两轮车及两轮车车体倾角测量校准方法与流程

本发明涉及车体倾角测量技术领域，具体而言，涉及一种两轮车及两轮车车体倾角测量校准方法。

背景技术：

近年来，为响应国家节能减排的政策，电力驱动的车辆作为一种新能源车辆，得到了广泛的应用和发展。其中，两轮电动汽车具有车体宽度小、过弯时无侧倾力、颠簸少，噪音小等优点，有着更舒适驾驶体验，将来可能会引领轻型化和小型化的交通潮流和趋势。

两轮车依靠高速旋转的机械陀螺来保持车体的稳定，而机械陀螺是根据车体倾角进行控制，因此怎样精确检测车体的倾角显得至关重要。两轮车一般依靠车载的加速度传感器和角速度传感器等电子传感器对车体的重力加速度和转动角速度进行实时检测，并通过相应的算法计算得到当前的车体倾角。然后通过检测到的车体倾角控制机械陀螺运动并产生力矩，以保持车体的平衡。

然而，加速度传感器和角速度传感器易受外部因素影响而产生测量误差，尤其是易受温度的影响。在高温或低温条件下，传感器的测量输出容易发生温度漂移，从而影响车体倾角的计算精确度。此误差如不及时修正，会直接影响两轮车的车体稳定性，严重时还会导致车体无法保持平衡。

技术实现要素：

本发明提供一种两轮车及两轮车车体倾角测量校准方法，以解决现有技术中的两轮车的车体倾角测量不准确的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种两轮车，两轮车包括：车体；倾角测量装置，设置在车体上，用于测量车体倾角的测量数据；倾角校准装置，设置在车体上，用于测量车体倾角的校准数据；控制器，分别与倾角测量装置以及倾角校准装置电连接，控制器根据校准数据对倾角测量装置的测量数据进行校准。

进一步地，倾角校准装置包括：距离传感器，设置在车体上，且距离传感器的测量方向与车体的竖直中线具有夹角，距离传感器用于测量距离传感器至地面的距离。

进一步地，倾角校准装置包括：两个距离传感器，均设置在车体上，两个距离传感器的测量方向之间具有夹角，一个距离传感器朝车体的一侧设置，另一个距离传感器朝车体的另一侧设置，两个距离传感器均用于测量自身至地面的距离。

进一步地，两个距离传感器所在的平面与车体的前进方向垂直。

进一步地，两个距离传感器位于车体的同一位置上，且两个距离传感器以车体的竖直中线为对称线对称设置。

进一步地，两个距离传感器的夹角为60度。

根据本发明的另一方面，提供了一种两轮车车体倾角测量校准方法，其中，两轮车为上述提供的两轮车，校准方法包括：通过倾角测量装置获取车体倾角的测量数据；通过倾角校准装置获取车体倾角的校准数据；对校准数据和测量数据进行比较，以对车体倾角的测量数据进行校准。

进一步地，通过倾角校准装置获取车体倾角的校准数据具体包括：通过距离传感器获取距离传感器至地面的距离；获取距离传感器与车体的竖直中线的第一夹角值；根据距离和第一夹角值计算得到车体倾角的校准数据。

进一步地，通过倾角校准装置获取车体倾角的校准数据具体包括：通过两个距离传感器分别获取两个距离传感器至地面的距离；获取两个距离传感器之间的第二夹角值；根据两个距离传感器至地面的距离以及第二夹角值计算得到车体倾角的校准数据。

进一步地，计算车体倾角的校准数据具体包括：将获取的距离值和相应的夹角值带入余弦定理中计算得到车体倾角的校准数据。

应用本发明的技术方案，通过倾角测量装置获取车体倾角的测量数据并通过倾角校准装置获取车体倾角的校准数据，然后通过控制器将两组数据进行比较以校准车体倾角的测量数据。这样，即使外部因素发生变化，始终能得到较准确的测量数据。因此，通过本发明的技术方案，能够解决现有技术中的两轮车的车体倾角测量不准确的问题。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明实施例提供的两轮车的结构示意图；

图2示出了本发明实施例提供的两轮车采用一个距离传感器时的结构示意图；

图3示出了本发明实施例提供的两轮车采用两个距离传感器时的结构示意图；

图4示出了当两个距离传感器的夹角为60度时的角度计算原理图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、车体；20、倾角校准装置。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。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讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1所示，本发明实施例提供一种两轮车，该两轮车包括：车体10、倾角测量装置、倾角校准装置20和控制器。其中，倾角测量装置设置在车体10上，用于测量车体10倾角的测量数据。倾角校准装置20设置在车体10上，用于测量车体10倾角的校准数据。控制器分别与倾角测量装置以及倾角校准装置20电连接，控制器根据校准数据对倾角测量装置的测量数据进行校准。

