电动助力自行车

电动助力自行车（精选9篇）

电动助力自行车 第1篇

目前, 我国电动助力自行车在助力模式以及相应的控制器设计上还存在诸多问题, 无法达到国外同行的技术标准, 这些问题成为了制约我国电动助力自行车行业国际化发展的瓶颈。在作为发源地的日本, 电动助力自行车目前已有相当高的普及度, 是日本居民日常通勤、购物、接送孩子上下学最常用的交通工具之一。而作为自行车文化中心的欧洲, 近些年来自行车的销量下降, 唯有电动助力自行车的销量逆势增长, 2015年欧洲国家的进口量比2014年增长了46.8%, 并且这个增速还在加快。

电动助力自行车在中国没有普及的原因是缺少核心技术, 因为动力辅助系统 (PAS) 有着很高的技术门槛, 日本一直是以雅马哈、松下为领军企业, 欧洲则是博世、Brose等企业, 而一套动力辅助系统的售价基本在6000元以上。最近两年, 拥有清华大学汽车工程系背景的轻客才自主研发出力矩传感器, 并基于传感器打造了一套拥有自主知识产权的Velo UP威履智慧动力系统。

基于DSP设计新型助力控制系统区别于传统的中轴助力方式, 即在脚踏曲柄上安装经特殊设计的力矩传感系统采集人施力的大小, 并利用TMS320F28027作为信号处理与中心控制单元, 根据脚踏力信号的大小完成对人力脚踩产生力矩的计算, 并根据该力矩的大小控制直流电机驱动电路的输出, 实现真正意义上的1:1助力。此外, 为提高使用性能和安全性能, 该系统还应能实现欠压保护、限流驱动、柔性电磁刹车、堵转保护、故障显示和检测等功能。

2 电动助力车原理及实现

电动助力自行车是指脚踩启动、脚停断电的电助力自行车, 由车体部件、电池、传动部件、控制器和测力测速传感部件 (力矩传感器) 组成。这种电助力自行车不具有任何机动功能, 应100%属于非机动车范围。骑行时与骑自行车习惯一致, 骑行力矩与电机输出扭矩成比例关系, 以达到力矩倍增的目的。比例助力式电助力自行车是目前国内外普遍采用的模式。骑行时, 人的脚踏力由传感部件测量出来, 经过控制器处理, 电机输出相应的功率, 使人的骑行十分省力。人的脚踏力越大, 电机输出的功率即电助力也越大, 相反亦然。比例助力的技术标准规定速度在0~20km/h的助力比例公式为:

式 (1) 中:k为助力比例;w1为人力脚踏功率;w2为驱动轮输出总功率。1:1助力标准示意图如图1所示。由图1可知, 速度大于15km/h时, 速度每增加1km/h, 电助力下降1/10, 速度大于25km/h时, 整车电助动系统关闭, 电机不再提供输出功率。当时, 电机输出功率 (w1-w2) 等于人力脚踏功率w1。

电动助力车助力控制系统由力矩信号采集电路、电流放大电路、电压检测电路、控制信号预处理电路、电机驱动电路、调速信号输入和刹车信号输入单元等构成, 控制系统硬件结构如图2所示。其中TMS320F28027为信号处理及中心控制单元。

3 控制系统关键技术模块硬件设计

3.1 核心控制单元

核心控制单元主要由TMS320F28027及外围电路组成, 其中TMS320F28027为主控芯片。

TMS320F28027是一种高效32位中央处理单元, 具有分析和断点功能, 可以借助硬件进行实时调试。采取哈佛总线架构, 最高支持60M的时钟速度, 3.3V单电源供电, 两个内部零引脚振荡器, 集成型加电和欠压复位, 多达22个复用通用输入输出 (GPIO) 引脚, 三个32位CPU定时器, 片载闪存、SRAM、一次性可编程 (OTP) 内存, 串行端口外设 (SCI/SPI/I2C) , 12位模数转换器 (ADC) , 增强型脉宽调制器 (e PWM) 信号经处理后可作为电机控制信号。这些优异的性能为电动助力车控制系统设计提供了良好的硬件环境和软件基础。核心控制单元如图3所示。

