發布日期：2022-10-07 點擊率：51
我們知道車要走，當然就是兩個輪子轉動實現的。而控制車輪就是一項技術活了。車輪通過兩個電機經由齒輪箱驅動，因此通過控制電機轉速可以實現對車輪的運動控制。電機運動控制是通過控制電機線圈上的電流實現的。控制電機電流，就控制了電機的輸出力矩(力量)。
可是誰在控制電機呢？
簡單來說，當我們手指立著木棍的時候，木棍向前倒，我們就往前跑來抵消木棍倒的趨勢。但又不能跑太快，不然木棍又會往后倒了。這個時候我們是通過眼睛看到木棍倒的角度和速度來控制自己的跑的速度和方向。
平衡車也是要通過“眼睛”看到車上的狀態才行，所以平衡車姿態以及角速度的測量成為控制的關鍵。測量平衡車姿態和角速度可以通過加速度傳感器和陀螺儀實現。它們就是平衡車的“眼睛”。
現在我們來看看這兩個玩意：
(1)加速度傳感器
加速度傳感器可以測量由地球引力作用或者物體運動所產生的加速度。只需要測量其中一個方向上的加速度值，就可以計算出車傾角。比如使用X 軸向上的加速度信號，車直立時，固定加速度器在X軸水平方向，此時輸出信號為零偏電壓信號。當車發生傾斜時，重力加速度g 便會在X 軸方向形成加速度分量，從而引起該軸輸出信號的變化。
但在實際車運行過程中，由于平衡車本身的運動所產生的加速度會產生很大的干擾信號疊加在上述測量信號上，使得輸出信號無法準確反映真正的傾角。因此對于直立控制所需要的姿態信息不能完全由加速度傳感器來獲得。。
(2)角速度傳感器-陀螺儀
陀螺儀可以用來測量物體的旋轉角速度。平衡車上安裝陀螺儀，可以測量車傾斜的角速度，將角速度信號進行積分處理便可以得到車的傾角。但是由于陀螺儀本身具有一定噪聲，如果一直積分的話，就會引起傾角漂移。因此對于直立控制所需要的姿態信息，也不能單獨由陀螺儀來積分獲得。
上面說到的兩個傳感器都單獨獲得動態情況下的準確，穩定的姿態，但是這兩種傳感器具有互補性，即加速度傳感器，在靜態情況下使用效果會好一些，陀螺儀在動態情況下使用，效果會好一些。此時，就需要一種算法，來將這兩種信號進行有效融合，才能獲取準確的姿態信息。
平衡車采用的是自主研發的帶補償的可變模糊卡爾曼濾波算法來實現有效的姿態數據融合，可以得到在高動態情況下的穩定準確的姿態信息。
現在，我們來梳理一下平衡車行駛的整個過程。當我們站立在車上時，人和車保持直立，這個時候，加速度傳感器和陀螺儀主要的工作就是讓車靜止；當人重心向前，車身有一個明顯的向前的傾斜角度，兩個傳感器敏銳的捕捉到這一變化，由電流和速度控制算法來對電機進行控制，電機開始逐步加速旋轉，車輪就向前滾動，這樣就開始加速。減速過程與此類似。
總之，平衡車要安全平穩的行駛，這兩個傳感器就在不停的測量和計算。然后對電機進行驅動，使車輪是向前還是向后。當然，這一切之上，還需要許多的程序和算法來精確控制，才能保證車安全行駛。
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