平衡控制方法、系统、装置及两轮车辆与流程

本发明涉及汽车技术领域，具体而言，涉及一种平衡控制方法、系统、装置及两轮车辆。

背景技术：

目前，随着城市汽车数量的不断增加，交通堵塞、环境污染和停车困难等问题越来越严重。针对这些问题，陆续出现了限号行驶、电动汽车和共享单车等解决方案，这些解决方案在一定程度上缓解了城市交通问题，但仍然存在着很多不能解决的问题。两轮车辆是一种新型汽车，它的两个车轮前后布置，车上提供一到两个座位，尺寸只有正常四轮汽车一半宽，重量也不到正常四轮汽车的一半。城市交通推广两轮车辆，不但可以满足人们大多数情况下的出行需求，而且还可极大避免交通堵塞和停车困难等问题，弥补了现行解决方案的部分不足。如果将两轮车辆用于山地、丛林、沙漠等恶劣条件，两轮车辆的单轨迹构造也比四轮汽车具有更强的适应性。

但是，由于两轮车辆只有前后两个车轮构成，属于不稳定系统。因此关于两轮车辆的平衡问题，是两轮车辆首要解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种平衡控制方法、系统、装置及两轮车辆。

本发明实施例提供的一种平衡控制方法，应用于平衡控制系统，所述平衡控制系统安装在两轮车辆上，所述平衡控制系统包括平衡控制器、陀螺装置；所述平衡控制方法包括：

所述平衡控制器接收期望驾驶指令，所述期望驾驶指令包括转向指令、加速指令或降速指令；

获取所述两轮车辆的当前状态数据，所述当前状态数据包括两轮车辆的速度、加速度及滚动角中的一种或多种；

根据所述期望驾驶指令及两轮车辆的当前状态数据进行计算得到陀螺框架转动数据，以根据所述陀螺框架转动数据生成陀螺框架驱动指令；

将所述陀螺框架驱动指令发送给所述陀螺装置以使所述陀螺装置转动，以对所述两轮车辆进行平衡调节。

本发明实施例还提供一种平衡控制系统，所述平衡控制系统安装在两轮车辆上，所述平衡控制系统包括：平衡控制器、前轮转向驱动系统及陀螺装置；

所述前轮转向驱动系统包括相互连接的前轮驱动组件及前叉；

所述平衡控制器用于根据接收到的期望驾驶指令及两轮车辆的当前状态数据计算得到前轮转向数据及陀螺框架转动数据，以根据前轮转向数据及陀螺框架转动数据分别生成所述前轮转向驱动指令及陀螺框架驱动指令，并将所述前轮转向驱动指令发送给所述前轮驱动组件以使所述前轮驱动组件驱动前叉转动，以使前叉驱动前轮运动，将所述陀螺框架驱动指令发送给所述陀螺装置以控制所述陀螺装置转动，所述期望驾驶指令包括转向指令、加速指令或降速指令，所述当前状态数据包括两轮车辆的速度、加速度及滚动角中的一种或多种。

本发明实施例还提供平衡控制装置，所述平衡控制装置包括：

接收模块，用于接收期望驾驶指令，所述期望驾驶指令包括转向指令、加速指令或降速指令；

获取模块，用于获取所述两轮车辆的当前状态数据，所述当前状态数据包括两轮车辆的速度、加速度及滚动角中的一种或多种；

计算模块，用于根据接收到的期望驾驶指令及两轮车辆的当前状态数据计算得到前轮转向数据及陀螺框架转动数据，以根据前轮转向数据及陀螺框架转动数据分别生成前轮转向驱动指令及陀螺框架驱动指令；

发送模块，用于将所述前轮转向驱动指令发送给所述前轮转向驱动系统，以使所述前轮转向驱动系统驱动所述两轮车辆的前轮，将所述陀螺框架驱动指令发送给所述陀螺装置以控制所述陀螺装置转动。