3.2 助力信号采集单元

助力信号采集单元由专门的传感器组成, 负责采集脚踏板受力大小。骑行时, 脚给脚踏板施加力, 使曲柄产生形变, 传感器通过测量形变的大小判断人施力的大小。传感器测得的信号经过调制电路处理后输入单片机。单片机计算得出需要输出的电机功率, 通过改变PWM的脉冲宽度, 控制无刷电机的功率输出。助力信号采集单元硬件电路如图4所示。

3.3 电机驱动电路单元

前端助力信号采集需要经过电压解调电路将信号放大, 然后输入给DSP的IO口。电流信号经采样之后分两路, 一路送至放大器, 一路送至比较器。放大器用来实时放大电流信号, 放大倍数约为6倍, 放大后的信号提供给单片机进行AD采样转换, 转换所得数字用来控制电流不超过我们所允许的值。另一路信号送至比较器, 当电流由于某种原因突然大大超过允许值, 比如一只MOSFET击穿或误导通时, 比较器翻转送出低电平, 触发单片机的INT0外部中断, 使单片机能够快速关断驱动, 从而保护MOSFET, 避免其受到更大伤害。电机驱动硬件电路如图5所示。

4 实验测试

控制系统研制完成之后, 需对其进行严格的性能测试。当人骑行自行车时, 脚对脚踏板施加的力在不同位置时产生的力的大小是不同的。为了测试制造脚踏曲柄材料是否满足需求, 需要进行大量的力矩测试。表1、图6是进行1组单个脚踏板水平前踩力矩测试的实验结果。

通过统计到的数据可以观测到放大器AD输出的线性度非常好, 而且还原状态也非常好。通过计算曲率为0.0826。因此, 脚踏曲柄材料满足我们的需求。为了采集曲柄0到360度各个角度的受力大小, 将放大器所采集到的电压经过串口发送到上位机上, 并绘制其曲线及滤波后的曲线, 如图7所示。由其曲线可知人在骑车时曲柄所受到的力矩随曲柄角度变化呈正弦函数分布。

将前端仪表放大器所采集的电压进行规划再让DSP的IO口输出周期为5ms的PWM波。关键性能测试结果如下。

通过人骑行自行车, 改变曲柄的旋转角度以改变的脚踏力大小, 观察单片机输出PWM占空比值的变化情况。图8为DSP的PWM输出。图9为硬件电路板和车体部分。

5 结语

经过多次骑行实验, 该电动助力自行车助力控制系统实现了电动助力自行车的智能助力骑行, 取得了良好的精确助力控制效果。经过试验测定, 在平面路段及爬坡路段助力行驶时, 骑行平稳流畅, 人机功率分配更合理, 使骑行者更加轻松, 减少了不必要的电量损耗, 提高了电动助力自行车的续行里程。本控制系统硬件结构简单、体积小、通用性高、灵活可靠、骑行舒适, 是一款实用的助力控制系统, 具有广阔的开发空间和实际应用价值。

参考文献

[1]孙岳.无力矩传感器电动助力车系统设计[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学, 2013.

[2]JY Lee, JH Kim, SM Woo, et al.A novel design of active accelerator pedal using linear electromagnetic actuator[J].Journal of Mechanical Science and Technology, 2010, 24 (1) :207-210.

[3]K Hatada, K Hirata.Energy-Efficient Power Assisting Methods for Periodic Motions and its Experimental Verification[C]//IEEE International Conference on Industrial Technology, 2012:858-863.

[4]R Hatano, D Namikawa, R Minagawa, et al.Experimental Verification of Effectiveness on Driving Force Assist Control based on Repetitive Control for Electrically-Assisted Bicycles[C]//IEEE International Workshop on Advanced Motion Control, 2014:237-241.