应用本实施例提供的技术方案，在两轮车上设置倾角校准装置20和控制器，可以通过倾角校准装置20测量车体10倾角的校准数据，并通过控制器根据校准数据对倾角测量装置的测量数据进行校准。这样可以保证倾角测量装置的测量数据的准确性，从而使两轮车的车体保持平衡。尤其在外部环境变化较大时，例如高温或低温时，倾角测量装置容易产生较大的测量误差。将倾角校准装置20测得的校准数据与倾角测量装置测得的测量数据进行对比，当发现两者相差较大时，说明倾角测量装置产生了较大的测量误差。此时再通过控制器对测量数据进行修正，从而可以消除测量误差，保证测量结果的准确性。通过本实施例的技术方案，当倾角测量装置的测量数据不准确时能够对其进行修正，因此能够解决车体10的倾角测量不准确的问题，从而提高两轮车在运行中保持平衡的能力。该两轮车中的倾角校准装置20可以在两轮车运行的过程中使用，也可以在两轮车出厂或检修时使用。

具体地，倾角校准装置20包括距离传感器。距离传感器设置在车体10上，且距离传感器的测量方向与车体10的竖直中线具有夹角，距离传感器用于测量距离传感器沿至地面的距离。车体10的底部设置有车轮，两轮车在运行时车轮与地面接触。距离传感器与车体10的竖直中线的夹角可以设置为固定值，并且距离传感器设置在车体10的固定位置。这样，距离传感器与车体10的竖直中线的夹角已知，距离传感器到车轮与地面接触的位置的距离已知，距离传感器沿测量方向至地面的距离也可测量得出。通过以上三组数据可以计算得出距离传感器与车轮的连线和地面形成的夹角的角度，从而可以计算得出车体10的倾角。该计算出的倾角即为校准数据。通过此校准数据和测量数据进行对比，以对倾角测量装置的测量结果进行校准，从而消除测量误差。倾角校准装置20能够以简单的结构和原理实现对车体10的倾角的测量。

如图2所示，为采用一个距离传感器时的结构示意图，其中，a点为距离传感器在车体10上的安装位置，b点为车轮与地面的接触位置，c点为一个距离传感器沿与地面的交叉点，e点为距离传感器与地面垂直方向的交叉点。由上述可知，距离传感器与车体10的竖直中线的夹角∠cab已知，距离传感器到车轮与地面接触的位置的距离ab已知，距离传感器沿测量方向至地面的距离ac也可测量得出。则可通过余弦定理可计算cb的长度，公式为：

cb²＝ac²+ab²-2ac*abcos∠cab。

再由cb的长度可进一步得出∠abc的值，公式为：

cos∠abc＝(ab²+bc²-ac²)/(2ab*bc)。

又由于ae垂直于ce，因此∠aec的值为90度。当∠abc为钝角时，用∠abc的角度值减去90度可得到∠bae的角度值，即车体10的倾角的值；当∠abc为锐角时，用90度减去∠abc的角度值可得到∠bae的角度值，即车体10的倾角的值。

其中，倾角测量装置可采用测量精度高的加速度传感器、角速度传感器或其他传感器。而且，加速度传感器和角速度传感器可以共同使用以提高测量的准确性。由于倾角校准装置不受温度变化影响，倾角测量装置在正常环境下具有更高的测量精度，因此本实施例中通过两者共同配合可以使倾角测量装置在不同的外部环境中始终保持较高的测量精度。两轮车中还可以包括平衡系统，平衡系统根据倾角测量数据使两轮车的车体10保持平衡。平衡系统可采用机械陀螺，通过机械陀螺的运动产生力矩使车体10回正，从而使车体10保持平衡。

进一步地，倾角校准装置20包括两个距离传感器，两个距离传感器均设置在车体10上。两个距离传感器的测量方向之间具有夹角，其中，一个距离传感器朝车体10的一侧设置，另一个距离传感器朝车体10的另一侧设置，两个距离传感器均用于测量自身沿至地面的距离。可以使用两个距离传感器分别计算和测量车体10的倾角，并计算得到的两组数据的平均值，从而可使倾角校准装置20测得的倾角的值更加准确。

如图3所示，为采用两个距离传感器时的结构示意图，其中，a点为距离传感器在车体10上的安装位置，b点为车轮与地面的接触位置，c点为一个距离传感器沿与地面的交叉点，d点为另一个距离传感器沿与地面的交叉点，e点为距离传感器与地面垂直方向的交叉点。这样，两个距离传感器之间的夹角∠cad为已知角、一个距离传感器与车轮与地面的接触位置的夹角∠cab已知、另一个距离传感器与车轮与地面的接触位置的夹角∠dab已知、距离传感器到车轮与地面的接触位置的距离，即ab的长度已知。一个距离传感器沿与地面的交叉点的距离，即ac的长度可以测得。另一个距离传感器沿与地面的交叉点的距离，即ad的长度也可以测得。由于ae为垂直于地面的线段，因此∠bae即为车体10的倾角。通过已知数据和用两个距离传感器测得的距离，可以计算得出∠cba的角度值和∠dba的角度值，从而可以计算得出∠bae即车体10的倾角的值。

