一種平衡車控制系統(tǒng)和平衡車的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種平衡車控制系統(tǒng)和平衡車，系統(tǒng)包括電源、陀螺儀、電壓采集模塊、負(fù)載信息采集模塊、中央處理器和電機(jī)。其中，中央處理器分別與陀螺儀、電壓采集模塊、負(fù)載信息采集模塊連接，用于依據(jù)陀螺儀發(fā)送的平衡車的姿勢(shì)狀態(tài)、電壓采集模塊發(fā)送的輸出電壓值、以及負(fù)載信息采集模塊發(fā)送的負(fù)載信息，調(diào)節(jié)所述平衡車控制系統(tǒng)的平衡車系統(tǒng)增益參數(shù)，進(jìn)而依據(jù)調(diào)節(jié)后的平衡車系統(tǒng)增益參數(shù)生成控制指令，將控制指令發(fā)送至電機(jī)，以驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。本發(fā)明隨著平衡車的電源狀態(tài)、負(fù)載信息的不同而靈活地調(diào)節(jié)平衡車控制系統(tǒng)中的平衡車系統(tǒng)增益參數(shù)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)平衡車在不同負(fù)載情況下的自動(dòng)平衡，保證了平衡車的平穩(wěn)性和安全性。
【專利說(shuō)明】
一種平衡車控制系統(tǒng)和平衡車
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及平衡車控制技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種平衡車控制系統(tǒng)和平衡車。【背景技術(shù)】
[0002]平衡車是利用動(dòng)態(tài)平衡原理控制前進(jìn)及后退的高科技智能產(chǎn)品，其隨著使用者身體的傾斜，可以隨心所欲地控制平衡車的行駛速度及前進(jìn)方向。
[0003]如圖1所示，現(xiàn)有的平衡車控制系統(tǒng)一般包括陀螺儀10、中央處理器20、以及電機(jī) 30。其中，陀螺儀10用于檢測(cè)當(dāng)前平衡車的姿勢(shì)狀態(tài)，并將當(dāng)前平衡車的姿勢(shì)狀態(tài)發(fā)送至中央處理器20。中央處理器20依據(jù)當(dāng)前平衡車的姿勢(shì)狀態(tài)計(jì)算得到控制指令，并將控制指令發(fā)送至電機(jī)30。電機(jī)30依據(jù)控制指令開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，最終實(shí)現(xiàn)平衡車車身的自動(dòng)平衡。
[0004]此外，現(xiàn)有平衡車控制系統(tǒng)為了保證用戶在使用時(shí)的安全性，其還會(huì)包括一開(kāi)關(guān)模塊40,如圖2所示。當(dāng)有用戶站立在平衡車上時(shí)，開(kāi)關(guān)模塊40檢測(cè)到有用戶站立(即有負(fù)載)便會(huì)閉合，此時(shí)的中央處理器20才會(huì)發(fā)送驅(qū)動(dòng)控制電機(jī)30運(yùn)轉(zhuǎn)的控制指令至電機(jī)30,使得平衡車實(shí)現(xiàn)平衡。而當(dāng)用戶沒(méi)有站立在平衡車上時(shí)，開(kāi)關(guān)模塊40沒(méi)有檢測(cè)到用戶站立便會(huì)斷開(kāi)，此時(shí)的中央處理器20不會(huì)發(fā)送驅(qū)動(dòng)控制電機(jī)30運(yùn)轉(zhuǎn)的控制指令至電機(jī)30。也就是說(shuō)，開(kāi)關(guān)模塊40用于檢測(cè)當(dāng)前平衡車上是否有用戶站立，也即檢測(cè)當(dāng)前平衡車上是否有負(fù)載。當(dāng)檢測(cè)到有負(fù)載時(shí)，中央處理器20才會(huì)發(fā)送驅(qū)動(dòng)控制電機(jī)30運(yùn)轉(zhuǎn)的控制指令至電機(jī)30， 而當(dāng)其沒(méi)有檢測(cè)到負(fù)載時(shí)，中央處理器20不會(huì)發(fā)送驅(qū)動(dòng)控制電機(jī)30運(yùn)轉(zhuǎn)的控制指令至電機(jī) 30 〇
[0005]然而本發(fā)明的
【申請(qǐng)人】對(duì)于上述現(xiàn)有的平衡車控制系統(tǒng)進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn)，平衡車的平衡能力是隨平衡車的電源狀態(tài)、負(fù)載信息的不同而不同的，雖然現(xiàn)有平衡車控制系統(tǒng)也涉及負(fù)載檢測(cè)，但其開(kāi)關(guān)模塊40只是用于反映出當(dāng)前平衡車是否有負(fù)載，卻并不涉及對(duì)負(fù)載信息，例如負(fù)載大小的檢測(cè)，且現(xiàn)有平衡車控制系統(tǒng)中的中央處理器20是依據(jù)預(yù)先設(shè)定的平衡車系統(tǒng)增益參數(shù)來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)30運(yùn)轉(zhuǎn)的。那么在這種情況下，當(dāng)體重較重的人使用平衡車時(shí)，保持平衡車平衡所需的反饋力不足，這就使得平衡車不平穩(wěn)。而體重較輕的人，如小孩使用平衡車時(shí)，如果反饋力過(guò)大則可能導(dǎo)致平衡車控制系統(tǒng)的不穩(wěn)定導(dǎo)致自激振動(dòng)， 此時(shí)的平衡車不平穩(wěn)、且存在安全隱患。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明提供一種平衡車控制系統(tǒng)和平衡車，以解決現(xiàn)有平衡車控制系統(tǒng)存在的不平穩(wěn)、存在安全隱患的問(wèn)題。技術(shù)方案如下:
