電動平衡車及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供的一種電動平衡車的控制方法，包括以下步驟：初始化步驟：獲取使用者對所述電動平衡車的壓力，當所述壓力大于設定的閾值時，對控制系統進行初始化，使所述電動平衡車的車架保持水平；操作信息獲取步驟：獲取所述使用者在所述電動平衡車上的壓力分布、所述電動平衡車車架的俯仰角、以及所述電動平衡車的運行速度和加速度；動作控制步驟：結合所述使用者在所述電動平衡車上的壓力分布、所述電動平衡車車架的俯仰角、以及所述電動平衡車的運行速度和加速度，獲得轉彎控制分量和速度控制分量，控制所述電動平衡車的動作?；诒景l(fā)明電動平衡車的控制方法的電動平衡車的車架為一個，結構簡單、可靠性高。
【專利說明】
電動平衡車及控制方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及電動平衡車領域，特別涉及一種單板電動平衡車及控制方法。
【背景技術】
[0002]電動平衡車，作為一種短途代步工具可以在開闊地區(qū)迅速前行，可以在復雜地形下靈活閃避，時尚的外形與艷麗的色彩增強了用戶體驗，符合時下年輕人追求酷炫帥氣的潮流;同時綠色環(huán)保、方便易學、老少皆宜，越來越受到人們的青睞。
[0003]目前有電動平衡車通常包括左車架和右車架，兩車架可單獨轉動，通過檢測雙足踏板的傾角度控制速度，通過兩個踏板的角度差控制轉向，騎行者站立在兩個車架上會使車架連接部位會承受很大的壓力，不易保證連接位置的同軸度，影響了電動平衡車的靈活性與駕駛安全性，且結構復雜、可靠性差。

【發(fā)明內容】

[0004]針對現有技術中的缺陷，本發(fā)明提供一種電動平衡車及控制方法，所述電動平衡車的車架為一個，結構簡單、可靠性高。
[0005]第一方面，本發(fā)明提供的一種電動平衡車的控制方法，包括以下步驟:
[0006]初始化步驟:獲取使用者對所述電動平衡車的壓力，當所述壓力大于設定的閾值時，對控制系統進行初始化，使所述電動平衡車的車架保持水平；
[0007]操作信息獲取步驟:獲取所述使用者在所述電動平衡車上的壓力分布、所述電動平衡車車架的俯仰角、以及所述電動平衡車的運行速度和加速度；
[0008]動作控制步驟:結合所述使用者在所述電動平衡車上的壓力分布、所述電動平衡車車架的俯仰角、以及所述電動平衡車的運行速度和加速度，獲得轉彎控制分量和速度控制分量，控制所述電動平衡車的動作。
[0009]進一步地，所述轉彎控制分量的獲得步驟如下:
[0010]根據所述使用者在所述電動平衡車上的壓力分布獲得使用者對所述電動平衡車的壓力中心；
[0011]將所述壓力中心與預設的中心進行比較，獲得壓力中心偏移量；
[0012]結合所述壓力中心偏移量、所述電動平衡車車架的俯仰角、以及所述電動平衡車的運行速度和加速度，獲得轉彎控制分量。
[0013]進一步地，所述轉彎控制分量的獲得步驟如下:
[0014]在初始化步驟中，還根據所述使用者在所述電動平衡車上的壓力分布，獲得了所述使用者對所述電動平衡車的第一壓力中心；
[0015]在動作控制步驟中，根據所述使用者在所述電動平衡車上的壓力分布，獲得所述使用者對所述電動平衡車的第二壓力中心；
[0016]將所述第二壓力中心與所述第一壓力中心進行比較，獲得壓力中心的偏移量；
[0017]結合所述壓力中心偏移量、所述電動平衡車車架的俯仰角、以及所述電動平衡車的運行速度和加速度，獲得所述轉彎控制分量。
[0018]進一步地，所述轉彎控制分量用于控制所述電動平衡車的轉彎方向和轉彎半徑。
[0019]進一步地，所述速度控制分量，用于控制所述電動平衡車的前后運行方向和運行加速度。
[0020]本發(fā)明電動平衡車的控制方法，采用車體姿態(tài)與壓力分布融合控制，綜合所述車架的俯仰角、使用者在所述平衡車上的壓力中心、所述平衡車的運行速度和加速度計算轉彎控制分量和速度控制分量，進而控制所述電動平衡車的運動。
