一种平衡车控制系统和平衡车的制作方法与工艺

本申请涉及平衡车控制技术领域，更具体地说，涉及一种平衡车控制系统和平衡车。

背景技术：
平衡车是利用动态平衡原理控制前进及后退的高科技智能产品，其随着使用者身体的倾斜，可以随心所欲地控制平衡车的行驶速度及前进方向。如图1所示，现有的平衡车控制系统一般包括陀螺仪10、中央处理器20、以及电机30。其中，陀螺仪10用于检测当前平衡车的姿势状态，并将当前平衡车的姿势状态发送至中央处理器20。中央处理器20依据当前平衡车的姿势状态计算得到控制指令，并将控制指令发送至电机30。电机30依据控制指令开始运转，最终实现平衡车车身的自动平衡。此外，现有平衡车控制系统为了保证用户在使用时的安全性，其还会包括一开关模块40，如图2所示。当有用户站立在平衡车上时，开关模块40检测到有用户站立(即有负载)便会闭合，此时的中央处理器20才会发送驱动控制电机30运转的控制指令至电机30，使得平衡车实现平衡。而当用户没有站立在平衡车上时，开关模块40没有检测到用户站立便会断开，此时的中央处理器20不会发送驱动控制电机30运转的控制指令至电机30。也就是说，开关模块40用于检测当前平衡车上是否有用户站立，也即检测当前平衡车上是否有负载。当检测到有负载时，中央处理器20才会发送驱动控制电机30运转的控制指令至电机30，而当其没有检测到负载时，中央处理器20不会发送驱动控制电机30运转的控制指令至电机30。然而本申请的申请人对于上述现有的平衡车控制系统进行研究后发现，平衡车的平衡能力是随平衡车的电源状态、负载信息的不同而不同的，虽然现有平衡车控制系统也涉及负载检测，但其开关模块40只是用于反映出当前平衡车是否有负载，却并不涉及对负载信息，例如负载大小的检测，且现有平衡车控制系统中的中央处理器20是依据预先设定的平衡车系统增益参数来驱动电机30运转的。那么在这种情况下，当体重较重的人使用平衡车时，保持平衡车平衡所需的反馈力不足，这就使得平衡车不平稳。而体重较轻的人，如小孩使用平衡车时，如果反馈力过大则可能导致平衡车控制系统的不稳定导致自激振动，此时的平衡车不平稳、且存在安全隐患。

技术实现要素：
有鉴于此，本申请提供一种平衡车控制系统和平衡车，以解决现有平衡车控制系统存在的不平稳、存在安全隐患的问题。技术方案如下：基于本申请的一方面，本申请提供一种平衡车控制系统，包括：用于为平衡车供电的电源；用于检测所述平衡车的姿势状态的陀螺仪；一端与中央处理器连接，另一端与所述电源连接，用于检测所述电源的输出电压值，并将所述输出电压值发送至所述中央处理器的电压采集模块；与中央处理器连接，用于获知负载信息，并将所述负载信息发送至所述中央处理器的负载信息采集模块；分别与所述陀螺仪、电压采集模块、负载信息采集模块连接，用于依据所述陀螺仪发送的所述平衡车的姿势状态、所述电压采集模块发送的输出电压值、以及所述负载信息采集模块发送的负载信息，调节所述平衡车控制系统的平衡车系统增益参数，进而依据调节后的平衡车系统增益参数生成控制指令，将所述控制指令发送至电机的中央处理器；与所述中央处理器连接，用于依据所述中央处理器发送的控制指令进行运转的电机。优选地，所述负载信息采集模块包括压力传感器。优选地，所述压力传感器设置在平衡车承重结构上。优选地，所述负载信息采集模块包括：用于采集所述电机的工作电流值的电流采集模块，和用于采集所述电机的相位位置的电机相位传感器；其中，所述电流采集模块串联在所述中央处理器和所述电机之间；所述电机相位传感器的一端与所述电机连接，另一端与所述中央处理器连接。优选地，所述电机相位传感器包括霍尔传感器或编码器。优选地，所述负载信息采集模块包括：开关模块。优选地，所述中央处理器还用于依据所述电压采集模块发送的输出电压值，以及所述负载信息采集模块发送的负载信息，动态地设定所述平衡车控制系统的平衡车系统限速参数；所述平衡车系统限速参数用于限制平衡车的实际车速不大于所述平衡车系统限速参数。