一种用于压力传感式代步车的控制方法

一种用于压力传感式代步车的控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于压力传感式代步车的控制方法，采取了三轴坐标系与参数修正方式，确保任意在压力传感器量程范围内体重的骑行者所骑行时的压力范围相同，在X轴与Y轴在经过多次处理后得出及时响应重心变化的输出值，同时为了保护骑行者的安全，对两驱动轮，受压力面为平板结构的代步车，结合体重变化曲线，融入重心变化加速度，同时加入多个安全保护措施，确保重心变化与加速度变化同步，避免驾驶过程中的安全隐患，提升用户体验，具有良好的应用前景。
【专利说明】
-种用于压力传感式代步车的控制方法
技术领域
[0001] 本发明设及一种用于压力传感式代步车的控制方法，属于代步车控制技术领域。
【背景技术】
[0002] 现有的代步车控制方式W控制媒介区分主要可W分为=类，一是手操式的控制方 法，二是自平衡式的控制方法，=是压力传感式的控制方法，具体如下：
[0003] 手操式控制方法，通常W摇杆，转柄为例，通过手操作摇杆或者转柄进行车辆控 审IJ。此类控制方法简单易学，安全稳定，但是，通常会占用一只手甚至双手进行操作，会给使 用者带来操作疲急感，比较费力，并且因为设置操作杆的原因通常无法缩小代步车的体积， 不便于携带与放置。
[0004] 自平衡式的控制方法，通常采用双轮或者独轮的结构，利用巧螺仪、加速度计等传 感器检测车体现在的姿态状态，通过人体的姿态变化来影响车体的姿态变化，从而实现车 体的动态平衡。此类方法不需要双手进行控制，可W完全解放双手，但是，此类车体通常需 要较高的底盘，且需要使用车进行一定的学习与摸索才能完全驾驶车辆，在不熟悉的情况 下驾驶车辆，可能会导致车体因失去平衡而产生的失稳情况，容易造成使用者衰落，造成人 身伤害。
[0005] 压力传感式的控制方法，结合了手操式控制方法与自平衡式的控制方法的优点， 通常W两驱动轮的四轮车体为载体，通过人体重屯、的变化来控制车辆，采用压力传感式的 车辆通常底盘较低，体积小，携带方便，学习成本低，非常适合进行室内与短途代步使用。
[0006] 但是，市面上基于压力传感式的控制方法的代步车，控制方法仍不成熟，使用者的 重屯、变化无法及时与加速度变化相匹配，并且存在安全漏桐。
[0007] 例如中国专利公开号CN105109605A提供的"一种迷你代步电动汽车"，其采用左、 右分立两个压力传感器作为检测手段，配合两个驱动轮，两个万向轮进行行驶，此专利中的 代步车因为只有左、右两个传感器，无法实现前后的压力控制，在使用者使用过程无法对车 辆进行减速控制，遇到突发情况时只能跳车避险，存在较大的安全隐患。
[000引例如中国专利公开号CN105151193A提供的"基于人体重力感应控制行车速度和方 向的体感车及方法"，其采用四个车轮，四个压力传感器的车辆作为载体，其通过采集四个 传感器压力值W线性的关系赋给左、右电机，在高速转向的时候可W进行高速转向，容易造 成车体侧滑，使用者失去平衡摔倒。
[0009] 例如中国专利公开号CN105278409A提供的"电动平板车及控制方法"，同样也是采 用两驱动轮，两万向轮，四个传感器的结构，其在采集传感器压力值时没有纳入人体体重变 化，对于体重不同的人，容易造成骑行体验不一，无法带来良好的用户体验。
[0010] 上述的控制方法，均存在安全隐患，无法带来良好的用户体验。

【发明内容】

[0011] 本发明目的是为了克服现有用于代步车的压力传感式控制方法，仍不成熟，存在 安全隐患，无法带来良好的用户体验的问题。本发明的用于压力传感式代步车的控制方法， 对两驱动轮，受压力面为平板结构的代步车，结合体重变化曲线，融入重屯、变化加速度，同 时加入多个安全保护措施，确保重屯、变化与加速度变化同步，避免驾驶过程中的安全隐患， 提升用户体验，具有良好的应用前景。
[0012] 为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
[0013] -种用于压力传感式代步车的控制方法，其特征在于:通过检测人体重屯、变化，配 合当前的左、右轮电机速度，调整加速度W及时响应人体重屯、的变化，计算出当前左、右轮 电机速度的调整量，实现压力传感式代步车的控制，包括W下步骤，
[0014] 步骤(A)，采集代步车的压力信息，形成S轴坐标系；
[0015] (Al)根据代步车压力面板上的四个压力传感器，计算得出=组信息，=组信息包 括人体重屯、在Y轴方向的重屯、变化量Y、人体重屯、在X轴方向的重屯、变化量XW及人体的体重 W;
[0016] (A2)将S组信息，构成一个压力系数变化的S轴坐标系，W车体的重屯、为零点；车 体左右方向为X轴，且向右为X正;车体前后方向为Y轴，且向前为Y正，=轴坐标系的关系式， 计算方式有两种，当四个压力传感器处于正方形分布时，公式如下，
[0017]