[0007]基于本發(fā)明的一方面，本發(fā)明提供一種平衡車控制系統(tǒng)，包括:電源、陀螺儀、電壓采集模塊、負(fù)載信息采集模塊、中央處理器以及電機(jī);其中，
[0008]所述電源用于為平衡車供電；
[0009]所述陀螺儀用于檢測(cè)所述平衡車的姿勢(shì)狀態(tài)；
[0010]所述電壓采集模塊的一端與所述中央處理器連接，所述電壓采集模塊的另一端與所述電源連接，所述電壓采集模塊用于檢測(cè)所述電源的輸出電壓值，并將所述輸出電壓值發(fā)送至所述中央處理器；
[0011]所述負(fù)載信息采集模塊與所述中央處理器連接，用于獲知負(fù)載信息，并將所述負(fù)載信息發(fā)送至所述中央處理器；
[0012]所述中央處理器分別與所述陀螺儀、電壓采集模塊、負(fù)載信息采集模塊連接，用于依據(jù)所述陀螺儀發(fā)送的所述平衡車的姿勢(shì)狀態(tài)、所述電壓采集模塊發(fā)送的輸出電壓值、以及所述負(fù)載信息采集模塊發(fā)送的負(fù)載信息，調(diào)節(jié)所述平衡車控制系統(tǒng)的平衡車系統(tǒng)增益參數(shù)，進(jìn)而依據(jù)調(diào)節(jié)后的平衡車系統(tǒng)增益參數(shù)生成控制指令，將所述控制指令發(fā)送至所述電機(jī)；
[0013]所述電機(jī)與所述中央處理器連接，用于依據(jù)所述中央處理器發(fā)送的控制指令進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0014]優(yōu)選地，所述負(fù)載信息采集模塊包括壓力傳感器。
[0015]優(yōu)選地，所述壓力傳感器設(shè)置在平衡車承重結(jié)構(gòu)上。
[0016]優(yōu)選地，所述負(fù)載信息采集模塊包括:用于采集所述電機(jī)的工作電流值的電流采集模塊，和用于采集所述電機(jī)的相位位置的電機(jī)相位傳感器;其中，
[0017]所述電流采集模塊串聯(lián)在所述中央處理器和所述電機(jī)之間；
[0018]所述電機(jī)相位傳感器的一端與所述電機(jī)連接，另一端與所述中央處理器連接。
[0019]優(yōu)選地，所述電機(jī)相位傳感器包括霍爾傳感器或編碼器。
[0020]優(yōu)選地，所述負(fù)載信息采集模塊包括:開(kāi)關(guān)模塊。[0021 ]優(yōu)選地，所述平衡車控制系統(tǒng)包括第一踏板和第二踏板;所述第一踏板與所述第二踏板通過(guò)軸進(jìn)行連接；
[0022]所述陀螺儀包括第一陀螺儀和第二陀螺儀，所述第一陀螺儀用于檢測(cè)所述第一踏板的傾斜角度，所述第二陀螺儀用于檢測(cè)所述第二踏板的傾斜角度；
[0023]所述電機(jī)包括第一電機(jī)和第二電機(jī)，所述第一電機(jī)與所述第一踏板連接，所述第二電機(jī)與所述第二踏板連接；
[0024]所述中央處理器還用于，依據(jù)所述第一陀螺儀檢測(cè)到的第一踏板的傾斜角度，以及電壓采集模塊發(fā)送的輸出電壓值、和負(fù)載信息采集模塊發(fā)送的負(fù)載信息，以第一驅(qū)動(dòng)功率驅(qū)動(dòng)控制第一電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；以及，根據(jù)第二陀螺儀檢測(cè)到的第二踏板的傾斜角度，以及電壓采集模塊發(fā)送的輸出電壓值、和負(fù)載信息采集模塊發(fā)送的負(fù)載信息，以第二驅(qū)動(dòng)功率驅(qū)動(dòng)控制第二電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；
[0025]其中，所述第一驅(qū)動(dòng)功率Pl=0.5XGX(Al+A2)+0.5XkXGX(Al-A2);
[0026]所述第二驅(qū)動(dòng)功率 P2 = 0.5XGX(Al+A2)+0.5XkXGX (A2-A1);
[0027]G為空載情況下平衡車控制系統(tǒng)的自平衡增益，A1為第一踏板的傾斜角度，A2為第二踏板的傾斜角度，k為小于1的衰減系數(shù)。
[0028]優(yōu)選地，所述中央處理器還用于依據(jù)所述電壓采集模塊發(fā)送的輸出電壓值，以及所述負(fù)載信息采集模塊發(fā)送的負(fù)載信息，動(dòng)態(tài)地設(shè)定所述平衡車控制系統(tǒng)的平衡車系統(tǒng)限速參數(shù)；
[0029]所述平衡車系統(tǒng)限速參數(shù)用于限制平衡車的實(shí)際車速不大于所述平衡車系統(tǒng)限速參數(shù)。
[0030]優(yōu)選地，還包括:與所述中央處理器連接的報(bào)警裝置；
[0031]當(dāng)所述中央處理器依據(jù)所述電壓采集模塊發(fā)送的輸出電壓值，以及所述電流采集模塊采集的所述電機(jī)的工作電流值，計(jì)算得到當(dāng)前所述電機(jī)的實(shí)際功率，并判斷得知所述電機(jī)的實(shí)際功率不小于所述電機(jī)的額定功率時(shí)，生成報(bào)警指令至所述報(bào)警裝置；
[0032]所述報(bào)警裝置依據(jù)所述報(bào)警指令進(jìn)行報(bào)警。
