婴儿推车的助力控制方法以及使用其的婴儿推车

技术领域

本发明涉及一种婴儿推车的助力控制方法以及使用其的婴儿推车。

背景技术

人推行婴儿推车行驶在上下坡或者复杂路面(如松软的土地、草地、不平的路面)时会比较费力，特别是长时间推行时容易产生疲劳。因此希望可以采用助力的方式来减轻负担。

对于助力婴儿车，在没有人推行的时候，希望能够将助力婴儿车制动刹车，提高助力婴儿车的安全性。助力婴儿车的制动刹车也可以利用助力电机本身实现，但是如果推车处于斜坡上，想要一直保持刹车状态需要给助力电机一直提供较大的电流，将很快将电量耗尽而失去刹车功能。

现有的婴儿推车所提供的智能刹车方式例如为，在车轮上设置卡槽，刹车时使用电机或者电磁铁等驱动刹车栓卡进车轮的卡槽中，解刹时将刹车栓退回。这种刹车方式的缺点是，在婴儿车有运动时刹车，会直接将车轮卡住，具有很大的冲击。

另一种现有的方式是使用电机或者电磁铁驱动刹车片，刹车时驱动刹车片将车轮抱闸，解刹时松开刹车片。这种方式通过摩擦的方式来实现制动和刹车，刹车平稳，但是缺点是没有锁紧装置将车轮锁死，随着摩擦片的磨损等，会造成刹车效果不好或者失效，不够安全。而且，采用电磁铁驱动摩擦片的话，想要保持刹车状态，电磁铁必须一直通电，持续耗电，电量耗尽时就没有效果了。

如果想要结合上述两种方式，既能保证刹车平稳，又要能够将车轮锁死，则整个刹车结构就会比较复杂。

由此可见，能否基于现有技术中的不足，提供一种改进的婴儿推车的助力控制方法以及使用其的婴儿推车，保证推行省力、制动刹车平稳、安全，同时结构简单，成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明的一个目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种婴儿推车的助力控制方法。根据本发明所提供的推行省力、刹车平稳、安全，结构简单的助力控制方法，利用助力电机制动结束后再根据婴儿车所处状态来决定是否利用车轮锁紧装置实现车轮锁死，避免不必要的车轮锁死。

为实现上述目的，本发明提出如下技术方案。

一种婴儿推车的助力控制方法，具备以下步骤：

触摸判定步骤，判定把手是否被触摸；

锁紧判定步骤，在触摸判定步骤中判定为把手被触摸的情况下，判定车轮锁紧装置是否处于锁紧状态；

解锁步骤，在锁紧判定步骤中判定为车轮锁紧装置处于锁紧状态的情况下，对车轮锁紧装置进行解锁，在判定为车轮锁紧装置没有处于锁紧状态的情况下，不执行该解锁步骤；

力检测步骤，在车轮锁紧装置没有处于锁紧状态的情况下，检测触摸把手的力的大小，得到检测结果；

助力步骤，在力检测步骤中的检测结果的绝对值大于等于力判定阈值的情况下，助力电机输出与婴儿推车前进方向相同或相反的扭矩和/或速度，根据检测结果所表示的力的方向控制助力电机输出扭矩或速度的方向，并根据检测结果的绝对值的大小控制助力电机输出的扭矩和/或速度的大小，在检测结果的绝对值小于力判定阈值的情况下，关闭助力电机。

为实现上述目的，本发明还提出如下技术方案。

一种婴儿推车，具备：

把手、控制单元、车轮、助力电机、车轮锁紧装置，

控制单元使用上述婴儿推车的助力控制方法对婴儿推车进行助力控制。

根据本发明所提供的婴儿推车的助力控制方法以及使用其的婴儿推车，保证推行省力、制动刹车平稳、安全，同时结构简单，具有相当大的经济效益和安全效益。

附图说明

图1为本发明的第一实施方式的婴儿推车的示意图。

图2为图1中的婴儿推车的拆卸图。

图3为图1中的婴儿推车上的控制单元的结构图。

图4为本发明的第二实施方式的助力控制方法的流程图。

图5为图4中的助力控制方法中的倾角的表示图。

图6为图4中的助力控制方法中的倾角的简化表示图。

图7为本发明的第三实施方式的助力控制方法的流程图。

图8为图7中的助力控制方法中的倾角的表示图。

图9为图4中的助力控制方法中的把手的受力情况的表示图。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。

本发明的第一实施方式是一种婴儿推车。

图1为本发明的第一实施方式的婴儿推车的示意图。图2为图1中的婴儿推车的拆卸图。如图1所示，婴儿推车具备：把手1、触摸传感器11、力传感器12、操作板13、控制单元2、轮毂电机32、车轮31。

