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原文传递一种两轮防爆电动平衡车及其平衡控制方法

专利名称：	一种两轮防爆电动平衡车及其平衡控制方法
摘要：	本发明公开了一种两轮防爆电动平衡车及其平衡控制方法，该平衡车包括防爆车轮，驱动轮毂电机，电池，平衡控制器，机身；所述驱动轮毂电机的一侧与防爆车轮连接，另一侧与机身连接；所述电池与平衡控制器均固定安装在机身上；所述平衡控制器包括调节电路，所述调节电路的输入端与电池连接，输出端与驱动轮毂电机连接；所述平衡控制器可以根据可根据车辆行驶路况和自身运动状态实时调整车辆姿态。本发明使得车辆能够很好适应外界环境的急剧变化，进一步提升车辆乘坐舒适性，和操纵稳定性，能够适用于各类场所，适合于军用和民用。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	南京航空航天大学
发明人：	赵又群;王秋伟;徐瀚;邓汇凡;张桂玉
专利状态：	有效
申请日期：	2019-03-07T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-21T00:00:00+0800
申请号：	CN201910170849.6
公开号：	CN109911087A
代理机构：	南京经纬专利商标代理有限公司
代理人：	葛潇敏
分类号：	B62K11/00(2013.01);B;B62;B62K;B62K11
申请人地址：	210016 江苏省南京市秦淮区御道街29号
主权项：	1.一种两轮防爆电动平衡车，其特征在于，包括防爆车轮，驱动轮毂电机，电池，平衡控制器及机身；所述驱动轮毂电机的一侧与防爆车轮连接，另一侧与机身连接；所述电池与平衡控制器均固定安装在机身上；所述平衡控制器包括调节电路、陀螺仪、A/D信号转换器以及控制单元，所述陀螺仪与A/D信号转换器的一端连接，所述A/D信号转换器的另外一端与控制单元连接；所述控制单元与调节电路连接，所述调节电路的输入端与电池连接，输出端与驱动轮毂电机连接；所述陀螺仪采集平衡车运动过程中的机身等效质量偏离垂线的角度，并由A/D信号转换器转换为数字信号后，传送至控制单元；当陀螺仪检测到的角度大于0时，控制单元根据接收到的数字信号和保证机身不偏离中心垂线的平衡条件，计算得到为维持平衡车平衡防爆车轮所需要的车轮加速度根据车轮加速度计算得到驱动轮毂电机所需要的电流的大小和方向，控制单元控制调节电路调节电池输出的电流大小和方向，使得电池提供给轮毂电机的电流大小与方向与驱动轮毂电机所需要的电流大小与方向一致；由驱动轮毂电机改变防爆车轮的车轮加速度，使防爆车轮的车轮加速度达到 2.根据权利要求1所述的一种两轮防爆电动平衡车，其特征在于，所述防爆车轮包括胎圈、铰链组和轮毂，所述铰链组的外侧链接胎圈的内侧，铰链组的内侧与轮毂链接。 3.根据权利要求2所述的一种两轮防爆电动平衡车，其特征在于，所述胎圈的内部由弹性环组成，表面由柔性材料包裹。 4.根据权利要求1所述的一种两轮防爆电动平衡车，其特征在于，所述驱动轮毂电机为内定子外转子式电机，驱动轮毂电机的内部定子通过刚性连接的方式和机身固结在一起，外部转子则与防爆车轮刚性连接。 5.根据权利要求1所述的一种两轮防爆电动平衡车，其特征在于，所述机身由高分子纳米材料制成。 6.根据权利要求1所述的一种两轮防爆电动平衡车，其特征在于，所述调节电路包括第一、二、三电阻和电位器，第一、二电阻的一端均与电池的正极连接，第三电阻、电位器一端均与电池的负极连接，第一、二电阻的另外一端与驱动轮毂电机的一端连接；第三电阻、电位器的另一端与驱动轮毂电机的另一端端连接，电位器的调节端与控制单元连接。 7.基于权利要求1所述的一种两轮防爆电动平衡车的平衡控制方法，其特征在于，该方法具体包括如下步骤：步骤1：用陀螺仪采集机身等效质量偏离垂线的角度，并传送至A/D信号转换器，由A/D信号转换器将该角度转换成数字信号，传送至控制单元；步骤2：当陀螺仪采集到的机身等效质量偏离垂线的角度大于0时，所述控制单元根据检测到的机身等效质量偏离垂线的角度和保证机身不偏离中心垂线的平衡条件计算得到描述平衡车状态方程；并根据状态方程和状态负反馈控制，计算得到为保持平衡车平衡防爆车轮所需要的车轮加速度步骤3：得到轮毂电机的输出转矩M，其中Iz为车轮转动惯量；步骤4：根据电机特性的MAP图，找到驱动轮毂电机的输出转矩为M时对应的电流的大小I；步骤5：控制单元控制调节电路，使调节电路输出的电流大小为I，并且控制单元根据车轮加速度调节电池输出的电流的方向；从而使电池提供给轮毂电机的电流大小与方向与驱动轮毂电机所需要的电流大小与方向一致；步骤6：通过改变提供给驱动轮毂电机电流的大小与方向，使防爆车轮的车轮加速度达到保证平衡车的平衡。 8.基于权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤2的具体方法为：步骤2.1：计算机身等效质量在x轴方向上的运动后的位移，具体的计算公式如公式1所示：其中δ为驱动轮毂电机对平衡车的作用位移；L为防爆车轮转动的节点到等效质量的距离；为机身等效质量偏离垂线的角度；根据小角度变化式，进一步得到公式2：通过保证机身不偏离中心垂线的平衡条件和车轮对机身作用力F，得到车轮对机身的作用力F在x轴方向和y轴方向上的表达式，如公式3所示：其中m为机身等效质量，为x的二阶导数，g为重力加速度；将公式2代入至公式3中得到公式4：并将公式2、3代入公式4中得到公式5：其中为角度的二阶导数，为δ的二阶导数，即保持平衡车平衡所需要的车轮加速度；根据公式5得到描述平衡车的动态方程，如公式6所示：对公式6进行空间状态描述，得到描述平衡车的状态方程，如公式7所示：其中x2为车轮的角速度，μ为控制量，μ与车轮加速的关系为：步骤2.2：引入状态负反馈控制，得到控制量μ的表达式，如公式8所示：其中，[k1 k2]为反馈增益矩阵；将公式8代入至公式7中，得到公式9：利用线性控制理论，配置公式9的极点为-1，-1，求解得到k1、k2的值：将公式10代入公式8，得到控制量μ：根据公式得到车轮加速度的表达式为：
所属类别：	发明专利