本發(fā)明涉及兩輪車的自動(dòng)駕駛領(lǐng)域，尤其涉及一種自動(dòng)平衡調(diào)整方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、本部分陳述的僅僅是提供了與本發(fā)明相關(guān)的背景技術(shù)信息，不必然構(gòu)成在先技術(shù)。

2、目前在兩輪車自動(dòng)駕駛技術(shù)領(lǐng)域，許多系統(tǒng)僅依賴單一或少數(shù)幾種傳感器，數(shù)據(jù)采集不夠全面，容易受到環(huán)境干擾或傳感器故障的影響。傳統(tǒng)的pid控制通?；趩我蛔兞康姆答?，難以應(yīng)對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的多變量耦合問題，導(dǎo)致控制精度和響應(yīng)速度受限。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述背景技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種自動(dòng)平衡調(diào)整方法及裝置，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了兩輪車的自動(dòng)駕駛平衡。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供一種自動(dòng)平衡裝置控制方法。

4、一種兩輪車自動(dòng)平衡調(diào)整控制方法，包括：

5、獲取車身信息；

6、首先，利用imu傳感器測(cè)量兩輪車姿態(tài)，imu傳感器中有加速度計(jì)、陀螺儀以及磁力計(jì)；

7、先利用加速度計(jì)測(cè)得加速度，然后從車身坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到導(dǎo)航坐標(biāo)系,使用姿態(tài)角、俯仰角及橫滾角進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換；

8、進(jìn)一步地，從轉(zhuǎn)換后的加速度a中減去重力加速度g，以得到純運(yùn)動(dòng)加速度；

9、進(jìn)一步地，對(duì)加速度進(jìn)行時(shí)間t積分，得到速度v變化：

10、v＝∫(a-g)dt

11、對(duì)速度v進(jìn)行時(shí)間t積分，得到位移x變化：

12、x＝∫vdt

13、進(jìn)一步地，再利用陀螺儀測(cè)量角速度；

14、進(jìn)一步地，通過對(duì)偏航角的速度進(jìn)行積分，得到偏航角的變化：

15、

16、進(jìn)一步地，在得到姿態(tài)角之后，可以結(jié)合加速度數(shù)據(jù)計(jì)算位移、速度和方向變化；

17、進(jìn)一步地，利用磁力計(jì)測(cè)量周圍環(huán)境的磁場(chǎng)強(qiáng)度和方向；

18、進(jìn)一步地，imu實(shí)時(shí)提供車輛的動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)后，使用加速度計(jì)測(cè)量車輛在三個(gè)軸(x,y,z)上的線性加速度，利用陀螺儀測(cè)量車輛在三個(gè)軸上的角速度；

19、進(jìn)一步地，利用實(shí)時(shí)提供車輛的動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)用于計(jì)算車輛的位移、速度和方向變化，從而推算車輛的姿態(tài)(俯仰角、橫滾角和偏航角)；

20、由于imu存在累積誤差，需要定期進(jìn)行校：

21、在車輛靜止時(shí)，利用加速度計(jì)數(shù)據(jù)校正速度誤差。

22、接著，利用tmr傳感器可以測(cè)量車把的旋轉(zhuǎn)角度，從而提供精確的方向控制信息；

23、進(jìn)一步地，在車把的旋轉(zhuǎn)軸上安裝一個(gè)磁鐵，并在固定位置安裝tmr傳感器；

24、當(dāng)車把旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁鐵的磁場(chǎng)方向會(huì)發(fā)生變化，tmr傳感器能夠檢測(cè)到這種變化并輸出相應(yīng)的電信號(hào)；

25、進(jìn)一步地，利用hall傳感器來測(cè)量車輪的轉(zhuǎn)速：

26、在車輪的旋轉(zhuǎn)部件上安裝磁鐵，并在固定位置安裝hall傳感器。當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，磁鐵會(huì)經(jīng)過霍爾傳感器，引起磁場(chǎng)變化；

27、轉(zhuǎn)速＝脈沖數(shù)/時(shí)間/磁鐵數(shù)量×車輪周長

28、接著，進(jìn)一步地，利用hall傳感器檢測(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置，從而幫助控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和方向。通過檢測(cè)磁場(chǎng)的變化來確定轉(zhuǎn)子的位置，并進(jìn)一步控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和方向；

29、進(jìn)一步地，獲取車身的信息包括：車輛運(yùn)行時(shí)的加速度、角速度、俯仰角、橫滾角、偏航角，車輛運(yùn)行中車把的旋轉(zhuǎn)角度，車輪的轉(zhuǎn)速；

30、進(jìn)一步地，這些信號(hào)需要經(jīng)過信號(hào)處理電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，以便微控制器進(jìn)行處理；