本发明实施例还提供一种两轮车辆，所述两轮车辆包括：

车架；

安装在车架上的前轮和后轮；以及，

上述的平衡控制系统。

与现有技术相比，本发明实施例的平衡控制方法、系统、装置及两轮车辆，通过对于用户向两轮车辆输入的期望驾驶指令，根据期望驾驶指令以及所述两轮车辆当前状态数据进行平衡计算再得到控制陀螺运动的陀螺框架驱动指令，以避免两轮车辆在运动中得到的期望驾驶指令超过所述两轮车辆能够承受的平衡范围，提高两轮车辆行驶过程中的平衡性和安全性。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的两轮车辆的结构示意图。

图2为本发明较佳实施例提供的陀螺装置的结构示意图。

图3为本发明实施例提供的平衡控制系统的方框示意图。

图4为本发明实施例提供的平衡控制装置的方框示意图。

图5为本发明实施例提供的平衡控制方法的流程示意图。

图6为本发明实施例提供的平衡控制方法的另一流程示意图。

图7为本发明较佳实施例提供的两轮车辆的另一角度的结构示意图。

图8为一实例中两轮车辆车速的变化曲线示意图。

图9为一个实例中两轮车辆的实际干扰力矩和估计的干扰力矩的对比曲线示意图。

图10为一个实例中两轮车辆的当前滚动角和平衡滚动角的对比曲线示意图。

图11为一个实例中两轮车辆的陀螺装置的陀螺框架转动数据示意图。

图12为一个实例中两轮车辆的意愿偏转角和实际偏转角的对比曲线示意图。

图标：10-两轮车辆；100-前轮转向驱动系统；110-前轮驱动组件；120- 前叉；130-方向盘；200-车架；300-陀螺装置；310-转子；320-转子驱动电机；330-陀螺框架；340-框架驱动电机；350-支架；400-前轮；500-后轮； 600-平衡控制器；700-传感器；710-第一编码器；720-第二编码器；730-第三编码器；740-第四编码器；750-惯性测量单元；800-平衡控制装置；810- 接收模块；820-获取模块；830-计算模块；840-发送模块。

具体实现方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1所示，是本发明实施例提供的两轮车辆10的结构示意图。所述两轮车辆10包括车架200、安装在车架200上的前轮400和后轮500以及平衡控制系统。所述平衡控制系统包括：平衡控制器600、前轮转向驱动系统100及陀螺装置300(如图2所示)。

如图1所示，所述前轮转向驱动系统100包括相互连接的前轮驱动组件110及前叉120。进一步地，所述前轮转向驱动系统100还可包括方向盘 130。

如图2所示，所述陀螺装置300包括高速旋转的转子310、安装在所述转子310中心的转子驱动电机320、套设在所述转子310外的陀螺框架330、设置在陀螺框架330两端的框架驱动电机340和支架350。所述陀螺装置 300启动后，转子驱动电机320控制转子310起旋至工作转速并维持该转速。当需要利用陀螺装置300进行平衡控制时，平衡控制器600发出陀螺框架驱动指令，使框架驱动电机340控制陀螺框架330带动转子310转动。

详细地，所述平衡控制器600可根据接收到的期望驾驶指令及两轮车辆的当前状态数据计算得到前轮转向数据及陀螺框架转动数据。所述平衡控制器600再根据前轮转向数据生成前轮转向驱动指令，根据陀螺框架转动数据生成陀螺框架驱动指令。所述平衡控制器600将所述前轮转向驱动指令发送给所述前轮驱动组件110以使所述前轮驱动组件110驱动前叉120 带动前轮400运动。所述平衡控制器600将所述陀螺框架驱动指令发送给所述陀螺装置300以控制所述陀螺装置300转动。其中，所述期望驾驶指令包括转向指令、加速指令或降速指令。所述当前状态数据包括两轮车辆 10当前的速度、加速度及滚动角中的一种或多种。所述当前状态参数具体可包括两轮车辆的速度、加速度、前轮的转向角度、前轮转向角速度、滚动角、滚动角速度、滚动角加速度、陀螺转子转角和框架转角。

所述平衡控制器600可以安装在所述车架200上，也可以安装在所述前轮转向驱动系统100中。

其中，所述平衡控制器600可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的平衡控制器600可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列 (FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

