專利名稱：一種兩輪車的姿態(tài)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種兩輪車的姿態(tài)控制方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的的兩輪車包括擺桿、腳踏殼體、帶控制器的驅(qū)動(dòng)電機(jī)、輪子及控制系統(tǒng)，所 述擺桿對(duì)應(yīng)控制兩輪車加速度，兩輪車在駕駛過(guò)程中，兩輪車的擺桿及腳踏殼體與水平地 面的關(guān)系稱為兩輪車姿態(tài)。兩輪車姿態(tài)可分為兩輪車車體前傾、兩輪車車體水平及兩輪車 車體后仰三種情況，兩輪車車體前傾會(huì)讓駕駛者有向前摔倒的感覺，因而兩輪車車體前傾 的情況是不允許出現(xiàn)的，兩輪車車體水平保證了兩輪車正常運(yùn)行。
兩輪車速度大小由駕駛者重心控制，兩輪車與駕駛者組成人車系統(tǒng)，當(dāng)人車系統(tǒng) 重心向前同時(shí)兩輪車前進(jìn)時(shí)，重心前傾越大，兩輪車前進(jìn)加速度越大；人車系統(tǒng)重心向后同 時(shí)兩輪車后退時(shí)，重心后仰越大，兩輪車后退加速度越大。
但是，在兩輪車擺桿被駕駛者突然推一下使得兩輪車獲得瞬間大加速，或者駕駛 者不正常操作，持續(xù)作用擺桿使得兩輪車處于持續(xù)大加速情況下，或者當(dāng)兩輪車車速達(dá)到 額定速度時(shí)，若兩輪車車體仍然水平運(yùn)行，則兩輪車速度會(huì)持續(xù)急速上升，可能導(dǎo)致前傾、 失控、甚至摔倒等危險(xiǎn)，兩輪車為維持自身平衡，會(huì)使兩輪車車體后仰，人車系統(tǒng)重心向后 對(duì)兩輪車車速及加速度進(jìn)行調(diào)控。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是針對(duì)上述背景技術(shù)存在的缺陷提供一種兩輪車的姿態(tài)控制方法，在兩輪 車瞬間大加速、持續(xù)大加速以及過(guò)速時(shí)保證兩輪車平穩(wěn)運(yùn)行。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明公開了一種兩輪車的姿態(tài)控制方法，包括以下步驟(1)所述兩輪車包括擺桿、帶模糊PID控制器的驅(qū)動(dòng)電機(jī)、輪子及控制系統(tǒng)，所述擺桿 控制兩輪車加速度acc，所述控制系統(tǒng)采集兩輪車的當(dāng)前輸出速度speed，所述控制系統(tǒng)上 設(shè)置有陀螺儀傳感器及加速度傳感器，陀螺儀傳感器的輸出的陀螺儀角速度值與加速度傳 感器的輸出的輪子加速度通過(guò)兩輪車控制系統(tǒng)內(nèi)部模/數(shù)轉(zhuǎn)換器讀取后轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，將 所得數(shù)據(jù)經(jīng)kalman濾波器進(jìn)行處理計(jì)算出傳感器輸出的融合角度值；(2)所述兩輪車控制系統(tǒng)將采集的兩輪車加速度acc構(gòu)成FIFO隊(duì)列，所述控制系統(tǒng)計(jì) 算出FIFO隊(duì)列中兩輪車加速度acc之和得到整合加速度sumacc ；(3)所述兩輪車控制系統(tǒng)將采集的整合加速度sumacc計(jì)算出相應(yīng)的虛擬前傾量 angle_offset ；(4)所述控制系統(tǒng)采集兩輪車運(yùn)行狀態(tài)并探測(cè)兩輪車車體前傾的狀態(tài)，所述控制系 統(tǒng)對(duì)所述虛擬前傾量angle_0fTset進(jìn)行限幅輸出，模糊PID控制器接收所述虛擬前傾量 angle_offset,兩輪車車體后仰直至虛擬前傾量angle_offset與兩輪車輸出的融合角度 值fusecLangle之和為零，兩輪車及駕駛者組成的人車系統(tǒng)重心后移，模糊PID控制器接收 的所述虛擬前傾量angle_offset為零時(shí)，兩輪車車體水平正常運(yùn)行。
進(jìn)一步地,所述虛擬前傾量angle_offset的計(jì)算公式為，對(duì)sumacc積分后乘以 Ka angle_offset= J" sumacc氺dt氺Ka其中Ka為轉(zhuǎn)換增益，根據(jù)駕駛者對(duì)兩輪車操作熟練程度可設(shè)定為分檔數(shù)值；進(jìn)一步地，所述FIFO隊(duì)列的深度可調(diào)整；綜上所述，本發(fā)明一種兩輪車的姿態(tài)控制方法通過(guò)在兩輪車瞬間大加速、持續(xù)大加速 以及過(guò)速時(shí)，所述兩輪車控制系統(tǒng)探測(cè)兩輪車車體前傾的狀態(tài)，模糊PID控制器接收所述 虛擬前傾量，兩輪車車體后仰直至虛擬前傾量與兩輪車輸出的融合角度值之和為零，兩輪 車及駕駛者組成的人車系統(tǒng)重心后移以降低兩輪車加速度及當(dāng)前輸出速度，模糊PID控制 器接收的所述虛擬前傾量為零時(shí)，兩輪車車體水平正常運(yùn)行，從而保證兩輪車平穩(wěn)運(yùn)行。