[0033]基于本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明還提供一種平衡車，包括如上任一所述的平衡車控制系統(tǒng)。[〇〇34]應(yīng)用本發(fā)明的上述技術(shù)方案，本發(fā)明提供的平衡車控制系統(tǒng)包括用于為平衡車供電的電源、用于檢測(cè)所述平衡車的姿勢(shì)狀態(tài)的陀螺儀、一端與中央處理器連接，另一端與所述電源連接，用于檢測(cè)所述電源的輸出電壓值，并將所述輸出電壓值發(fā)送至所述中央處理器的電壓采集模塊、與中央處理器連接，用于獲知負(fù)載信息，并將所述負(fù)載信息發(fā)送至所述中央處理器的負(fù)載信息采集模塊、分別與所述陀螺儀、電壓采集模塊、負(fù)載信息采集模塊連接，用于依據(jù)所述陀螺儀發(fā)送的所述平衡車的姿勢(shì)狀態(tài)、所述電壓采集模塊發(fā)送的輸出電壓值、以及所述負(fù)載信息采集模塊發(fā)送的負(fù)載信息，調(diào)節(jié)所述平衡車控制系統(tǒng)的平衡車系統(tǒng)增益參數(shù)，進(jìn)而依據(jù)調(diào)節(jié)后的平衡車系統(tǒng)增益參數(shù)生成控制指令，將所述控制指令發(fā)送至電機(jī)的中央處理器、以及與所述中央處理器連接，用于依據(jù)所述中央處理器發(fā)送的控制指令進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)的電機(jī)。因此本發(fā)明提供的平衡車控制系統(tǒng)中的中央處理器會(huì)充分考慮陀螺儀發(fā)送的平衡車的姿勢(shì)狀態(tài)、電壓采集模塊發(fā)送的輸出電壓值、以及負(fù)載信息采集模塊發(fā)送的負(fù)載信息，本發(fā)明會(huì)隨著平衡車的電源狀態(tài)、負(fù)載信息的不同而靈活地調(diào)節(jié)平衡車控制系統(tǒng)中的平衡車系統(tǒng)增益參數(shù)，進(jìn)而依據(jù)調(diào)節(jié)后的平衡車系統(tǒng)增益參數(shù)來(lái)控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)平衡車在不同負(fù)載情況下的自動(dòng)平衡，保證了平衡車的平穩(wěn)性和安全性?！靖綀D說(shuō)明】
[0035]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。
[0036]圖1為現(xiàn)有平衡車控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖2為現(xiàn)有平衡車控制系統(tǒng)的另一種結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖3為本發(fā)明提供的一種平衡車控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039]圖4為本發(fā)明提供的一種平衡車控制系統(tǒng)的另一種結(jié)構(gòu)示意圖；
[0040]圖5為本發(fā)明提供的一種平衡車控制系統(tǒng)的再一種結(jié)構(gòu)示意圖；
[0041]圖6為本發(fā)明提供的一種平衡車控制系統(tǒng)的再一種結(jié)構(gòu)示意圖；
[0042]圖7為本發(fā)明中雙輪平衡車的運(yùn)動(dòng)模式示意圖；
[0043]圖8為本發(fā)明中雙輪平衡車的另一種運(yùn)動(dòng)模式示意圖；
[0044]圖9為本發(fā)明中雙輪平衡車的再一種運(yùn)動(dòng)模式示意圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0045]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0046]請(qǐng)參閱圖3,其示出了本發(fā)明提供的一種平衡車控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，包括:電源100、陀螺儀200、電壓采集模塊400、負(fù)載信息采集模塊500、中央處理器300以及電機(jī)600。 其中具體的，[〇〇47]電源100用于為平衡車供電。[〇〇48]容易理解的，本發(fā)明中的電源100用于為平衡車供電以支持平衡車實(shí)現(xiàn)自動(dòng)平衡。
[0049]陀螺儀200用于檢測(cè)平衡車的姿勢(shì)狀態(tài)。
[0050]本發(fā)明中的陀螺儀200為內(nèi)置的精密固態(tài)陀螺儀，通過(guò)陀螺儀200可以檢測(cè)出當(dāng)前平衡車的姿勢(shì)狀態(tài)。其中，當(dāng)前平衡車的姿勢(shì)狀態(tài)可以包括當(dāng)前平衡車上踏板的傾斜角度。 [0051 ]電壓采集模塊400的一端與中央處理器300連接，電壓采集模塊400的另一端與電源100連接，電壓采集模塊400用于檢測(cè)電源100的輸出電壓值，并將所述輸出電壓值發(fā)送至中央處理器300。[〇〇52]本發(fā)明中的電壓采集模塊400可以包括電壓傳感器401。[〇〇53]負(fù)載信息采集模塊500與中央處理器300連接，用于獲知負(fù)載信息，并將所述負(fù)載信息發(fā)送至中央處理器300。
[0054]其中，負(fù)載信息可以包括是否存在負(fù)載、負(fù)載大小、負(fù)載的具體重量等信息中的至少一個(gè)。[〇〇55]本發(fā)明中的負(fù)載信息采集模塊500主要用于獲知負(fù)載信息，其可以包括三種實(shí)現(xiàn)方式，具體如下:
[0056]方式一:[〇〇57]負(fù)載信息采集模塊500包括壓力傳感器501。[〇〇58]具體的，壓力傳感器501設(shè)置在平衡車承重結(jié)構(gòu)上，且與中央處理器300通信或有線連接。當(dāng)有用戶站立在平衡車承重結(jié)構(gòu)上時(shí)，壓力傳感器501便檢測(cè)到用戶的重量信息， 即獲知到負(fù)載信息，此時(shí)的負(fù)載信息具體為負(fù)載大小，進(jìn)而壓力傳感器501將該負(fù)載大小值發(fā)送至中央處理器300。