所述平衡控制系统还可以包括存储器(图未示)，可以是，但不限于，随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，只读存储器(Read Only Memory，ROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory， PROM)，可擦除只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory， EPROM)，电可擦除只读存储器(Electric Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)等。其中，存储器用于存储程序，所述平衡控制器600 在接收到执行指令后，执行所述程序。

如图3所示，所述平衡控制系统还可包括多个传感器700，所述传感器 700可包括第一编码器710，该第一编码器710安装在所述前轮转向驱动系统100上，例如，可以安装在所述方向盘130上。所述第一编码器710用于测量所述前轮转向驱动系统100接收到的用户执行的转向操作对应的意愿偏转角，并向所述平衡控制器600发送携带所述意愿偏转角的转向指令。在一个实例中，用户转动所述方向盘130以执行转向操作时，所述第一编码器710可测量得到用户操作所述方向盘130的意愿偏转角。

请再次参阅图3，所述传感器700还可以包括第二编码器720，该第二编码器720用于测量所述两轮车辆的前轮的转向角度。所述传感器700还可以包括第三编码器730，该第三编码器730用于测量所述陀螺装置300的转角。所述陀螺装置300的转角包括转子转角、陀螺框架转角等。其中，所述第三编码器730可包括分别用于测试转子转角和陀螺框架转角的两个部分。所述第三编码器730还可以包括两个传感器，两个传感器分别用于测试转子转角和陀螺框架转角。所述传感器700还可以包括惯性测量单元 750，该惯性测量单元750用于测量两轮车辆10的线加速度和角速度。进一步地，所述传感器700还可以包括第四编码器740，所述第四编码器740 用于测量所述后轮500的转动角度。

具体地，所述平衡控制器600可根据所述第二编码器720、第三编码器 730、第四编码器740及惯性测量单元750测量得到的测量数据计算得到所述当前状态数据。

其中，所述传感器700所包括的第一编码器710、第二编码器720、第三编码器730、第四编码器740及惯性测量单元750所测试得到的数据可以先经过滤波处理以降低测试得到的数据中的测量噪声和数据突变等干扰，以使去噪后的数据计算得到的当前状态数据更接近两轮车辆的真实状态，以使去噪后的数据对应的期望驾驶指令更接近用户真实操作输入的值。

下面在一个完整的实例中描述两轮车辆的平衡控制过程，具体描述如下。

如图3所示，下面基于图3描述两轮车辆的平衡控制的过程。首先，两轮车辆10接收用户输入的加速、减速或转向操作。所述平衡控制器600 根据所述第二编码器720、第三编码器730、第四编码器740及惯性测量单元750测量得到的测量数据计算得到所述当前状态数据。所述前轮转向驱动系统100和陀螺装置300在运动过程中的状态数据实时更新，在运动过程过由于两轮车辆与作用于车身上的侧风、车上人员活动产生干扰力矩，所述当前数据还可以包括干扰力矩。例如，若用户执行了转向操作，则由第一编码器710测量方向盘130的意愿偏转角，根据所述意愿偏转角向所述平衡控制器600发送转向指令。所述平衡控制器600根据输入的指令和当前状态数据生成控制指令。所述控制指令包括前轮转向驱动指令以及根据陀螺框架转动数据生成的陀螺框架驱动指令。最后，所述两轮车辆10的前轮转向驱动系统100和陀螺装置300根据接收到的控制指令执行对应的操作。

如图4所示，本发明实施例还提供一种应用于所述两轮车辆10的平衡控制装置800，所述平衡控制装置800包括接收模块810、获取模块820、计算模块830以及发送模块840。

所述接收模块810，用于接收期望驾驶指令。

所述获取模块820，用于获取所述两轮车辆10的当前状态数据。

所述计算模块830，用于根据接收到的期望驾驶指令及两轮车辆10的当前状态数据计算得到前轮转向数据及陀螺框架转动数据，以根据该前轮转向数据及陀螺框架转动数据分别生成前轮转向驱动指令及陀螺框架驱动指令。

