[发明专利]用于机动车辆的控制器和控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于机动车辆的一种控制器和一种控制方法，并且特别地涉及至少具有左轮和右轮的机动车辆的控制，该左轮被左马达驱动并且该右轮被右马达驱动。根据这种机动车辆，通常通过沿着相同方向驱动左马达和右马达而实现车辆的线性运动，而通常通过沿着相反方向驱动左马达和右马达而实现车辆的自旋（spinning）。这种机动车辆的一个典型的示例是电动轮椅。

背景技术

通常利用能够被独立地驱动的左轮和右轮实现机动车辆例如电动轮椅的运动。车辆的基本上向前的和反向的运动是通过沿着相同方向驱动左轮和右轮而产生的，而车辆的转弯是通过以不同的速度驱动左轮和右轮而实现的。实际上甚至可以通过沿着相反方向驱动左轮和右轮而在无显著线性运动的情况下使得车辆自旋。

利用被连接到每一个轮子的马达例如电动机驱动机动车辆的这种左轮和右轮是已知的。通常提供控制电路响应于来自用户接口（例如操纵杆）的命令信号并且使得适当的电压被施加到每一个马达以引起用户请求的运动。

进一步已知的是，电动机的性能，特别地它用以引起相关联的轮子旋转的速度，不仅依赖于被施加到马达的电压，而且还依赖于该马达所经受的负载。当负载增加时，例如当车辆正在爬坡时，对于给定的电源电压而言，增加的负载将引起马达更加缓慢地转弯。为了抵消这种效果，已知的是使得机动车辆例如电动轮椅包括实现被称作IR补偿的技术的马达控制电路。根据这项技术，该马达控制电路在它们的瞬时电压和电流消耗方面监视左和右马达。据此，马达控制电路能够确定马达速度（主要地根据所施加的电枢电压确定）和马达扭矩（主要地根据电枢电流确定）。马达控制电路然后能够识别其中由于电枢电流的增加而在马达上的负载增加（导致更高的马达扭矩）的状况。能够根据等式：

估计真实马达速度，其中k_emf是反电动势常数、V_m是被施加到马达的电压、I_m是马达汲取的电流并且R_m是马达绕组（电枢）的电阻。在这个真实马达速度和请求的马达速度之间的差异然后被计算并且校正被应用，从而例如当真实马达速度由于负载的增加而下降时，马达控制电路通过增加被供应到该马达的电压而进行补偿以维持请求的速度。

然而，已经发现基于这种补偿的反馈机制能够使得机动车辆例如电动轮椅当转弯时是相当不稳定的。当车辆是前轮驱动车辆时，这个效果是特别非常明显的，如对于电动轮椅而言经常是这种情形。对于前轮驱动车辆的这种转弯不稳定性的原因在于以下事实，即，前轮驱动车辆的质量（主要地由用户的重量和为车辆供以动力的重载电池的重量构成）的尾随中心（trailing centre）引起在内侧轮上的驱动扭矩增加，并且因此减速。这具有以下效果，即，在用户没有请求转弯半径的这种改变的情况下，车辆的转弯半径降低。更加紧凑的转弯半径导致作用于车辆上的更高的向心力（因为向心力与转弯半径成反比）并且这进一步增加了在内侧轮上的驱动扭矩，导致甚至更为紧凑的转弯半径。因此产生了真正的恶性循环，对于车辆的用户而言，这能够具有严重的后果。

应该指出，这个转弯不稳定性问题在实践中还影响到直线行驶。虽然车辆的用户可能试图直线行驶，但是将总是存在小的向左或者向右偏离（相应于非常大的转弯半径）并且转弯方向中的任何小的偏移（还被称作自旋需求）将引起具有正反馈的更为紧凑的转弯。用户必须以人工方式补偿并且一直地努力保持车辆直线行驶。所产生的“鱼尾状左右摆动（fish tailing）”对于用户而言是一种不理想的现象。

当在弧面上行驶时，对于前轮车辆而言也产生了相关的问题。在前轮后面的、车辆的质量中心的位置引起上坡轮子负载增加，并且因此减速，旋转车辆上坡。对于实现“门整形（gate shaping）算法”的前轮驱动轮椅而言，这个效果（被称作“弧面转向”）能够是特别地有问题的，因为当自旋需求增加时，这趋向于减缓轮椅，并且因此对于寻求避免这个转向效果的用户而言，可得到仅仅小的校正窗口。

能够在由美国纽约的Curtis Instruments公司制作的“enAble40 Powerchair Control System（enAble40动力椅控制系统）”手册中；在美国专利5，033，000和5，307，888中；和在美国专利申请公开2010/0007299A1中找到关于本发明的一些背景技术信息。

相应地，提供一种用于控制这种机动车辆的、改进的技术将是令人期望的。