优选地，还包括：与所述中央处理器连接的报警装置；当所述中央处理器依据所述电压采集模块发送的输出电压值，以及所述电流采集模块采集的所述电机的工作电流值，计算得到当前所述电机的实际功率，并判断得知所述电机的实际功率不小于所述电机的额定功率时，生成报警指令至所述报警装置；所述报警装置依据所述报警指令进行报警。基于本申请的另一方面，本申请还提供一种平衡车，包括如上任一所述的平衡车控制系统。应用本申请的上述技术方案，本申请提供的平衡车控制系统包括用于为平衡车供电的电源、用于检测所述平衡车的姿势状态的陀螺仪、一端与中央处理器连接，另一端与所述电源连接，用于检测所述电源的输出电压值，并将所述输出电压值发送至所述中央处理器的电压采集模块、与中央处理器连接，用于获知负载信息，并将所述负载信息发送至所述中央处理器的负载信息采集模块、分别与所述陀螺仪、电压采集模块、负载信息采集模块连接，用于依据所述陀螺仪发送的所述平衡车的姿势状态、所述电压采集模块发送的输出电压值、以及所述负载信息采集模块发送的负载信息，调节所述平衡车控制系统的平衡车系统增益参数，进而依据调节后的平衡车系统增益参数生成控制指令，将所述控制指令发送至电机的中央处理器、以及与所述中央处理器连接，用于依据所述中央处理器发送的控制指令进行运转的电机。因此本申请提供的平衡车控制系统中的中央处理器会充分考虑陀螺仪发送的平衡车的姿势状态、电压采集模块发送的输出电压值、以及负载信息采集模块发送的负载信息，本申请会随着平衡车的电源状态、负载信息的不同而灵活地调节平衡车控制系统中的平衡车系统增益参数，进而依据调节后的平衡车系统增益参数来控制电机运转，从而实现平衡车在不同负载情况下的自动平衡，保证了平衡车的平稳性和安全性。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为现有平衡车控制系统的结构示意图；图2为现有平衡车控制系统的另一种结构示意图；图3为本申请提供的一种平衡车控制系统的结构示意图；图4为本申请提供的一种平衡车控制系统的另一种结构示意图；图5为本申请提供的一种平衡车控制系统的再一种结构示意图；图6为本申请提供的一种平衡车控制系统的再一种结构示意图；图7为本申请中双轮平衡车的运动模式示意图；图8为本申请中双轮平衡车的另一种运动模式示意图；图9为本申请中双轮平衡车的再一种运动模式示意图。具体实施方式下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。请参阅图3，其示出了本申请提供的一种平衡车控制系统的结构示意图，包括：用于为平衡车供电的电源100。容易理解的，本申请中的电源100用于为平衡车供电以支持平衡车实现自动平衡。用于检测平衡车的姿势状态的陀螺仪200。本申请中的陀螺仪200为内置的精密固态陀螺仪，通过陀螺仪200可以检测出当前平衡车的姿势状态。其中，当前平衡车的姿势状态可以包括当前平衡车上踏板的倾斜角度。一端与中央处理器300连接，另一端与电源100连接，用于检测电源100的输出电压值，并将所述输出电压值发送至中央处理器300的电压采集模块400。本申请中的电压采集模块400可以包括电压传感器401。与中央处理器300连接，用于获知负载信息，并将所述负载信息发送至中央处理器300的负载信息采集模块500。其中，负载信息可以包括是否存在负载、负载大小、负载的具体重量等信息中的至少一个。本申请中的负载信息采集模块500主要用于获知负载信息，其可以包括三种实现方式，具体如下：方式一：负载信息采集模块500包括压力传感器501。具体的，压力传感器501设置在平衡车承重结构上，且与中央处理器300通信或有线连接。当有用户站立在平衡车承重结构上时，压力传感器501便检测到用户的重量信息，即获知到负载信息，此时的负载信息具体为负载大小，进而压力传感器501将该负载大小值发送至中央处理器300。