所述发送模块840，用于将所述前轮转向驱动指令发送给所述前轮转向驱动系统100，以使所述前轮转向驱动系统100驱动所述两轮车辆的前轮 100，将所述陀螺框架驱动指令发送给所述陀螺装置300以控制所述陀螺装置300转动。

其中，所述平衡控制装置800包括至少一个可以软件或固件(firmware) 的形式存储于所述平衡控制系统的存储器中的软件功能模块。所述平衡控制器600用于执行存储器中存储的可执行模块，例如所述平衡控制装置800 包括的软件功能模块或程序。

本实施例中的平衡控制装置800由所述平衡控制器600执行，关于本实施例的平衡控制装置800的其它细节可以进一步地参考第一实施例中的平衡控制器600执行内容的描述，在此不再赘述。

请参阅图5，是本发明实施例提供的应用于图3所示的平衡控制系统的平衡控制方法的流程图。本发明实施例中的所述平衡控制方法可以包括步骤S101至S104。本方法实施例中的各个步骤可分别由平衡控制装置800 的各个模块执行。下面将对图5所示的步骤S101-S104的具体流程进行详细阐述。

所述平衡控制系统可以执行步骤S101至S104以对两轮车辆进行平衡控制。

步骤S101，接收期望驾驶指令。

详细地，图3所示的平衡控制系统中的第一编码器710可测量所述前轮转向驱动系统100接收到的用户执行的转向操作对应的意愿偏转角。当所述期望驾驶指令是转向指令时，所述步骤S101中，可以直接接收所述第一编码器710发送的携带所述意愿偏转角的转向指令，所述转向指令携带所述意愿偏转角。

所述期望驾驶指令也可以是加速指令或减速指令，两轮车辆10可根据用户执行的加速或减速操作得到所述加速指令或降速指令。

步骤S102，获取所述两轮车辆10的当前状态数据。

详细地，所述当前状态数据包括两轮车辆的速度、加速度及滚动角中的一种或多种。所述当前状态参数具体可包括两轮车辆的速度、加速度、前轮的转向角度、前轮转向角速度、滚动角、滚动角速度、滚动角加速度、陀螺转子转角和框架转角。进一步地，所述当前状态数据还可以包括根据传感器测量的测量数据计算得到的其它数据，例如，两轮车辆的重力矩、两轮车辆的转向角相关的离心力矩、转向角速度相关的离心力矩陀螺装置的输出力矩、转子310的角动量等。

步骤S103，根据所述期望驾驶指令及两轮车辆的当前状态数据进行计算得到陀螺框架转动数据，以根据所述陀螺框架转动数据生成陀螺框架驱动指令。

步骤S104，将所述陀螺框架驱动指令发送给所述陀螺装置使所述陀螺装置转动，以对所述两轮车辆进行平衡调节。

应当说明的是，本实施例中，上述步骤S101-S104优选在所述两轮车辆的车速小于预设阈值时执行，而在所述两轮车辆的车速大于或等于预设阈值时，为了加强两轮车辆10的平衡性，优选采取图6所示的平衡控制方法。

请参阅图6，当所述两轮车辆的车速大于或等于预设阈值时，为了进一步保证所述两轮车辆10的平衡性，本发明实施例提供另一种平衡控制方法。当然，应当理解，当所述两轮车辆的车速小于所述预设阈值时，也可以执行图6所示的方法，仍然能控制两轮车辆10的平衡性。图6所示的方法与图5所示的方法大致相同，区别在于，在步骤S103之后还包括步骤S1031，以及在步骤S104之后还包括步骤S1041，详细描述如下。

步骤S101，接收期望驾驶指令。

步骤S102，获取所述两轮车辆10的当前状态数据。

步骤S103，根据所述期望驾驶指令及两轮车辆的当前状态数据进行计算得到陀螺框架转动数据，以根据所述陀螺框架转动数据生成陀螺框架驱动指令。

步骤S1031，根据所述期望驾驶指令及两轮车辆的当前状态数据进行计算得到前轮转向数据，以根据所述前轮转向数据生成前轮转向驱动指令。其中，所述陀螺框架转动数据可以包括陀螺框架的角速度。

