一种用于自平衡智能电动车的防倾覆声纳预警控制方法技术

本发明专利技术涉及一种用于自平衡智能电动车的防倾覆声纳预警控制方法，包括：自平衡智能电动车启动后，车载双飞轮高速旋转；主控制器通过计算得到所行进路径的路面倾斜角；计算出在该路面平稳行驶所需要的平衡力矩，并判断所需要的平衡力矩是否小于等于第一阈值，若小于等于第一阈值，则自平衡电动车继续向所行进路径的方向前进；主控制器计算离心力补偿，判断在行进路径平稳行驶所需要的平衡力矩是否小于等于第二阈值，若小于等于第二阈值，则自平衡电动车继续向所行进路径的方向前进，反之，报警。本发明专利技术能够使得自平衡电动车运行更加稳定，能对未知的路况进行一个预先探索，防止突然的复杂地形变化对自动驾驶造成的不可逆的影响。影响。影响。

【技术实现步骤摘要】
一种用于自平衡智能电动车的防倾覆声纳预警控制方法


[0001]本专利技术涉及平衡控制及人工智能自动驾驶
，尤其是一种用于自平衡智能电动车的防倾覆声纳预警控制方法。

技术介绍

[0002]目前，生活向着智能化，便捷化的方向发展，自平衡智能电动车也符合这个趋势，顺应了时代的潮流，有着良好的发展前景。自平衡智能电动车相对于其他交通工具最独特的特点是节能环保，如今全球变暖将给地球带来灭顶之灾，而气温变暖的罪魁祸首之一，就是工业废气的大量排放。交通工具中的汽车尾气废气的排放也是重要原因之一。当今世界的另一个危机就是能源危机，节能环保交通工具取代传统是必然趋势，为自平衡智能电动车的发展提供了广阔的发展空间。然而，目前的自平衡智能电动车产品只是将注意力集中在其外观以及简单平衡控制算法上，产品的稳定性并不高，其智能化程度更是有待提升。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种使自平衡电动车运行更加稳定，防止突然的复杂地形变化对自动驾驶造成的不可逆的影响，能够有效保护车载人员安全的用于自平衡智能电动车的防倾覆声纳预警控制方法。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种用于自平衡智能电动车的防倾覆声纳预警控制方法，该方法包括下列顺序的步骤：
[0005](1)自平衡智能电动车启动后，车载双飞轮高速旋转，设车载双飞轮产生的平衡力矩为第一阈值；
[0006](2)自平衡智能电动车通过车载双飞轮高速旋转发出的声波信号对前方路面进行扫描，车载声纳探测仪接收前方路面所反射的声波信号并传入主控制器内，主控制器通过计算得到所行进路径的路面倾斜角θ
lean
；
[0007](3)主控制器根据行进路径的路面倾斜角θ
lean
计算出在该路面平稳行驶所需要的平衡力矩，并判断所需要的平衡力矩是否小于等于第一阈值，若所需要的平衡力矩小于等于第一阈值，则自平衡电动车继续向所行进路径的方向前进；反之，进入下一步；
[0008](4)主控制器计算离心力补偿，将离心力补偿与第一阈值相加得到第二阈值，判断在行进路径平稳行驶所需要的平衡力矩是否小于等于第二阈值，若所需要的平衡力矩小于等于第二阈值，则自平衡电动车继续向所行进路径的方向前进，反之，主控制器将判断结果和红色警报在显示屏中显示，同时调整方向，规划一条新的路径，返回步骤(2)。
[0009]所述步骤(2)具体是指：车载声纳探测仪根据所返回的声波信号，利用三元声呐阵列测距方法，估算声波信号到达三个阵元的时间差来反推目标声源的位置，所述三个阵元为第一阵元、第二阵元、第三阵元，三个阵元均安装在车载声纳探测仪内，阵元间距均为d，目标声源到第二阵元的距离即为要测定的目标距离R；
[0010]目标距离R的计算公式为：
[0011][0012]其中，τ
12
为声波信号到达第一阵元、第二阵元的时间差，τ
23
为声波信号到达第二阵元、第三阵元的时间差，c为声波信号传播速度；
[0013]目标距离R转化为车把转角得：
[0014][0015]其中，w为自平衡电动车车身长，γ为车把转角，g为重力加速度；
[0016]得到车把转角后，由下式得到行进路径的路面倾斜角θ
lean
：
[0017][0018]其中，v为自平衡电动车的行驶速度。
[0019]在步骤(3)中，所述第一阈值的计算公式为：
[0020]e
θ
＝θ
e
+θ
d
‑
θ
[0021][0022][0023]式中：T
sum
为前、后双飞轮产生的总翻滚力矩，即第一阈值；k
P
和k
D
为控制双飞轮旋转的输出控制增益，θ为自平衡电动车能够保持平衡的最大倾斜角，θ
d
为期望的倾斜角；θ
e
为倾斜角补偿量；
[0024]主控制器在计算行进路径上平稳行驶所需要的平衡力矩T
actual
时，上式中的θ为前方路面倾斜角θ
lean
。