尽管在图1中示出了力传感器12，但是并不限于此，也可以设置其他用于感应触摸的装置来代替力传感器12。力传感器12设置于把手1上，用于检测触摸把手1的力的大小。触摸传感器11设置于把手1上，用于判定把手1是否被触摸。尽管在图1中示出了触摸传感器11，但是并不限于此，也可以不设置触摸传感器11，用力传感器12的检测结果来代替触摸传感器11的检测结果，从而简化了结构。此外，触摸传感器11和力传感器12之间还可以相互进行校准，如果触摸传感器11长时间没有检测到触摸值，但是力传感器12有一定的零值偏差，可以对力传感器12进行校准，记录该偏差。如果力传感器12的值长时间在0附近，且其检测值稳定，但是触摸传感器11有一定感应值(稳定并且没有超过感应阈值)，可以对触摸传感器11进行清零或者复位操作，从而校准触摸传感器11。把手1和控制单元2都可以通过电池进行供电。对把手1进行供电的电池可以是干电池、可充电锂电池等，使用可充电锂电池供电时，在把手1上可以设置充电接口，充电接口可以是USB口，使用手机充电器对其进行充电，也可以将电池拆卸下来充电。对控制单元2进行供电的电池可以是可充电锂电池或者蓄电池，可以在控制单元2上设置有充电接口，也可以将电池拆卸下来充电。也可以是把手1和控制单元2使用同一个电源进行供电。

操作板13用于让用户进行操作，例如可以具有助力开关按键和LED显示器，助力开关按键用于开启或者关闭助力，LED显示器用于显示把手1的电池电量和控制单元2的电池电量，系统状态等。操作板13不限于安装在把手1上，也可以安装在控制单元2上等。例如可以在把手1的内部安装控制电路，控制电路采集触摸传感器11和力传感器12的数据，并将采集到的数据发送给控制单元2，控制单元2例如通过无线收发装置接收该数据，无线方式例如可以是蓝牙、BLE、2.4G、sub1G等方式，采用无线通信的方式避免了电线连接，整车安装方便，但是也可以不采用无线通信的方式而是采用其他合适的通信方式。控制电路还会采集助力开关按键的状态，控制LED显示电量和其他状态等。

控制单元2例如可以装有锂电池和控制电路板，控制电路板例如包括主控制器、无线收发装置、电机驱动控制器、倾斜角度传感器。主控制器例如通过无线收发装置接收来自把手1的数据。倾斜角度传感器例如采用六轴传感器，主控制器通过该六轴传感器采集数据。六轴传感器包含3轴加速度传感器和3轴陀螺仪，为了简化设计也可以单独使用加速度计或者陀螺仪。主控制器综合各传感器的检测结果，通过电机驱动控制器来驱动作为助力电机的轮毂电机32，控制轮毂电机32输出的扭矩/速度，同时控制车轮锁紧装置33。控制单元2上也可以具有用户操作界面，包括按键和LED显示器，按键用于作为助力开关，LED显示器用于显示控制单元2的电池电量和状态等。无线收发装置也会将控制单元2的电量和状态等发送给把手1，并在把手1的LED显示器上显示。把手1、控制单元2、轮毂电机32均采用可以快速拆装的方式安装于婴儿推车。将控制单元2从婴儿推车上拆下后的拆卸图见图2。

车轮锁紧装置33由主控制器控制而进行伸缩，既可以由步进电机驱动，也可以使用直流电机驱动。在固定于轮毂电机32上的锁紧盘34上开有孔或者槽，在车轮锁紧装置33伸出时，卡到锁紧盘34上的孔或者槽中，实现车轮的锁紧。按下轮毂电机快拆按键35，就能将轮毂电机32快速拆下。按下控制单元拆卸按键21，就能将控制单元2快速拆下。将控制单元2安装上后，控制单元卡扣22在弹簧作用下将控制单元2卡住，需要拆卸时，拨动控制单元拆卸按键21，控制单元卡扣22就会松开。

图3为图1中的婴儿推车上的控制单元2的结构图。如图3所示，控制单元2包括：控制卡扣23，用于与控制单元卡扣22连接；挂钩24，用于与推车上的卡槽连接；电气接口25，用于与轮毂电机32、车轮锁紧装置33、速度传感器等连接，速度传感器既可以单独设置也可以利用轮毂电机32内部的霍尔传感器来代替；开关26，用于开启或者关闭控制单元2的电源；充电接口27，在其外面设置有硅胶塞，用于防水和防尘。优选但非必须的，当速度传感器检测到婴儿推车的速度到达安全速度阈值时，控制轮毂电机32使婴儿推车的速度不超过安全速度阈值。优选但非必须的，当需要对婴儿进行哄睡时，可以进入哄睡模式，利用助力电机控制婴儿车按照适合让婴儿入睡的方式前后移动。

