主动摇摆正三轮车及其前馈反馈控制方法技术

本发明专利技术公开了一种主动摇摆正三轮车，包括正三轮车本体、摇摆机构、正三轮车离心惯性检测装置、前叉编码器和摇摆控制系统；所述摇摆机构安装在驾驶厢与货厢之间，包括电缸推杆和电机，所述电缸推杆的两端均为可转动连接结构，因此驾驶厢、电缸推杆和形成三连杆机构；离心惯性检测装置用于获得反馈信息，前叉编码器用于获得前馈信息；所述摇摆控制系统根据前馈和反馈信息计算电缸推杆伸缩量从而使驾驶厢朝向车辆转弯/转向形成的圆弧的圆心方向侧倾，对三轮车进行摇摆控制。还公开了一种主动摇摆正三轮车的前馈反馈控制方法。摇摆正三轮车的前馈反馈控制方法。摇摆正三轮车的前馈反馈控制方法。

【技术实现步骤摘要】
主动摇摆正三轮车及其前馈反馈控制方法


[0001]本专利技术涉及一种电动正三轮车的摇摆机构，尤其涉及一种主动摇摆正三轮车及其前馈反馈控制方法。

技术介绍

[0002]随着摩托车、汽车的日益普及，其安全性也越来越受到消费者的关注。大多车辆的转弯都是通过方向盘、转向轴带动横杆进行摆动，从而实现车轮的转向。而当自动倾斜车辆转弯时，如果车速过高、或者载重过重，车辆转弯时的离心力较大，容易引起驾乘人员的不适，而且车辆有侧翻的危险，为了检测车辆的离心加速度，并为车辆提供一种主动摇摆的控制目标，本专利技术提出了一种车辆惯性检测装置及其在主动摇摆车辆中的应用方法，该方法装置简单、不需要检测车辆速度与重量等信息进行复杂的计算，就能得到准确的离心力的状态，为主动摇摆提供可靠的控制反馈。
[0003]WO2020/117043公开了一种自平衡的摇摆车，包括具有两个驱动轮的后车架部分和具有至少一个车轮的前车架部分，后车架部分包括用于旋转驱动轮的推进驱动器、用于使前车架部分围绕倾斜轴倾斜的倾斜驱动器和用于基于驾驶员转向输入控制倾斜驱动器的控制器，其中倾斜驱动器包括位于距倾斜轴线预定距离处的电动机和带有齿轮的倾斜构件，倾斜构件具有与齿轮啮合的齿面，使得倾斜构件可以通过旋转轴横向于倾斜轴移动，从而倾斜驱动器和倾斜构件连接到相应的前框架部分和后框架部分。上述自平衡的摇摆车的倾斜构件为带有齿轮组件，加工复杂，长期使用时齿轮易于磨损，从而对摇摆车的安全性带来隐患；此外，上述自平衡的摇摆车采用力矩传感器、采集车辆行驶速度、车把转身角等信息，通过解算获得车辆转弯半径、离心加速度，以得到合适的摇摆控制，计算误差大。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是解决现有技术的缺陷，提供一种主动摇摆正三轮车及其前馈反馈控制方法，本专利技术的三轮车采用连杆式摇摆机构，结构简单，反应速度快，控制方法采用基于阻尼摆的惯性检测装置检测车辆离心力的大小，作为反馈信息，并以前叉编码器检测车辆转向，作为前馈信息，进行主动摇摆的实时控制，从而提高了摇摆控制的快速性、灵活性和准确性，增加摇摆的安全性。本专利技术所述的控制方法能够在行驶过程中根据三轮车的行驶状态自动调整驾驶厢的倾角，以弥补转弯过程中产生的离心力，或者弥补由于倾斜路面造成的车辆侧倾。
[0005]本专利技术的第一个方面公开了一种主动摇摆正三轮车，包括正三轮车本体、摇摆机构、正三轮车离心惯性检测装置、前叉编码器和摇摆控制系统；