方式二：如图4所示，负载信息采集模块500包括：用于采集电机600的工作电流值的电流采集模块502，和用于采集电机600的相位位置的电机相位传感器503。具体的，电流采集模块502串联在中央处理器300和电机600之间，电机相位传感器503的一端与电机600连接，另一端与中央处理器300连接。其中作为优选的，所述电机相位传感器503可以包括霍尔传感器或编码器。在本申请中，电流采集模块502将采集到的电机600的工作电流值发送至中央处理器300，中央处理器300依据该工作电流值计算得到电机600的驱动力。电机相位传感器503将采集到的电机600的相位位置发送至中央处理器300，中央处理器300依据该相位位置计算得到平衡车的速度和加速度。进而中央处理器300将计算得到的电机600的驱动力与平衡车的速度、加速度做比值处理，得到负载信息，此时的负载信息具体为负载大小。通过上述两种实现方式中的任一种实现方式，本申请中的负载信息采集模块500能够获取到负载的具体大小信息，并将该负载信息发送给了中央处理器300。需要特别指出的是，上述实施例中的负载信息采集模块500不仅能够识别出当前平衡车上是否有用户，即是否有负载，还会进一步确定出当前负载的负载大小。方式三：负载信息采集模块500包括开关模块504。当用户站立在平衡车上时，开关模块504闭合，且开关模块504将当前有负载的负载信息发送给中央处理器300。当没有用户站立在平衡车上时，开关模块504断开，此时开关模块504将当前没有负载的负载信息发送给中央处理器300。因此，本申请中的开关模块504只用于检测当前平衡车上是否有用户站立，即检测是否存在负载，进而将检测到的是否存在负载的负载信息发送至中央处理器300。即本实施例中，负载信息采集模块500仅用于识别出当前平衡车上是否有负载，将当前平衡车上是否有负载的负载信息发送至中央处理器300。然而此处申请人还需要特别说明的是，虽然本实施例中的负载信息采集模块500为开关模块504，但本申请仍旧不同于现有平衡车控制系统。对于现有平衡车控制系统，当其开关模块闭合时，中央处理器才会驱动控制电机运转，而当开关模块断开时，中央处理器不会驱动控制电机运转，也就是，对于现有平衡车，当其没有用户站立使用时，平衡车是无法实现自动平衡的。然而对于本申请提供的平衡车控制系统，开关模块504仅用于将当前平衡车上是否有负载的负载信息发送至中央处理器300，而如果当前平衡车上没有用户站立，即空载时，本申请中的中央处理器300还是会微弱驱动电机600以非常小的功率进行运转，以实现电机600的运转与陀螺仪200的动态平衡，从而实现平衡车的平衡。也就是，本申请在无人站立，空载情况下，本申请提供的平衡车控制系统依旧能够保证平衡车实现自动平衡。进一步，本申请的申请人为防止平衡车空载自平衡时发生原地旋转的情况，本申请还可以对中央处理器300做进一步优化。具体地，平衡车一般包括双轮平衡车，双轮平衡车的结构可参阅图5、图6所示，其包括第一踏板701和第二踏板702，该第一踏板701和第二踏板702通过轴800进行连接。双轮平衡车中的电机600包括第一电机601和第二电机602，其中第一电机601与第一踏板701连接，第二电机602与第二踏板702连接。陀螺仪200包括第一陀螺仪201和第二陀螺仪202，其中第一陀螺仪201用于检测第一踏板701的倾斜角度，第二陀螺仪202用于检测第二踏板702的倾斜角度。中央处理器300可以是一个，也可以包括两个，分别为第一中央处理器301和第二中央处理器302。在本申请实际应用过程中，第一中央处理器301根据第一陀螺仪201检测到的第一踏板701的倾斜角度，以及电压采集模块400发送的输出电压值、和负载信息采集模块500发送的负载信息，以第一驱动功率驱动控制第一电机601运转，同时，第二中央处理器302会根据第二陀螺仪202检测到的第二踏板702的倾斜角度，以及电压采集模块400发送的输出电压值、和负载信息采集模块500发送的负载信息，以第二驱动功率驱动控制第二电机602运转。