一种高速全向自平衡车及其控制方法与流程

本发明涉及平衡车，具体涉及一种高速全向自平衡车及其控制方法。

背景技术：

1、传统平衡车主要分为两大类。前后方向平衡车及左右方向平衡车。

2、前后方向平衡车：这种车辆主要通过控制前后方向加速度的方式使车辆保持前后方向上的平衡。而左右方向上的平衡则完全不需要控制，通过左右分布的车轮或由用户介入的方式来进行维持。前后方向平衡车的主要缺点是，车辆平衡时，计入加速度影响后的人车重心，需严格处于车轮轮轴正上方。前后方向重心偏移受随加速度变化的扰动严重。因此高速行驶或遇到路面坎坷时非常容易发生危险，学习成本也相对较高。

3、左右方向平衡车：这种车辆具有以下两套独立的平衡系统中的至少一种。通过电子控制的方式左右扭转车头来保持平衡。和传统自行车控制平衡的原理一致。但是车辆低速或静止状态时稳定性较差。一个显而易见的例子是，自行车慢骑比赛中，车辆很容易左右倾倒。通过装在额外的配重平衡系统。配重平衡系统一般通过电子控制一个较大的质量块进行运动来保持整车平衡。这种平衡系统的典型例子是陀螺仪、平衡滑块。这种平衡系统的好处是其平衡原理与车辆的行驶速度无关，可以做到静止状态平衡。但缺点是当车辆载重较高时，需要很大的平衡器，耗电严重且高速旋转或运动的质量块容易造成人员伤亡。

4、现在缺少一种具备以下特性的平衡车：1、高速行驶稳定性高；2、可以在任何速度下，无论载人与否，均可以保持较好稳定性的平衡车；3、车辆不依赖陀螺仪或平衡滑块等配重类的平衡系统结构。静态平衡耗电低，且不容易发生危险。

技术实现思路

1、为此，本发明提供一种高速全向自平衡车及其控制方法，以解决现有技术中存在的前后方向平衡车高速行驶容易发生危险，左右方向平衡车在车辆低速或静止状态时稳定性较差的问题。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、根据本发明实施例的第一方面，提出了一种高速全向自平衡车，所述平衡车包括车体、人机输入设备、设置于所述车体前部的至少一个前轮、设置于所述车体后部的至少一个后轮、驱动机构、转向控制机构、设置在所述车体底部的电源模块以及集成电路控制模块；

4、所述前轮与后轮之间具有预设间距，所述车体上设置有位于前轮和后轮之间的人员站立区域或座位安装区域，所述人机输入设备用于获取用户操作意图或指令，所述驱动机构连接前轮和/或后轮，用于驱动前轮和后轮中的至少一个车轮转动，所述前轮和后轮连接转向控制机构，所述转向控制机构用于控制前轮和后轮的转向角度，所述电源模块用于对全车进行供电，所述集成电路控制模块包括主控mcu、倾角侦测传感器，所述倾角侦测传感器用于侦测车体倾斜角度，所述人机输入设备、驱动机构、转向控制机构以及倾角侦测传感器均与所述主控mcu连接。

5、进一步地，所述人机输入设备包括设置在人员站立区域的压力传感器、用于侦测车体倾斜角度的倾角侦测传感器、手动输入设备以及远程无线设备。

6、进一步地，所述所述驱动机构包括与主动车轮连接的驱动电机，所述集成电路模块包括与主控mcu连接的电机驱动器，所述驱动电机连接电机驱动器。

7、进一步地，所述转向控制机构包括转向传动器、转向舵机，所述转向传动器使用可转动的方式安装在车体的前部或后部，所述前轮和后轮与所述转向传动器连接，所述转向传动器的外侧设置有齿轮、皮带、链条或拉线装置，所述转向舵机设置在所述车体上并与所述转向传动器通过齿轮、皮带、链条或拉线装置连接，所述集成电路控制模块包括与主控mcu连接的转向控制器，所述转向控制器连接转向舵机。

8、进一步地，所述转向控制机构还包括转向角侦测传感器，所述转向角侦测传感器设置于传动装置上或者设置于转向舵机上，用于侦测车轮转向角度。

9、进一步地，所述前轮包括一个车轮，所述后轮包括一个车轮。

10、进一步地，所述前轮、后轮均由具有一定宽度的一个车轮，或者左右对称设置的车轮组构成。

11、进一步地，所述车体上设置有扶手。

12、根据本发明实施例的第二方面，提出了一种高速全向自平衡车的控制方法，所述控制方法包括：

13、平衡控制周期开始，通过倾角侦测传感器侦测车辆向左右倾倒的角度θ；

14、根据当前车速、车轮转向角度、车辆倾角以及用户意图或指令确定车辆平衡控制方式；

15、根据确定的车辆平衡控制方式以及对应的整车重心侧倾角度θ的控制关系公式，调整车轮速度及车轮转向角度两个参量，实现车辆左右方向的加速度a改变，并最终实现车辆左右方向倾角θ的改变；