[0018] 其中，A、B、C、D为四个压力传感器所采集到的压力值，A位于车体左上，B位于车体 右上，C位于车体左下，D为车体右下，Kw为代步车压力面板上压力值与实际kg量之间的比例 系数；
[0019] 四个压力传感器处于菱形分布时，公式如下：
[0020]
[0021] 其中，A、B、C、D为卽个比力传感器所采集到的压力值，A位于车体前侧，B位于车体 左侧，C位于车体右侧，D为车体后侧，Kw为代步车压力面板上压力值与实际kg量之间的比例 系数；
[0022] 步骤(B)，对人体体重系数的修正；
[0023] 利用人体体重系数修正曲线，进行不同人体的重屯、变化量统一，公式如下，
[0024]
[0025] 其中，Ws为人体的体重W稳定后的值，人体的体重W稳定的判断方法为在Is内体重W 的波动不超过lkg，Xw、Yw为经过修正W后的人体重屯、在X轴方向、Y轴方向的重屯、变化量；
[0026] 步骤(C)，根据下式，计算人体重屯、在Y轴方向的重屯、变化量Y、重屯、变化量X的变化 速度Ydelta、Xdelta ;
[0027]
[002引其中，Ydelta为人体重屯、在Y轴方向的变化速度、Xdelta为人体重屯、在X轴方向的变化 速度、Xold、Yold为上一次采样时修正W后的人体重屯、在X轴方向、Y轴方向的重屯、变化量；
[0029] 步骤(D)，根据融合曲线的方法，如下式所示，人体重屯、在X轴方向的重屯、变化量X 进行修正；
[0030]
[0031] 其中，Xanut为经过曲线融合变化后的人体重屯、在X轴方向上的重屯、变化量，M为等 比例线与抛物线之间分界点值，abs(Xw)为Xw的绝对值；
[0032] 步骤化），对X轴转向速度进行限制，在高速段时将限制转向，X轴转向限制速度 Xlimit，如下式所示，
[0033]
[0034] 其中，SnDW为当前的行驶速度，当前行驶速度的运算方法为
iSr、Sl为当 前左、右轮的速度；
[0035] 步骤(F)，人体重屯、在X轴方向的变化速度Xdelta在X轴转向的融合，如下式所示，
[0036]
[0037] 其中，Kmix为体重为Wstandard的驾驶者所适应的Xdelta比例系数，Xmix为融合了限制速 度Xlimit与重屯、变化速度Xdelta后的人体重屯、在X轴方向上的重屯、变化量；
[0038] 步骤(G)，X轴转向的闭环调节；
[0039] (Gl)引入了转向的闭环系统，如下式所示，
[0040]
[0041 ]其中，Snnw为当前的行驶速度，Sr、Sl为当前左、右轮的速度，Xlnnw为上一 X轴变化量 对于左轮的输出量，Xrnnw为上一 X轴变化量对于右轮的输出量；
[0042] 化2)巧据下击，计當得m巧前左、右方向的转向X量，
[0043]
[0044] 其中，Xlnnw-delta刃当前X釉上重屯、变化量与上一 X轴变化量对于左轮输出量之间的 差，XrnDW-delta为当前X轴上重屯、变化量与上一 X轴变化量对于右轮输出量之间的差；
[0045] (G3)根据下式，计算得出左、右轮的目标转向X量与当前转向X量之间的差量，即当 前X轴变量对于左、右轮的输出量；
[0046]
[0047] 其中，Slout、Srout分别是当前X轴变量对于左、右轮的输出量，Kp为Xmix的比例系数， Ki 为 Xlnow-delta 与 Xrnow-delta的比例系数；
[0048] 步骤化），计算人体重屯、在Y轴方向的Y轴加速度Ynut，包括加速段、稳速段、减速段， 其中，Padd为加速段的起点，Pkeei^-Padd为稳速段的范围，Pdec-Pkeep为减速段的范围，Pdec为减速 段的起点，Padd与Pkeep为正值，Pdec为负值；
[0049] 化1 )在加速段的Y轴加速度，如下式所示，
[(K)加 ]
[0051 ]其中，Kfy为人体重屯、在巧由方向的重屯、变化量Yw在加速情况下的比例系数，Kfyd为 人体重屯、在Y轴方向的重屯、变化速度Ydeita在加速情况下的比例系数；
[0052] 化2)在减速段的Y轴加速度，减速段分为减速与刹车两个部分，如下式所示，
[0化3]
[0054] 其中，Kdy为人体重屯、在巧由方向的重屯、变化量Yw在倒车情况下的比例系数，Kby为人 体重屯、在Y轴方向的重屯、变化量在减速情况下的比例系数，Kbys为当前行驶速度Sn?在减速 情况下的比例系数，在减速时，当车体行驶速度越快时，车辆的减速度越高；
[0055] 步骤(1)，根据人体重屯、在Y轴方向的Y轴加速度Ynut,得出Y轴方向当前的速度输出 量Sy,如下式所示，
[0化6]
[0057] 其中，Syold为Y轴上一次的速度输出量Sy;
[0058] 步骤(J)，根据当前X轴变量对于左、右轮的输出量、Y轴方向当前的速度输出量Sy, 计算左、右电机的速度调整量Slt与Srt,如下式所示，
[0化9]
[0060] 前述的用于压力传感式代步车的控制方法，其特征在于:可应用在电动平板车、电 动轮椅车或者电动滑板车，W及同类型的偶数驱动轮，单个万向轮W上的电动代步工具。