[0059]方式二:[〇〇6〇]如圖4所示，負(fù)載信息采集模塊500包括:用于采集電機(jī)600的工作電流值的電流采集模塊502,和用于采集電機(jī)600的相位位置的電機(jī)相位傳感器503。具體的，電流采集模塊 502串聯(lián)在中央處理器300和電機(jī)600之間，電機(jī)相位傳感器503的一端與電機(jī)600連接，另一端與中央處理器300連接。其中作為優(yōu)選的，所述電機(jī)相位傳感器503可以包括霍爾傳感器或編碼器。[0061 ]在本發(fā)明中，電流采集模塊502將采集到的電機(jī)600的工作電流值發(fā)送至中央處理器300,中央處理器300依據(jù)該工作電流值計(jì)算得到電機(jī)600的驅(qū)動(dòng)力。[〇〇62]電機(jī)相位傳感器503將采集到的電機(jī)600的相位位置發(fā)送至中央處理器300,中央處理器300依據(jù)該相位位置計(jì)算得到平衡車的速度和加速度。[〇〇63]進(jìn)而中央處理器300將計(jì)算得到的電機(jī)600的驅(qū)動(dòng)力與平衡車的速度、加速度做比值處理，得到負(fù)載信息，此時(shí)的負(fù)載信息具體為負(fù)載大小。
[0064]通過(guò)上述兩種實(shí)現(xiàn)方式中的任一種實(shí)現(xiàn)方式，本發(fā)明中的負(fù)載信息采集模塊500 能夠獲取到負(fù)載的具體大小信息，并將該負(fù)載信息發(fā)送給了中央處理器300。
[0065]需要特別指出的是，上述實(shí)施例中的負(fù)載信息采集模塊500不僅能夠識(shí)別出當(dāng)前平衡車上是否有用戶，即是否有負(fù)載，還會(huì)進(jìn)一步確定出當(dāng)前負(fù)載的負(fù)載大小。
[0066]方式三:[〇〇67]負(fù)載信息采集模塊500包括開(kāi)關(guān)模塊504。[〇〇68]當(dāng)用戶站立在平衡車上時(shí)，開(kāi)關(guān)模塊504閉合，且開(kāi)關(guān)模塊504將當(dāng)前有負(fù)載的負(fù)載信息發(fā)送給中央處理器300。當(dāng)沒(méi)有用戶站立在平衡車上時(shí)，開(kāi)關(guān)模塊504斷開(kāi)，此時(shí)開(kāi)關(guān)模塊504將當(dāng)前沒(méi)有負(fù)載的負(fù)載信息發(fā)送給中央處理器300。因此，本發(fā)明中的開(kāi)關(guān)模塊504 只用于檢測(cè)當(dāng)前平衡車上是否有用戶站立，即檢測(cè)是否存在負(fù)載，進(jìn)而將檢測(cè)到的是否存在負(fù)載的負(fù)載信息發(fā)送至中央處理器300。[〇〇69]即本實(shí)施例中，負(fù)載信息采集模塊500僅用于識(shí)別出當(dāng)前平衡車上是否有負(fù)載，將當(dāng)前平衡車上是否有負(fù)載的負(fù)載信息發(fā)送至中央處理器300。
[0070]然而此處
【申請(qǐng)人】還需要特別說(shuō)明的是，雖然本方式三中的負(fù)載信息采集模塊500 為開(kāi)關(guān)模塊504，但本發(fā)明仍舊不同于現(xiàn)有平衡車控制系統(tǒng)。[0071 ]對(duì)于現(xiàn)有平衡車控制系統(tǒng)，當(dāng)其開(kāi)關(guān)模塊閉合時(shí)，中央處理器才會(huì)驅(qū)動(dòng)控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，而當(dāng)開(kāi)關(guān)模塊斷開(kāi)時(shí)，中央處理器不會(huì)驅(qū)動(dòng)控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，也就是，對(duì)于現(xiàn)有平衡車， 當(dāng)其沒(méi)有用戶站立使用時(shí)，平衡車是無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)平衡的。[〇〇72]然而對(duì)于本發(fā)明提供的平衡車控制系統(tǒng)，開(kāi)關(guān)模塊504僅用于將當(dāng)前平衡車上是否有負(fù)載的負(fù)載信息發(fā)送至中央處理器300,而如果當(dāng)前平衡車上沒(méi)有用戶站立，即空載時(shí)，本發(fā)明中的中央處理器300還是會(huì)微弱驅(qū)動(dòng)電機(jī)600以非常小的功率進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)600的運(yùn)轉(zhuǎn)與陀螺儀200的動(dòng)態(tài)平衡，從而實(shí)現(xiàn)平衡車的平衡。也就是，本發(fā)明在無(wú)人站立，空載情況下，本發(fā)明提供的平衡車控制系統(tǒng)依舊能夠保證平衡車實(shí)現(xiàn)自動(dòng)平衡。
[0073]進(jìn)一步，本發(fā)明的