第一陀螺仪201检测到的第一踏板701的倾斜角度与第二陀螺仪202检测到的第二踏板702的倾斜角度不同时，第一中央处理器301和第二中央处理器302会以不同的驱动功率分别驱动第一电机601和第二电机602运转。当第一中央处理器301和第二中央处理器302以不同的驱动功率分别驱动第一电机601和第二电机602运转时，双轮平衡车以不同的运动模式运行。具体例如，当第一中央处理器301和第二中央处理器302以相同大小、相同方向的驱动功率分别驱动第一电机601和第二电机602运转时，双轮平衡车向前直行，如图7所示；当第一中央处理器301和第二中央处理器302以不同大小、相同方向的驱动功率分别驱动第一电机601和第二电机602运转时，双轮平衡车前行拐弯，如图8所示；当第一中央处理器301和第二中央处理器302以相同大小、不同方向的驱动功率分别驱动第一电机601和第二电机602运转时，双轮平衡车会在原地旋转，如图9所示。那么当本申请空载时，正如前文所述，第一中央处理器301和第二中央处理器302会以不同的非常小的驱动功率分别驱动第一电机601和第二电机602运转，以实现双轮平衡车的自动平衡。然而在实际应用过程中，由于第一踏板701和第二踏板702与轴800间的摩擦力不可避免，使得第一踏板701和第二踏板702的平均倾斜角度无法达到0°，如第一踏板701为+A°，第二踏板702为-A°，此时平衡车就会原地旋转，不能静止。基于此，本申请提出，假设空载情况下平衡车系统的自平衡增益为G，第一踏板701的倾斜角度为A1，第二踏板702的倾斜角度为A2，原有第一电机601和第二电机602的驱动功率分别为：P1＝G×A1；P2＝G×A2；那么本申请中的第一电机601和第二电机602的驱动功率分别为：P1＝0.5×G×(A1+A2)+0.5×k×G×(A1-A2)；P1＝0.5×G×(A1+A2)+0.5×k×G×(A2-A1)；其中，k为小于1的衰减系数。应用本申请上述技术方案，本申请提供的平衡车控制系统可有效地抑制空载自平衡时，平衡车原地旋转的问题，同时又保持平衡车整体的平衡。特别地，当取k＝0时，可完全抑制平衡车原地旋转的问题。分别与陀螺仪200、电压采集模块400、负载信息采集模块500连接，用于依据所述陀螺仪200发送的所述平衡车的姿势状态、所述电压采集模块400发送的输出电压值、以及所述负载信息采集模块500发送的负载信息，调节所述平衡车控制系统的平衡车系统增益参数，进而依据调节后的平衡车系统增益参数生成控制指令，将所述控制指令发送至电机600的中央处理器300。本申请中的中央处理器300同时与陀螺仪200、电压采集模块400、负载信息采集模块500、以及电机600连接。现有平衡车控制系统中的中央处理器会依据陀螺仪200发送的平衡车的姿势状态来选择已经预先设定好的平衡车系统增益参数来驱动电机运转，而本申请不同于现有平衡车控制系统，本申请中的中央处理器300不仅会参考陀螺仪200发送的平衡车的姿势状态，还会进一步参考电压采集模块400发送的当前平衡车电源100的输出电压值，以及负载信息采集模块500发送的当前平衡车上承载的负载信息。具体地例如，中央处理器300会依据陀螺仪200发送的平衡车的姿势状态来选定第一平衡车系统增益参数，进而中央处理器300依据当前平衡车的电源100的输出电压值和承载的负载信息对选定的该第一平衡车系统增益参数进行调节，如调节后得到第二平衡车系统增益参数，进而依据该第二平衡车系统增益参数生成相应的控制指令，并发送至电机600。电机600与中央处理器300连接，用于依据所述中央处理器300发送的控制指令开始运转。因此应用本申请的上述技术方案，本申请提供的平衡车控制系统中的中央处理器300会充分考虑陀螺仪200发送的平衡车的姿势状态、电压采集模块400发送的输出电压值、以及负载信息采集模块500发送的负载信息，本申请会随着平衡车的电源状态、负载信息的不同而灵活地调节平衡车控制系统中的平衡车系统增益参数，进而依据调节后的平衡车系统增益参数来控制电机600运转，从而实现平衡车在不同负载情况下的自动平衡，保证了平衡车的平稳性和安全性。