[0061] 前述的压力传感器代步车的控制器方法，其特征在于:所述压力传感器数量为四 个，分布可采用正方形分布或者是菱形分布。
[0062] 本发明的有益效果是:本发明的用于压力传感式代步车的控制方法，可应用在电 动平板车、电动轮椅车或者电动滑板车上，对两驱动轮，受压力面为平板结构的代步车，结 合体重变化曲线，融入重屯、变化加速度，同时加入多个安全保护措施，确保重屯、变化与加速 度变化同步，避免驾驶过程中的安全隐患，提升用户体验，具有良好的应用前景。
【附图说明】
[0063] 图1是本发明的压力传感式代步车系统的硬件结构图。
[0064] 图2是本发明的用于压力传感式代步车的控制方法的流程图。
[0065] 图3是本发明的S轴坐标系的示意图。
[0066] 图4是本发明的适用在电动平板车实施例的结构示意图。
[0067] 图5是本发明的适用在电动轮椅车实施例的结构示意图（正方形分布）。
[0068] 图6是本发明的适用在电动轮椅车实施例的结构示意图（菱形分布）。
【具体实施方式】
[0069] 下面将结合说明书附图，对本发明做进一步说明。W下实施例仅用于更加清楚地 说明本发明的技术方案，而不能W此来限制本发明的保护范围。
[0070] 本发明的用于压力传感式代步车的控制方法，针对两个驱动轮，四压力传感器的 代步车系统，从动轮可W有多组，代步车系统，主要由面板、压力传感器、驱动轮、从动轮、控 制板、车体结构组成。
[0071] 面板与且仅与压力传感器连接，压力传感器可W正方形分布或者W菱形分布。单 个压力传感器量程为a，驱动轮为两轮驱动结构，可W采用前置、后置、中置的设计，从动轮 在前置、后置的情况下可W选用一轮、两轮、乃至多轮的设计，在中置的情况下通常选用= 轮W上的设计，车体结构根据实际情况变化，可W为电动平板车、电动轮椅车或电动滑板 车，W及同类型的偶数驱动轮，单个万向轮W上的电动代步工具。
[0072] 如图1所示，为压力传感式代步车系统的硬件结构图，各压力传感器与控制板连 接，驱动部分与控制板连接，驱动部分接受控制板的指令来控制左、右电机的转速，同时采 集左、右电机的实时转速反馈给控制板，控制板采集压力传感器的值，结合当前的电机转 速，计算分析后得出左、右轮电机速度的调整量发送至驱动部分，驱动部分控制左、右电机 的转速，实现代步车的控制。
[0073] 本发明的用于压力传感式代步车的控制方法，通过检测人体重屯、变化，配合当前 的左、右轮电机速度，调整加速度W及时响应人体重屯、的变化，计算出当前左、右轮电机速 度的调整量，实现代步车的控制，如图2所示，包括W下步骤，
[0074] 步骤(A)，采集代步车的压力信息，形成S轴坐标系；
[0075] (Al)根据代步车压力面板上的四个压力传感器，计算得出=组信息，=组信息包 括人体重屯、在Y轴方向的重屯、变化量Y、人体重屯、在X轴方向的重屯、变化量XW及人体的体重 W;
[0076] (A2)将S组信息，构成一个压力系数变化的S轴坐标系，W车体的重屯、为零点；车 体左右方向为X轴，且向右为X正；车体前后方向为Y轴，且向前为Y正，=轴坐标系的关系 式，计算方式有两种，当四个压力传感器处于正方形分布时，公式如下，
[0077]
[0078] 其中，A、B、C、D为四个压力传感器所采集到的压力值，A位于车体左上，B位于车体 右上，C位于车体左下，D为车体右下，Kw为代步车压力面板上压力值与实际kg量之间的比例 系数；
[0079] 四个压力传感器处于菱形分布时，公式如下：
[0080]
[0081] 其中，A、B、C、D为四个压力传感器所采集到的压力值，A位于车体前侧，B位于车体 左侧，C位于车体右侧，D为车体后侧，Kw为代步车压力面板上压力值与实际kg量之间的比例 系数；
[0082] 步骤(B)，对人体体重系数的修正；
[0083] 利用人体体重系数修正曲线，进行不同人体的重屯、变化量统一，公式如下，
[0084]
[0085] 其中，Ws为人体的体重W稳定后的值，稳定的判断方法为在Is内W的波动不超过 1 kg。Xw，Yw为经过修正W后的人体重屯、在X轴方向、Y轴方向的重屯、变化量；
[0086] 在一般情况下，每个人在面板上改变重屯、，所产生的压力变化都是不相同，如果 采用相同的变化，比例关系式，将无法给所有人带来统一的体验，因此，需要对人体体重系 数的修正，经过修正的重屯、变化量，不同的使用者在使用过程中将有相同的重屯、变化量；
[0087] 步骤(C)，根据下式，计算人体重屯、在Y轴方向的重屯、变化量Y、重屯、变化量X的变化 速度Ydelta、Xdelta ;
[008引
[0089] 其中，Ydelta刃人体重屯、在Y轴方向的变化速度、Xdelta为人体重屯、在X轴方向的变化 速度，XcidJcid为上一次采样时人体重屯、在X轴方向、Y轴方向的重屯、变化量；
[0090] 步骤(D)，根据融合曲线的方法，如下式所示，人体重屯、在X轴方向的重屯、变化量X 进行修正；
[0091]