[0021]本發(fā)明的電動平衡車控制方法，僅需一套慣性測量組件和兩個以上壓力傳感器，即可獲得所有控制參數，且所適用的電動平衡車可采用整體車架，結構簡單、可靠性高。
[0022]基于本發(fā)明的電動平衡車控制方法，使用者通過身體左右自然傾斜即可完成左右轉向操作，這種操作方法比通過雙足踏板扭動產生轉向控制指令的方式，更加符合人體運動學原理。
[0023]第二方面，本發(fā)明提供的一種電動平衡車，包括車輪和車架，所述車架上設置有車輪、與車輪連接的電機、踏板、速度測量單元、慣性測量單元、壓力分布測量單元、控制分量融合計算單元以及運動控制單元；
[0024]其中，所述速度測量單元用于測量所述電動平衡車的運行速度;所述慣性測量單元用于測量所述電動平衡車的加速度及車架在前后方向的俯仰角，所述壓力分布測量單元用于測量使用者在所述電動平衡車上的壓力分布；
[0025]所述控制分量融合計算單元分別與所述速度測量單元、所述慣性測量單元和所述壓力分布測量單元電連接，用于結合所述電動平衡車的運行速度、加速度和所述車架的俯仰角，得到所述電動平衡車的轉彎控制分量和速度控制分量；
[0026]所述運動控制單元分別與所述控制分量融合計算單元和電機電連接，用于根據所述轉彎控制分量和所述速度控制分量通過電機控制所述車輪的轉動。
[0027]進一步地，所述壓力分布測量單元包括:兩個以上設置在所述車架和所述踏板之間的壓力傳感器及壓力分布計算單元。
[0028]所述壓力分布計算單元與所述壓力傳感器電連接，用于根據所述壓力傳感器獲得的壓力值，計算并輸出使用者在所述電動平衡車上的壓力中心。
[0029]所述控制分量融合計算單元與所述壓力分布計算單元電連接，接收所述壓力分布計算單元輸出的壓力中心。
[0030]進一步地，所述慣性測量單元包括陀螺儀和加速度傳感器。
[0031]進一步地，所述速度測量單元為設置在電機上的編碼器。
[0032]進一步地，所述車輪為兩個，分別設置在所述車架的兩側。
[0033]本發(fā)明的電動平衡車，采用車體姿態(tài)與壓力分布融合控制，通過檢測車架的傾角控制前后方向的移動，通過檢測使用者在所述電動平衡車上的壓力分布控制轉向。僅需一套慣性測量組件和兩個或兩個以上壓力傳感器，且所述電動平衡車可采用整體車架，結構簡單、可靠性高。
[0034]本發(fā)明的電動平衡車，使用者通過身體左右自然傾斜改變壓力分布，即可完成左右轉向操作，這種操作方法比通過雙足踏板扭動產生轉向控制指令的方式，更加符合人體運動學原理。
【附圖說明】
[0035]為了更清楚地說明本發(fā)明【具體實施方式】或現有技術中的技術方案，下面將對【具體實施方式】或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。在所有附圖中，類似的元件或部分一般由類似的附圖標記標識。附圖中，各元件或部分并不一定按照實際的比例繪制。
[0036]圖1為本發(fā)明一實施例提供的電動平衡車的控制方法示意圖；
[0037]圖2為本發(fā)明一實施例提供的電動平衡車獲取轉彎控制分量的步驟圖；
[0038]圖3為本發(fā)明一實施例提供的電動平衡車獲取轉彎控制分量的步驟圖；
[0039]圖4為本發(fā)明一實施例提供的電動平衡車的結構示意圖；
[0040]圖5為本發(fā)明一實施例提供的電動平衡車的爆炸圖。
【具體實施方式】
[0041]下面將結合附圖對本發(fā)明技術方案的實施例進行詳細的描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術方案，因此只作為示例，而不能以此來限制本發(fā)明的保護范圍。
[0042]需要注意的是，除非另有說明，本申請使用的技術術語或者科學術語應當為本發(fā)明所屬領域技術人員所理解的通常意義。
