[发明专利]一种自平衡独轮滑板车及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及电动滑板车技术领域，具体地说是一种自平衡独轮滑板车的结构、启停方式以及平衡控制方法。

背景技术

电动独轮滑板车作为取代传统滑板车的新型产品，具有娱乐性强、清洁环保等特点。目前独轮滑板车在青少年群体中非常流行。鉴于独轮滑板车的结构特点，如何保证驾驶者安全地上车和下车以及驾驶的舒适度是驾驶独轮滑板车研究的关键点。

发明内容

本发明为了解决现有技术所存在的不足之处，提出一种自平衡独轮滑板车及其应用，以期能使得驾驶者安全的上车和下车且不至于失去平衡而摔倒，从而使得独轮滑板车更易于驾驶，更安全，趣味性更强。

为达到上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

本发明一种自平衡独轮滑板车，包括：车架、左踏板、右踏板、控制电路板、蓄电池和轮毂电机；在所述车架的中间位置上设置有所述轮毂电机；在所述车架的两端分别对称布置有所述左踏板和右踏板；在所述左踏板和右踏板的下方分别嵌入所述控制电路板和蓄电池；其结构特点是：

在所述左踏板右踏板上分别布置有左光电开关和右光电开关；所述控制电路板获取所述左光电开关和右光电开关的开关状态，从而控制所述独轮滑板车的启停。

本发明一种自平衡独轮滑板车的启动方法特点是按如下步骤进行：

步骤1、开启独轮滑板车电源，使得蓄电池接通，控制电路板中系统初始化；

步骤2、控制电路板利用ADC实时采集轮毂电机的负载电流，并利用六轴传感器实时采集左踏板与水平面的夹角，并将电源刚接通时所测得的角度值赋给角度变量目标俯仰角θ_r；

步骤3、控制电路板获取左光电开关和右光电开关的开关状态并进行判断，当左光电开关和右光电开关对应的IO口均无信号时，表示左光电开关和右光电开关均被踩下，执行步骤4；否则，仍然执行步骤3；当左光电开关和右光电开关均被踩下，即开始运行平衡控制程序；

步骤4、控制电路板中的平衡控制程序每运行一遍，设置目标俯仰角θ_r的值减少α，并将所得结果重新赋给θ_r，依次循环；若θ_r等于0，则滑板车踏板已经到了水平位置，表示启动完成，并且步骤4结束运行，θ_r保持为0；否则，仍然执行步骤4；

本发明一种自平衡独轮滑板车的停车方法的特点是按如下步骤进行：

当任意一个光电开关松开，控制电路板检测到光电开关对应的IO信号，判断为停车信号，控制电路板中平衡控制程序关闭。

本发明一种自平衡独轮滑板车的平衡控制方法的特点是按如下步骤进行：

步骤1、控制电路板通过六轴传感器分别获取独轮滑板车的三轴角速度和三轴加速度，并采用四元数算法对所述三轴角速度和三轴加速度行融合解算，得到四元数，再由四元数与欧拉角的换算公式，解得欧拉角中的俯仰角θ_c，并作为独轮滑板车的实际俯仰角；

步骤2、利用式(1)计算角度误差e_sθ：

e_sθ＝θ_r-θ_c(1)

式(1)中，θ_r表示所设定的目标俯仰角；

步骤3、利用式(2)所示的PID算法求解出转矩电流基准i_sqref：

式(2)，为角度环比例系数，为角度环积分系数，为角度环微分系数；

步骤4、控制电路板通过ADC采集轮毂电机的两相电流i_a和i_b，并对所述两相电流i_a和i_b分别进行Clarke变换和Park变换，解算出实际转矩电流i_sq和实际励磁电流i_sd；

步骤5、利用式(3)和式(4)分别获得转矩电流误差e_sq和励磁电流误差e_sd：

e_sq＝i_sqref-i_sq(3)

e_sd＝i_sdref-i_sd(4)

式(4)中，i_sdref表示所设定的励磁电流基准；

步骤6、利用式(5)和式(6)所示的PID算法求解交轴电压V_sqref和直轴电压V_sdref：