[0092] 其中，Xanut为经过曲线融合变化后的人体重屯、在X轴方向上的重屯、变化量，M为等 比例线与抛物线之间分界点值；
[0093] X轴的重屯、变化量如果采用单纯的正比例曲线，那么在小转向段转向充足，但是在 大转向段转向会有明显的转向不足感，特别是应对急弯等情况，会有转向不足的情况。而如 果采用抛物曲线，弥补了大转向段的转向，但是。对应的小转向段的转向会迟缓许多，通过 人体重屯、在X轴方向的重屯、变化量X进行修正，才能达到最优的用户体验效果；
[0094] 步骤化），对X轴转向速度进行限制，在高速段时将限制转向，X轴转向限制速度 Xlimit，如下式所示，
[0095]
[0096] 其中，SnDW为当前的行驶速度，当前行驶速度的运算方法为iSr、Sl为当 前左、右轮的速度；
[0097] 步骤(F)，人体重屯、在X轴方向的变化速度Xdelta在X轴转向的融合，如如下式所示，
[009引
[0099] 其中，Kmix为体重为Wstandard的驾驶者所适应的Xdelta比例系数，Xmix为融合了限制速 度Xlimit与重屯、变化速度Xdelta后的X轴上重屯、变化量；
[0100] 如果仅采用X向偏移值，在骑行者需要进行急转弯时，将只有普通转向的倾角，为 了加强用户在转向上的体验，将X轴偏向值与Xdelta进行了融合，同时考虑到对于不同体重的 人，Xdelta对转向的影响程度也不一样，体重重的人需要更多的转向，体重轻的人需要较少的 转向；
[0101] 步骤(G)，X轴转向的闭环调节；
[0102] (Gl)引入了转向的闭环系统，如下式所示，
[0103]
[0104] 其中，Snnw为当前的行驶速度，Sr、Sl为当前左、右轮的速度，Xlnnw为上一 X轴变化量 对于左轮的输出量，Xrnnw为上一 X轴变化量对于右轮的输出量；
[01化]化2)粮据下式，计算得出当前左、右方向的转向X量，
[0106]
[0107] 其中，Xlnow-delta为当前X轴上重屯、变化量与上一 X轴变化量对于左轮输出量之间 的差，Xrnw-delta为当前X轴上重屯、变化量与上一 X轴变化量对于右轮输出量之间的差；
[010引（G3)根据下式，计算得出左、右轮的目标转向X量与当前转向X量之间的差量，即当 前X轴变量对于左、右轮的输出量；
[0109]
[0110] 其中，Sl。ut、Sr。ut分别是当前X轴变量对于左、右轮的输出量，Kp为Xmix的比例系数， Ki 为 Xlnow-delta 与 Xrnow-delta的比例系数；
[0111] 根据当前X轴变量对于左、右轮的输出量，在给予新的X轴变化量对于左右轮输出 重时，将Xlnow-delta与Xrnow-delta融合其中，例女日，当右轮正向转不足时Xrnow-delta会增大，通过乘 W比例系数Ki融合到输出量中，将会弥补右轮转向不足的情况；
[0112] 步骤化），计算人体重屯、在Y轴方向的Y轴加速度Ywt，包括加速段、稳速段、减速段， 其中，Padd为加速段的起点，Pkeep-Padd为稳速段的范围，Pdec-Pkeep为减速段的范围，Pdec为减速 段的起点，Padd与Pkeep为正值，Pdec为负值；
[01 1 3] 化1 )在加速段的Y轴加速度，如下式所示，
[0114]
[011引其中，Kfy为人体重屯、在Y轴方向的重屯、变化量Yw在加速情况下的比例系数，Kfyd为 人体重屯、在Y轴方向的重屯、变化速度Ydeltq在加速情况下的比例系数；
[0116] 化2)在减速段的Y轴加速度，减速段分为减速与刹车两个部分，如下式所示，
[0117]
[0118] 其中，Kdy为人体重屯、在Y轴方向的重屯、变化量Yw在倒车情况下的比例系数，Kby为人 体重屯、在Y轴方向的重屯、变化量在减速情况下的比例系数，Kbys为当前行驶速度Sn?在减速 情况下的比例系数，在减速时，当车体行驶速度越快时，车辆的减速度越高；
[0119] 步骤(1)，根据人体重屯、在Y轴方向的Y轴加速度Ynut,得出Y轴方向当前的速度输出 量Sy,如下式所示，
[0120] Sy=Syold+Yout
[0121] 其中，Synld为Y轴上一次的速度输出量Sy;
[0122] 步骤(J)，根据当前X轴变量对于左、右轮的输出量、Y轴方向当前的速度输出量Sy, 计算左、右电机的速度调整量Slt与Srt,如下式所示，
[0123]
