自平衡控制系统、方法及摩托车技术方案

本发明专利技术公开了一种自平衡控制系统、方法及摩托车，包括自平衡装置、发动机单元、电机单元、电池单元以及整车控制单元；所述发动机单元用于为车辆提供动力，并向电机单元提供能量；所述发动机单元包括发动机以及发动机控制器；所述电机单元用于向电池单元提供电能；所述电机单元包括电机以及电机控制器；所述电池单元包括蓄电池以及用于对蓄电池进行管理的蓄电池管理系统；所述蓄电池管理系统用于管理蓄电池的充电与放电；所述整车控制单元用于向自平衡装置、电池单元、发动机单元以及电机单元发送控制指令，从而实现车辆的持续自平衡。本发明专利技术能够在保证车辆自平衡效果的基础上，提高车辆续航效果，消除了车辆行驶里程焦虑。消除了车辆行驶里程焦虑。消除了车辆行驶里程焦虑。

【技术实现步骤摘要】
自平衡控制系统、方法及摩托车


[0001]本专利技术涉及车辆平衡控制领域，具体涉及一种自平衡控制系统、方法及摩托车。

技术介绍

[0002]当前，驾驶两轮摩托车在低速和临时停车(如等红绿灯)时，由于重心不稳，通常驾驶员会单腿/双腿支撑，以确保车辆平衡，为解决此问题，当前的应对方案是在两轮摩托车上增加自平衡装置。该平衡装置中的力矩陀螺通常采用电机驱动，而这套装置通常安装于电动摩托车上，这样，在自平衡装置运行时，由电池为自平衡装置中的电机提供能量。
[0003]为了维持力矩陀螺的转速，需要持续地为其提供驱动力，而持续的运行，会造成蓄电池的能量损耗。此外，在车辆行驶过程中，涉及到平衡力的频繁调整，在调整过程中自平衡装置的电机也会消耗能量，这些能量损失会进一步加剧续驶里程较短的电动摩托车的里程焦虑。为了解决上述问题，需要一种自平衡控制系统、方法及摩托车，以实现在兼顾两轮摩托车车辆自平衡效果的同时解决用户对车辆里程焦虑的问题。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的是克服现有技术中的缺陷，提供自平衡控制系统、方法及摩托车，能够在保证车辆自平衡效果的基础上，提高车辆续航效果，消除了车辆行驶里程焦虑。
[0005]本专利技术的自平衡控制系统，包括自平衡装置、发动机单元、电机单元、电池单元以及整车控制单元；
[0006]所述发动机单元用于为车辆提供动力，并向电机单元提供能量；所述发动机单元包括发动机以及用于对发动机进行控制的发动机控制器；
[0007]所述电机单元用于向电池单元提供电能；所述电机单元包括电机以及用于对电机进行控制的电机控制器；
[0008]所述电池单元包括蓄电池以及用于对蓄电池进行管理的蓄电池管理系统；所述蓄电池管理系统用于管理蓄电池的充电与放电；
[0009]所述整车控制单元用于向自平衡装置、电池单元、发动机单元以及电机单元发送控制指令，从而实现车辆的持续自平衡。
[0010]本专利技术的自平衡控制系统不仅能够为自平衡装置提供持续的电量，保证自平衡装置的稳定运行；同时，也为平衡力的频繁调整提供充足的电量，从而在保证车辆自平衡效果的基础上，消除了车辆行驶里程焦虑问题。
[0011]进一步，所述自平衡装置包括力矩陀螺、力矩陀螺转子电机、转子电机控制器、力矩陀螺框架、框架电机、框架电机控制器；
[0012]所述转子电机控制器用于在力矩陀螺加速过程中为力矩陀螺转子电机提供驱动控制；
[0013]所述框架电机控制器用于根据整车平衡控制要求通过驱动框架电机对力矩陀螺
框架的角度位置进行调整；
[0014]所述转子电机控制器和框架电机控制器通过电源线同蓄电池连接。