两个距离传感器所在的平面与车体10的前进方向可以垂直也可以不垂直。当两个距离传感器所在的平面与车体10的前进方向不垂直时，计算车体10的倾角需用到空间几何知识，因此变量较多、计算复杂。因此，在本实施例中，将两个距离传感器所在的平面设置为与车体10的前进方向垂直。如此设置变量较少，采用简单的平面几何知识就能够计算出车体10的倾角，因此能够简化车体10的倾角的计算过程。

而且，两个距离传感器位于车体10的同一位置上，这样便于距离的测量和角度的计算。具体地，在本实施例中，两个距离传感器的安装位置位于车轮的正上方。

为了简化测量和计算，两个距离传感器以车体10的竖直中线为对称线对称设置。其中，车体10的竖直中线即为图3中的a点和b点的连线。

进一步地，两个距离传感器的夹角为60度。即图3和图4中的∠cad为60度。图4为只保留标记点的倾角计算原理图。其中cd表示地面，三角形caf为等边三角形。当车体10发生倾斜时倾角为∠bae。将两个距离传感器的夹角设置为60度，由垂直和相似关系可以得出∠bae等于∠dcf。在三角形acd中已知∠cad的角度和线段ac、ad的长度，从而可以根据余弦定理计算出cd的长度，进而计算出∠acd的角度值。

其中，cd的长度的计算公式为：

cd²＝ac²+ad²-ac*ad。

∠acd的角度值的计算公式为：

cos∠acd＝(ac²+cd²-ad²)/(2ac*cd)。

然后，由∠acf的角度值(60度)减去∠acd的角度值便可以得出∠dcf的角度值，这即为角∠bae的角度值，即得到了车体10的倾角的值。此种设置方式便于倾角的计算。当然，两个距离传感器的夹角还可以设置为其他的角度，同样可以计算得出车体10的倾角。

具体地，距离传感器包括激光传感器，通过激光传感器发射激光，根据反射情况就可测得发射点与反射点之间的距离，即可得到图3和图4中线段ac或线段ad的长度。使用激光传感器测量结果准确，并且装置的成本低。

本发明的另一实施例提供一种两轮车车体倾角测量校准方法，其中，两轮车为上述实施例提供的两轮车。该校准方法包括：通过倾角测量装置获取车体倾角的测量数据；通过倾角校准装置获取车体倾角的校准数据；对校准数据和测量数据进行比较，当发现两者相差较大时，说明倾角测量装置产生了较大的测量误差，此时对车体倾角的测量数据进行校准。通过此校准方法可以对测量数据进行校准，从而保证测量数据的准确性，以便于根据准确的测量数据调整平衡系统，从而使两轮车保持平衡。尤其在外部环境变化较大时，例如高温或低温时，倾角测量装置容易产生测量误差，根据倾角校准装置测得的校准数据对测量数据进行修正，能够消除测量误差。倾角校准装置和倾角测量装置同时配合可以使倾角测量装置在不同的外部环境中始终保持较高的测量精度。

进一步地，可以使用一个距离传感器时测量，此时通过倾角校准装置获取车体倾角的校准数据具体包括：通过距离传感器获取距离传感器至地面的距离；获取距离传感器与车体的竖直中线的第一夹角值；根据距离和夹角计算得到车体倾角的校准数据。其中第一夹角的位置如图2中∠cab所示。

而且，还可以使用两个距离传感器时测量，此时通过倾角校准装置获取车体倾角的校准数据具体包括：通过两个距离传感器分别获取两个距离传感器至地面的距离；获取两个距离传感器之间的第二夹角值；根据两个距离传感器至地面的距离以及第二夹角值计算得到车体倾角的校准数据。其中第二夹角的位置如图4中∠cad所示。

进一步地，计算车体倾角的校准数据具体包括：将获取的距离值和相应的夹角值带入余弦定理中计算得到车体倾角的校准数据。具体地，当使用一个距离传感器时测量时，通过一个距离传感器获取的距离传感器至地面的距离与第一夹角值对应；当使用两个距离传感器时测量时，通过两个距离传感器分别获取的两个距离传感器至地面的距离与第二夹角值对应。如此设置能够以简单的并且可选择的方法计算得到车体的倾角，从而为测量数据提供校准的依据。

应用本发明的技术方案，可以通过倾角测量装置获取车体倾角的测量数据并通过倾角校准装置获取车体倾角的校准数据，然后将两组数据进行比较以校准车体倾角的测量数据。这样，即使在外部因素发生变化时，始终能得到较准确的测量数据，从而使两轮车的车体保持平衡。而且，可以在车体的两侧分别设置距离传感器，以提高获取的校准数据的准确性。将两个距离传感器的夹角设置为60度，可以使车体的倾角的计算更加简便。将距离传感器设置为激光传感器，可以提高距离测量的准确性并降低装置的制造成本。

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。