电动自行车拆装实习 第2篇

电动自行车拆装与维修实验

【实验学时】8H【编 写】王国号【审 核】陈文洪

一、授课对象

本校本科、高职、科技学院学生

二、性质和地位

《电动自行车拆装实习》是一门以实践及动手能力为主的技术基础课程，通过对电动自行车的分析与拆装训练，使学生初步了解电动自行车的工作、原理、结构设计、制造工艺及装配工艺，同时也可有效地使学生将机械制图、公差配合、金属材料、机械设计、装配工艺等所学知识加以综合运用，是建立基本的工程背景知识，拓宽知识面的有效途径。

三、教学目标

1、了解电动自行车的装配、调试全过程。

2、能够运用工具按要求对产品进行正确的装配、分解、调试与故障排除。

四、教学内容

1、认识电动自行车的结构特点和工作原理。

2、掌握工量具的正确选择和使用方法。

3、培养按照装配图纸和技术要求进行产品的分解、装配、调试的基本能力。

重点：1）培养识图的基本能力。

2）认识电动自行车的结构特点和工作原理。

3）正确的掌握先后顺序、合理的装配工艺以及调试方法。

难点：1）熟悉和掌握装配图纸所表达的零件间的相互配合及空间关系。

2）按装配图纸的要求确定各零部件的装配顺序和装配方法。

3）电动自行车各主要部件的工作原理。

4）电动自行车的故障分析与排除。

五、计划与安排

1、电动自行车基本知识、工作原理理论课2学时

2、讲解电动自行车装、拆流程及方法1.5学时

3、学生独立按工艺流程卡装、拆电动自行车 4学时

4、检查、考核学生完成情况0.5学时

六、考核办法

汽车电动助力转向系统 第3篇

摘要：对目前汽车配置的助力转向系统做了简要比较，指出了机械液压和电子液压助力的缺点。介绍了电动助力转向系统的构成、工作原理以及主要设计参数和控制特性。关键词：电动助力转向电子控制单元永磁同步电动机汽车技术1.助力转向系统概述由于助力转向系统具有转向轻便和响应性好等优点。已经在汽车上广泛使用。目前汽车配置的助力转向系统可分为以下3类。1.1 机械式液压助力转向系统机械式液压助力转向系统在汽车上的应用最为广泛，系统的核心部件是机械液压泵，液压泵通过传动皮带由发动机驱动， 属于固定助力效果的助力转向系统，其明显的缺点是：转向系统的助力效果在车速较低时能够起到很好的作用，但是当车速不断升高时，固定的助力效果会使转向盘过于灵敏，不利于驾驶者对方向进行控制。1.2 电子液压助力转向系统电子液压助力转向系统是机械式液压助力的改进，通过电子控制技术在助力转向系统上增加了车速感应式转向功能，以实现车辆低速行驶时助力力矩大和高速行驶时助力力矩小的效果。缺点是结构过于复杂。1.3 电动助力转向系统电动助力转向系统（EPS）是在机械转向系统的基础上，将最新的电力电子技术和高性能的电机控制技术应用于汽车转向系统，根据作用在转向盘上的转矩信号和车速信号，通过电子控制装置使电机产生相应大小和方向的辅助力，协助驾驶员进行转向操作，并获得最佳转向特性的伺服系统。EPS能显著改善汽车动态性能和静态性能，提高行驶中驾驶员的舒适性和安全性，减少环境的污染。因此， 该系统一经提出，就受到许多大汽车公司的重视，并进行开发和研究，未来的转向系统中电动助力转向将成为转向系统主流。2.EPS的组成及工作原理EPS的组成1 降低了燃油消耗在液压动力转向系统中液压泵不停地运转，浪费了部分能量。而EPS仅在需要转向操作时电动机才运转，并且，能量的消耗与转向盘的转向及当前的车速有关，是真正的“按需供能型”（on-demand）系统。装有EPS的车辆和装有液压助力转向系统的车辆对比实验表明， 在不转向情况下， 装有EPS的车辆燃油消耗降低2.5%，在使用转向情况下，燃油消耗降低了5.5% 。3.2 增强了转向跟随性在电动助力转向系统中， 电动机与助力机构直接相连可以使其能量直接用于车轮的转向。该系统利用惯性减振器的作用，使车轮的反转和转向前轮摆振大大减小， 因此转向系统的抗扰动能力大大增强， 和液压助力转向系统相比，旋转力矩产生于电动机，没有液压助力系统的转向迟滞效应， 增强了转向车轮对转向盘的跟随性能。3.3 改善了转向回正特性在EPS控制单元中存储了一簇从最低车速到最高车速的回正特性曲線，使得该系统与车辆动态性能相匹配的转向回正特性得到显著的提高。而在传统的液压控制系统中，要改善这种特性必须改造底盘的机械结构，实现起来有一定困难。3.4 提高了操纵稳定性采用EPS的车辆，给高速行驶（例如100 km/h）的汽车一个过渡的转角迫使它侧倾，在短时间的自回正过程中，由于采用了微机控制，使得汽车具有更高的稳定性， 驾驶员有更舒适的感觉。3.5 提供可变的转向助力电动助力转向系统的转向力来自于电动机，通过软件编程和硬件控制，可得到覆盖整个车速的可变转向力。对于传统的液压系统，可变转向力矩获得非常困难而且费用很高，要想获得可变转向力矩，必须增加额外的控制器和其他硬件。3.6 采用了“绿色能源”适应现代汽车的要求，电动助力转向系统使用“最干净”的电力作为能源，完全取消了液压装置，不存在液压助力转向系统中液态油的泄漏问题，顺应了“绿色化”的时代趋势。4.EPS系统的应用及生产20世纪90年代初期， 日本铃木、三菱、本田、美国TRW （天合）、Delphi Saginaw （萨吉诺）公司和德国ZF公司相继推出各自的电动助力转向系统。虽然有多种产品，但是控制原理是相似的，只是结构上的不同， 主要分为转向柱式、齿轮式、齿条式、循环球式等结构。参考文献：[1]周林福.汽车底盘构造与维修[M].北京：人民交通出版社，2005.[2]常明.汽车底盘构造[M].北京：国防工业出版社，2005.[3]谢刚.汽车电动助力转向系统控制器双机容错研究[J].汽车技术2006，（6）：11-13.

