一种电动三轮车多模式自动切换控制系统和方法与流程

本发明涉及电动车动力切换领域，尤其涉及一种电动三轮车多模式自动切换控制系统和方法。

背景技术：

1、随着新能源技术的发展，电动三轮车作为新能源交通工具的重要一员，近年来在全球范围内得到了广泛的应用。电动三轮车结构简单，重量较轻，适合城市短途通勤和日常购物等用途。同时在电动三轮车发展过程中，对于电动三轮车的操作和多模式控制提出了新的要求，现有的油车模式控制系统已经无法适用于电动三轮车的特点，为了节省电池能量提高续航能力，同时实现智能化和多功能化，电动三轮车的控制系统需要进行全面升级。现有技术中通常使用mcu芯片作为控制系统的核心，但是三轮车受限于成本问题无法采用高性能的mcu芯片，而普通的muc芯片受限于其羸弱的性能无法适应大规模实时数据的处理，而现阶段电动三轮车为了实现自动控制必然采用大量的传感器收集驾驶信息，同时现有技术中缺少依据行车场景来动态调整传感器数据使用的方法，并且现有技术中也缺少关于通过场景动态来调整fifo缓存，从而检测监测传感器实时数据的流量、变化频率和峰值构建历史数据库，并通过历史数据库中的数据来深度优化数据存储和提高处理效率的。所以市面上急需提供一种经济的电动三轮车的模式切换方法。

技术实现思路

1、本发明目的之一在于提供一种电动三轮车多模式自动切换控制系统，以及解决现有技术中电动三轮车缺少灵活的多模式自动切换控制的问题。

2、本发明通过下述技术方案实现，一种电动三轮车多模式自动切换控制系统，包括，检测模块、数据处理模块以及逻辑控制模块。

3、其中，检测模块由布置在电动三轮车上的传感器组成，用于采集车辆的实时状态数据，并将采集到的数据发送到数据处理模块；数据处理模块与传感器模块相连接，被配置为，根据实时状态数据对当前驾驶模式进行识别，并将处理结果发送给逻辑控制模块；逻辑控制模块与数据处理模块相连接，被配置为，逻辑控制模块接收数据处理模块处理后的数据，对当前驾驶模式进行识别，根据识别结果自动切换三轮车控制逻辑。

4、进一步地，控制系统还可以包括，电机控制模块，电机控制模块与逻辑控制模块相连接，被配置为，根据不同的三轮车控制逻辑，调节轮毂电机的功率输出和速度；当a>athreshold 和 v>vmin时，电机控制模块调控电机为加速模式；当∣a∣≤和 v> vmin时，电机控制模块调控电机为匀速模式；当a<-athreshold 和 v>vmin时，电机控制模块调控电机为减速模式；当v≤vmin时，电机控制模块调控电机为停车模式；其中，a为加速度，athreshold 为加速度阈值，v为速度，vmin为速度的最小值，为一个固定的常数，用于判断加速度是否接近于零。

5、进一步地，数据处理模块还可以包括，数据缓存子模块、数据集合子模块和决策子模块。

6、其中，数据缓存子模块被配置为，接收传感器模块采集到的车辆实时状态数据，并将所述车辆实时状态数据分类后存入fifo缓存区，同时对fifo缓存区中的数据进行归一化处理；数据集合子模块与数据缓存子模块相连接，被配置为将归一化处理后的数据进行集合，转换为归一化数据集，所述归一化数据集为x=[vk,ak,vk,ik]，其中，vk 为经过归一化处理后的速度数据，ak 为经过归一化处理后的加速度数据，vk 为经过归一化处理后的电压数据，ik 为经过归一化处理后的电流数据；决策子模块与数据集合子模块相连接，被配置为，通过目标函数和约束条件对归一化数据集进行处理，其中，目标函数为，，用于将经过归一化处理的数据进行分类；其中， w为超平面的法向量；为权重向量，是 w的二范数（l2 范数）的平方，用于表示权重的大小，防止过拟合； ξ i为松弛变量，表示允许的错误分类；c 为惩罚参数，平衡间隔最大化和错误分类的权重；n为分类后的数据集合；约束条件为，， ξ i≥0，i=1，用于过滤掉异常数据或噪声数据，提高自动切换控制准确性；其中， yi为第 i个样本的标签，通常取值为 +1 或 -1，表示样本的类别；为权重向量 w与样本特征向量 xi 的点积，用于表示样本 xi 在决策边界上的投影； b为偏置项，用于调整决策边界的位置；通过对目标函数和约束条件的求解，得到决策函数f(x)=w·x+b，并通过决策函数计算得到决策结果。

7、进一步地，所述fifo缓存区还包括，通过监测传感器实时数据的流量、变化频率和峰值，识别不同驾驶场景下的数据特点，并将所述数据特点记录为历史数据库；通过所述历史数据库中的数据，确定不同类型传感器数据的优先级；根据获得的优先级动态调整fifo深度优化数据存储和处理的效率。

8、进一步地，通过设置fifo深度上下限来动态调整fifo深度，包括，设置所述fifo的最小深度为100条数据，最大深度为1000条数据；当数据流量持续高于80%占用率时，增加fifo深度；当数据流量持续低于20%占用率时，减少fifo深度，以释放系统资源。