其中，所述前轮转向数据可以包括控制前轮相对当前滚动角的偏转角。

步骤S104，将所述陀螺框架驱动指令发送给所述陀螺装置使所述陀螺装置转动，以对所述两轮车辆进行平衡调节。

步骤S1041，将所述前轮转向驱动指令发送给所述前轮转向驱动系统，以使所述前轮转向驱动系统驱动所述两轮车辆的前轮。

本发明实施例提供的平衡控制方法通过期望驾驶指令和所述当前状态数据计算得到所述陀螺框架转动数据生成陀螺框架驱动指令，对所述两轮车辆进行了并行的平衡调节，有效地避免了通过陀螺装置单行的方式控制两轮车辆的平衡时，在两轮车辆在高速运行的时，若用户执行转弯操作后两轮车辆按照用户执行的操作进行转动可能会导致两轮车辆失去平衡的问题，从而提高两轮车辆的平衡。

其中，上述实施例中的前轮转向驱动指令和陀螺框架驱动指令可以通过以下方式生成。

所述平衡控制器接收所述第二编码器、第三编码器、第四编码器及惯性测量单元分别发送的测量数据；

根据接收到的测量数据计算得到所述两轮车辆的当前状态数据；

根据所述当前状态数据计算所述两轮车辆的干扰力矩；

根据所述干扰力矩与所述转向指令对应的意愿偏转角计算所述两轮车辆与所述意愿偏转角对应的平衡滚动角；及

根据所述平衡滚动角及两轮车辆的当前滚动角计算得到前轮转向数据及陀螺框架转动数据，以根据前轮转向数据及陀螺框架转动数据分别生成所述前轮转向驱动指令及陀螺框架驱动指令。

其中，可以采用下式对两轮车辆绕滚动轴的运动进行描述：

其中，Jb-xx为两轮车辆绕滚动轴(近似为前轮、后轮500与地面接触点的连线)转动的转动惯量，为两轮车辆的滚动角加速度。

Tg为两轮车辆的重力矩，m为两轮车辆的质量，g为重力加速度，hbz两轮车辆质心距后轮500触地点的高度，为滚动角，如图7所示，两轮车辆相对竖直方向的倾斜角，在一个实例，两轮车辆向前进方向右侧倾斜，为正。

Ts为转向角相关的离心力矩，其中，lrw-fw为前轮400和后轮 500的轮距，θs为前轮转向轴与车架200偏航轴的夹角，其中，和分别为前轮400和后轮500绕转轴的转动惯量，r为车轮半径。Jb-xz为两轮车辆相对滚动轴和偏航轴的惯量积，假设，坐标原点在后轮500触地点。为两轮车辆的滚动角速度。vrw和为两轮车辆的车速和加速度。ψs为前轮相对车架200的转向角度，在一个实例中，前轮向前进方向的左侧转动，ψs为正。

Tds为转向角速度相关的离心力矩。在Tds的描述中，为前轮转向角速度。

Tcmg为陀螺装置300的输出力矩，为转子310绕旋转轴的转动惯量，为转子310的转动角速度，θgc和分别为陀螺框架330绕框架轴的转角和转动角速度。

Td表示包括两轮车辆上作用的干扰力矩和其它未建模的耦合力矩。

其中，基于式(1)可以计算得到的两轮车辆当前状态数据，干扰力矩的估计值可以是：

其中，下标“-m”表示该量为基于当前测量数据计算得到的，下标“-e”表示该量为估计值；例如，Td-e表示Td的估计值，Tg-m表示根据检测到的数据计算得到的Tg的值。

为了实现两轮车辆的平衡稳定，需要计算得到实现两轮车辆的平衡稳定控制的平衡点，即所述平衡滚动角。在一个实例中，假设各状态的导数项均为0，如滚动角速度、滚动角加速度、转向角速度、控制力矩陀螺的框架角速度等，则可根据式(1)得到平衡滚动角的计算公式：