如上所述，利用第一实施方式的婴儿推车，可以实现平稳、省力的助力效果，并且由于避免了不必要的车轮锁死，保证了制动刹车的平稳、安全，同时结构简单，而且还把力传感器和触摸传感器结合起来，两个传感器可以起到相互校准的作用，提高了系统的稳定性。

本发明的第二实施方式是一种婴儿推车的助力控制方法。图4示出了这种助力控制方法的流程图。

步骤S0为助力控制方法的开始。在步骤S1中，检测把手是否被触摸，例如可以用触摸传感器来执行该步骤。如果在步骤S1中判定为把手被触摸，则前进到步骤S2，判定车轮锁紧装置是否处于锁紧状态。如果在步骤S2中判定为车轮锁紧装置处于锁紧状态，则前进到步骤S3，对车轮锁紧装置进行解锁，如果判定为车轮锁紧装置没有处于锁紧状态，则省略步骤S3，前进到步骤S4，检测触摸把手的力的大小，得到检测结果F，例如可以用力传感器来执行该步骤。然后前进到步骤S5，对F的绝对值与力判定阈值进行比较，根据比较的结果，助力电机输出与婴儿推车前进方向相同或相反的扭矩和/或速度或者关闭助力电机。具体比较方法举例如下：首先判断F的正负，正负号表示力的方向，正表示为推力，负表示为拉力，如果F＞0则表示F为推力，在F的绝对值∣F∣≥力判定阈值F1的情况下，启动助力电机输出与推车前进方向相同的扭矩/速度，并根据推力值的大小控制助力电机输出扭矩/速度的大小，如果∣F∣＜F1则关闭助力电机的输出。另一方面，如果F＜0则表示F为拉力，在F的绝对值∣F∣≥力判定阈值F2的情况下，启动助力电机输出与推车前进方向相反的扭矩/速度，并根据拉力值的大小控制助力电机输出扭矩/速度的大小，如果∣F∣＜F2则关闭助力电机的输出。具体的比较方法并不限于上述图4中的方式，但是都在力检测步骤中的检测结果的绝对值大于等于力判定阈值的情况下，助力电机输出与婴儿推车前进方向相同或相反的扭矩和/或速度，并根据检测结果的绝对值的大小控制助力电机输出的扭矩和/或速度的大小，在检测结果的绝对值小于力判定阈值的情况下，关闭助力电机。通过上述助力控制方法，可以实现稳定、推行省力的助力方案。

参照图9，对步骤S5中的把手的受力情况的判断进行进一步的说明。如图9所示，首先建立坐标系xoy，其中x轴正方向为推车前进方向，y轴正方向为垂直于地面向上的方向。人推推车的力为f，因人的身高、推行习惯等而有差异。

然后建立力传感器坐标系XOY，其中X轴为力传感器检测方向，检测力指向X轴正方向时测量结果为正，否则为负。Y轴为垂直于力传感器检测方向的坐标轴。

当力f沿着x轴的分量fx＞0时，为推力，否则为拉力。

当力f沿着X轴的分量fX＞0时，力传感器测量值为正，否则为负。

可知，当力f落在-yoY区域时，为推力，力传感器检测结果为正，当力f落在-Yoy区域时，为拉力，力传感器检测结果为负，在这两个区域内力传感器检测结果与实际力符号一致，为有效检测区域。其他区域内力传感器检测结果与实际力符号相反，为无效检测区域。

当xoX夹角越小时，无效检测区域越小。当X轴与x轴重合时，没有无效检测区域，此时传感器的检测效果最优。

实际使用中综合考虑结构等因素，往往X轴和x轴不重合。xoX之间的夹角小于60°，传感器的检测效果都可以接受。为了结构设计方便，传感器的布置方向会如图9中所示，即力传感器的X轴沿着推车把手的走向布置。