【申請(qǐng)人】為防止平衡車空載自平衡時(shí)發(fā)生原地旋轉(zhuǎn)的情況，本發(fā)明還可以對(duì)中央處理器300做進(jìn)一步優(yōu)化。具體地，平衡車一般包括雙輪平衡車，雙輪平衡車的結(jié)構(gòu)可參閱圖5、圖6所示，其包括第一踏板701和第二踏板702，該第一踏板701和第二踏板702通過(guò)軸800進(jìn)行連接。雙輪平衡車中的電機(jī)600包括第一電機(jī)601和第二電機(jī)602,其中第一電機(jī)601與第一踏板701連接，第二電機(jī)602與第二踏板702連接。陀螺儀200包括第一陀螺儀201和第二陀螺儀202,其中第一陀螺儀201用于檢測(cè)第一踏板701的傾斜角度，第二陀螺儀202用于檢測(cè)第二踏板702的傾斜角度。中央處理器300可以是一個(gè)，也可以包括兩個(gè)，分別為第一中央處理器301和第二中央處理器302。[〇〇74] 在本發(fā)明實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，第一中央處理器301根據(jù)第一陀螺儀201檢測(cè)到的第一踏板701的傾斜角度，以及電壓采集模塊400發(fā)送的輸出電壓值、和負(fù)載信息采集模塊500發(fā)送的負(fù)載信息，以第一驅(qū)動(dòng)功率驅(qū)動(dòng)控制第一電機(jī)601運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)，第二中央處理器302會(huì)根據(jù)第二陀螺儀202檢測(cè)到的第二踏板702的傾斜角度，以及電壓采集模塊400發(fā)送的輸出電壓值、和負(fù)載信息采集模塊500發(fā)送的負(fù)載信息，以第二驅(qū)動(dòng)功率驅(qū)動(dòng)控制第二電機(jī)602運(yùn)轉(zhuǎn)。第一陀螺儀201檢測(cè)到的第一踏板701的傾斜角度與第二陀螺儀202檢測(cè)到的第二踏板 702的傾斜角度不同時(shí)，第一中央處理器301和第二中央處理器302會(huì)以不同的驅(qū)動(dòng)功率分別驅(qū)動(dòng)第一電機(jī)601和第二電機(jī)602運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)?shù)谝恢醒胩幚砥?01和第二中央處理器302以不同的驅(qū)動(dòng)功率分別驅(qū)動(dòng)第一電機(jī)601和第二電機(jī)602運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，雙輪平衡車以不同的運(yùn)動(dòng)模式運(yùn)行。具體例如，當(dāng)?shù)谝恢醒胩幚砥?01和第二中央處理器302以相同大小、相同方向的驅(qū)動(dòng)功率分別驅(qū)動(dòng)第一電機(jī)601和第二電機(jī)602運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，雙輪平衡車向前直行，如圖7所示；當(dāng)?shù)谝恢醒胩幚砥?01和第二中央處理器302以不同大小、相同方向的驅(qū)動(dòng)功率分別驅(qū)動(dòng)第一電機(jī)601和第二電機(jī)602運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，雙輪平衡車前行拐彎，如圖8所示；當(dāng)?shù)谝恢醒胩幚砥?01和第二中央處理器302以相同大小、不同方向的驅(qū)動(dòng)功率分別驅(qū)動(dòng)第一電機(jī)601和第二電機(jī)602 運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，雙輪平衡車會(huì)在原地旋轉(zhuǎn)，如圖9所示。[〇〇75] 那么當(dāng)本發(fā)明空載時(shí)，正如前文所述，第一中央處理器301和第二中央處理器302 會(huì)以不同的非常小的驅(qū)動(dòng)功率分別驅(qū)動(dòng)第一電機(jī)601和第二電機(jī)602運(yùn)轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)雙輪平衡車的自動(dòng)平衡。然而在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，由于第一踏板701和第二踏板702與軸800間的摩擦力不可避免，使得第一踏板701和第二踏板702的平均傾斜角度無(wú)法達(dá)到0°，如第一踏板701 為+A°，第二踏板702為-A°，此時(shí)平衡車就會(huì)原地旋轉(zhuǎn)，不能靜止。
[0076]基于此，本發(fā)明提出，假設(shè)空載情況下平衡車控制系統(tǒng)的自平衡增益為G，第一踏板701的傾斜角度為A1，第二踏板702的傾斜角度為A2,原有第一電機(jī)601和第二電機(jī)602的驅(qū)動(dòng)功率分別為:
[0077]PI =G X A1 ；
[0078]P2=GXA2；[0079 ]那么本發(fā)明中的第一電機(jī)601和第二電機(jī)602的驅(qū)動(dòng)功率分別為:
[0080]Pl=0.5XGX(Al+A2)+0.5XkXGX(Al-A2)；
[0081]P2 = 0.5XGX(Al+A2)+0.5XkXGX(A2-Al)；[〇〇82]其中，k為小于1的衰減系數(shù)。[〇〇83]應(yīng)用本發(fā)明上述技術(shù)方案，本發(fā)明提供的平衡車控制系統(tǒng)可有效地抑制空載自平衡時(shí)，平衡車原地旋轉(zhuǎn)的問(wèn)題，同時(shí)又保持平衡車整體的平衡。特別地，當(dāng)取k = 0時(shí)，可完全抑制平衡車原地旋轉(zhuǎn)的問(wèn)題。[〇〇84]中央處理器300分別與陀螺儀200、電壓采集模塊400、負(fù)載信息采集模塊500連接， 用于依據(jù)所述陀螺儀200發(fā)送的所述平衡車的姿勢(shì)狀態(tài)、所述電壓采集模塊400發(fā)送的輸出電壓值、以及所述負(fù)載信息采集模塊500發(fā)送的負(fù)載信息，調(diào)節(jié)所述平衡車控制系統(tǒng)的平衡車系統(tǒng)增益參數(shù)，進(jìn)而依據(jù)調(diào)節(jié)后的平衡車系統(tǒng)增益參數(shù)生成控制指令，將所述控制指令發(fā)送至電機(jī)600。