圖1為本發(fā)明兩輪車的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明在兩輪車瞬間大加速、持續(xù)大加速以及過(guò)速時(shí)一種兩輪車的姿態(tài)控 制方法示意圖。
具體實(shí)施方式
為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的特征、技術(shù)手段以及所達(dá)到的具體目的、功能，下面結(jié)合 附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
如圖1和圖2所示，本發(fā)明具體方式采用以下技術(shù)方案所述兩輪車包括擺桿10、 帶模糊PID控制器的驅(qū)動(dòng)電機(jī)20、輪子30及控制系統(tǒng)40。所述擺桿控制兩輪車加速度acc， 所述控制系統(tǒng)40采集兩輪車的當(dāng)前輸出速度speed并將當(dāng)前輸出速度speed控制量傳給 帶模糊PID控制器的驅(qū)動(dòng)電機(jī)20，所述帶模糊PID控制器的驅(qū)動(dòng)電機(jī)20將收到的控制量進(jìn) 行反饋并控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)，電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)輪子30從而控制兩輪車的運(yùn)動(dòng)，所述兩輪 車設(shè)定有運(yùn)行額定速度rated_speed。
本發(fā)明一種兩輪車的姿態(tài)控制方法，包括以下步驟(1)所述控制系統(tǒng)40上設(shè)置有陀螺儀傳感器及加速度傳感器，陀螺儀傳感器的輸出的 陀螺儀角速度值與加速度傳感器的輸出的輪子加速度通過(guò)兩輪車控制系統(tǒng)40內(nèi)部模/數(shù) 轉(zhuǎn)換器(ADC)讀取后轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，將所得數(shù)據(jù)經(jīng)kalman濾波器進(jìn)行處理計(jì)算出傳感器輸 出的融合角度值fused_angle ；(2)所述兩輪車控制系統(tǒng)40將采集的兩輪車加速度acc構(gòu)成FIFO隊(duì)列，所述FIFO隊(duì) 列的深度可調(diào)整，所述控制系統(tǒng)計(jì)算出FIFO隊(duì)列中兩輪車加速度acc之和得到整合加速度 sumacc,所述整合加速度sumacc值可確定兩輪車運(yùn)行時(shí)處于加速狀態(tài)或減速狀態(tài)；(3)所述兩輪車控制系統(tǒng)40將采集的整合加速度sumacc進(jìn)行積分后乘以Ka，可以計(jì) 算出相應(yīng)的虛擬前傾量angle_offset angle_offset= Jsumacc氺dt氺Ka其中Ka為轉(zhuǎn)換增益，根據(jù)駕駛者對(duì)兩輪車操作熟練程度于普通模式及高手模式下設(shè) 定為相應(yīng)的分檔數(shù)值。
(4)在兩輪車擺桿10被駕駛者突然前推一下或者駕駛者持續(xù)作用擺桿10時(shí)，所 述控制系統(tǒng)40采集兩輪車運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)兩輪車加速度acc突然為大值或者持續(xù)為大值， 所述兩輪車輸出的融合角度值fusecLangle為負(fù)值，所述兩輪車控制系統(tǒng)40探測(cè)兩輪車 車體前傾的狀態(tài)，所述控制系統(tǒng)40對(duì)所述虛擬前傾量angle_0fTset進(jìn)行限幅輸出，模糊 PID控制器接收所述虛擬前傾量angle_offset,兩輪車車體后仰直至fused_angle+angle_ Offset=0，兩輪車及駕駛者組成的人車系統(tǒng)重心后移以降低兩輪車加速度acc及當(dāng)前輸出 速度speed,模糊PID控制器接收的所述虛擬前傾量angle_off set為零時(shí),兩輪車車體水平 正常運(yùn)行。
在兩輪車的當(dāng)前輸出速度speed超過(guò)兩輪車運(yùn)行額定速度rated_speed時(shí),所述 控制系統(tǒng)40采集兩輪車運(yùn)行狀態(tài)，所述兩輪車輸出的融合角度值fusecLangle為負(fù)值， 所述兩輪車控制系統(tǒng)40探測(cè)兩輪車車體前傾的狀態(tài)，所述控制系統(tǒng)40對(duì)所述虛擬前傾 量angle_offset進(jìn)行限幅輸出，模糊PID控制器接收所述虛擬前傾量angle_offset及當(dāng) 前輸出速度speed,兩輪車車體后仰直至fused_angle+angle_offset=0,兩輪車及駕駛者 組成的人車系統(tǒng)重心后移以降低兩輪車加速度acc及當(dāng)前輸出速度speed，兩輪車當(dāng)前輸 出速度speed下降至運(yùn)行額定速度rated_speed,模糊PID控制器接收的所述虛擬前傾量 angle_offset為零時(shí)，兩輪車車體水平正常運(yùn)行。
