[發明專利]一種基于智能演化的自平衡無人駕駛自行車及其競爭與合作的控制方法

有效

• 申請號: 201810081108.6
• 申請日: 2018-01-26
• 公開（公告）號: CN108357594B
• 公開（公告）日: 2020-02-07
• 發明（設計）人: 孟濬;趙夕朦
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B62K3/00
• 分類號: B62K3/00;B62K11/00;B62J45/40;G05D1/02;G05D1/08
• 代理公司: 33200 杭州求是專利事務所有限公司
• 代理人: 劉靜;邱啟旺

本發明公開了一種基于智能演化的自平衡無人駕駛自行車及其競爭與合作的控制方法，該自平衡無人駕駛自行車包括自行車、傳感器模塊、車把控制模塊、車體中部控制模塊和車體后部控制模塊。該控制方法包括自平衡控制和無人駕駛控制兩部分。自平衡控制在人騎自行車的同時通過實際自行車狀態變化與預期是否相同來進行控制策略的篩選，最終基于競爭與合作的實時學習實現自行車的自平衡。本發明的無人駕駛自行車通過耦合的控制方法可以在多種運動狀態下具有自平衡功能，同時采用的是間接驅動的方法，并不需要對普通自行車進行進一步的改裝，只需要將三個控制器模塊安裝在普通自行車上，就可以實現自行車的自平衡和無人駕駛。

技術領域

本發明涉及交通領域，具體涉及一種基于智能演化的自平衡無人駕駛自行車及其競爭與合作的控制方法。

背景技術

自行車作為一種傳統的交通工具，具有車體窄小、機構簡單、能作小半徑回轉、方便靈活、無污染、無噪聲、無需能源、售價低廉等優勢，在道路擁擠、空氣污染、油價上漲等問題日益嚴重的現代人生活中有著舉足輕重的地位。而無人駕駛自行車不僅能夠針對一些特殊人群如兒童、老人提供駕駛平衡輔助，更是有望在災難救援、森林作業中得到廣泛應用。

隨著人們對智能交通工具和無人駕駛技術的關注度持續提高，無人駕駛自行車或者說自行車機器人在這一智能交通工具概念的基礎上有了初步的發展。目前，無人駕駛自行車的研究大部分研究學者都是圍繞動力學建模和提出新的控制算法這兩方面進行的，對其研究大都停留在理論探討和初步試驗的階段。由于自行車復雜的動力學特征和一定的側向不穩定性，自行車的自平衡仍存在很多棘手問題，如何解決靜止或低速行駛下自行車的自平衡問題是無人駕駛自行車突破當前發展限制的關鍵。

現有的應用于摩托車或電動自行車的平衡系統本質上是獨輪車平衡系統(即倒立擺平衡系統)和兩足平衡系統的疊加。而自行車的前把具有高度的自由度，且兩輪沒有直接驅動力。所以，在摩托車或電動自行車上導致其平衡的驅動力在自行車上是不存在的，其平衡方法在自行車上無效，這為自行車的自平衡和無人駕駛帶來了更多難度。

同時，盡管目前有一些相關的自演化仿真研究，但還沒有基于硬件進行自演化的相關研究，同時也沒有將其應用到自行車的自平衡問題上。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種基于智能演化的自平衡無人駕駛自行車及其競爭與合作的控制方法。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：一種基于智能演化的自平衡無人駕駛自行車的競爭與合作的控制方法，該方法包括平衡控制部分和無人駕駛控制部分；所述車把控制模塊、車體中部控制模塊、車體后部控制模塊根據傳感器模塊提供的信息進行模塊各機構的控制，從而進行自行車平衡和行進的間接控制；所述車把控制模塊、車體中部控制模塊、車體后部控制模塊的各機構控制變量是相互耦合的；

所述平衡控制部分的實現方法包括以下步驟：

1)關鍵變量選取：選取可控可觀的關鍵變量，包括自行車各變量和車把控制模塊、車體中部控制模塊、車體后部控制模塊的控制變量；

2)基于競爭與合作的實時學習及控制器的建立：在用戶進行自行車騎行時，通過控制器給自行車一個隨機的控制，不考慮人對自行車控制來預測控制器變量變化應該帶來的自行車各變量變化方向，若自行車實際控制結果與預測相反，則優化掉該種控制方法，若自行車實際控制結果與預測相同，則保留該種控制方法，建立當前自行車變量(即當前自行車狀態)與控制變量變化的對應關系，在多種自行車狀態下基于競爭與合作的原則進行控制器參數的實時學習；

3)實現自平衡：將實時學習得到的控制器參數分別輸入實際的車把控制模塊、車體中部控制模塊和車體后部控制模塊，并進行微調，建立自行車的三個控制器，從而實現自行車的自平衡；

所述無人駕駛控制部分的實現方法：根據目標運動狀態，選擇期望的自行車變量，實現自行車的無人駕駛控制。