[0015]进一步，所述电机与发动机连接；所述电机控制器通过电源线与蓄电池连接。
[0016]进一步，所述整车控制单元包括整车控制器；
[0017]所述整车控制器通过信号线同转子电机控制器、框架电机控制器、蓄电池管理系统、发动机控制器以及电机控制器连接。
[0018]一种自平衡控制方法，利用所述的自平衡控制系统，包括：
[0019]所述蓄电池向自平衡装置提供电机驱动时所需的电能，并对力矩陀螺减速时所产生的电能进行回收、储能，同时接收电机处于发电状态下用于驱动自平衡装置和车上其他电器件消耗后额外的电能；
[0020]所述发动机在发动机控制器的控制下运行，在保证车辆动力正常输出的基础上，额外的能量通过电机将机械能转换为电能；
[0021]所述电机控制器根据整车控制器发出的扭矩需求控制电机的发电能力，向车上电器件提供电能，额外的电能向蓄电池进行充电；当扭矩需求为负时，电机处于发电状态，当扭矩需求为0时，电机处于停止发电状态；
[0022]所述整车控制器通过计算车辆的平衡角度偏差及所需的平衡力矩，给出框架电机的位置指令和力矩陀螺转子电机的扭矩指令，同时根据蓄电池的电量状态给出电机的扭矩指令，以维持蓄电池的电量平衡；利用自平衡装置实现对车辆平衡力矩和车身姿态的控制。
[0023]进一步，车辆运行时，蓄电池处于放电状态，电量逐渐降低，在电量低于低阈值时，电机在电机控制器的控制下，将发动机的部分扭矩转换为电能，在满足自平衡装置和车上其他电器件消耗后的额外电能向蓄电池充电，电量处于上升状态；在蓄电池电量达到高电量阈值后，电机在电机控制器的控制下停止发电，蓄电池再次进入放电状态，电量下降。
[0024]通过上述策略，在保证为自平衡装置提供持续电量的基础上，可以维持蓄电池电量的平衡。
[0025]进一步，在维持蓄电池的电量平衡过程中，根据如下方法改善车辆的油耗状况：
[0026]在发动机外特性曲线范围内，将不同转速和转矩下油耗率数值相同的点连接后形成油耗等高曲线；将各转速下的最低油耗点连接后形成一条经济油耗曲线；在某一转速n下，A，B，C三点分别为该转速下低于经济油耗曲线的扭矩点、在经济油耗曲线上的扭矩点以及高于经济油耗曲线的扭矩点；
[0027]在转速为n时，若此时蓄电池处于放电状态，则整车控制器根据车辆油门开度得到的发动机为达到车辆动力输出所需的扭矩点为A点，则直接将A点扭矩值通过信号线发送给发动机控制器，进而控制发动机的动力输出；
[0028]若此时蓄电池处于充电状态，则整车控制器根据车辆油门开度得到的发动机为达到车辆动力输出所需的扭矩点为A点，按照经济油耗曲线，发动机在兼顾油耗经济性的情况下能提供的最大发电扭矩值为A
‑
B，若该发电扭矩值绝对值大于控制系统给出的限制扭矩，那么将按限制扭矩对发电扭矩进行限制；其中，限制扭矩的扭矩点为A1；此时整车控制器将A1点对应的扭矩值通过信号线发送给发动机控制器，进而控制发动机的动力输出，同时整车控制器也将A点扭矩值减去A1点扭矩值作为电机发电扭矩发送给电机控制用于控制发电。
[0029]通过上述方法可改善车辆的油耗状况，从而在实现车辆自平衡的基础上，使得车辆的能耗较低。
[0030]进一步，在转速为n时，若整车控制器根据车辆油门开度得到的发动机为达到车辆动力输出所需的扭矩点为B点或C点，由于B点或C点的扭矩值已经达到或超出了发动机在该转速下的经济油耗点，此时若进行发电将使得发动机扭矩增加，油耗变差，则整车控制器将把发电扭矩置零，把B点或C点的扭矩值通过信号线发送给发动机控制器，进而控制发动机的动力输出。
