[发明专利]一种双轮平衡车驱动防滑系统的方法

说明书

本发明提供一种双轮平衡车驱动防滑系统的方法，属于平衡车控制中的驱动防滑技术ASR。本发明是通过控制驱动轮的滑转率尽可能接近最佳滑转率S_O来充分利用地面的摩擦条件，使得平衡车在摩擦系数较低的路况条件获得良好的驱动能力，并能够保障平衡状态的稳定性。本发明由于将ARS中的滑转率控制应用到双轮平衡车的牵引力控制中，并设计了相应的传感器硬件电路和电机驱动电路，实现了双轮平衡车的主动防滑控制，具有实际的应用价值。

技术领域

本发明属于平衡车控制中的驱动防滑技术领域，尤其涉及一种双轮平衡车驱动防滑系统的方法。

背景技术

随着时代的发展，人们生活质量的提高，双轮平衡车以其优越的驾驶灵活性、清洁低碳零排放的特性以及出行经济性成为越来越流行的交通工具。由于城市交通路况复杂多变，当平衡车在摩擦系数较低的路面上行驶时，车轮无法提供足够的摩擦力造成打滑现象，造成整车的平衡失稳和横向失稳，所以需要在平衡车的平衡闭环控制和速度闭环控制等基础动态转矩控制上实现防滑控制，以保证整车的行驶稳定性。

驱动防滑系统(acceleration slip regulation，ASR)属于车辆牵引力控制系统(TCS)，是一种能够在车辆驱动过程中提高车辆加速性能和保证车辆稳定性的主动安全系统，其原理是将驱动轮的滑转率控制在最佳滑转率附近，保证轮胎与地面之间具有良好的附着力，从而获得良好的驱动性能和操纵稳定性。ASR技术多用于在四轮电动汽车的防滑控制上，而对于双轮平衡车的驱动防滑技术目前研究较少。

ASR控制系统中一个非常重要的环节是驱动防滑系统的控制方法。目前应用比较广泛的驱动防滑产品中大部分采用的是逻揖门限值控制方法。逻揖门限值控制方法不涉及具体的数学模型，避免了复杂的理论计算和分析，简化了控制器的设计过程。但是控制器门限值需要经过反复试验才可得到，很大程度上依赖于经验，没有充分的理论依据。而且车辆实际运行过程中动态特性和路面附着条件是实时变化的，因此逻辑门限值控制鲁棒性不强，无法满足车辆在不同条件下的控制效果。由于逻辑门限值控制具有局限性，因此如何提高ASR控制方法的自适应性和鲁棒性，改善其控制性能，成为一个受到广泛关注的研究方向。目前国内外学者提出的ASR控制策略按照控制变量大致可分为三类；滑转率控制、轮加速度和滑转率联合控制、直接扭矩控制；用到控制方法主要有：PID控制、最优控制、模糊遇辑控制、神经网络控制、淆模控制、模型跟踪控制等。

轮加速度、直接扭矩控制的控制对象是车轮的加速度、扭矩，是一种间接控制，不能反映车轮打滑的严重程度，导致ASR控制响应不够及时，造成整车的平衡失稳和横向失稳。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种双轮平衡车驱动防滑系统的方法，具有响应迅速、控制直接、容易实现，应用性比较强的特点，实现了双轮平衡车的主动防滑控制，具有实际的应用价值。

本发明采用如下技术方案：

一种双轮平衡车驱动防滑系统的方法，包括以下步骤：

步骤1.通过光电编码器获得左右驱动轮的旋转角速度ω₁、ω₂，并通过加速度计和陀螺仪分别获得车身在水平前向、侧向以及垂直方向三个正交方向的加速度和自转角速度a_x、a_y、a_z、ω_x、ω_y、ω_z。

步骤2.根据旋转角速度ω₁、ω₂，车身在水平前向、侧向以及垂直方向三个正交方向的加速度和自转角速度a_x、a_y、a_z、ω_x、ω_y、ω_z通过微控制器内部的互补滤波算法得到不受车轮打滑的平衡车真实速度v_T以及车身的倾角、倾角变化率