16、侦测进行平衡调整后的车辆倾角，将调整后的车辆倾角与目标倾角进行对比，进行闭环控制；

17、以上步骤结束后，开始新的平衡控制周期。

18、进一步地，所述车辆平衡控制方式包括：

19、变速运动，适用于车速高、车轮转向角度小的状态；

20、变速运动中的前后轮同时转向方式，适用于用户无需调整车头朝向的状态；

21、变速运动中的恒定车轮转向角的曲率运动方式，适用于用户需要调整车头朝向的状态；

22、匀速运动，适用于车速低、车轮转向角度大的状态；

23、匀速+变速运动，适用于车速低但仍然具有一定车速，同时车辆倾角较大，即将摔倒时的状态；

24、在确定使用的平衡控制方式时，优先考虑用户意图或指令。

25、本发明具有如下优点：

26、本发明提出的一种高速全向自平衡车及其控制方法，包括车体、人机输入设备、设置于所述车体前部的至少一个前轮、设置于所述车体后部的至少一个后轮、驱动机构、转向控制机构、设置在所述车体底部的电源模块以及集成电路控制模块。相比前后方向平衡车，本发明前后方向的稳定性由前后两组车轮的轮距保证，因此具有较强的高速稳定性，且遇到坑洼时不容易摔车；相比左右方向平衡车，可以在静止时依然保持平衡，并且可以完成原地转向；相比通过把手控制方向的滑板车或自行车，可以撒把骑行，且遇到小台阶时车轮方向不会快速变横，降低摔车风险；相较各类型平衡车，更易于学习。

技术特征：

1.一种高速全向自平衡车，其特征在于，所述平衡车包括车体、人机输入设备、设置于所述车体前部的至少一个前轮、设置于所述车体后部的至少一个后轮、驱动机构、转向控制机构、设置在所述车体底部的电源模块以及集成电路控制模块；

2.根据权利要求1所述的一种高速全向自平衡车，其特征在于，所述人机输入设备包括设置在人员站立区域的压力传感器、用于侦测车体倾斜角度的倾角侦测传感器、手动输入设备以及远程无线设备。

3.根据权利要求1所述的一种高速全向自平衡车，其特征在于，所述所述驱动机构包括与主动车轮连接的驱动电机，所述集成电路模块包括与主控mcu连接的电机驱动器，所述驱动电机连接电机驱动器。

4.根据权利要求1所述的一种高速全向自平衡车，其特征在于，所述转向控制机构包括转向传动器、转向舵机，所述转向传动器使用可转动的方式安装在车体的前部或后部，所述前轮和后轮与所述转向传动器连接，所述转向传动器的外侧设置有齿轮、皮带、链条或拉线装置，所述转向舵机设置在所述车体上并与所述转向传动器通过齿轮、皮带、链条或拉线装置连接，所述集成电路控制模块包括与主控mcu连接的转向控制器，所述转向控制器连接转向舵机。

5.根据权利要求1所述的一种高速全向自平衡车，其特征在于，所述转向控制机构还包括转向角侦测传感器，所述转向角侦测传感器设置于传动装置上或者设置于转向舵机上，用于侦测车轮转向角度。

6.根据权利要求1所述的一种高速全向自平衡车，其特征在于，所述前轮包括一个车轮，所述后轮包括一个车轮。

7.根据权利要求1所述的一种高速全向自平衡车，其特征在于，所述前轮、后轮均由具有一定宽度的一个车轮，或者左右对称设置的车轮组构成。

8.根据权利要求1所述的一种高速全向自平衡车，其特征在于，所述车体上设置有扶手。

9.根据权利要求1-8任一项所述的一种高速全向自平衡车的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：

10.根据权利要求9所述的一种高速全向自平衡车的控制方法，其特征在于，所述车辆平衡控制方式包括：

技术总结
本发明公开了一种高速全向自平衡车及其控制方法，包括车体、人机输入设备、设置于所述车体前部的至少一个前轮、设置于所述车体后部的至少一个后轮、驱动机构、转向控制机构、设置在所述车体底部的电源模块以及集成电路控制模块。相比前后方向平衡车，本发明前后方向的稳定性由前后两组车轮的轮距保证，因此具有较强的高速稳定性，且遇到坑洼时不容易摔车；相比左右方向平衡车，可以在静止时依然保持平衡，并且可以完成原地转向；相比通过把手控制方向的滑板车或自行车，可以撒把骑行，且遇到小台阶时车轮方向不会快速变横，降低摔车风险；相较各类型平衡车，更易于学习。

技术研发人员：王建平
受保护的技术使用者：北京顺昌新材科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12