[发明专利]一种自平衡独轮滑板车及其应用

摘要

本发明公开了一种自平衡独轮滑板车及其应用，包括车架、左踏板、右踏板、控制电路板、蓄电池和轮毂电机；其特征是在左踏板右踏板上分别布置有左光电开关和右光电开关；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，从而控制独轮滑板车的启停。本发明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。

主权项

一种自平衡独轮滑板车的平衡控制方法，所述自平衡独轮滑板车，包括：车架(6)、左踏板(3a)、右踏板(3b)、控制电路板(4)、蓄电池(5)和轮毂电机(1)；在所述车架(6)的中间位置上设置有所述轮毂电机(1)；在所述车架(6)的两端分别对称布置有所述左踏板(3a)和右踏板(3b)；在所述左踏板(3a)和右踏板(3b)的下方分别嵌入所述控制电路板(4)和蓄电池(5)；在所述左踏板(3a)右踏板(3b)上分别布置有左光电开关(2a)和右光电开关(2b)；所述控制电路板(4)获取所述左光电开关(2a)和右光电开关(2b)的开关状态，从而控制所述独轮滑板车的启停；其特征是按，所述平衡控制方法如下步骤进行：步骤1、控制电路板(4)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θc，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esθ：esθ＝θr‑θc       (1)式(1)中，θr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isqref：isqref=Kpθesθ+Kiθ∫esθdt+Kdθdesθdt---(2)]]>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(4)通过ADC采集轮毂电机(1)的两相电流ia和ib，并对所述两相电流ia和ib分别进行Clarke变换和Park变换，解算出实际转矩电流isq和实际励磁电流isd；步骤5、利用式(3)和式(4)分别获得转矩电流误差esq和励磁电流误差esd：esq＝isqref‑isq    (3)esd＝isdref‑isd      (4)式(4)中，isdref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Vsqref和直轴电压Vsdref：Vsqref=Kpqesq+Kiq∫esqdt+Kdqdesqdt---(5)]]>Vsdref=Kpdesd+Kid∫esddt+Kdddesddt---(6)]]>式(5)中，为转矩电流环比例系数，为转矩电流环积分系数，为转矩电流环微分系数；式(6)中，为励磁电流环比例系数，为励磁电流环积分系数，为励磁电流环微分系数；步骤7、根据所述交轴电压Vsqref和直轴电压Vsdref，利用Park反变换求解出静止正交基准框架下的定子矢量电压分量Vsαref和Vsβref；步骤8、将所述Vsαref和Vsβref输入控制电路板(4)中的空间矢量PWM发生器，从而获得六路控制信号PWM1、PWM2、PWM3、PWM4、PWM5和PWM6；步骤9、所述六路控制信号经过控制电路板(4)中的电压源逆变器产生三相电压，从而使得所述控制电路板(4)能利用所述三相电压驱动轮毂电机(1)输出转矩，以保持独轮滑板车的平衡状态。