[〇〇85]本發(fā)明中的中央處理器300同時(shí)與陀螺儀200、電壓采集模塊400、負(fù)載信息采集模塊500、以及電機(jī)600連接?，F(xiàn)有平衡車控制系統(tǒng)中的中央處理器會(huì)依據(jù)陀螺儀200發(fā)送的平衡車的姿勢(shì)狀態(tài)來(lái)選擇已經(jīng)預(yù)先設(shè)定好的平衡車系統(tǒng)增益參數(shù)來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，而本發(fā)明不同于現(xiàn)有平衡車控制系統(tǒng)，本發(fā)明中的中央處理器300不僅會(huì)參考陀螺儀200發(fā)送的平衡車的姿勢(shì)狀態(tài)，還會(huì)進(jìn)一步參考電壓采集模塊400發(fā)送的當(dāng)前平衡車電源100的輸出電壓值，以及負(fù)載信息采集模塊500發(fā)送的當(dāng)前平衡車上承載的負(fù)載信息。具體地例如，中央處理器300會(huì)依據(jù)陀螺儀200發(fā)送的平衡車的姿勢(shì)狀態(tài)來(lái)選定第一平衡車系統(tǒng)增益參數(shù)，進(jìn)而中央處理器300依據(jù)當(dāng)前平衡車的電源100的輸出電壓值和承載的負(fù)載信息對(duì)選定的該第一平衡車系統(tǒng)增益參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，如調(diào)節(jié)后得到第二平衡車系統(tǒng)增益參數(shù)，進(jìn)而依據(jù)該第二平衡車系統(tǒng)增益參數(shù)生成相應(yīng)的控制指令，并發(fā)送至電機(jī)600。[〇〇86]電機(jī)600與中央處理器300連接，用于依據(jù)所述中央處理器300發(fā)送的控制指令開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0087]因此應(yīng)用本發(fā)明的上述技術(shù)方案，本發(fā)明提供的平衡車控制系統(tǒng)中的中央處理器 300會(huì)充分考慮陀螺儀200發(fā)送的平衡車的姿勢(shì)狀態(tài)、電壓采集模塊400發(fā)送的輸出電壓值、 以及負(fù)載信息采集模塊500發(fā)送的負(fù)載信息，本發(fā)明會(huì)隨著平衡車的電源狀態(tài)、負(fù)載信息的不同而靈活地調(diào)節(jié)平衡車控制系統(tǒng)中的平衡車系統(tǒng)增益參數(shù)，進(jìn)而依據(jù)調(diào)節(jié)后的平衡車系統(tǒng)增益參數(shù)來(lái)控制電機(jī)600運(yùn)轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)平衡車在不同負(fù)載情況下的自動(dòng)平衡，保證了平衡車的平穩(wěn)性和安全性。
[0088]且應(yīng)用本發(fā)明提供的平衡車控制系統(tǒng)，在無(wú)用戶站立，即空載情況時(shí)，本發(fā)明并不像現(xiàn)有平衡車控制系統(tǒng)那樣，即現(xiàn)有平衡車控制系統(tǒng)中的中央處理器不會(huì)驅(qū)動(dòng)控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，而是本發(fā)明中的中央處理器300能夠控制電機(jī)600以非常小的功率進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)與陀螺儀200的動(dòng)態(tài)平衡，從而使得平衡車在無(wú)用戶站立時(shí)也可自動(dòng)保持平衡，保證了用戶上下平衡車時(shí)的安全。[0089 ]現(xiàn)有平衡車控制系統(tǒng)的限速保護(hù)的限速值為預(yù)設(shè)的固定值，在平衡車的實(shí)際車速大于預(yù)設(shè)的限速值時(shí)，平衡車控制系統(tǒng)采取報(bào)警措施。然而因平衡車電氣原理的原因，平衡車可達(dá)到的最大速度與電源電壓狀態(tài)有關(guān)，如電源的輸出電壓較低，那么在平衡車的實(shí)際車速未達(dá)到限速值時(shí)，就可能已經(jīng)動(dòng)力不足，從而導(dǎo)致平衡車的自平衡能力下降，造成安全隱患。
[0090]且現(xiàn)有平衡車控制系統(tǒng)在電機(jī)超載(過(guò)流)時(shí)，采取減小驅(qū)動(dòng)輸出或停止電機(jī)驅(qū)動(dòng)的方式進(jìn)行保護(hù)。而在平衡車控制系統(tǒng)中，如果減小驅(qū)動(dòng)輸出或停止電機(jī)，會(huì)導(dǎo)致平衡車的自平衡能力減弱，導(dǎo)致騎乘者摔倒。
[0091]基于此，本發(fā)明提供的平衡車控制系統(tǒng)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)平衡車系統(tǒng)增益參數(shù)的自動(dòng)調(diào)節(jié)，還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)平衡車系統(tǒng)限速參數(shù)的自動(dòng)調(diào)節(jié)，且還能夠?qū)崿F(xiàn)平衡車超載系統(tǒng)的自動(dòng)報(bào)警。具體如下:
[0092]對(duì)于平衡車系統(tǒng)限速參數(shù)的自動(dòng)調(diào)節(jié):[〇〇93]本發(fā)明中的中央處理器300能夠依據(jù)所述電壓采集模塊400發(fā)送的輸出電壓值，以及所述負(fù)載信息采集模塊500發(fā)送的負(fù)載信息，動(dòng)態(tài)地設(shè)定所述平衡車控制系統(tǒng)的平衡車系統(tǒng)限速參數(shù)。其中，所述平衡車系統(tǒng)限速參數(shù)用于限制平衡車的實(shí)際車速不大于所述平衡車系統(tǒng)限速參數(shù)。
[0094]例如，電壓采集模塊400采集到的電源100的輸出電壓值為A，負(fù)載信息采集模塊 500采集到的負(fù)載信息為B，那么本發(fā)明中平衡車的平衡車系統(tǒng)限速參數(shù)可以計(jì)算如下:
[0095]Vffi鮮系*^? = fl(A)-f2(B);
[0096]其中，f 1(A)為增函數(shù)，S卩f 1(A)的函數(shù)值隨A的增大而增大，f2(B)也為增函數(shù)，即 f2(B)的函數(shù)值隨B的增大而增大。
[0097]那么具體在本發(fā)明中，如果所計(jì)算得到平衡車系統(tǒng)限速參數(shù)V大于平衡車系統(tǒng)預(yù)設(shè)的固定限速值Vo，則平衡車控制系統(tǒng)確定固定限速值Vo作為平衡車的最大限速值;反之， 如果所計(jì)算得到平衡車系統(tǒng)限速參數(shù)V不大于平衡車系統(tǒng)預(yù)設(shè)的固定限速值Vo,則平衡車控制系統(tǒng)確定該計(jì)算得到的平衡車系統(tǒng)限速參數(shù)V作為平衡車的最大限速值，使得平衡車的實(shí)際車速不大于所述平衡車系統(tǒng)限速參數(shù)。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對(duì)平衡車的限速保護(hù)。
[0098]其中，本發(fā)明所涉及的限速保護(hù)，可以是聲音報(bào)警或燈光報(bào)警，或驅(qū)動(dòng)電機(jī)600以特定頻率振動(dòng)報(bào)警。
[0099]對(duì)于平衡車超載系統(tǒng)的自動(dòng)報(bào)警:
[0100]本發(fā)明提供的平衡車控制系統(tǒng)還包括與中央處理器300連接的報(bào)警裝置700。
[0101]那么在本發(fā)明中，當(dāng)中央處理器300依據(jù)所述電壓采集模塊400發(fā)送的輸出電壓值，以及所述電流采集模塊502采集的所述電機(jī)600的工作電流值，計(jì)算得到當(dāng)前所述電機(jī) 600的實(shí)際功率，并判斷得知當(dāng)前所述電機(jī)600的實(shí)際功率不小于所述電機(jī)600的額定功率時(shí)，生成報(bào)警指令至所述報(bào)警裝置700。所述報(bào)警裝置700依據(jù)所述報(bào)警指令進(jìn)行報(bào)警。
[0102]在本實(shí)施例中作為優(yōu)選的，中央處理器300在控制報(bào)警裝置700開(kāi)始報(bào)警，且報(bào)警裝置700進(jìn)行報(bào)警持續(xù)n秒后，中央處理器300判斷得知當(dāng)前所述電機(jī)600的實(shí)際功率仍舊不小于所述電機(jī)600的額定功率，則中央處理器300采取減小平衡車控制系統(tǒng)中電機(jī)600的驅(qū)動(dòng)力，直至切斷電機(jī)600驅(qū)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了平衡車超載系統(tǒng)保護(hù)。
[0103]最后，本發(fā)明還提供了一種平衡車，包括前文所述的平衡車控制系統(tǒng)。[〇1〇4]需要說(shuō)明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語(yǔ)僅僅用來(lái)將一個(gè)實(shí)體或者操作與另一個(gè)實(shí)體或操作區(qū)分開(kāi)來(lái)，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語(yǔ)“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒(méi)有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒(méi)有更多限制的情況下，由語(yǔ)句“包括一個(gè)……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。
[0105]以上對(duì)本發(fā)明所提供的一種平衡車控制系統(tǒng)和平衡車進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在【具體實(shí)施方式】及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說(shuō)明書(shū)內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種平衡車控制系統(tǒng)，其特征在于，包括:電源、陀螺儀、電壓采集模塊、負(fù)載信息采 集模塊、中央處理器以及電機(jī);其中，所述電源用于為平衡車供電；所述陀螺儀用于檢測(cè)所述平衡車的姿勢(shì)狀態(tài)；所述電壓采集模塊的一端與所述中央處理器連接，所述電壓采集模塊的另一端與所述 電源連接，所述電壓采集模塊用于檢測(cè)所述電源的輸出電壓值，并將所述輸出電壓值發(fā)送 至所述中央處理器；所述負(fù)載信息采集模塊與所述中央處理器連接，用于獲知負(fù)載信息，并將所述負(fù)載信 息發(fā)送至所述中央處理器；所述中央處理器分別與所述陀螺儀、電壓采集模塊、負(fù)載信息采集模塊連接，用于依據(jù) 所述陀螺儀發(fā)送的所述平衡車的姿勢(shì)狀態(tài)、所述電壓采集模塊發(fā)送的輸出電壓值、以及所 述負(fù)載信息采集模塊發(fā)送的負(fù)載信息，調(diào)節(jié)所述平衡車控制系統(tǒng)的平衡車系統(tǒng)增益參數(shù)， 進(jìn)而依據(jù)調(diào)節(jié)后的平衡車系統(tǒng)增益參數(shù)生成控制指令，將所述控制指令發(fā)送至所述電機(jī)；所述電機(jī)與所述中央處理器連接，用于依據(jù)所述中央處理器發(fā)送的控制指令進(jìn)行運(yùn) 轉(zhuǎn)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平衡車控制系統(tǒng)，其特征在于，所述負(fù)載信息采集模塊包括壓 力傳感器。