电动助力转向系助力控制方法的研究 第4篇

关键词：电动助力转向系,比例-微分控制,仿真,车速感应型微分系数

0 前 言

电动助力转向系集环保、节能、安全、舒适为一体, 目前正越来越受到人们的关注。其控制方法基本可以分为3类:基于经典控制理论传递函数分析的PID控制法[1,2,3,4,5,6,7]、基于非精确模型分析和设计的H∞鲁棒控制法[8,9,10,11,12]和集成控制法[13,14,15]。

经典PD控制器结构简单、容易实现, 其比例控制环节能有效地解决转向轻便的问题, 微分环节能缓解转向盘摆振现象, 抑制路面高频干扰, 并能使转向更为灵敏。

笔者在EPS转向系简化模型基础之上, 通过分析PD控制参数对于EPS转向系的影响, 提出“车速感应型微分系数”。

1 EPS转向系动力学模型

本研究的EPS控制结构, 如图1所示。助力逻辑中的给定电流Iset采用PD控制, 利用PI控制器控制电机电压U, 并通过电机电流Im的反馈实现电流闭环控制。

将前轮和转向机构向转向轴当量简化, 可得EPS简化模型, 如图2所示。对其进行受力分析, 可得动力学方程为:

$J{}_{{\rm H}W}\stackrel{\cdot \cdot }{{\displaystyle \theta }}{}_{{\rm H}W}+B{}_{{\rm H}W}\dot{\theta }{}_{{\rm H}W}={\rm T}{}_{{\rm H}W}-{\rm T}{}_s(1)$

$J{}_R\stackrel{\cdot \cdot }{{\displaystyle \theta }}{}_R+B{}_R\dot{\theta }{}_R=G{}_1{\rm T}{}_m-{\rm T}{}_R-{\rm T}{}_s(2)$

Ts=KTB (θHW-θR) (3)