其中，为平衡滚动角，ψs-in为所述转向指令对应的意愿偏转角。

进一步地，再通过计算得到的平衡滚动角和转向指令对应的意愿偏转角ψs-in计算得到陀螺框架转动数据和前轮转向数据。

具体地，所述平衡控制器600根据所述两轮车辆当前的速度的不同可以分别使用不同的计算方式计算得到所述陀螺框架转动数据和前轮转向数据。例如，当两轮车辆当前的速度小于阈值与两轮车辆当前的速度大于阈值时，采用两种不同的计算方式，下面针对两轮车辆的两种不同行驶状态进行详细描述。

第一种状态中，所述根据所述平衡滚动角及两轮车辆的当前滚动角计算得到前轮转向数据及陀螺框架转动数据，以根据前轮转向数据及陀螺框架转动数据分别生成所述前轮转向驱动指令及陀螺框架驱动指令的步骤包括：当所述两轮车辆的变速范围的最大值小于指定值时，计算平衡滚动角及两轮车辆的当前滚动角的差值作为所述陀螺框架转动数据，将所述意愿偏转角作为所述前轮转向数据；根据前轮转向数据及陀螺框架转动数据生成所述前轮转向驱动指令及陀螺框架驱动指令。

在第一种状态中，可以根据所述两轮车辆的不同行驶状态设置不同的指定值。当所述两轮车辆加速行驶时，所述指定值为第一阈值vrw0；当两轮车辆减速行驶时，所述指定值为第二阈值vrw0-Δvrw，其中Δvrw＞0。通过设置Δvrw是为了避免车速在vrw0附近波动时，造成平衡控制方法频繁切换。本实现方式中，可根据平衡滚动角和当前滚动角的偏差构建滚动角闭环控制器得到陀螺框架转动数据可以令采用微分先行PID (Proportion Integral Differential)控制算法设计陀螺装置的陀螺框架转动数据有：

在第一种状态中，将所述意愿偏转角ψs-in作为所述前轮转向数据。在第一种状态中，两轮车辆行驶速度较低时，通过计算得到所述陀螺框架转动数据以通过陀螺装置控制两轮车辆的平衡，在保持两轮车辆平衡的同时能够采用更简便的计算方式，降低平衡控制器的计算量。

在第二种状态中，所述根据所述平衡滚动角及两轮车辆的当前滚动角计算得到前轮转向数据及陀螺框架转动数据，以根据前轮转向数据及陀螺框架转动数据分别生成所述前轮转向驱动指令及陀螺框架驱动指令的步骤包括：当所述两轮车辆的变速范围的最小值大于指定值时，将所述平衡滚动角及两轮车辆的当前滚动角以PID算法计算期望控制力矩；使用所述期望控制力矩和当前状态数据计算得到前轮转向数据及陀螺框架转动数据，以根据前轮转向数据及陀螺框架转动数据生成所述前轮转向驱动指令及陀螺框架驱动指令。

上述方式通过陀螺装置300和前轮转向驱动系统100共同控制两轮车辆的平衡，实现前轮转向驱动系统100与陀螺装置300并行控制两轮车辆的平衡。

在第二种状态中，可以根据所述两轮车辆的不同行驶状态设置不同的指定值。当所述两轮车辆加速行驶时，所述指定值为第一阈值vrw0；当两轮车辆减速行驶时，所述指定值为第二阈值vrw0-Δvrw，其中Δvrw＞0。

通过在第二种状态中使用并行控制的方式，所述平衡控制器通过计算得到所述前轮转向数据及陀螺框架转动数据，以避免现有技术中仅通过陀螺装置在车速较大时，两轮车辆转弯导致两轮车辆的转动范围超出了所述陀螺装置能够控制的平衡范围内。

下面通过两种方法来描述所述平衡控制器计算所述前轮转向数据及陀螺框架转动数据的过程。

在第一种方法中，可以令采用微分先行PID (Proportion Integral Differential)控制算法设计陀螺装置的陀螺框架转动数据有：

其中Tc为根据陀螺装置300平衡稳定控制方法得到期望平衡稳定控制力矩。和为PID控制算法的控制参数。λ为并行控制过程中分配给陀螺装置300的控制权重系数，λ取值范围为0～1。