[0124] 为了安全起见，还加入了超速保护与高速转向减速，超速保护主要应用于在加速 过程中，代步车已经处于最高速度时，骑行者还希望进行加速进行重屯、的变化，最终导致失 去重屯、，在自平衡系统中，为了实现运一点通常使车体平衡点向后，令骑行者难W加速。而 在压力传感系统中，运一思路无法应用，因为不存在改变车体的姿态状态。而在压力传感系 统中，能够维持人体在代步车上驾驶的主要方法就是将代步车的各方向的加速度变化与人 体的重屯、变化进行匹配。而在代步车超过最高速度时，因为速度已经处于最高，无法继续加 速，加速变为0,如果骑行者还处于重屯、前倾状态时，将导致车体加速度与人体重屯、变化不 匹配，骑行者将最终跌落车体。此时，因采取改变前进加速度而抑制骑行者重屯、前倾的行 为，在最高速度外预留一段超速响应段，在处于超速状态时，如果检测到骑行者重屯、仍在向 前变化，将给予一个较高的瞬间加速度，促使骑行者恢复平衡，待骑行者恢复平衡后再W - 个较缓的减速度将速度减至最高速度点。在代步车处于较高速度时，如果此时给予一个高 转向值，在完成转向回正的过程中，很有可能因为电机功率不足而进入一个自旋状态，处于 此过程时，难W控制使代步车恢复至正常的骑行状态。为了避免运一问题，将采取两个手 段，一是在高速度时，如果产生较大的转向值，将立刻进行减速处理，将速度减至合适转向 的速度;二是在产生自旋状态时，通过左、右轮电机速度状态检测出当前的异常状态，进行 减速停止，阻止车体的自旋。
[0125] 下面介绍本发明的第一实施例，如图4所示，应用在电动平板车上，电动平板车包 括压力面板、底盘、电路板、电池、驱动轮、万向轮、压力传感器Al、B1、C1、D1，其中电路板、电 池、驱动轮、万向轮、压力传感器均安装在底盘上，面板与且仅与四个压力传感器相连接，压 力传感器Al分布在车体左上，Bl分布在车体右上，Cl分布在车体左下，Dl分布在车体右下， 压力面板受到压力产生形变时不与底盘任何部位接触。电路板包含主控制部分与驱动部 分，驱动轮位于车体前侧，属于采用前驱方式的车辆，
[01%]实时对于四个传感器进行采集，根据下式，
[0127]
[0128] 计算得出X，Y，W=轴的变化量，一旦W轴变化量大于设定区间，电动平板车立刻进 入刹车状态，防止使用者在踏上电动平板车时产生滑动，避免使用者摔倒;一旦W轴变化量 大于一定值且X，Y轴变化量维持在范围Z内超过时间T时，电动平板车开始进入运动状态，进 入运动状态前，主控制板将记录当前的W值作为骑行者的特征体重，一旦产生了特征体重， 就可W根据公式
，进行体重系数修正；同时，将通过公式
计算好X轴与Y轴压力变化速度；
[0129] 在运动状态中，当使用者通过双脚脚尖同时施加相似的压力，此时Y轴将会有一个 正向的变化量Yw，当正向量大于Padd，控制板将通过公式Yout = Kf y X Yw+Kfyd X Ydelta，给予电机 一个加速度；当骑行者停止施加压力，Yw稳定于Pkeep与Padd之间时，控制板将通过公式Yout = 0,维持电机当前的速度；当使用者通过脚后跟施加相似压力时，此时Y轴将会有一个负向的 变化量Yw，当负向量小于Padd，并大于Pdec时，主控制板将通过公式Yout = Kdy X YwYw>Pdec，给予 电机一个较小的减速度，使车体进行减速;当负向量大于Pdec,且速度为正时，主控制板将通 过公式Yout = Kby X Yw+Kbys X Snow，使车体快速减速起到刹车的作用。另外，当负向量大于Pdec， 且速度为负时，主控制板将继续沿用Ynut = Kdy XYwYw>Pdec公式使车体实现负向加速，实现 倒车功能，最后通过公式Sy = Syold巧。Ut，将Y轴变化量与上次一的Y轴速度输出量Syold融合， 即可W得到当前的速度输出量Sy。
[0130] 在运动状态中，当使用者通过双脚同时施加不同的压力，此时X轴将会有一个变化 量Xw,当右脚的压力大于左脚时，对应的Xw量为正，车体右转，当左脚的压力大于右脚是，对 应的Xw量为负，车体左转，为了使小范围处于小比例状态，大范围转向处于大比例状态，将 原先Xw与压力的比例线调整为组合曲线，如公式所示，
[0131] 小压力范围采用，等比例曲线，大压力范围采用抛物曲线，在细微调整转向时，确 保不会有过度的反应，而在大范围调整确保有足够的响应值。
[0132] 对于对角度转向，在高速度时将进行一定的限制，防止发生因为高速大转向而产 生的侧滑侧翻的情况，具体通过公式，
进行实现。
[0133] 为了进一步加快平板车在X轴上的响应速度，将X轴压力变化速度进行融合计算， 针对压力变化加速度，不同体重的人相应加速度需要的响应量也不同，体重小的人需要较 小的响应量，体重大的人需要较大的响应量，定义Wstandard体重所适应的响应比例为Kmix,通 过公式
，可W计算得出压力变化速度融合的X轴输 出速度。
[0134] 平考虑到在电动平板车实际运动过程中，存在电机特性不一致，无法保证两侧电 机处于理想转速状态，为了确保使用者能够更好的体验骑行电动平板车，针对转向加入了 闭环控制调节，通过公式
计算得出当前左右方向的转向X量;再通过公 式
，计算出平板车左右轮输出目标量与实际转向之间的差；最 后，通过公式
#出左右轮应输出的X转向量；
[0135] 最终结合公式
，即能得出电动平板车的控制板(即电路板)发送至驱 动部分的左、右轮电机的变化量。
[0136] 下面介绍本发明的第二实施例，如图5所示，应用在电动轮椅车上，该电动轮椅车 包括压力面板，车架，电路板，电池，驱动轮，万向轮，压力传感器A2、B2、C2、D2，所示电路板、 电池、驱动轮、万向轮、压力传感器均安装在车架上，压力面板与且仅与四个压力传感器相 连接，且安装在车体后侧，压力传感器A2分布在车体左上，B2分布在车体右上，C2分布在车 体左下，D2分布在车体右下，压力面板受到压力产生形变时不与底盘任何部位接触，电路板 保护主控制部分与驱动部分，驱动轮位于车体后侧，属于采用后驱方式的车辆，