如果在步骤S1中判定为把手没有被触摸，则不执行步骤S2-S5而是执行步骤S6-S8。在步骤S6中，对助力电机进行制动，可以采用短接制动(将电机的相线短接在一起)、能耗制动(将电机相线通过外部制动电阻连接在一起)、电制动(输出一个反向的扭矩)等多种制动方式。制动时也可以利用助力电机的发电作用对电池进行充电，实现能量的回收。然后，前进到步骤S7，检测婴儿推车与水平面的夹角，例如可以用六轴传感器来执行该步骤。通过六轴传感器检测婴儿推车的倾角，如图5所示，该倾角用与所有车轮相切的面与水平面之间的夹角α表示。然后前进到步骤S8，当α＞角度判定阈值α1时，控制车轮锁紧装置将车轮锁紧。或者在等待一段时间后，以速度传感器等装置持续检测婴儿推车是否由于外力或者惯性产生异常运动，如果有异常运动则控制车轮锁紧装置将车轮锁紧。另外，如图6所示，倾斜角度可以简化为推车前后方向的倾斜角即俯仰角α

为了进一步实现助力转弯控制，可以对于位于两边的左侧把手和右侧把手分别执行上述助力控制方法。此时，各步骤的执行部件都需要分别设置左右两个，例如触摸传感器分为左触摸传感器和右触摸传感器，分别设置在把手的左右两边，力传感器分为左力传感器和右力传感器，分别设置在把手的左右两边，助力电机也分为左助力电机和右助力电机，分别安装在左边车轮和右边车轮，最好是在左后车轮和右后车轮，速度传感器可以分为左速度传感器和右速度传感器，分别用来检测左助力电机和右助力电机的速度。基于此可以实现婴儿车的助力转弯控制。在这种情况下，触摸传感器的检测结果可以分为4种：无触摸、左边触摸、右边触摸、两边触摸。如果为两边触摸，则同时检测左、右力传感器，检测结果分别用F左和F右表示，其绝对值表示力的大小，正负号表示力的方向，正表示为推力、负表示为拉力。如果左、右力传感器的差的绝对值∣ΔF∣＝∣F左-F右∣大于阈值a，则表示想要转弯，转弯时左力传感器的检测结果按照上述助力控制方法控制左助力电机，右力传感器的检测结果按照上述助力控制方法控制右助力电机。如果只有左边触摸或者右边触摸时，则只检测对应的左力传感器或右力传感器，并使用其检测结果按照上述助力控制方法同时控制左助力电机和右助力电机，保持两边电机输出一样。此时，如果左力传感器和右力传感器在结构上不能完全独立，即手推把手的一边时，会同时在另一边的传感器上产生输出，则可以使用两个传感器测量结果相加或者加权平均值按照上述助力控制方法来同时控制左助力电机和右助力电机，保持两边电机输出一样。当需要进行上述直线行驶时，可以利用左右速度传感器实时检测来消除电机和路面等差异造成的影响，避免跑偏。

为了实现单手操作时的转弯控制，可以在左侧把手和右侧把手各设置两个力传感器，当触摸传感器检测到只有单手操作时，利用单侧把手的两个力传感器的差异来控制直行或者转弯。

如上所述，利用第二实施方式的助力控制方法，可以实现平稳、省力的助力效果，并且由于避免了不必要的车轮锁死，保证了制动刹车平稳、安全，同时结构简单。

本发明的第三实施方式也是一种婴儿推车的助力控制方法。图7示出了这种助力控制方法的流程图。

步骤S0为助力控制方法的开始。在步骤S1中，检测把手是否被触摸，例如可以用触摸传感器来执行该步骤。如果在步骤S1中判定为把手被触摸，则前进到步骤S2，判定车轮锁紧装置是否处于锁紧状态。如果在步骤S2中判定为车轮锁紧装置处于锁紧状态，则前进到步骤S3，对车轮锁紧装置进行解锁，如果判定为车轮锁紧装置没有处于锁紧状态，则省略步骤S3，前进到步骤S4’，检测触摸把手的力的大小，得到检测结果F，例如可以用力传感器来执行该步骤，此时力传感器只测量单向力，即与推车前进方向同向的推力。然后前进到步骤S5’，如图8所示，通过检测坡度β，从而检测婴儿推车为上坡、平地、下坡中的哪一种状态，检测状态的方式例如为将坡度β与阈值β1和β2进行比较，当β1≤β≤β2认为是平地，β＞β2认为是上坡，β＜β1认为是下坡，其中β2＞0，β1＜0。对F的绝对值与力判定阈值进行比较，根据比较的结果，助力电机输出与婴儿推车前进方向相同或相反的扭矩和/或速度或者关闭助力电机。具体比较方法举例如下：在婴儿推车为平地或者上坡的状态的情况下，如果F≥力判定阈值F1，启动助力电机，输出与推车前进方向相同的扭矩/速度，并根据推力值的大小控制助力电机输出扭矩/速度的大小，如果F＜F1则关闭助力电机的输出。在婴儿推车为下坡的状态的情况下，启动助力电机输出与推车前进方向相反的扭矩或者保持一定的前进速度，并根据坡度的大小控制助力电机输出扭矩的大小。具体的比较方法并不限于上述图7中的方式，但是都在婴儿推车为平地或者上坡的状态的情况下，在力检测步骤中的检测结果大于等于力判定阈值的情况下，助力电机输出与婴儿推车前进方向相同的扭矩和/或速度，并根据检测结果的大小控制助力电机输出的扭矩和/或速度的大小，在检测结果小于力判定阈值的情况下，关闭助力电机，在婴儿推车为下坡的状态的情况下，助力电机输出与婴儿推车前进方向相反的扭矩或者保持一定的前进速度，并根据检测结果的大小控制助力电机输出的扭矩和/或速度的大小。通过上述助力控制方法，可以实现稳定、推行省力的助力方案。