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的平衡車控制系統(tǒng)，其特征在于，所述壓力傳感器設(shè)置在平衡車 承重結(jié)構(gòu)上。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平衡車控制系統(tǒng)，其特征在于，所述負(fù)載信息采集模塊包括: 用于采集所述電機(jī)的工作電流值的電流采集模塊，和用于采集所述電機(jī)的相位位置的電機(jī) 相位傳感器;其中，所述電流采集模塊串聯(lián)在所述中央處理器和所述電機(jī)之間；所述電機(jī)相位傳感器的一端與所述電機(jī)連接，另一端與所述中央處理器連接。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的平衡車控制系統(tǒng)，其特征在于，所述電機(jī)相位傳感器包括霍爾 傳感器或編碼器。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平衡車控制系統(tǒng)，其特征在于，所述負(fù)載信息采集模塊包括: 開(kāi)關(guān)模塊。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的平衡車控制系統(tǒng)，其特征在于，所述平衡車控制系統(tǒng)包括第一 踏板和第二踏板;所述第一踏板與所述第二踏板通過(guò)軸進(jìn)行連接；所述陀螺儀包括第一陀螺儀和第二陀螺儀，所述第一陀螺儀用于檢測(cè)所述第一踏板的 傾斜角度，所述第二陀螺儀用于檢測(cè)所述第二踏板的傾斜角度；所述電機(jī)包括第一電機(jī)和第二電機(jī)，所述第一電機(jī)與所述第一踏板連接，所述第二電 機(jī)與所述第二踏板連接；所述中央處理器還用于，依據(jù)所述第一陀螺儀檢測(cè)到的第一踏板的傾斜角度，以及電 壓采集模塊發(fā)送的輸出電壓值、和負(fù)載信息采集模塊發(fā)送的負(fù)載信息，以第一驅(qū)動(dòng)功率驅(qū) 動(dòng)控制第一電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；以及，根據(jù)第二陀螺儀檢測(cè)到的第二踏板的傾斜角度，以及電壓采集 模塊發(fā)送的輸出電壓值、和負(fù)載信息采集模塊發(fā)送的負(fù)載信息，以第二驅(qū)動(dòng)功率驅(qū)動(dòng)控制 第二電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；其中，所述第一驅(qū)動(dòng)功率Pl = 〇.5XGX(Al+A2)+0.5XkXGX(Al-A2);所述第二驅(qū)動(dòng)功率P2 = 0.5XGX(Al+A2)+0.5XkXGX (A2-A1);G為空載情況下平衡車控制系統(tǒng)的自平衡增益，A1為第一踏板的傾斜角度，A2為第二踏 板的傾斜角度，k為小于1的衰減系數(shù)。8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的平衡車控制系統(tǒng)，其特征在于，所述中央處理器還用于依據(jù)所述電壓采集模塊發(fā)送的輸出電壓值，以及所述負(fù)載信息 采集模塊發(fā)送的負(fù)載信息，動(dòng)態(tài)地設(shè)定所述平衡車控制系統(tǒng)的平衡車系統(tǒng)限速參數(shù)；所述平衡車系統(tǒng)限速參數(shù)用于限制平衡車的實(shí)際車速不大于所述平衡車系統(tǒng)限速參 數(shù)。9.根據(jù)權(quán)利要求4-5任一項(xiàng)所述的平衡車控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括:與所述中央 處理器連接的報(bào)警裝置；當(dāng)所述中央處理器依據(jù)所述電壓采集模塊發(fā)送的輸出電壓值，以及所述電流采集模塊 采集的所述電機(jī)的工作電流值，計(jì)算得到當(dāng)前所述電機(jī)的實(shí)際功率，并判斷得知所述電機(jī) 的實(shí)際功率不小于所述電機(jī)的額定功率時(shí)，生成報(bào)警指令至所述報(bào)警裝置；所述報(bào)警裝置依據(jù)所述報(bào)警指令進(jìn)行報(bào)警。10.—種平衡車，其特征在于，包括如上權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的平衡車控制系統(tǒng)。
【文檔編號(hào)】B62K3/00GK105947046SQ201610409163
【公開(kāi)日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年6月12日
【發(fā)明人】朱炳強(qiáng), 鄭慧, 皮德義
【申請(qǐng)人】北京美思安科技有限公司