详细地，为了实现平衡滚动角的平衡稳定控制，并行控制过程中分配给转向平衡控制的控制权重为(1-λ)·Tc。而为了匹配该控制权重，首先设计了一个协调控制器，所述协调控制器可以采用PID控制算法实现，即：

进一步由上式(6)可得：

对式(7)进行求解可得前轮转向数据ψs-e，根据所述前轮转向数据ψs-e可以生成前轮转向驱动指令。

在第二种方法中，可以令采用微分先行PID控制算法，基于前轮转向平衡稳定控制方法，得到期望平衡稳定控制力矩Tc：

其中，和为PID控制算法的控制参数。

进一步，根据下式可得前轮的转向角度指令ψs-e为：

进一步地，为了匹配该控制权重，首先设计了一个协调控制器，所述协调控制器可以采用PID控制算法实现，可得：

进一步可得陀螺装置300的陀螺框架转动数据为：

通过使用前轮转向驱动指令和陀螺框架驱动指令的并行控制形成滚动角闭环，然后在并行控制外面再增加框架角闭环和一个前轮转向角闭环，保证陀螺装置300的陀螺框架330维持在0°附近和满足驾驶需求。

本发明实施例中提出平衡稳定并行控制方法的出发点是充分结合陀螺装置300平衡控制和前轮的转向平衡控制，在静止和低速情况下，应用陀螺平衡控制方法；在高速情况下，同时应用陀螺平衡控制方法和转向平衡控制方法，加强平衡稳定控制能力。同时为了保证驾驶需求，在传统方法基础上增加外环控制，形成双闭环控制。

下面在一个具体的具有两轮车辆行驶数据的实例中描述所述平衡控制方法的流程。

在本实例中，所述第一阈值vrw0可以为20km/h，中高速情况下选择通过计算得到前轮转向数据及陀螺框架转动数据，以根据前轮转向数据及陀螺框架转动数据分别生成所述前轮转向驱动指令及陀螺框架驱动指令的并行控制方法进行平衡稳定控制。在一个实例中，控制权重系数可以为0.5。在一个实例中，假设两轮车辆在0～6s内匀加速到18km/h；然后在6～25s内匀速行驶，在6～10s内受到50Nm的常值干扰力矩；在25～30s内匀加速至 28km/h，在30s时通过方向盘130施加5°的前轮转向意愿。图8为两轮车辆车速的变化曲线示意图，由图可知，26s时两轮车辆的车速达到20km/h。

首先，进行干扰力矩估计，估计结果如图9所示。由图可知，大多数时间点上的估计干扰力矩和实际干扰力矩吻合较好。

由于干扰力矩作用时间内，并没有前轮转向意愿，因此平衡稳定控制的平衡点(即平衡滚动角)依赖于估计的干扰力矩，如图10所示。此时两轮车辆的车速低于20km/h，平衡稳定控制通过计算得到的陀螺框架转动数据对应的生成的陀螺框架驱动指令的方式控制两轮车辆的平衡。由图10可知，当前滚动角和平衡滚动角基本保持一致，也就是说实现了平衡稳定。同时由图11可知，由于采用了陀螺装置300的闭环控制器，平衡稳定控制过程中，陀螺装置300的框架角维持在0°附近。

当30s时驾驶员通过方向盘130施加了5°的前轮转向意愿，此时两轮车辆的车速高于20km/h，平衡稳定控制采用实现前轮转向驱动系统100与陀螺装置300并行控制两轮车辆的平衡。由图10可知，当前滚动角和平衡滚动角基本保持一致，也就是说实现了平衡稳定。由图12可知，转向平衡控制自动完成了“反舵”操作，所述反舵为转弯前，先向相反方向打方向盘130，获得使车身向转弯方向倾斜的力矩，然后再进行期望的转弯操作。同时由于在滚动角闭环控制器外增加了前轮转向角闭环控制器，平衡稳定控制过程中，实际前轮转向角和前轮转向意愿保持一致，也就是说保证了驾驶员的驾驶需求。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。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。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。