如果在步骤S1中判定为把手没有被触摸，则不执行步骤S2-S5’而是执行步骤S6-S8。在步骤S6中，对助力电机进行制动，可以采用短接制动(将电机的相线短接在一起)、能耗制动(将电机相线通过外部制动电阻连接在一起)、电制动(输出一个反向的扭矩)等多种制动方式。制动时也可以利用助力电机的发电作用对电池进行充电，实现能量的回收。然后，前进到步骤S7，检测婴儿推车与水平面的夹角，例如可以用六轴传感器来执行该步骤。通过六轴传感器检测婴儿推车的倾角，如图5所示，该倾角用与所有车轮相切的面与水平面之间的夹角α表示。然后前进到步骤S8，当α＞角度判定阈值α1时，控制车轮锁紧装置将车轮锁紧。或者在等待一段时间后，以速度传感器等装置持续检测婴儿推车是否由于外力或者惯性产生异常运动，如果有异常运动则控制车轮锁紧装置将车轮锁紧。另外，如图6所示，倾斜角度可以简化为推车前后方向的倾斜角即俯仰角α

为了进一步实现助力转弯控制，可以对于位于两边的左侧把手和右侧把手分别执行上述助力控制方法。此时，各步骤的执行部件都需要分别设置左右两个，例如触摸传感器分为左触摸传感器和右触摸传感器，分别设置在把手的左右两边，力传感器分为左力传感器和右力传感器，分别设置在把手的左右两边，助力电机也分为左助力电机和右助力电机，分别安装在左边车轮和右边车轮，最好是在左后车轮和右后车轮，速度传感器可以分为左速度传感器和右速度传感器，分别用来检测左助力电机和右助力电机的速度。基于此可以实现婴儿车的助力转弯控制。在这种情况下，触摸传感器的检测结果可以分为4种：无触摸、左边触摸、右边触摸、两边触摸。如果为两边触摸，则同时检测左、右力传感器，检测结果分别用F左和F右表示，其绝对值表示力的大小，正负号表示力的方向，正表示为推力、负表示为拉力。如果左、右力传感器的差的绝对值∣ΔF∣＝∣F左-F右∣大于阈值a，则表示想要转弯，转弯时左力传感器的检测结果按照上述助力控制方法控制左助力电机，右力传感器的检测结果按照上述助力控制方法控制右助力电机。如果只有左边触摸或者右边触摸时，则只检测对应的左力传感器或右力传感器，并使用其检测结果按照上述助力控制方法同时控制左助力电机和右助力电机，保持两边电机输出一样。此时，如果左力传感器和右力传感器在结构上不能完全独立，即手推把手的一边时，会同时在另一边的传感器上产生输出，则可以使用两个传感器测量结果相加或者加权平均值按照上述助力控制方法来同时控制左助力电机和右助力电机，保持两边电机输出一样。当需要进行上述直线行驶时，可以利用左右速度传感器实时检测来消除电机和路面等差异造成的影响，避免跑偏。

为了实现单手操作时的转弯控制，可以在左侧把手和右侧把手各设置两个力传感器，当触摸传感器检测到只有单手操作时，利用单侧把手的两个力传感器的差异来控制直行或者转弯。

如上所述，利用第三实施方式的助力控制方法，可以实现平稳、省力的助力效果，并且由于避免了不必要的车轮锁死，保证了制动刹车平稳、安全，同时结构简单。

需要说明的是，本发明各设备实施方式中提到的各单元都是逻辑单元，在物理上，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现，这些逻辑单元本身的物理实现方式并不是最重要的，这些逻辑单元所实现的功能的组合才是解决本发明所提出的技术问题的关键。此外，为了突出本发明的创新部分，本发明上述各设备实施方式并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，这并不表明上述设备实施方式并不存在其它的单元。

需要说明的是，在本专利的权利要求和说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

虽然通过参照本发明的某些优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。