9、进一步地，测模块中的传感器包括，速度传感器、电流传感器、电压传感器以及加速度传感器，传感器和数据处理模块之间采用spi总线连接。

10、进一步地，数据处理模块为fpga芯片，逻辑控制模块为mcu芯片，其中，fpga芯片的型号可以为xc6slx9，mcu芯片的型号可以为stm32f407。

11、需要说明的是，之所以采用spi总线连接传感器、fpga芯片和mcu芯片，是由于spi总线具有成本低廉的优点，同时spi总线能够支持高速数据传输，能够达到几十兆赫兹的速度，这对于如传感器数据采集和处理非常有利，采用spi总线能够在降低成本的同时提高整个系统的处理速度，防止因为总线数据传输导致的逻辑控制反应不及时的情况。

12、本发明另一方面提供了一种电动三轮车多模式自动切换控制方法，包括，s100、传感器采集车辆的实时状态数据，并发送给数据处理模块进行处理；s200、数据处理模块根据实时状态数据对当前驾驶模式进行识别，并将处理结果发送给逻辑控制模块；s300、逻辑控制模块根据数据处理模块处理的结果对当前驾驶模式进行识别，对当前驾驶模式进行识别，根据识别结果自动切换三轮车控制逻辑。

13、进一步地，传感器可以包括速度传感器、电流传感器、电压传感器以及加速度传感器。

14、进一步地，数据处理模块可以采用fpag芯片，所述逻辑控制模块采用mcu芯片，传感器和数据处理模块之间采用spi总线连接。其中，fpga芯片的型号可以为xc6slx9，mcu芯片的型号可以为stm32f407。

15、进一步地，步骤s200还包括以下子步骤：s210、将车辆实时状态数据进行分类后存入fifo缓存区，并对缓存区中的数据进行归一化处理；s220、将归一化处理后的数据进行集合，转换为归一化数据集，所述归一化数据集为x=[vk,ak,vk,ik]，其中，vk 为经过归一化处理后的速度数据，ak 为经过归一化处理后的加速度数据，vk 为经过归一化处理后的电压数据，ik 为经过归一化处理后的电流数据；s230、通过目标函数和约束条件对归一化数据集进行处理，其中，目标函数为，，用于将经过归一化处理的数据进行分类；其中， w为超平面的法向量；为权重向量，是 w的二范数（l2 范数）的平方，用于表示权重的大小，防止过拟合； ξ i为松弛变量，表示允许的错误分类；c 为惩罚参数，平衡间隔最大化和错误分类的权重；n 为分类后的数据集合；约束条件为，， ξ i≥0，i=1，用于过滤掉异常数据或噪声数据，提高自动切换控制准确性；其中， yi为第 i个样本的标签，通常取值为 +1 或 -1，表示样本的类别；为权重向量 w与样本特征向量 xi 的点积，用于表示样本 xi 在决策边界上的投影； b为偏置项，用于调整决策边界的位置；通过对目标函数和约束条件的求解，得到决策函数f(x)=w·x+b，并通过决策函数计算得到决策结果。

16、进一步地，归一化处理可以包括，采用z-score标准化对缓存区中的数据进行标准化处理，z-score标准化处理包括，

17、，

18、，

19、；

20、其中，z为标准化后输出的数据， q为fifo缓存区中的数据，μ为所有fifo缓存区中数据的均值,σ为数据的标准差，m为fifo缓存区中数据集样本总数，qi为fifo缓存区中第i个样本的数据值。

21、进一步地，根据识别结果自动切换三轮车控制逻辑包括，通过不同的三轮车控制逻辑，调节轮毂电机的功率输出和速度；当a>athreshold 和 v>vmin时，电机控制模块调控电机为加速模式；当∣a∣≤ 和 v> vmin时，电机控制模块调控电机为匀速模式；当a<-athreshold 和 v>vmin时，电机控制模块调控电机为减速模式；当v≤vmin时，电机控制模块调控电机为停车模式；其中，a为加速度，athreshold 为加速度阈值，v为速度，vmin为速度的最小值，为一个固定的常数，用于判断加速度是否接近于零。

22、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

23、1、本发明通过采用fpga模块对传感器采集的实时数据进行处理，通过fpga具备高度的并行处理能力，能够同时处理多个数据流，提高传感器的数据处理的速度和效率，提高了电动三轮车自动切换的反应速度。

24、2、本发明通过采用fpga进行数据处理，mcu进行逻辑处理的设计，能够实现充分利用fpga的高性能数据处理能力和mcu的灵活逻辑控制能力，实现高效、灵活且低成本的系统设计，这种组合适应了电动三轮车多模式自动切换控制要求的实时数据处理和复杂逻辑控制需求，在简化了外围电路的同时提高了开发效率节省了生产成本。

25、3、本发明通过对fpga内部的处理流程进行独特的设计，通过对不同传感器的数据进行区分，同时在fpga内部设置fifo缓存区，实时存储传感器采集的数据，并对数据进行归一化处理，降低了数据处理的难度，提高了处理的速度和准确性。