[0137] 对于四个传感器进行采集，根据下式
[013 引
[0139] ，计算得出X，Y，W=轴的变化量，一旦W轴变化量大于设定区间，电动轮椅车立刻进 入刹车状态，防止使用者在踏上电动轮椅车时产生滑动，避免使用者摔倒;一旦W轴变化量 大于一定值且X，Y轴变化量维持在范围Z内超过时间T时，控制电动轮椅车开始进入运动状 态，进入运动状态前，控制板将记录当前的W值作为骑行者的特征体重，一旦产生了特征体 重，就可W根据公式
i，进行体重系数修正；
[0140] 同时，为了后期处理方便，将通过公5
计算好X轴与Y轴压力变 化速度；
[0141] 在运动状态中，当使用者通过双脚脚尖同时施加相似的压力，此时Y轴将会有一个 正向的变化量Yw，当正向量大于Padd，控制板将通过公式Yout = Kf y X Yw+Kfyd X Ydelta，给予电机 一个加速度。当骑行者停止施加压力，Yw稳定于Pkeep与Padd之间时，控制板将通过公式Yout = 0,维持电机当前的速度；当使用者通过脚后跟施加相似压力时，此时Y轴将会有一个负向的 变化量Yw，当负向量小于Padd，并大于Pdec时，控制板将通过公式Yout = Kdy X YwYw> Pdec，给予电 机一个较小的减速度，使车体进行减速；当负向量大于Pdec，且速度为正时，主控制板将通过 公式Ycmt = Kby X Yw+Kbys X Sn?，使车体快速减速起到刹车的作用。另外，当负向量大于Pdec，且 速度为负时，主控制板将继续沿用Ynut = Kdy X YwYw>Pdec公式使车体实现负向加速，实现倒 车功能。
[0142] 在运动状态中，当使用者通过双脚同时施加不同的压力，此时X轴将会有一个变化 量Xw,当右脚的压力大于左脚时，对应的Xw量为正，车体右转，当左脚的压力大于右脚是，对 应的Xw量为负，车体左转，为了使小范围处于小比例状态，大范围转向处于大比例状态，将 原先Xw与压力的比例线调整为组合曲线，如公式所S
，小压力范 围采用，等比例曲线，大压力范围采用抛物曲线，在细微调整转向时，确保不会有过度的反 应，而在大范围调整确保有足够的响应值；
[0143] 对于对角度转向，在高速度时檐讲斤一宙的限制，防止发生因为高速大转向而产 生的侧滑侧翻的情况，具体通过公式
'进行实现；
[0144] 为了进一步加快轮椅车在X轴上的响应速度，将X轴压力变化速度进行融合计算针 对压力变化加速度，不同体重的人相应加速度需要的响应量也不同，体重小的人需要较小 的响应量，体重大的人需要较大的响应量，定义Wstandard体重所适应的响应比例为Kmix，通过 公式
，计算得出压力变化速度融合的X轴输出速 度；
[0145] 考虑到在电动轮椅车实际运动过程中，存在电机特性不一致，无法保证两侧电机 处于理想转速状态，为了确保使用者能够更好的驾驶体验轮椅车，针对转向加入了闭环控 制调节，通过公式
计算得出当前左右方向的转向X量；再通过公式
I车左、右轮输出目标量与实际转向之间的差;最 得出左、右轮应输出的X转向量。
[0147] 即能得出电动轮椅车的控制板(即电路板)发送至驱动部分的左右轮目标量。
[0148] 下面介绍本发明的第=实施例，如图6所示，应用在电动轮椅车上，该电动轮椅车 包括压力面板，车架，电路板，电池，驱动轮，万向轮，压力传感器A3、B3、C3、D3，所示电路板、 电池、驱动轮、万向轮、压力传感器均安装在车架上，压力面板与且仅与四个压力传感器相 连接，且安装在座椅上，压力传感器A3安装在座椅前侧，B3安装在座椅左侧，C3安装在座椅 右侧，D3安装在座椅后侧，压力面板受到压力产生形变时不与车体任何部位接触，电路板保 护主控制部分与驱动部分，驱动轮位于车体后侧，属于采用后驱方式的车辆，
[0149] 对干阿个倍咸盤讲斤采集，根据下式
[0150]
[0151] ，计算得出X，Y，W=轴的变化量，一旦W轴变化量大于设定区间，电动轮椅车立刻进 入刹车状态，防止使用者在坐上电动轮椅车时产生滑动，避免使用者摔倒;一旦W轴变化量 大于一定值且X，Y轴变化量维持在范围Z内超过时间T时，控制电动轮椅车开始进入运动状 态，进入运动状态前，控制板将记录当前的W值作为骑行者的特征体重，一旦产生了特征体 重，就可W根据公式
，进行体重系数修正；
[0152] 同时，为了后期处理方便，将通过公式
计算好X轴与Y轴压力变 化速度；