31、進(jìn)一步地，基于車身傾角、車速、車把轉(zhuǎn)角、電機(jī)轉(zhuǎn)速，采用pid控制器，獲取動(dòng)量輪電機(jī)轉(zhuǎn)矩，改變車輛姿態(tài)(車身傾角、車速等)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)車身的控制。

32、對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行建模，明確各個(gè)變量之間的關(guān)系；

33、進(jìn)一步地，使用卡爾曼濾波和粒子濾波方法，進(jìn)行動(dòng)態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)：

34、進(jìn)一步地，卡爾曼濾波通過預(yù)測(cè)和更新兩個(gè)步驟，結(jié)合狀態(tài)空間模型和觀測(cè)數(shù)據(jù)，能夠有效地估計(jì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的姿態(tài)角。

35、進(jìn)一步地，粒子濾波通過粒子初始化、預(yù)測(cè)更新、重采樣以及狀態(tài)估計(jì)等步驟，來測(cè)定其與測(cè)量值的匹配程度；

36、進(jìn)一步地，hall傳感器提供的轉(zhuǎn)速信息可以作為反饋信號(hào)，通過pid控制器算法，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)速度控制；

37、進(jìn)一步地，pid控制器用于根據(jù)誤差信號(hào)計(jì)算控制輸出(電機(jī)轉(zhuǎn)矩)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛姿態(tài)的精確控制；

38、進(jìn)一步地，根據(jù)不同的控制目標(biāo)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制邏輯：

39、如通過調(diào)整動(dòng)量輪電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，改變車身的傾角,通過調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速，控制車輛的前進(jìn)速度,通過調(diào)整車把轉(zhuǎn)角，控制車輛的轉(zhuǎn)向。

40、進(jìn)一步地，采用多變量pid控制器，將多個(gè)控制目標(biāo)整合到一個(gè)控制器中。

41、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

42、多傳感器協(xié)同工作方式不僅提高了數(shù)據(jù)的多樣性和冗余性，還增強(qiáng)了系統(tǒng)在復(fù)雜環(huán)境中的適應(yīng)性和魯棒性.將多個(gè)傳感器的反饋整合到一個(gè)多變量pid控制器中,提高了控制精度，還能更好地應(yīng)對(duì)多變量耦合問題，提升系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力,利用卡爾曼濾波法等進(jìn)行數(shù)據(jù)融合處理，能夠?qū)崿F(xiàn)更精確的數(shù)據(jù)融合。

43、本發(fā)明將傳感器數(shù)據(jù)、pid控制器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等集成到一個(gè)完整的控制系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)一種兩輪車自動(dòng)平衡駕駛系統(tǒng)。

技術(shù)特征：

1.一種兩輪車的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兩輪車的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器系統(tǒng)分別有不同功能，包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種兩輪車的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器系統(tǒng)與控制器系統(tǒng)相連接，利用濾波法進(jìn)行姿態(tài)的估計(jì)和更新，包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種兩輪車的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器系統(tǒng)計(jì)算輸出由三部分組成，包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種兩輪車的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，其特征在于，應(yīng)用如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的一種兩輪車的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，所述傳感器系統(tǒng)包括tmu、hall、tmr傳感器，所述控制器系統(tǒng)包括mcu、pid控制器，所述傳感器系統(tǒng)和所述控制器系統(tǒng)相連接。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提出一種兩輪車自動(dòng)駕駛的自動(dòng)平衡調(diào)整方法及裝置，解決現(xiàn)有技術(shù)中傳感器數(shù)據(jù)采集單一、控制精度不足的問題。本發(fā)明集成IMU傳感器、Hall傳感器和TMR傳感器，全方位采集車輛信息。IMU傳感器測(cè)量加速度、角速度、姿態(tài)角等動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)并校正；TMR傳感器測(cè)量車把旋轉(zhuǎn)角度；Hall傳感器檢測(cè)車輪轉(zhuǎn)速和電機(jī)轉(zhuǎn)子位置。通過卡爾曼濾波和粒子濾波融合數(shù)據(jù)，估計(jì)車輛動(dòng)態(tài)狀態(tài)，提高精度。采用多變量PID控制器，基于車身傾角、車速、車把轉(zhuǎn)角和電機(jī)轉(zhuǎn)速等參數(shù)計(jì)算控制輸出，實(shí)現(xiàn)精確控制。本發(fā)明將傳感器數(shù)據(jù)、PID控制器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)集成，形成完整控制系統(tǒng)，具有多傳感器協(xié)同、多變量PID控制、精確數(shù)據(jù)融合等優(yōu)勢(shì)，為兩輪車自動(dòng)駕駛提供高效可靠方案。

技術(shù)研發(fā)人員：葉蘭貞,王挽沉,程坤
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國計(jì)量大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15