[發明專利]主動搖擺正三輪車及其前饋反饋控制方法

有效

• 申請號: 202111136628.0
• 申請日: 2021-09-27
• 公開（公告）號: CN113697016B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 張立鵬
• 申請（專利權）人: 天津內燃機研究所（天津摩托車技術中心）
• 主分類號: B62K5/027
• 分類號: B62K5/027;B62K5/10;B62J45/415;B62J45/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉同欣

1.一種主動搖擺正三輪車，其特征在于包括正三輪車本體、搖擺機構、正三輪車離心慣性檢測裝置、前叉編碼器(32)和搖擺控制系統；

所述正三輪車本體包括駕駛廂(1009)和貨廂(1008)，所述貨廂(1008)上安裝兩個后輪(1007)，相對地面不能產生搖擺；所述駕駛廂的前端安裝前輪(1006)，所述駕駛廂和貨廂通過旋轉軸(17)連接，所述駕駛廂能夠繞旋轉軸與貨廂產生相對轉動，轉動的角度為±20°；

所述搖擺機構安裝在駕駛廂與貨廂之間，包括電缸推桿(2004)和用于推動所述電缸推桿做直線運動的電機(2041)，所述電機(2041)固設在電缸推桿上；所述電缸推桿(2004)的兩端均為可轉動連接結構，所述電缸推桿(2004)的上端通過鉸鏈與固定在所述駕駛廂上的支架連接，所述電缸推桿的下端通過鉸鏈與固定在貨廂上的基座連接；所述搖擺機構用于根據所述搖擺控制系統的指令伸長、縮短所述電缸推桿從而帶動駕駛廂與貨箱產生相對旋轉，形成搖擺運動；

所述正三輪車離心慣性檢測裝置包括雙金屬板機構、擺動機構和慣性機構編碼器(3004)，安裝在駕駛廂后部，利用慣性機構編碼器檢測擺動機構相對于駕駛廂的擺動角度，從而檢測車輛行駛過程中由于轉彎產生的離心力，為三輪車的主動搖擺控制提供反饋信息；

所述前叉編碼器(32)安裝在三輪車的前輪轉向軸上，用以檢測車輛行駛過程中的前輪的轉動與轉向，為三輪車的主動搖擺控制提供前饋信息；

所述搖擺控制系統包括電機驅動器、信息采集模塊、和微處理器模塊；所述信息采集模塊用于采集前饋信息和反饋信息；

微處理器模塊用于：綜合所述信息采集模塊獲得的前饋和反饋信息，利用前饋PID控制器和反饋PID控制器計算搖擺所需要的電缸推桿伸縮量并輸出給電機驅動器；

所述電機驅動器用于：根據微處理器模塊得出的電缸推桿伸縮量驅動搖擺機構的電機，指示電缸推桿伸出或者縮回，從而對三輪車進行搖擺控制，使駕駛廂朝向車輛轉彎/轉向形成的圓弧的圓心方向側傾；所述電機驅動器與所述電機電連接。

2.根據權利要求1所述的主動搖擺正三輪車，其特征在于所述反饋信息包括車身搖擺的角度信息，所述前饋信息包括前叉轉角信息。

3.根據權利要求2所述的主動搖擺正三輪車，其特征在于所述正三輪車離心慣性檢測裝置包括雙金屬板機構、擺動機構和慣性機構編碼器(3004)，安裝在所述搖擺機構上且所述裝置與地面平行設置，所述雙金屬板機構包括兩個平行設置、導電且不導磁的金屬板(3001)，所述擺動機構具有第二旋轉軸(3003)和擺錘(3022)，所述第二旋轉軸(3003)安裝在所述金屬板(3001)的頂端上的孔中并能夠自由旋轉，所述第二旋轉軸(3003)一端連接有慣性機構編碼器(3004)，所述擺錘(3022)為強力磁鐵且位于兩個金屬板之間，且所述擺錘的擺動面與車輛的前進方向垂直。

4.根據權利要求2所述的主動搖擺正三輪車，其特征在于所述正三輪車上還安裝有電子陀螺儀，所述電子陀螺儀設置在貨廂上用于檢測貨廂的傾角，其通過串口與主動搖擺控制系統連接。

5.一種如權利要求1-4任一項所述的主動搖擺正三輪車的前饋反饋控制方法，包括：

步驟一：當所述正三輪車轉彎/轉向時，車把(1002)帶動前叉(1005)轉動，所述前叉編碼器(32)檢測車輛行駛過程中前輪的前叉轉角獲得前饋信息，所述慣性檢測裝置的擺錘(3022)在離心力的作用下擺動，所述慣性機構編碼器檢測擺錘相對于駕駛廂的擺角獲得反饋信息；所述搖擺控制系統的信息采集模塊采集行駛中的前饋和反饋信息；

步驟二：搖擺控制系統綜合步驟一獲得的前饋和反饋信息，利用前饋PID控制器和反饋PID控制器計算搖擺所需要的電缸推桿伸縮量；

步驟三：將步驟二獲得的電缸推桿伸縮量發送至電機驅動器驅動搖擺機構的電機，指示電缸推桿伸出或者縮回，從而對三輪車的駕駛廂進行搖擺控制，使駕駛廂朝向車輛轉彎/轉向形成的圓弧的圓心方向側傾，產生重心偏移，以彌補由于轉彎/轉向產生的離心力；

步驟四：隨著車輛的側傾，所述慣性機構編碼器獲取擺錘相對于車輛駕駛廂的擺角θ趨于0度，從而停止側傾，當車輛結束轉彎回正時，車輛駕駛廂將跟隨擺錘的擺動，從而使駕駛廂搖擺至豎直位置。