[0153] 在运动状态中，当使用者身体向前倾时，此时Y轴将会有一个正向的变化量Yw，当 正向量大于Padd,控制板将通过公式Yout = Kfy X Yw+ Kfyd X Ydelta,给予电机一个加速度。当骑 行者停止施加压力，Yw稳定于Pkeep与Padd之间时，控制板将通过公式Yout = 0，维持电机当前的 速度；当使用者向后倾时，此时巧由将会有一个负向的变化量Yw,当负向量小于Padd，并大于 Pdec时，控制板将通过公式Ycmt = Kdy X YwYw>Pdec，给予电机一个较小的减速度，使车体进行 减速；当负向量大于Pdec，且速度为正时，主控制板将通过公式Yout = Kby X Yw+Kbys X Snow，使车 体快速减速起到刹车的作用。另外，当负向量大于Pde。，且速度为负时，主控制板将继续沿用 Yout = Kdy X YwYw〉Pdec公式使车体实现负向加速，实现侵Ij车功能。
[0154] 在运动状态中，当使用者使用身体向左或者向右倾时，此时X轴将会有一个变化量 Xw,当身体向右倾时，对应的Xw量为正，车体右转，当身体向左倾时，对应的Xw量为负，车体左 转，为了使小范围处于小比例状态，大范围转向处于大比例状态，将原先Xw与压力的比例线 调整为组合曲线，如公式所S
小压力范围采用，等比例曲线，大压 力范围采用抛物曲线，在细微调整转向时，确保不会有过度的反应，而在大范围调整确保有 足够的响应值；
[0155] 对于对角度转向，在高速度时将进行一定的限制，防止发生因为高速大转向而产 生的侧滑侧翻的情况，具体通过公式
巧行实现；
[0156] 为了进一步加快轮椅车在X轴上的响应速度，将X轴压力变化速度进行融合计算针 对压力变化加速度，不同体重的人相应加速度需要的响应量也不同，体重小的人需要较小 的响应量，体重大的人需要较大的响应量，定义Wstandard体重所适应的响应比例为Kmix,通过 公式'计算得出压力变化速度融合的X轴输出速 度；
[0157] 考虑到在电动轮椅车实际运动过程中，存在电机特性不一致，无法保证两侧电机 处于理想转速状态，为了确保使用者能够更好的驾驶体验轮椅车，针对转向加入了闭环控 制调节，通过公J
计算得出当前左右方向的转向X量；再通过公式
椅车左、右轮输出目标量与实际转向之间的差;最 ，得出左、右轮应输出的X转向量。 L m W」即能得出电巧轮荷半的巧制恢（即电路板)发送至驱动部分的左右轮目标量。
[0160]针对上述的=个实施例，确保骑行者能够进行基本的代步车骑行。但是在实际的 应用测试中，我们发现了代步车几个安全隐患。第一，当代步车速度已经加速到最高速，无 法继续加速时，骑行者如果无视超速提示仍想进行加速，继续进行身体前倾，此时，平板车 的加速度无法与骑行者的前倾量相匹配，骑行者将会失去重屯、，从代步车上跌落，容易造成 意外伤。第二，当代步车处于较高速度时，如果骑行者强行进行较大的转向，容易对一边的 电机产生较大的负载，导致无法达到相应的转速，此时车体容易处于一个自旋的状态。
[0161] 针对W上两个问题，在平板车控制算法加入了两个安全措施进行优化，针对超速 问题，设定当平板车处于超速状态，仍允许小范围的加速，但速度不应大于最高速度的1.1 倍，此范围内进行超速提醒。当处于超速范围内，骑行者仍施加一个较大的Y轴正向压力时， 我们将针对电机施加一个短时间的2倍于骑行者前倾量对应的加速度，此时骑行者会因为 一个短暂的高加速度而被迫将重屯、向后调整。当骑行者重屯、完成向后调整后，再将速度W 较小的减速度减至最高速度值。
[0162] 针对转向自旋的问题，采取了两种方案来进行规避运一问题。首先在高速状态时， 一旦检测到较大的转向值，将立即采取减速措施，直至速度适合当前的转向值。另一方面， 如果在运种情况下仍产生自旋的问题，主控制部分将检测压力与电机速度状态，判定处于 自旋状态后，将使车辆W-个适合的速度停止。
[0163] 综上所述，本发明的用于压力传感式代步车的控制方法，对两驱动轮，受压力面为 平板结构的代步车，结合体重变化曲线，融入重屯、变化加速度，同时加入多个安全保护措 施，确保重屯、变化与加速度变化同步，避免驾驶过程中的安全隐患，提升用户体验，具有良 好的应用前景。
[0164] W上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该 了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原 理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，运些变化和改进 都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界 定。
【主权项】