[0031]通过上述方法兼顾了发动机负荷变化的平顺性，在对发动机施加或取消上述发电扭矩时，可将扭矩值设置为随时间递减或递增的数值，直至达到设定的扭矩指令值。
[0032]进一步，所述限制扭矩为蓄电池管理系统给出的蓄电池的最大充电功率对应的发电扭矩和电机控制器给出的电机最大发电扭矩二者之中绝对值的最小值。
[0033]一种摩托车，所述摩托车采用所述的自平衡控制系统和/或所述的自平衡控制方法。
[0034]本专利技术的有益效果是：本专利技术公开的一种自平衡控制系统、方法及摩托车，通过为车辆增设自平衡装置本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自平衡控制系统，其特征在于：包括自平衡装置、发动机单元、电机单元、电池单元以及整车控制单元；所述发动机单元用于为车辆提供动力，并向电机单元提供能量；所述发动机单元包括发动机以及用于对发动机进行控制的发动机控制器；所述电机单元用于向电池单元提供电能；所述电机单元包括电机以及用于对电机进行控制的电机控制器；所述电池单元包括蓄电池以及用于对蓄电池进行管理的蓄电池管理系统；所述蓄电池管理系统用于管理蓄电池的充电与放电；所述整车控制单元用于向自平衡装置、电池单元、发动机单元以及电机单元发送控制指令，从而实现车辆的持续自平衡。2.根据权利要求1所述的自平衡控制系统，其特征在于：所述自平衡装置包括力矩陀螺、力矩陀螺转子电机、转子电机控制器、力矩陀螺框架、框架电机、框架电机控制器；所述转子电机控制器用于在力矩陀螺加速过程中为力矩陀螺转子电机提供驱动控制；所述框架电机控制器用于根据整车平衡控制要求通过驱动框架电机对力矩陀螺框架的角度位置进行调整；所述转子电机控制器和框架电机控制器通过电源线同蓄电池连接。3.根据权利要求1所述的自平衡控制系统，其特征在于：所述电机与发动机连接；所述电机控制器通过电源线与蓄电池连接。4.根据权利要求3所述的自平衡控制系统，其特征在于：所述整车控制单元包括整车控制器；所述整车控制器通过信号线同转子电机控制器、框架电机控制器、蓄电池管理系统、发动机控制器以及电机控制器连接。5.一种自平衡控制方法，其特征在于：利用权利要求1
‑
4任一所述的自平衡控制系统，包括：所述蓄电池向自平衡装置提供电机驱动时所需的电能，并对力矩陀螺减速时所产生的电能进行回收、储能，同时接收电机处于发电状态下用于驱动自平衡装置和车上其他电器件消耗后额外的电能；所述发动机在发动机控制器的控制下运行，在保证车辆动力正常输出的基础上，额外的能量通过电机将机械能转换为电能；所述电机控制器根据整车控制器发出的扭矩需求控制电机的发电能力，向车上电器件提供电能，额外的电能向蓄电池进行充电；当扭矩需求为负时，电机处于发电状态，当扭矩需求为0时，电机处于停止发电状态；所述整车控制器通过计算车辆的平衡角度偏差及所需的平衡力矩，给出框架电机的位置指令和力矩陀螺转子电机的扭矩指令，同时根据蓄电池的电量状态给出电机的扭矩指令，以维持蓄电池的电量平衡；利用自平衡装置实现对车辆平衡力矩和车身姿态的控制。6.根据权利要求5所述的自平衡控制方法，其特征在于：车辆运行时，蓄电池处于放电状态，...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱楷，郑宇，王世龙，张斌，李鑫，石应辉，
申请(专利权)人：重庆隆鑫机车有限公司，
类型：发明
国别省市：