[发明专利]一种双控制方式的两轮自平衡车控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及自平衡车，尤其是涉及一种双控制方式的两轮自平衡车控制系统。

背景技术

目前，节能环保理念逐渐深入人心，使用电动车已成为一种时尚，能开上一辆双轮自平衡车更能吸引旁人目光。现在的自平衡车系统大多都是仅限于依靠单一的人体重心调整来控制车子的行走，单一电源供电，且控制算法的时效性不足，这使得自平衡车的灵活度下降，对于后退、原地转向、上锁和开锁等特殊状况处理不到位，给使用者带来诸多不便。

中国发明专利申请号201410786404.8公开了一种自平衡车的快捷控制方法，提出了通过转向杆的动作组合及改变车体姿态的控制方案，使得车子的操作更加方便，能够快速的实现相应功能。但该方案的不足之处在于：仅仅考虑到车子启动和停止等时刻的操作便利性，忽略了对车身控制方式和控制算法等进行整体性优化，因此该方案无法解决自平衡车后退及在狭窄路段转向等特殊情况。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双控制方式的两轮自平衡车控制系统，该方案使用了两种控制方式及高效的控制算法，极大提高了自平衡车的灵活性，使得车子能够轻松的完成后退、原地转向、上锁和开锁等功能。

为达到以上目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种双控制方式的两轮自平衡车控制系统，包括主控制器、姿态传感器、2个速度传感器、左右2台电机、电机所配的电机驱动模块、电源系统、手动遥控器和蓝牙模块；

所述姿态传感器、速度传感器的输出端均接主控制器输入端，主控制器输出端接电机驱动模块输入端，蓝牙模块的主机接手动遥控器输出端，蓝牙模块的从机接主控制器输入端，左右2台电机输出轴均接速度传感器，电机驱动模块输出端接电机；所述电源系统由3个电源模块构成，3个电源模块分别接电机、主控制器和手动遥控器；所述手动遥控器上设有控制行走速度和转向的操纵手柄及上锁、开锁按键。

本发明使用时，包含人体姿态控制方式和手动遥控方式。所述人体姿态控制中包含车体直立控制、行走控制、转向控制；所述人体姿态控制中的车体直立控制是该控制系统的基础，当整体重心与竖直方向在-10°到+10°之内时，设定为直立状态；行走控制设置为当整体重心与竖直方向小于-10°或大于+10°时，车子开始行走，超出角度幅度越大行驶速度越快，当小于-50°或大于+50°时，车子停止运行；所述人体姿态控制中的转向控制是利用两个车轮的转速差实现的，转速差越大转弯半径越小；

所述手动遥控方式的优先级高于人体姿态控制方式，主要作用于车子的行走控制和转向控制，不对直立进行控制，对行走可施加不同速度档的前进和后退控制，对转向可进行任意半径转弯控制，当两个轮子同速率反向转动时，可实现360°原地旋转；

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明所述一种双控制方式的两轮自平衡车控制系统，采用人体姿态控制和人为手动遥控两种控制方式相结合，正常路况骑行时使用人体姿态控制即可，当需要原地转弯、后退行驶，上锁和开锁等特殊状况时，使用遥控器进行辅助控制，使得自平衡车灵活应对各种情况，可操控性得到极大的提高；

(2)使用精确高效的组合式PID控制算法，具体来说速度环采用PI控制，角度环采用PD控制，左右电机同速环使用P控制，对车体的三个运行状态信息进行PID运算，提高了自平衡车的控制精度；

(3)通过采集电机转速和车身姿态信息构成了两路信号反馈回路，进一步降低了控制误差；

(4)采用多电源供电模式，解决了电机和控制器用电电压不同所带来的矛盾和相互干扰的问题，提升了系统的稳定性；

(5)选用带有光电隔离和LED指示灯的L298N电机驱动板，不仅提高了抗干扰性能，同时通过观察LED灯的状态，实时监控各通道的信息传输情况，这对自平衡车的调试和控制具有极大的便利性；