[0006]所述正三轮车本体包括驾驶厢和货厢，所述货厢上安装两个后轮，相对地面不能产生摇摆；所述驾驶厢的前端安装前轮，所述驾驶厢和货厢通过旋转轴连接，所述驾驶厢能够绕旋转轴与货厢产生相对转动，转动的角度为
±
20
°
；
[0007]所述摇摆机构安装在驾驶厢与货厢之间，包括电缸推杆和用于推动所述电缸推杆
做直线运动的电机，所述电机固设在电缸推杆上；所述电缸推杆的两端均为可转动连接结构，所述电缸推杆的上端通过铰链与固定在所述驾驶厢上的支架连接，所述电缸推杆的下端通过铰链与固定在货厢上的基座连接；所述摇摆机构用于根据所述摇摆控制系统的指令伸长、缩短所述电缸推杆从而带动驾驶厢与货箱产生相对旋转，形成摇摆运动；
[0008]所述正三轮车离心惯性检测装置包括双金属板机构、摆动机构和惯性机构编码器，安装在驾驶厢后部，利用惯性机构编码器检测摆动机构相对于驾驶厢的摆动角度，从而检测车辆行驶过程中由于转弯面产生的离心力，为三轮车的主动摇摆控制提供反馈信息；
[0009]所述前叉编码器安装在三轮车的前轮转向轴上，用以检测车辆行驶过程中的前轮的转动与转向，为三轮车的主动摇摆控制提供前馈信息；
[0010]所述摇摆控制系统用于：车辆侧倾时的摇摆控制，包括电机驱动器、信息采集模块、和微处理器模块；所述信息采集模块用于采集前馈信息和反馈信息；
[0011]微处理器模块用于：综合所述信息采集模块获得的前馈和反馈信息，利用前馈PID控制器和反馈PID控制器计算摇摆所需要的电缸推杆伸缩量并输出给电机驱动器；
[0012]所述电机驱动器用于：根据微处理器模块得出的电缸推杆伸缩量驱动摇摆机构的电机，指示电缸推杆伸出或者缩回，从而对三轮车进行摇摆控制，使驾驶厢朝向车辆转弯/转向形成的圆弧的圆心方向侧倾；所述电机驱动器与所述电机电连接。
[0013]进一步的，所述反馈信息包括车身摇摆的角度信息，所述前馈信息包括前叉转角信息。
[0014]所述正三轮车离心惯性检测装置包括双金属板机构、摆动机构和惯性机构编码器，安装在所述摇摆机构上且所述装置与地面平行设置，所述双金属板结构包括两个平行设置、导电且不导磁的金属板，所述摆动机构具有第二旋转轴和摆锤，所述第二旋转轴安装在所述金属板的顶端上的孔中并能够自由旋转，所述第二旋转轴一端连接有惯性机构编码器，所述摆锤为强力磁铁且位于两个金属板之间，且所述摆锤的摆动面与车辆的前进方向垂直；利用惯性机构编码器检测摆动机构相对于驾驶厢的摆动角度，从而检测车辆行驶过程中由于转弯而产生的离心力，为三轮车的主动摇摆控制提供离心惯性摆角信息。
[0015]额外的，所述正三轮车上安装有电子陀螺仪，所述电子陀螺仪设置在货厢上用于检测货厢的倾角，并将倾角信息作为反馈信息，其通过串口与主动摇摆控制系统连接。
[0016]本专利技术的第二个方面公开了一种主动摇摆正三轮车的前馈反馈控制方法，包括：
[0017]步骤一：当所述正三轮车转弯/转向时，车把带动前叉转动，所述前叉编码器检测车辆行驶过程中前轮的前叉转角获得车身的前馈信息，所述惯性检测装置的摆锤在离心力的作用下摆动，所述惯性机构编码器检测摆锤相对于驾驶厢的摆角获得反馈信息；所述摇摆控制系统的信息采集模块采集行驶中的前馈和反馈信息；
[0018]步骤二：摇摆控制系统综合步骤一获得的前馈和反馈信息，利用前馈PID控制器和反馈PID控制器计算摇摆所需要的电缸推杆伸缩量；