且应用本申请提供的平衡车控制系统，在无用户站立，即空载情况时，本申请并不像现有平衡车控制系统那样，即现有平衡车控制系统中的中央处理器不会驱动控制电机运转，而是本申请中的中央处理器300能够控制电机600以非常小的功率进行运转，以实现与陀螺仪200的动态平衡，从而使得平衡车在无用户站立时也可自动保持平衡，保证了用户上下平衡车时的安全。现有平衡车控制系统的限速保护的限速值为预设的固定值，在平衡车的实际车速大于预设的限速值时，平衡车控制系统采取报警措施。然而因平衡车电气原理的原因，平衡车可达到的最大速度与电源电压状态有关，如电源的输出电压较低，那么在平衡车的实际车速未达到限速值时，就可能已经动力不足，从而导致平衡车的自平衡能力下降，造成安全隐患。且现有平衡车控制系统在电机超载(过流)时，采取减小驱动输出或停止电机驱动的方式进行保护。而在平衡车控制系统中，如果减小驱动输出或停止电机，会导致平衡车的自平衡能力减弱，导致骑乘者摔倒。基于此，本申请提供的平衡车控制系统不仅能够实现对平衡车系统增益参数的自动调节，还能够实现对平衡车系统限速参数的自动调节，且还能够实现平衡车超载系统的自动报警。具体如下：对于平衡车系统限速参数的自动调节：本申请中的中央处理器300能够依据所述电压采集模块400发送的输出电压值，以及所述负载信息采集模块500发送的负载信息，动态地设定所述平衡车控制系统的平衡车系统限速参数。其中，所述平衡车系统限速参数用于限制平衡车的实际车速不大于所述平衡车系统限速参数。例如，电压采集模块400采集到的电源100的输出电压值为A，负载信息采集模块500采集到的负载信息为B，那么本申请中平衡车的平衡车系统限速参数可以计算如下：V(平衡车系统限速参数)＝f1(A)–f2(B)；其中，f1(A)为增函数，即f1(A)的函数值随A的增大而增大，f2(B)也为增函数，即f2(B)的函数值随B的增大而增大。那么具体在本申请中，如果所计算得到平衡车系统限速参数V大于平衡车系统预设的固定限速值V0，则平衡车控制系统确定固定限速值V0作为平衡车的最大限速值；反之，如果所计算得到平衡车系统限速参数V不大于平衡车系统预设的固定限速值V0，则平衡车控制系统确定该计算得到的平衡车系统限速参数V作为平衡车的最大限速值，使得平衡车的实际车速不大于所述平衡车系统限速参数。本申请实现了对平衡车的限速保护。其中，本申请所涉及的限速保护，可以是声音报警或灯光报警，或驱动电机600以特定频率振动报警。对于平衡车超载系统的自动报警：本申请提供的平衡车控制系统还包括与中央处理器300连接的报警装置700。那么在本申请中，当中央处理器300依据所述电压采集模块400发送的输出电压值，以及所述电流采集模块502采集的所述电机600的工作电流值，计算得到当前所述电机600的实际功率，并判断得知当前所述电机600的实际功率不小于所述电机600的额定功率时，生成报警指令至所述报警装置700。所述报警装置700依据所述报警指令进行报警。在本实施例中作为优选的，中央处理器300在控制报警装置700开始报警，且报警装置700进行报警持续n秒后，中央处理器300判断得知当前所述电机600的实际功率仍旧不小于所述电机600的额定功率，则中央处理器300采取减小平衡车控制系统中电机600的驱动力，直至切断电机600驱动，从而实现了平衡车超载系统保护。最后，本申请还提供了一种平衡车，包括前文所述的平衡车控制系统。需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。以上对本申请所提供的一种平衡车控制系统和平衡车进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。