式中 JHW方向盘、输入轴部分当量转动惯量;JR前轮及转向机构当量转动惯量;BHW输入轴部分当量阻尼系数;BR前轮及转向机构部分当量阻尼系数;KTB扭矩传感器扭杆角刚度;G1助力蜗轮蜗杆减速比;θHW方向盘转角;θR前轮及转向机构部分当量后转角;THW方向盘输入力矩;Tm电机输出力矩;TR转向阻力矩;Ts扭矩传感器所得扭矩值。

本系统中电机为有刷直流电机, 忽略其电感和电机内摩擦转矩, 则有:

${\rm T}{}_m={\rm K}{}_a{\rm I}{}_m-J{}_m\stackrel{\cdot \cdot }{{\displaystyle \theta }}{}_m-B{}_m\dot{\theta }{}_m(4)$

${\rm I}{}_m=(U-{\rm K}{}_b\dot{\theta }{}_m)/R(5)$

θm=G1θR (6)

式中 U电机电压;Im电机电流;R电机电枢端电阻;Jm电机转动惯量;Bm电机阻尼系数;Ka电磁转矩系数;Kb反电势系数;θm电机转角。

本系统中给定电流通过PI控制器来产生电机电压, 并通过电机电流Im的反馈实现电流闭环控制, 则有:

U=Kp (Iset-Im) +∫KI (Iset-Im) dt (7)

式中 Kp机电流闭环PI控制增益系数;KI电机电流闭环PI控制积分系数。

给定电流与传感器扭矩值之间采用PD控制方式:

${\rm I}{}_{set}={\rm K}{}_{mp}{\rm T}{}_s+{\rm K}{}_{md}\dot{{\rm T}}{}_s(8)$

式中 Kmp助力电流增益系数, 即MAP图中对于某一车速下的斜率;Kmd助力电流微分系数。

为了研究不同控制参数对于EPS转向系的影响, 假设方向盘固定, 建立EPS转向系转向阻力矩到方向盘输入力矩的传递函数。将式 (1) ～式 (8) 进行拉氏变化, 并将θHW=0代入, 可得:

$G{}_{{\rm T}{}_R}^{{\rm T}{}_{{\rm H}W}}(s)=G{}_{{\rm T}{}_R}^{{\rm T}{}_{{\rm H}W}}(0)\frac{1+{\rm T}s}{B{}_{3}s{}^3+B{}_{2}s{}^2+B{}_{1}s+1}(9)$

其中, 助力系数[16]λ=1+G1KaKmp;扭矩微分影响系数α=G1KaKmd;稳态增益系数G${}_{{\rm T}{}_R}^{{\rm T}{}_{{\rm H}W}}$ (0) =1/λ;T= (R+KP) /KI;B3=A3/A0;B2=A2/A0;B1=A1/A0;A3= (JR+JmG${}_1^2$) (R+Kp) ;A2= (JR+JmG${}_1^2$) KI+G${}_1^2$KaKb+ (BR+BmG${}_1^2$) (R+Kp) +αKTBKP;A1= (BR+BmG${}_1^2$) KI+KTB (KPλ+R+αKI) ;A0=KIKTBλ。

式 (9) 表示在驾驶员把持住方向盘时, EPS转向系所受到的路面干扰与手力之间的关系, 即通常所说的“路感”。当转向系受到单位干扰时, 驾驶员所感受到的力矩即为稳态增益1/λ, 其余力矩由助力电机提供。显然助力系数λ表征了电机助力的情况, 其随着Kmp的增加而增加, 与Kmd无关。当不助力时λ=1, 地面干扰完全由驾驶员手力抵消, 这时路感最强。

2 车速感应型微分系数

为了进一步分析EPS转向系的特性, 这里假设电机电流闭环为理想状态, 即忽略电机电流的动态变化过程, 认为其即为给定电流:

Im=Iset (10)

在θHW=0前提下, 联立式 (1) ～式 (6) 及式 (8) 、式 (10) 可得:

$G{}_{{\rm T}{}_R}^{{\rm T}{}_{{\rm H}W}}´(s)=G{}_{{\rm T}{}_R}^{{\rm T}{}_{{\rm H}W}}(0)\cdot \frac{1}{{\rm T}{}_{pd2}s{}^2+{\rm T}{}_{pd1}s+1}(11)$

其中, EPS转向系固有频率$\omega {}_{pd}=\sqrt{\frac{{\rm K}{}_{{\rm T}B}\lambda }{J{}_R+J{}_{m}G{}_1^2}}$;EPS转向系阻尼比$\zeta {}_{pd}=\frac{B{}_R+B{}_{m}G{}_1^2+{\rm K}{}_{{\rm T}B}\alpha }{2\sqrt{\lambda {\rm K}{}_{{\rm T}B}(J{}_R+J{}_{m}G{}_1^2)}}$;${\rm T}{}_{pd1}=\frac{2\zeta {}_{pd}}{\omega {}_{pd}}$;${\rm T}{}_{pd2}=\frac{1}{\omega {}_{pd}^2}$;稳态增益同式 (9) 。

式 (11) 更为清楚地表明了控制参数Kmp、Kmd与EPS转向系固有特性之间的关系。从中可以看到, EPS转向系固有频率和λ相关而和α无关, 即固有频率与Kmp相关而与Kmd无关, 固有频率随着Kmp的增加而变大;而阻尼比和两者均相关, 且两者作用相反。

目前PD助力控制普遍采用速度感应型Kmp来根据车速提供不同大小的助力, 而Kmd通常为一定值。因此, 当要求大助力, 即Kmp增加时, 系统固有频率增加, 而阻尼比却变小了。由控制理论[17]可知, 对一个2阶系统而言, 固有频率和系统的快速性相关, 而阻尼比则影响系统的稳定性。在这种情况下, 系统快速性提高, 但是稳定性却变差了。而当助力减小时, 情况正好相反。

为了使系统在不同助力情况下均有较好的快速性和稳定性, 本研究引入可变微分系数Kmd。由于Kmp与车速是相关的, 因此Kmd也应与车速相关, 这里称之为“车速感应型微分系数”。在低速时助力较大, 为了避免Kmp增加而引起转向系阻尼比的减小, 应适当增加Kmd, 而在高速时情况正好相反。简单的说就是Kmd与Kmp成正比关系, 其比例系数应由实际系统情况来决定。

3 仿真分析

本研究中的仿真计算在Matlab环境下进行, 其中, 转向系总传动比G2=20;扭矩传感器扭杆刚度KTB=100 Nm/rad;前轮向转向轴当量后的转动惯量JR=0.08 kgm2;前轮等效阻尼系数BR=0.3 Nms/rad;方向盘阻尼系数BHW=0.02 Nms/rad;方向盘转动惯量JHW=0.05 kgm2;电动机转动惯量Jm=0.005 kg/m2;电动机阻尼系数Bm=0.01 Nms/rad;电动机转矩系数Ka=0.02 Nm/A;电动机反电动势系数Kb=0.01 Vs/rad;电动机绕组电阻R=0.1Ω。

一般对于2阶系统而言, 阻尼比为0.707时, 超调量和调整时间均较小, 通常称其为最佳阻尼比。因此, 令$\zeta {}_{pd}=\frac{B{}_R+B{}_{m}G{}_1^2+{\rm K}{}_{{\rm T}B}\alpha }{2\sqrt{\lambda {\rm K}{}_{{\rm T}B}(J{}_R+J{}_{m}G{}_1^2)}}=0.707$, 当Kmp∈ (0, 5) 时, Kmd变化, 如图3 (a) 所示。车速与Kmd的关系正好相反, 其示意曲线, 如图3 (b) 所示, 实际系统中Kmd根据车速的不同分为多个助力区间, 车速和Kmd的关系呈台阶状下降。

为了考察引入速度型微分系数的作用, 这里取3个较具代表性的助力点, 即:低速时助力最大Kmp=5;中速时Kmp=2.5;高速时不助力Kmp=0。根据最佳阻尼比计算其微分值, 分别计算方向盘把持力矩在单位转向阻力矩阶跃输入下的响应曲线。其仿真结果, 如图4 (a) 所示。

