一种双轮平衡车驱动防滑系统的方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108490764A(43)申请公布日2018.09.04(21)申请号201810227082.1(51)Int.Cl.(22)申请日2018.03.19G05B13/02(2006.01)(71)申请人西华大学地址610039四川省成都市金牛区土桥金周路999号申请人经弈逍(72)发明人经弈逍雷霞方勇张力丁吉邱少引刘增庆闫志强李逐云余飞鸿张金刚吴浩可何浩何锦宇李亚鹏余碧凯吴卓聪谭兴贵张玉平白元宝(74)专利代理机构北京众合诚成知识产权代理有限公司11246代理人夏艳权利要求书1页说明书5页附图1页(54)发明名称一种双轮平衡车驱动防滑系统的方法(57)摘要本发明提供一种双轮平衡车驱动防滑系统的方法，属于平衡车控制中的驱动防滑技术ASR。本发明是通过控制驱动轮的滑转率尽可能接近最佳滑转率SO来充分利用地面的摩擦条件，使得平衡车在摩擦系数较低的路况条件获得良好的驱动能力，并能够保障平衡状态的稳定性。本发明由于将ARS中的滑转率控制应用到双轮平衡车的牵引力控制中，并设计了相应的传感器硬件电路和电机驱动电路，实现了双轮平衡车的主动防滑控制，具有实际的应用价值。CN108490764ACN108490764A权利要求书1/1页1.一种双轮平衡车驱动防滑系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1.通过光电编码器获得左右驱动轮的旋转角速度ω1、ω2，并通过加速度计和陀螺仪分别获得车身在水平前向、侧向以及垂直方向三个正交方向的加速度和自转角速度ax、ay、az、ωx、ωy、ωz；步骤2.根据旋转角速度ω1、ω2，车身在水平前向、侧向以及垂直方向三个正交方向的加速度和自转角速度ax、ay、az、ωx、ωy、ωz通过微控制器内部的互补滤波算法得到不受车轮打滑的平衡车真实速度vT以及车身的倾角、倾角变化率根据得到的平衡车真实速度vT以及车身的倾角、倾角变化率再通过微控制器对平衡车的平衡状态和速度状态进行PID控制算法计算，得到控制转矩Tmk；(1)根据微控制器内部的互补滤波算法得到不受车轮打滑的平衡车真实速度vT；(2)通过光电编码器获得左右驱动轮的旋转角速度ω1、ω2以及式得到两侧驱动轮各自在i时刻的滑转率Si；(3)根据(1)、(2)和计算出的平衡车各状态参数以及路面情况计算出最佳滑转率SOi，以及计算出相应的驱动轮转矩Tmi：为驱动轮的动力学方程，i＝1为左轮、i＝2为右轮，Fxi为第i个驱动轮的驱动力，由上述ax、ay、az拟合成的前向加速度与整车质量决定，Jw为驱动轮转动惯量，由驱动轮质量和半径经过均匀积分获得，mi为分配给左右轮的整车质量，m为整车质量。步骤3.滑转率判断，确定电机输出转矩：(1).若平衡车处于非滑转状态，则微控制器控制电机输出转矩C；(2).若平衡车处于滑转状态，则微控制器控制电机输出控制转矩Tmk、Tmi中较小的转矩。2.根据权利要求1所述的一种双轮平衡车驱动防滑系统的方法，其特征在于：所述的步骤3包括：(1)若由步骤2得到的Si＞SOi，所述的平衡车处于非滑转状态；(2)若步骤2得到的Si＜SOi，则平衡车处于滑转状态。2CN108490764A说明书1/5页一种双轮平衡车驱动防滑系统的方法技术领域[0001]本发明属于平衡车控制中的驱动防滑技术领域，尤其涉及一种双轮平衡车驱动防滑系统的方法。背景技术[0002]随着时代的发展，人们生活质量的提高，双轮平衡车以其优越的驾驶灵活性、清洁低碳零排放的特性以及出行经济性成为越来越流行的交通工具。由于城市交通路况复杂多变，当平衡车在摩擦系数较低的路面上行驶时，车轮无法提供足够的摩擦力造成打滑现象，造成整车的平衡失稳和横向失稳，所以需要在平衡车的平衡闭环控制和速度闭环控制等基础动态转矩控制上实现防滑控制，以保证整车的行驶稳定性。[0003]驱动防滑系统(accelerationslipregulation，ASR)属于车辆牵引力控制系统(TCS)，是一种能够在车辆驱动过程中提高车辆加速性能和保证车辆稳定性的主动安全系统，其原理是将驱动轮的滑转率控制在最佳滑转率附近，保证轮胎与地面之间具有良好的附着力，从而获得良好的驱动性能和操纵稳定性。ASR技术多用于在四轮电动汽车的防滑控制上，而对于双轮平衡车的驱动防滑技术目前研究较少。[0004]ASR控制系统中一个非常重要的环节是驱动防滑系统的控制方法。目前应用比较广泛的驱动防滑产品中大部分采用的是逻揖门限值控制方法。逻揖门限值控制方法不涉及具体的数学模型，避免了复杂的理论计算和分析，简化了控制器的设计过程。但是控制器门限值需要经过反复试验才可得到，很大程度上依赖于经验，没有充分的理论依据。而且车辆实际运行过程中动态特性和路面附着条件是实时变化的，因此逻