1. 一种用于压力传感式代步车的控制方法，其特征在于:通过检测人体重心变化，配合 当前的左、右轮电机速度，调整加速度以及时响应人体重心的变化，计算出当前左、右轮电 机速度的调整量，实现压力传感式代步车的控制，包括以下步骤， 步骤(A)，采集代步车的压力信息，形成三轴坐标系； (Al)根据代步车压力面板上的四个压力传感器，计算得出三组信息，三组信息包括人 体重心在Y轴方向的重心变化量Y、人体重心在X轴方向的重心变化量X以及人体的体重W; (A2)将三组信息，构成一个压力系数变化的三轴坐标系，以车体的重心为零点；车体左 右方向为X轴，且向右为X正;车体前后方向为Y轴，且向前为Y正，三轴坐标系的关系式，计算 方式有两种，当四个压力传感器处于正方形分布时，公式如下，其中，A、B、C、D为四个压力传感器所采集到的压力值，A位于车体左上，B位于车体右上， C位于车体左下，D为车体右下，Kw为代步车压力面板上压力值与实际kg量之间的比例系数； pn个?? 士佑咸翌々卜千寒报令布时，公式如下：其中，A、B、C、D为四个压力传感器所采集到的压力值，A位于车体前侧，B位于车体左侧， C位于车体右侧，D为车体后侧，Kw为代步车压力面板上压力值与实际kg量之间的比例系数； 步骤(B)，对人体体重系数的修正； 利用人体体重系数修正曲线，进行不同人体的重心变化量统一，公式如下，其中，Ws为人体的体重W稳定后的值，人体的体重W稳定的判断方法为在Is内体重W的波 动不超过11^4?、￥?为经过修正以后的人体重心在乂轴方向、￥轴方向的重心变化量； 步骤(C)，根据下式，计算人体重心在Y轴方向的重心变化量Y、重心变化量X的变化速度 Ydelta、Xdelta;其中，Ydeita为人体重心在Y轴方向的变化速度、Xdeita为人体重心在X轴方向的变化速度、 X〇id、Yc>id为上一次采样时修正以后的人体重心在X轴方向、Y轴方向的重心变化量； 步骤(D )，根据融合曲线的方法，如下式所示，人体重心在X轴方向的重心变化量X进行 修正；其中，x_t为经过曲线融合变化后的人体重心在X轴方向上的重心变化量，M为等比例线 与抛物线之间分界点值，abS(Xw)为Xw的绝对值； 步骤(E )，对X轴转向速度进行限制，在高速段时将限制转向，X轴转向限制速度Xiimit，如 下式所示，其中，Snciw为当前的行驶速度，当前行驶速度的运算方法戈i、Si为当前左、 右轮的速度；步骤(F)，人体重心在X轴方向的变化谏度Xnta在X轴转向的融合，如下式所示，其中，Kmix为体重为Wstandard的驾驶者所适应的系数，Xmix为融合了限制速度 Xlimit与重心变化速度乂^^后的人体重心在X轴方向上的重心变化量； 步骤(G)，X轴转向的闭环调节； (Gl)引入了转向的闭环系统，如下式所示，其中，Snciw为当前的行驶速度，Sr、Sl为当前左、右轮的速度，Xinciw为上一 X轴变化量对于 左轮的输出量，Xrn?为上一X轴变化量对于右轮的输出量； (G2)根据下式，计算得出当前左、右方向的转向X量，其中，Xln?-delta为当前X轴上重心变化量与上一 X轴变化量对于左轮输出量之间的差， Xrmdelta为当前X轴上重心变化量与上一 X轴变化量对于右轮输出量之间的差； (G3)根据下式，计算得出左、右轮的目标转向X量与当前转向X量之间的差量，即当前X 轴变量对于左、右轮的输出量；其中，Slcmt、Srciut分别是当前X轴变量对于左、右轮的输出量，Kt^Xmix的比例系数，Ki为 Xlnow-delta 与 Xrnow-delta的比例系数； 步骤(H)，计算人体重心在Y轴方向的Y轴加速度Ycmt，包括加速段、稳速段、减速段，其 中，Padd为加速段的起点，Pk_-Padd为稳速段的范围，Pk-Pke3e3p为减速段的范围，Pde。为减速段 的起点，P add与Pkeep为正值，Pdec为负值； (Hl )在加速段的Y轴加速度，如下式所示，其中，Kfy为人体重心在Y轴方向的重心变化量Yw在加速情况下的比例系数，Kfyd为人体 重心在Y轴方向的重心变化速度Ydeita在加速情况下的比例系数； (H2)在减速段的Y轴加速度，减速段分为减速与刹车两个部分，如下式所示，其中，Kdy为人体重心在Y轴方向的重心变化量Yw在倒车情况下的比例系数，Kby为人体重 心在Y轴方向的重心变化量在减速情况下的比例系数，KbysS当前行驶速度Snciw在减速情况 下的比例系数，在减速时，当车体行驶速度越快时，车辆的减速度越高； 步骤(1)，根据人体重心在Y轴方向的Y轴加速度Ycmt，得出Y轴方向当前的速度输出量Sy， 如下式所示，其中，SyciId为Y轴上一次的速度输出量Sy; 步骤(J )，根据当前X轴变量对于左、右轮的输出量、Y轴方向当前的速度输出量Sy，计算 左.亡南知如击I#拖敕县Slt与Srt，如下式所示，2. 根据权利要求1所述的用于压力传感式代步车的控制方法，其特征在于:在压力传感 式代步车的控制过程还包括超速保护与高速转向减速。3. 根据权利要求1所述的用于压力传感式代步车的控制方法，其特征在于:可应用在电 动平板车、电动轮椅车或者电动滑板车上。4. 根据权利要求1所述的压力传感器代步车的控制器方法，其特征在于:所述压力传感 器数量为四个，分布采用正方形分布或者菱形分布。
【文档编号】G05D1/02GK106020192SQ201610369773
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月30日
【发明人】罗浩珏, 费凯成
【申请人】南京康尼机电股份有限公司