为了比较车速型微分系数与固定微分系数的差异, 令固定微分系数为Kmp=5时的最佳阻尼比, 即Kmd=0.762。分别计算一组在Kmp=0和5时, 系统在单位阶跃输入下的瞬态响应。同样, 令固定微分系数为Kmp=0时的最佳阻尼比, 即Kmd=0.321, 再计算一组瞬态响应。其仿真结果, 如图4 (b) 所示。

比较图4 (a) 和图4 (b) 可以发现, 由于EPS转向系固有特性和控制参数Kmp和Kmd之间的关系, 固定微分系数很难在各个助力区段上使系统在快速性和稳定性上取得平衡。通过合理调整微分系数能很好解决这个问题, 使系统在各个助力区段上达到这样的平衡。

车速感应型微分系数同样适用于改善汽车的操纵稳定性。参考现有的研究成果, 建立方向盘转角与汽车横摆角速度之间的传递函数, 可以得到横摆角速度在方向盘单位角阶跃输入下的响应曲线, 其仿真结果, 如图5所示。

4 结束语

通过对EPS转向系固有特性的分析, 本研究提出了“车速感应型微分系数”策略。通过仿真分析可以看出, 引入车速感应型微分系数能通过有效调整转向系统阻尼比, 来达到改善由于助力变化而对系统快速性和稳定性的影响, 使系统在各个助力区间都能在快速性和稳定性上取得平衡。

考虑到电机采用给定电流闭环控制和电压控制在系统模型上的相似性, 车速感应型微分系数同样适用于电机采用电压控制的EPS系统。该控制策略通过调整EPS转向系固有特性, 使系统在快速性和稳定性上达到平衡, 并且也有助于改善汽车操纵稳定性。

电动助力转向系统助力电机的匹配 第5篇

电动助力转向系统 (EPS) 具有操纵稳定、节能环保的特点, 是转向系统的发展方向之一。

本文通过对EPS系统助力电机的扭矩、转速匹配, 为EPS的设计提供了理论指导。

2 助力电机的匹配

电动助力转向系统是一种新型的汽车转向系统, 最先应用在日本的微型轿车上[1], 具有以往任何助力转向系统所不具备的助力效果和车速感应能力, 安装电动助力转向系统的汽车提高了汽车的操纵稳定性与轻便性、“路感”、回正性等。

电动助力转向系统要求助力电机的工作电压低, 并且具有足够大的额定功率和额定电流。为了能够提供稳定可靠的助力转矩, EPS系统必须具有扭矩较大、力矩波动、转动惯量较小、易于控制等性能。

2.1 布置形式

EPS系统按照助力电机安装位置可分为转向轴助力式C-EPS、小齿轮助力式P-EPS、齿条助力式R-EPS三种类型[2]。

选择类别时, 汽车电机的性能、前轮垂直负荷、转向器附近空间等因素都要综合考虑。C-EPS和P-EPS适于前轴负荷小于9 千牛, 1.5升以下的中小型车上, R-EPS转向系统适于9 千牛以上, 超过2 升的大型车。

2.2 类型选择

助力电机主要分为永磁有刷直流电机和永磁无刷直流电机。有刷电机由于其机构简单、技术成熟、成本低廉得到广泛应用, 助力电机应用车载12V直流电源[3]。

2.3 转矩匹配

转矩确定依据:汽车处于原地静止转向, 施加于方向盘的最大手部转矩不超5.5~7.5 牛. 米, 电动机最大输出转矩Tmax满足下式:

式中, Tmax为转向盘最大转矩;gp为转向器角传动比;gm为减速机构传动比。Trmax为最大转向阻力矩。

由上式可知:助力电机最大输出转矩与Trmax、Tdmax、gp和gm有关。而Trmax和Tdmax为定值。所以影响电机最大转矩的参数只有gp与gm。

转向器的角传动比gp对汽车的性能有着较为重要的影响。角传动比越大, 转向时的轻便性越好, 但导致灵敏性的下降。应用EPS系统后, 电机将承受转向时的大多数阻力, 此时可以通过调整电机的助力输出来提升转向轻便性。所以, 对于EPS系统中的转向器角传动比可更多的考虑灵敏性的需求, 可取较小的值。