綜上所述，本發(fā)明兩輪車的姿態(tài)控制方法通過(guò)在兩輪車瞬間大加速、持續(xù)大加速 以及過(guò)速時(shí)，所述兩輪車控制系統(tǒng)40探測(cè)兩輪車車體前傾的狀態(tài)，模糊PID控制器接收所 述虛擬前傾量angle_ofTset,兩輪車車體后仰直至虛擬前傾量angle_ofTset與兩輪車輸 出的融合角度值fusecLangle之和為零，兩輪車及駕駛者組成的人車系統(tǒng)重心后移以降低 兩輪車加速度acc及當(dāng)前輸出速度speed,模糊PID控制器接收的所述虛擬前傾量angle_ offset為零時(shí)，兩輪車車體水平正常運(yùn)行，從而保證兩輪車平穩(wěn)運(yùn)行。
以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的一種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并 不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)， 在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范 圍。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種兩輪車的姿態(tài)控制方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)所述兩輪車包括擺桿(10)、帶模糊PID控制器的驅(qū)動(dòng)電機(jī)(20 )、輪子(30 )及控制系統(tǒng)(40)，所述擺桿(10)控制兩輪車加速度(acc)，所述控制系統(tǒng)(40)采集兩輪車的當(dāng)前輸出速度speed，所述控制系統(tǒng)40上設(shè)置有陀螺儀傳感器及加速度傳感器，陀螺儀傳感器的輸出的陀螺儀角速度值與加速度傳感器的輸出的輪子加速度通過(guò)兩輪車控制系統(tǒng)(40)內(nèi)部模/數(shù)轉(zhuǎn)換器讀取后轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，將所得數(shù)據(jù)經(jīng)kalman濾波器進(jìn)行處理計(jì)算出傳感器輸出的融合角度值fused_angle ； (2)所述兩輪車控制系統(tǒng)(40)將采集的兩輪車加速度acc構(gòu)成FIFO隊(duì)列，所述控制系統(tǒng)計(jì)算出FIFO隊(duì)列中兩輪車加速度acc之和得到整合加速度sumacc ； (3)所述兩輪車控制系統(tǒng)(40)將采集的整合加速度sumacc計(jì)算出相應(yīng)的虛擬前傾量angle_offset ； (4)所述控制系統(tǒng)(40)采集兩輪車運(yùn)行狀態(tài)并探測(cè)兩輪車車體前傾的狀態(tài)，所述控制系統(tǒng)對(duì)所述虛擬前傾量angle_0fTSet進(jìn)行限幅輸出，模糊PID控制器接收所述虛擬前傾量angle_offset,兩輪車車體后仰直至虛擬前傾量angle_offset與兩輪車輸出的融合角度值fusecLangle之和為零，兩輪車及駕駛者組成的人車系統(tǒng)重心后移，模糊PID控制器接收的所述虛擬前傾量angle_offset為零時(shí)，兩輪車車體水平正常運(yùn)行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兩輪車的姿態(tài)控制方法，其特征在于，所述虛擬 前傾量angle_offset的計(jì)算公式為,對(duì)sumacc積分后乘以Ka
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兩輪車的姿態(tài)控制方法，其特征在于所述FIFO 隊(duì)列的深度可調(diào)整。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種兩輪車的姿態(tài)控制方法，其包括兩輪車上設(shè)置的擺桿、帶模糊PID控制器的驅(qū)動(dòng)電機(jī)、輪子及控制系統(tǒng)，所述擺桿控制兩輪車加速度，所述控制系統(tǒng)上設(shè)置有陀螺儀傳感器及加速度傳感器并計(jì)算出傳感器輸出的融合角度值，所述兩輪車控制系統(tǒng)將采集的兩輪車加速度構(gòu)成FIFO隊(duì)列并得到整合加速度進(jìn)而計(jì)算出相應(yīng)的虛擬前傾量，控制系統(tǒng)探測(cè)兩輪車車體前傾的狀態(tài)，模糊PID控制器接收所述虛擬前傾量，兩輪車車體后仰直至虛擬前傾量與兩輪車輸出的融合角度值之和為零，兩輪車及駕駛者組成的人車系統(tǒng)重心后移直至兩輪車車體水平正常運(yùn)行。本發(fā)明一種兩輪車的姿態(tài)控制方法可在兩輪車瞬間大加速、持續(xù)大加速以及過(guò)速時(shí)保證兩輪車平穩(wěn)運(yùn)行。
文檔編號(hào)G05D1/08GK103019246SQ201110287320
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2011年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月26日
發(fā)明者郭蓋華, 涂超, 周偉 申請(qǐng)人:東莞易步機(jī)器人有限公司