[0043]參照圖1，本發(fā)明一實施例提供的電動平衡車的控制方法，包括以下步驟:
[0044]初始化步驟S1:獲取使用者對所述電動平衡車的壓力，當所述壓力大于設定的閾值時，對控制系統進行初始化，使所述電動平衡車的車架保持水平；
[0045]操作信息獲取步驟S2:獲取所述使用者在所述電動平衡車上的壓力分布、所述電動平衡車車架的俯仰角、以及所述電動平衡車的運行速度和加速度；
[0046]動作控制步驟S3:結合所述使用者在所述電動平衡車上的壓力分布、所述電動平衡車車架的俯仰角、以及所述電動平衡車的運行速度和加速度，獲得轉彎控制分量和速度控制分量，控制所述電動平衡車的動作。
[0047]本實施例的電動平衡車的控制方法，采用車體姿態(tài)與壓力分布融合控制，綜合車架的俯仰角、使用者在所述平衡車上的壓力中心、電動平衡車的運行速度和加速度來計算轉彎控制分量和速度控制分量，進而控制電動平衡車的運動。采用本電動平衡車的控制方法，僅需一套慣性測量組件和兩個以上壓力傳感器，即可獲得所有控制參數，且所適用的電動平衡車可采用整體車架，結構簡單、可靠性高。
[0048]同時，基于本發(fā)明的電動平衡車的控制方法，使用者通過身體左右自然傾斜即可完成左右轉向操作，這種操作方法比通過雙足踏板扭動產生轉向控制指令的方式，更加符合人體運動學原理。
[0049]參照圖2，在一【具體實施方式】中，所述轉彎控制分量的獲得步驟如下:
[0050]S41:根據所述使用者在所述電動平衡車上的壓力分布獲得使用者對所述電動平衡車的壓力中心；
[0051]S42:將所述壓力中心與預設的中心進行比較，獲得壓力中心偏移量；
[0052]S43:結合所述壓力中心偏移量、所述電動平衡車車架的俯仰角、以及所述電動平衡車的運行速度和加速度，獲得轉彎控制分量。
[0053]本實施例中預設了電動平衡車的壓力中心，通過將使用者的壓力中心與預設壓力中心比較，獲得壓力中心偏移量，步驟簡單。
[0054]參照圖3，在另一實施例中，所述轉彎控制分量的獲得步驟如下:
[0055]S41:在初始化步驟中，還根據所述使用者在所述電動平衡車上的壓力分布，獲得了所述使用者對所述電動平衡車的第一壓力中心；
[0056]S42:在動作控制步驟中，根據所述使用者在所述電動平衡車上的壓力分布，獲得所述使用者對所述電動平衡車的第二壓力中心；
[0057]S43:將所述第二壓力中心與所述第一壓力中心進行比較，獲得壓力中心的偏移量；
[0058]S44:結合所述壓力中心偏移量、所述電動平衡車車架的俯仰角、以及所述電動平衡車的運行速度和加速度，獲得所述轉彎控制分量。
[0059]本實施例中在初始化步驟中根據使用者的壓力分布獲得第一壓力中心，在動作控制步驟中，獲得第二壓力中心，通過第二壓力中心與第一壓力中心進行比較，獲得壓力中心偏移量，不需使用者必須站在電動平衡車上的固定位置，且第一壓力中心在初始化中重新計算，避免了使用者由于站立位置偏移發(fā)生的操作失誤，可靠性高。
[0060]具體實施中，所述轉彎控制分量可同時控制所述電動平衡車的轉彎方向和轉彎半徑。所述速度控制分量，控制所述電動平衡車的前后運行方向和運行加速度。
[0061 ]當使用者向右傾斜時，重心右移，電動平衡車向右轉彎；當使用者向左傾斜時，重心左移，電動平衡車向左轉彎。電動平衡車車架前傾時，控制電動平衡車向前移動；電動平衡車車架后仰時，控制電動平衡車向后移動。與使用者生活中進行快速轉彎時的習慣性動作一致，更加符合人體運動學原理，操作簡便。
[0062]參照圖4和圖5，本發(fā)明一實施例提供的電動平衡車，包括:車架100和設置在車架100上的左車輪201、右車輪202、分別與左、右車輪202連接的左電機601、右電機602、踏板300、速度測量單元、慣性測量單元403、壓力分布測量單元、控制分量融合計算單元501以及運動控制單元502。在此，應當理解的是，本發(fā)明的保護范圍并不限于車輪200的數量為兩個，也可以為一個或三個以上。
