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原文传递自平衡自行车驱动车轮纵向滑移状态的估计方法

专利名称：	自平衡自行车驱动车轮纵向滑移状态的估计方法
摘要：	本发明公开了自平衡自行车驱动车轮纵向滑移状态的估计方法，以车辆的车架(1)横滚角、车把(2)相对车架(1)的转角以及车身的转动惯量等获取前车轮(3)第一质心平移速度，再借助第一质心平移速度计算第一定点平移速度，继而获取第二定点平移速度，进而获取前车轮(3)的第二质心平移速度，前车轮(3)两个质心平移速度加权叠加后再结合前车轮(3)相对车架(1)角速度进行滑移率的计算，上述方案的优点在于滑移率的计算既考虑了各检测数据，也考虑了车辆自身重量、质心位置、尺寸大小等，提高了滑移率计算的准确度，而且前车轮(3)的质心平移速度结合考虑了车辆质心平移速度以及陀螺仪标定点平移速度，进一步提高了滑移率的准确度。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	广西;45
申请人：	桂林电子科技大学
发明人：	黄用华;苏晓;庄未;胡峻榕;黄美发;钟艳如;唐荣江;孙永厚;钟永全
专利状态：	有效
申请日期：	2019-05-22T00:00:00+0800
发布日期：	2019-08-09T00:00:00+0800
申请号：	CN201910429528.3
公开号：	CN110104102A
代理机构：	桂林市持衡专利商标事务所有限公司
代理人：	苏家达
分类号：	B62J99/00(2009.01);B;B62;B62J;B62J99
申请人地址：	541004 广西壮族自治区桂林市七星区金鸡路1号
主权项：	1.自平衡自行车驱动车轮纵向滑移状态的估计方法，其特征在于，包括如下步骤： (1)利用k时刻下所述自平衡自行车的车架(1)横滚角、所述自平衡自行车的车架(1)角速度、所述自平衡自行车的车把(2)相对车架(1)的转角以及所述自平衡自行车的转动惯量计算所述自平衡自行车的前车轮(3)质心平移速度，得到前车轮(3)第一质心平移速度，其中，k≥1； (2)利用k时刻下的所述第一质心平移速度以及所述车架(1)角速度计算安装在所述自平衡自行车车架(1)上的陀螺仪(5)的第一标定点平移速度；以k-1时刻下的第一标定点平移速度为初始值，对k-1时刻所述车架(1)在大地坐标系下x轴方向的线加速度积分，得到k时刻下陀螺仪(5)的第二标定点平移速度；再利用所述陀螺仪(5)的第二标定点平移速度以及k时刻下车架(1)角速度计算得到前车轮(3)的第二质心平移速度； (3)所述前车轮(3)的第一质心平移速度与第二质心平移速度经滤波加权求和，得到前车轮(3)质心平移速度； (4)利用步骤(3)的前车轮(3)质心平移速度以及前车轮(3)相对车架(1)角速度计算出滑移率。 2.根据权利要求1所述的自平衡自行车驱动车轮纵向滑移状态的估计方法，其特征在于：步骤(1)中，k时刻下： 1)通过所述自平衡自行车的瞬心、所述自平衡自行车的质心、所述前车轮(3)的质心平移速度的方向以及后车轮(4)质心平移速度的方向构建2个直角三角形，利用正弦定理以及所述车把(2)相对车架(1)的转角计算所述自平衡自行车的转弯半径； 2)将所述转弯半径、车架(1)横滚角，以及所述自平衡自行车的转动惯量、重量、质心距离地面的高度代入二阶动态响应数学模型，得到所述自平衡自行车质心在大地坐标系下x轴的平移速度分量； 3)利用所述车架(1)横滚角以及所述自平衡自行车质心距离大地的高度计算出y轴的平移速度分量； 4)利用所述x轴的平移速度分量和y轴的平移速度分量计算所述自平衡自行车质心在大地坐标系下的平移速度； 5)利用所述自平衡自行车质心在大地坐标系下的平移速度以及车架(1)角速度计算出第一质心平移速度。 3.根据权利要求2所述的自平衡自行车驱动车轮纵向滑移状态的估计方法，其特征在于：步骤2)中，所述自平衡自行车质心在大地坐标系下x轴的平移速度分量为式中，r1(k)为k时刻下所述自平衡自行车的转弯半径，Jc(k)为k时刻下所述自平衡自行车的转动惯量，q2(k)为k时刻下车架(1)横滚角，m为所述自平衡自行车的重量，g为重力加速度，h为所述自平衡自行车质心与地面的距离；步骤3)中，所述自平衡自行车质心在大地坐标系下y轴的平移速度分量为式中，为q2(k)的一阶导。 4.根据权利要求3所述的自平衡自行车驱动车轮纵向滑移状态的估计方法，其特征在于：步骤4)中，自平衡自行车质心在大地坐标系下的平移速度步骤5)中，所述第一质心平移速度为： v′B3c(k)＝vmc(k)+ωB1(k)×lac，式中，ωB1(k)为k时刻下的车架(1)角速度，lac为所述自平衡自行车的质心与前车轮(3)质心的距离矢量。 5.根据权利要求4所述的自平衡自行车驱动车轮纵向滑移状态的估计方法，其特征在于：步骤(2)中，k时刻下，根据所述第一质心平移速度、车架(1)角速度以及所述陀螺仪(5)标定点与前车轮(3)质心的距离矢量计算出所述陀螺仪(5)的第一标定点平移速度；以k-1时刻下的陀螺仪(5)的第一标定点平移速度为初始值，对k-1时刻所述车架(1)在大地坐标系下x轴方向的线加速度积分，得到k时刻下陀螺仪(5)的第二标定点平移速度；再利用所述陀螺仪(5)的第二标定点平移速度、k时刻下车架(1)角速度以及所述陀螺仪(5)与前车轮(3)的距离矢量计算得到前车轮(3)的第二质心平移速度。 6.根据权利要求5所述的自平衡自行车驱动车轮纵向滑移状态的估计方法，其特征在于：步骤(2)中： k时刻下第一标定点平移速度为：v′GRY(k)＝v′B3c(k)+ωB1(k)×lcb，式中，式中，lcb为前车轮(3)的质心与陀螺仪(5)标定点之间的距离矢量。 k-1时刻下第一标定点平移速度为：v′GRY(k-1)＝v′B3c(k-1)+ωB1(k-1)×lcb； k时刻下第二标定点平移速度为：式中，ax(k-1)为k-1时刻下车架(1)在大地坐标系下x轴方向的线加速度；第二质心平移速度为：v″B3c(k)＝vGRY(k)+ωB1(k)×lcb。 7.根据权利要求6所述的自平衡自行车驱动车轮纵向滑移状态的估计方法，其特征在于：步骤(3)中，前车轮(3)质心平移速度为vB3c(k)＝αv′B3c(k)+(1-α)v″B3c(k)，式中，α滤波加权系数。 8.根据权利要求7所述的自平衡自行车驱动车轮纵向滑移状态的估计方法，其特征在于：步骤(4)中，滑移率为：式中，r为前车轮(3)半径，为k时刻下前车轮(3)相对车架(1)角速度。
所属类别：	发明专利