[0025]所述步骤(4)具体是指：
[0026]所述离心力补偿包括两个方面：与前轮转向角相关的离心力矩以及与前轮转向角速度相关的离心力矩其中
[0027][0028]T
dψ
＝
‑
K
f3
·
J
A,a
‑
xz
·
(tanψ
fs
)
′
·
v
rw
[0029][0030][0031]S
A,a
‑
z
＝
‑
m
a
·
h
rw
‑
a
[0032]其中，r
fw
为前轮半径，r
rw
为后轮半径，θ
fs
为前叉角，为前轮绕转动轴的转动惯量，为后轮绕转动轴的转动惯量，ψ
fs
为前轮转向角度，v
rw
为车速，S
A,a
‑
z
为带载整车相对后轮触地点一阶矩的z分量，J
A,a
‑
xz
为带载整车相对后轮触地点转动惯量的分量，K
f0
为
带载整车相对后轮触地点一阶矩的z分量；
[0033]调整后的总输出力矩为：
[0034]T
sum+li
＝T
sum
+T
ψ
+T
dψ
[0035]T
sum+li
即第二阈值。
[0036]由上述技术方案可知，本专利技术的有益效果为：第一，本专利技术能够使得自平衡电动车运行更加稳定，能对未知的路况进行一个预先探索，防止突然的复杂地形变化对自动驾驶造成的不可逆的影响；第二，本专利技术能够自动判断前方地形是否满足电动车的行进要求，如不满足则自动寻找下一个路径，使其更具智能化，同时能够有效保护车载人员安全。
附图说明
[0037]图1为本专利技术的方法流程图；
[0038]图2为自平衡电动车整体结构示意图。
具体实施方式
[0039]如图1、2所示，一种用于自平衡智能电动车的防倾覆声纳预警控制方法，该方法包括下列顺序的步骤：
[0040](1)自平衡智能电动车启动后，车载双飞轮3高速旋转，使得电动车车身保持在一个平衡的位置，通过后轮驱动及车把转动实现运动和转弯避障功能，设车载双飞轮3产生的平衡力矩为第一阈值；
[0041](2)自平衡智能电动车通过车载双飞轮3高速旋转发出的声波信号对前方路面进行扫描，车载声纳探测仪1接收前方路面所反射的声波信号并传入主控制器2内，主控制器2通过计算得到所行进路径的路面倾斜角θ<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于自平衡智能电动车的防倾覆声纳预警控制方法，其特征在于：该方法包括下列顺序的步骤：(1)自平衡智能电动车启动后，车载双飞轮高速旋转，设车载双飞轮产生的平衡力矩为第一阈值；(2)自平衡智能电动车通过车载双飞轮高速旋转发出的声波信号对前方路面进行扫描，车载声纳探测仪接收前方路面所反射的声波信号并传入主控制器内，主控制器通过计算得到所行进路径的路面倾斜角θ
lean
；(3)主控制器根据行进路径的路面倾斜角θ
lean
计算出在该路面平稳行驶所需要的平衡力矩，并判断所需要的平衡力矩是否小于等于第一阈值，若所需要的平衡力矩小于等于第一阈值，则自平衡电动车继续向所行进路径的方向前进；反之，进入下一步；(4)主控制器计算离心力补偿，将离心力补偿与第一阈值相加得到第二阈值，判断在行进路径平稳行驶所需要的平衡力矩是否小于等于第二阈值，若所需要的平衡力矩小于等于第二阈值，则自平衡电动车继续向所行进路径的方向前进，反之，主控制器将判断结果和红色警报在显示屏中显示，同时调整方向，规划一条新的路径，返回步骤(2)。2.根据权利要求1所述的用于自平衡智能电动车的防倾覆声纳预警控制方法，其特征在于：所述步骤(2)具体是指：车载声纳探测仪根据所返回的声波信号，利用三元声呐阵列测距方法，估算声波信号到达三个阵元的时间差来反推目标声源的位置，所述三个阵元为第一阵元、第二阵元、第三阵元，三个阵元均安装在车载声纳探测仪内，阵元间距均为d，目标声源到第二阵元的距离即为要测定的目标距离R；目标距离R的计算公式为：其中，τ
12
为声波信号到达第一阵元、第二阵元的时间差，τ
23
为声波信号到达第二阵元、第三阵元的时间差，c为声波信号传播速度；目标距离R转化为车把转角得：其中，w为自平衡电动车车身长，γ为车把转角，g为重力加速度；得到车把转角后，由下式得到行进路径的路面倾斜角θ
lean
：其中，v为自平衡电动车的行驶速度。3.根据权利要求1所述的用于自平衡智能电动车的防倾覆声纳预警控制方法，其特征在于：在步骤(3)中，所述第一阈值的计算公式为：e
θ
＝θ
e
+θ
d
‑
θθ
式中：T
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓黎，王君，张弛，吴赶明，张猛，段汉松，权海铭，黎秀玉，郝军舰，
申请(专利权)人：合肥中科深谷科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：