[0063]其中，所述速度測量單元用于測量所述電動平衡車的運行速度;所述慣性測量單元403用于測量所述電動平衡車的加速度及車架100在前后方向的俯仰角，所述壓力分布測量單元用于測量使用者在所述電動平衡車上的壓力分布。
[0064]所述控制分量融合計算單元501分別與所述速度測量單元、所述慣性測量單元403和所述壓力分布測量單元電連接，用于結合所述電動平衡車的運行速度、加速度和所述車架100的俯仰角，得到所述電動平衡車的轉彎控制分量和速度控制分量。
[0065]所述運動控制單元502分別與所述控制分量融合計算單元501和電機電連接，用于根據所述轉彎控制分量和所述速度控制分量通過電機控制所述車輪的轉動。
[0066]所述壓力分布測量單元包括:兩個以上設置在所述車架100和所述踏板300之間的壓力傳感器401及壓力分布計算單元402;
[0067]所述壓力分布計算單元402與所述壓力傳感器401電連接，用于根據所述壓力傳感器401獲得的壓力值，計算并輸出使用者在所述電動平衡車上的壓力中心；
[0068]所述控制分量融合計算單元501與所述壓力分布計算單元402電連接，接收所述壓力分布計算單元402輸出的壓力中心；
[0069]所述運動控制單元502分別與所述控制分量融合計算單元501和電機電連接，用于根據所述轉彎控制分量和所述速度控制分量通過電機控制所述車輪的轉動。
[0070]所述慣性測量單元403包括陀螺儀和加速度傳感器。
[0071 ]所述速度測量單元為設置在所述電機上的編碼器。
[0072]上述電動平衡車的電機包括左電機601和右電機602，通過電機架固定在車架100上，分別與運動控制單兀502電信號連接，運動控制單兀502轉彎控制分量和速度控制分量，通過電機控制車輪轉動。
[0073]該電動平衡車中還設置有鋰電池801，通過電池架802固定在車架100上，可防止電池脫落或碰撞，造成電池損壞。
[0074]為了防止灰塵等進入車架100內部，所述電動平衡車還包括下蓋901，所述下蓋901蓋合在所述車架100的下方。
[0075]本實施例的電動平衡車，采用車體姿態(tài)與壓力分布融合控制，通過檢測車架100的傾角控制前后方向的移動，通過檢測使用者在所述電動平衡車上的壓力分布控制轉向。僅需一套慣性測量組件和兩個或兩個以上壓力傳感器401，且所述電動平衡車可采用整體車架100，結構簡單、可靠性高。
[0076]本發(fā)明的電動平衡車，使用者通過身體左右自然傾斜改變壓力分布，即可完成左右轉向操作，這種操作方法比通過雙足踏板300扭動產生轉向控制指令的方式，更加符合人體運動學原理。
[0077]作為上述實施例的進一步改進，所述踏板300包括左浮動腳踏部和右浮動腳踏部，分別有三個壓力傳感器401設在每個所述浮動腳踏部與所述車架100之間。
[0078]本發(fā)明的說明書中，說明了大量具體細節(jié)。然而，能夠理解，本發(fā)明的實施例可以在沒有這些具體細節(jié)的情況下實踐。在一些實例中，并未詳細示出公知的方法、結構和技術，以便不模糊對本說明書的理解。
[0079]在本說明書的描述中，具體特征、結構、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領域的技術人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特征進行結合和組合。
[0080]最后應說明的是:以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制;盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發(fā)明各實施例技術方案的范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求和說明書的范圍當中。
