智能電動車兩輪平衡車控制系統(tǒng)檢測環(huán)節(jié)分析

徐愷篷

【摘 要】現(xiàn)有智能電動代步兩輪平衡車控制系統(tǒng)硬件成本較高，安全性、使用舒適度有大幅提升空間。本文介紹使用低成本控制芯片對智能電動兩輪平衡車控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和軟件功能進(jìn)行優(yōu)化，以降低智能電動代步兩輪平衡車的成本和增加其安全性能。本文中主要介紹了其姿態(tài)角度獲取部分和轉(zhuǎn)子位置檢測部分。

【關(guān)鍵詞】平衡車；車體姿態(tài)；轉(zhuǎn)子位置

一、引言

在電動兩輪平衡車控制系統(tǒng)中，平衡車姿態(tài)角檢測和電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的檢測是十分重要的環(huán)節(jié)，通過檢測平衡車姿態(tài)角可以確定車體的傾斜狀態(tài)從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向，從而保證車體平衡；而通過不斷檢測轉(zhuǎn)子的位置，可以計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，從而與期望的轉(zhuǎn)速對比，得到電機(jī)的控制信號。在姿態(tài)角檢測環(huán)節(jié)中，由于低成本傳感器存在大量噪聲，可以通過軟件濾波的方法提高其檢測精度，常用的濾波算法有互補(bǔ)濾波算法和卡爾曼濾波算法。輕重互補(bǔ)濾波算法實(shí)現(xiàn)較為簡單，而卡爾曼濾波算法的濾波效果更好。在轉(zhuǎn)子位置檢測環(huán)節(jié)中，可通過安裝霍爾傳感器對轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速進(jìn)行預(yù)測。

二、姿態(tài)角獲取

為獲取去車體姿態(tài)信息，平衡車控制電路中一般應(yīng)包含集成了陀螺儀和加速度計(jì)的傳感芯片（如MPU60XX），通過陀螺儀和加速度計(jì)測得數(shù)據(jù)解算車體姿態(tài)角。而陀螺儀和加速度計(jì)輸出存在的噪聲會嚴(yán)重影響姿態(tài)角解算的精準(zhǔn)度，需要進(jìn)行濾波處理，簡單的處理算法有互補(bǔ)濾波算法[1]和卡爾曼濾波算法。……