[0019]步骤三：将步骤二获得的电缸推杆伸缩量发送至电机驱动器驱动摇摆机构的电机，指示电缸推杆伸出或者缩回，从而对三轮车的驾驶厢进行摇摆控制，使驾驶厢朝向车辆转弯/转向形成的圆弧的圆心方向侧倾，产生重心偏移，以弥补由于转弯/转向产生的离心力；
[0020]步骤四：随着车辆的侧倾，所述惯性机构编码器获取摆锤相对于车辆驾驶厢的摆
角θ趋于0度，从而停止侧倾，当车辆结束转弯回正时，车辆驾驶厢将跟随摆锤的摆动，从而使驾驶厢摇摆至竖直位置。
[0021]与现有技术相比，本专利技术具有以下优势：
[0022]1)当三轮车转弯时，所述驾驶厢、摇摆机构和货厢形成三连杆机构，驾驶厢可以自动朝向车辆转弯/转向形成的圆弧的圆心方向侧倾，产生重心偏移，形成偏心力矩，以弥补由车辆转弯所产生的离心力，减小由于离心力而导致驾乘人员的不适感；
[0023]2)三轮车转弯行驶过程中驾驶厢的主动摇摆，使得驾驶厢的重心偏向内侧，从而抵消离心力，并减小由于离心力而产生的向外侧翻的可能性，增强三本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种主动摇摆正三轮车，其特征在于包括正三轮车本体、摇摆机构、正三轮车离心惯性检测装置、前叉编码器(32)和摇摆控制系统；所述正三轮车本体包括驾驶厢(1009)和货厢(1008)，所述货厢(1008)上安装两个后轮(1007)，相对地面不能产生摇摆；所述驾驶厢的前端安装前轮(1006)，所述驾驶厢和货厢通过旋转轴(17)连接，所述驾驶厢能够绕旋转轴与货厢产生相对转动，转动的角度为
±
20
°
；所述摇摆机构安装在驾驶厢与货厢之间，包括电缸推杆(2004)和用于推动所述电缸推杆做直线运动的电机(2041)，所述电机(2041)固设在电缸推杆上；所述电缸推杆(2004)的两端均为可转动连接结构，所述电缸推杆(2004)的上端通过铰链与固定在所述驾驶厢上的支架连接，所述电缸推杆的下端通过铰链与固定在货厢上的基座连接；所述摇摆机构用于根据所述摇摆控制系统的指令伸长、缩短所述电缸推杆从而带动驾驶厢与货箱产生相对旋转，形成摇摆运动；所述正三轮车离心惯性检测装置包括双金属板机构、摆动机构和惯性机构编码器(3004)，安装在驾驶厢后部，利用惯性机构编码器检测摆动机构相对于驾驶厢的摆动角度，从而检测车辆行驶过程中由于转弯面产生的离心力，为三轮车的主动摇摆控制提供反馈信息；所述前叉编码器(32)安装在三轮车的前轮转向轴上，用以检测车辆行驶过程中的前轮的转动与转向，为三轮车的主动摇摆控制提供前馈信息；所述摇摆控制系统包括电机驱动器、信息采集模块、和微处理器模块；所述信息采集模块用于采集前馈信息和反馈信息；微处理器模块用于：综合所述信息采集模块获得的前馈和反馈信息，利用前馈PID控制器和反馈PID控制器计算摇摆所需要的电缸推杆伸缩量并输出给电机驱动器；所述电机驱动器用于：根据微处理器模块得出的电缸推杆伸缩量驱动摇摆机构的电机，指示电缸推杆伸出或者缩回，从而对三轮车进行摇摆控制，使驾驶厢朝向车辆转弯/转向形成的圆弧的圆心方向侧倾；所述电机驱动器与所述电机电连接。2.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张立鹏，
申请(专利权)人：天津内燃机研究所天津摩托车技术中心，
类型：发明
国别省市：