[发明专利]水陆两用电动平衡车结构装置及其集成控制方法

权利要求书

1.水陆两用电动平衡车结构装置的集成控制方法，水陆两用电动平衡车结构装置包括驱动轮(1)、连接杆(2)、控制杆(3)、平衡车身(4)、座椅(5)、车轮(6)、照明灯(7)、控制箱(8)、气垫(9)、调节轴(10)、延长轴(11)、轮毂电机(12)、隔离罩(13)、支撑柱(14)、气动弹簧(15)、防护罩(16)、状态预估模块(17)和加速度传感器(18)，所述平衡车身(4)的内部设置有座椅(5)，所述平衡车身(4)的底端中部通过螺钉固定连接有气垫(9)，所述平衡车身(4)的一侧中部固定连接有控制箱(8)，所述控制箱(8)的前表面中部设置有照明灯(7)，所述控制箱(8)的顶端设置有控制杆(3)，所述气垫(9)的两端对称设置有延长轴(11)，所述延长轴(11)远离气垫(9)的一端通过调节轴(10)铰接有连接杆(2)的一端，所述连接杆(2)的另一端固定连接有轮毂电机(12)，所述轮毂电机(12)设置在驱动轮(1)的内部，所述驱动轮(1)的外侧通过支撑柱(14)固定连接有车轮(6)，所述车轮(6)的外侧设置有隔离罩(13)，所述轮毂电机(12)和气垫(9)之间设置有气动弹簧(15)，所述气动弹簧(15)用于控制气垫(9)的充气和抽气，所述防护罩(16)用于保护驾驶员以及安装状态预估模块(17)和加速度传感器(18)，其特征在于：集成控制方法包括以下步骤：

S1：在路面行驶时，通过控制杆(3)调整调节轴(10)，使得连接杆(2)与延长轴(11)之间的夹角为180°，驾驶员通过控制杆(3)调整两个轮毂电机(12)的电流差，使得两个轮毂电机(12)的转速不同，从而达到运行过程的角度调整；

S2：在水面行驶时，通过控制杆(3)调整调节轴(10)，使得连接杆(2)与延长轴(11)之间的夹角为90°，驾驶员通过控制杆(3)调整两个轮毂电机(12)的电流差，使得两个轮毂电机(12)的转速不同，从而带动两个驱动轮(1)的转速不同，达到水面运行过程的角度调整；

S3：通过防护罩(16)设有的状态预估模块(17)对车辆稳定性进行评估，加速度传感器(18)对车辆加速度进行监控，并将车辆运行速度和加速度显示在显示屏上，使驾驶员了解路况信息，采用集成控制算法对平衡车进行控制，所述集成控制算法包括集成控制层和控制分配层，所述集成控制层包括参考模型、集成控制层约束设定和有约束集成控制单元，通过驾驶员的操作将转向角信号δ_f和加速及制动信号K_p输入至参考模型，参考模型根据输入信号计算出当前平衡车的参考状态量并输入至有约束集成控制单元，参考状态量包括前进方向参考车速V_xd、侧向参考车速V_yd及参考横摆角速度r_d，状态预估模块(17)中状态估算单元将平衡车的当前状态量输入至有约束集成控制单元，当前状态量包括前进方向当前车速V_x、侧向当前车速V_y及当前横摆角速度r，有约束集成控制单元根据参考状态量和当前状态量的差值在集成控制层约束设定范围内采用滚动方法计算出平衡车的控制量，控制量包括前进方向控制力∑F_x、侧向控制力∑F_y和控制力矩∑M_z，所述控制分配层包括有约束控制分配单元、控制分配层约束设定和转角计算单元，有约束集成控制单元将平衡车的控制量输入有约束控制分配单元，有约束控制分配单元以小轮胎负荷率为优化目标，根据控制分配层约束设定得到各车轮的纵向目标轮胎力F_xi和侧向目标轮胎力F_yi，侧向目标轮胎力F_yi输入至转角计算单元，转角计算单元根据侧向目标轮胎力F_yi计算得出目标转角δ_i，纵向目标轮胎力F_xi和目标转角δ_i均输入至轮毂电机(12)。

2.根据权利要求1所述的水陆两用电动平衡车结构装置的集成控制方法，其特征在于：所述车轮(6)共设置有两组，每组所述车轮(6)共设置有两个，且两个所述车轮(6)之间的间距大于10cm，所述车轮(6)为空心或实心橡胶轮胎。