【主權項】
1.一種電動平衡車的控制方法，其特征在于，包括以下步驟: 初始化步驟:獲取使用者對所述電動平衡車的壓力，當所述壓力大于設定的閾值時，對控制系統進行初始化，使所述電動平衡車的車架保持水平； 操作信息獲取步驟:獲取所述使用者在所述電動平衡車上的壓力分布、所述電動平衡車車架的俯仰角、以及所述電動平衡車的運行速度和加速度； 動作控制步驟:結合所述使用者在所述電動平衡車上的壓力分布、所述電動平衡車車架的俯仰角、以及所述電動平衡車的運行速度和加速度，獲得轉彎控制分量和速度控制分量，控制所述電動平衡車的動作。2.根據權利要求1所述的電動平衡車的控制方法，其特征在于，所述轉彎控制分量的獲得步驟如下: 根據所述使用者在所述電動平衡車上的壓力分布獲得使用者對所述電動平衡車的壓力中心； 將所述壓力中心與預設的中心進行比較，獲得壓力中心偏移量； 結合所述壓力中心偏移量、所述電動平衡車車架的俯仰角、以及所述電動平衡車的運行速度和加速度，獲得轉彎控制分量。3.根據權利要求2所述的電動平衡車的控制方法，其特征在于，所述轉彎控制分量的獲得步驟如下: 在初始化步驟中，還根據所述使用者在所述電動平衡車上的壓力分布，獲得了所述使用者對所述電動平衡車的第一壓力中心； 在動作控制步驟中，根據所述使用者在所述電動平衡車上的壓力分布，獲得所述使用者對所述電動平衡車的第二壓力中心； 將所述第二壓力中心與所述第一壓力中心進行比較，獲得壓力中心的偏移量； 結合所述壓力中心偏移量、所述電動平衡車車架的俯仰角、以及所述電動平衡車的運行速度和加速度，獲得所述轉彎控制分量。4.根據權利要求1所述的電動平衡車的控制方法，其特征在于，所述轉彎控制分量用于控制所述電動平衡車的轉彎方向和轉彎半徑。5.根據權利要求1所述的電動平衡車的控制方法，其特征在于，所述速度控制分量，用于控制所述電動平衡車的前后運行方向和運行加速度。6.—種電動平衡車，包括車輪和車架，其特征在于，所述車架上設置有車輪、與車輪連接的電機、踏板、速度測量單元、慣性測量單元、壓力分布測量單元、控制分量融合計算單元以及運動控制單元； 其中，所述速度測量單元用于測量所述電動平衡車的運行速度;所述慣性測量單元用于測量所述電動平衡車的加速度及車架在前后方向的俯仰角，所述壓力分布測量單元用于測量使用者在所述電動平衡車上的壓力分布； 所述控制分量融合計算單元分別與所述速度測量單元、所述慣性測量單元和所述壓力分布測量單元電連接，用于結合所述電動平衡車的運行速度、加速度和所述車架的俯仰角，得到所述電動平衡車的轉彎控制分量和速度控制分量； 所述運動控制單元分別與所述控制分量融合計算單元和電機電連接，用于根據所述轉彎控制分量和所述速度控制分量通過電機控制所述車輪的轉動。7.根據權利要求6所述的電動平衡車，其特征在于，所述壓力分布測量單元包括:兩個以上設置在所述車架和所述踏板之間的壓力傳感器及壓力分布計算單元； 所述壓力分布計算單元與所述壓力傳感器電連接，用于根據所述壓力傳感器獲得的壓力值，計算并輸出使用者在所述電動平衡車上的壓力中心； 所述控制分量融合計算單元與所述壓力分布計算單元電連接，接收所述壓力分布計算單兀輸出的壓力中心。8.根據權利要求6所述的電動平衡車，其特征在于，所述慣性測量單元包括陀螺儀和加速度傳感器。9.根據權利要求6所述的電動平衡車，其特征在于，所述速度測量單元為設置在所述電機上的編碼器。10.根據權利要求6所述的電動平衡車，其特征在于，所述車輪為兩個，分別設置在所述車架的兩側。
【文檔編號】B62K3/00GK105947042SQ201610340844
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月19日
【發(fā)明人】劉冬生
【申請人】北京精儀智拓科技有限公司