據v≤v；vh>v>vl時；v>vh三個不同的區間分別計算轉向裝置角度比例系數，算出電機控制調整量，將控制調整量發送給電機驅動部分；當轉向裝置未轉動，車體轉動時，計算電機控制調整量將控制調整量發送給電機驅動部分；當轉向裝置未轉動，車體也轉動時，保持現有穩定運行狀態。

【具體實施方式】

本發明的實施例是為了對本發明進一步解釋說明，而非對本發明的發明范圍限制。

實施例1

騎行人員轉動自平衡雙輪電動車轉向裝置，通過該裝置帶動一對磁鐵旋轉，在磁鐵的旋轉軸心處固定安裝一線性霍爾傳感器，檢測磁場的變化。騎行人員轉動自平衡雙輪電動車轉向裝置時帶動磁鐵旋轉，從而引起磁場方向變化，導致磁場與霍爾檢測面的夾角變化，此夾角等于磁鐵旋轉角度即自平衡雙輪電動車轉向裝置轉角度，而線性霍爾的輸出信號與檢測面磁場強度近似成線性關系，因此在小范圍內，霍爾輸出信號與轉向裝置轉動角度近似成線性關系，通過檢測霍爾數據即可知騎行人員轉向裝置轉動幅度。另外自平衡雙輪電動車車身安裝有陀螺儀，加速度計檢測車身姿態。

在本控制方法中，控制器采集陀螺儀，加速計數據，以及電機驅動器數據，解算出當前車體姿態，速度；同時采集霍爾傳感器數據，經過濾波，線性化處理，得到轉向裝置轉動角度，當檢測到轉向裝置轉動時，根據此時的速度大小，計算出相應的比例系數，再用轉向裝置轉動角度乘以相應的比例系數，得到電機控制調整量，示例性計算如下，

當v≤vl時：k=kp*v/vl；

當vh>v>vl時：k=kp*v/v；

當v>vh時：k=kp*v/vh

u=θ*k

其中k為方向桿比例系數、kp為速度比例系數、vl為系數調整速度下限、vh為系數調整速度上限、v為電機實時轉速、v為根據實際設定的電機轉速范圍、u為電機控制調整量、θ為方向桿轉動角度，將電機控制調整量u傳送給電機驅動控制裝置，兩電機產生速度差，實現轉向。

實施例2

控制器在采集陀螺儀，加速計數據，霍爾傳感器數據后，解算出當前車體姿態，如發現當前車體處于轉向狀態，但霍爾傳感器數據顯示駕駛者未進行轉向操作時，可判斷出車體為非操作轉向，這時控制器可根據車體轉向大小，給兩側電機以適當的補償，從而使車體回到直線運行狀態，示例性補償量計算如下

u=w*k,

其中u為電機補償量，

w車體轉動角度，

k為補償系數。

控制器計算出補償量，經過限幅處理，傳送給電機驅動，完成補償，同時這種補償也能補償因電機特性相差較大而引起的非操作轉向。

控制器根據線性霍爾數據判斷如果是駕駛者進行轉向操作時，則不進行此項補償。