减速比gm对EPS系统以及汽车的整体性能作用影响显著。对于gm的选取要综合考虑电机的性能参数以及系统的各种工况。减速机构传动比gm增大可使Tmax变小, 从而减小电动机的体积, 便于安装, 但较大的减速比将会导致电机的力矩波动、减速机构体积变大, 造成减速机构布置困难, 因此, 电动机尺寸与减速机构尺寸应相互协调。

2.4 转速匹配

为满足在一定转速范围内转向轻便性, 电动机最大转速 ωmax必须满足:

式中, ωdmax为方向盘最大转速。国标规定 ωdmax不小于250o/s。

减速机构的减速比作用为减速增矩, 并且也会加大电机的转动惯量等参数, 从而影响机构的动态指标; 同时对于系统的体积、安装空间和效率等也有一定的影响。

此外, 根据电机的工作原理可知, 电机的电磁转矩Tm为:

式中, Km为电机的电磁转矩系数, I为电枢电流。

当电机的最大输出转矩Tmax以及最大转速 ωmax确定后, 就可以进一步的确定电机的最大工作电流、电磁转矩系数、堵转转矩等参数, 即可完成对电机的电磁设计。

3 结论

在进行助力电机的布置时应充分考虑车辆的前部空间、轴荷以及电机性能等参数, 通常情况下, C-EPS多应用于小排量汽车, R-EPS则多应用于大型车辆齿, 而P-EPS介于二者之间。同时在设计过程中应进行电机最大输出转矩与轴荷、减速机构、以及各动比的匹配, 电机转速也应与方向盘转速相匹配。对于安装空间的要求, 则可通过调整电机长度、直径的比来解决。

本文从理论上提出了EPS系统助力电机扭矩、转速的匹配方法, 为我国EPS系统的发展提供了一定的借鉴。

参考文献

[1]Nakayama T, Suda E.The Present and Future of Electric Power Steering[J].Int.J.of Vehicle Design, 1994, 15 (3, 4, 5) :243-254.

[2]申荣卫.电动客车电动助力转向系统开发与试验技术研究[D].北京:北京理工大学, 2006.

电动助力自行车 第6篇

关键词：纯电动汽车,控制器,电动助力转向系统

一、纯电动汽车EPS系统概述

纯电动汽车的能源使用的是锂电子动力电池组, 其总电压为384v, 能够达到的最大速度为80km/h, 最大行驶距离为160km, 前轴能带动最大6180kg的负载。

纯电动汽车的EPS系统其基本工作原理为:当汽车转向时, 转向盘会发出一定的转矩信号, 然后系统根据这些信号对汽车进行助力控制, 转向盘给出的转矩信号越大, 系统使电机产生的助力就会越大, 反之亦然;汽车行驶的速度反馈使系统产生路感控制, 当车速增加时, 系统会控制电机减小助力, 使汽车路感增强。

二、纯电动汽车EPS控制器整体设计

控制器主要由两个模块构成的:功率驱动模块及逻辑电路模块。能够让系统微处理正常运行所使用最少元件的系统称之为最小系统。EPS能正常工作的最小系统由以下部分组成:电源电路、时钟电路、复位电路、调试电路、电源电路、程序下载接口电路等等。外部信号调理电路是将外部传感器或开关信号进行过滤或者将信号电平转换为系统能够识别的电信号, 然后将此电信号由A/D或I/O采集和处理。驱动信号分配电路将控制电机的信号进行逻辑或者电平的转换, 使得这些信号能够被电路识别而对电机进行控制。

点火开关直接影响着EPS系统工作启动与否, 当有点火开关信号时, 该系统启动, 而当没有此信号时, 系统停止。控制器能够诊断出系统发生了何种故障, 并且在判断后能够时故障指示灯闪烁, 对操作人员做出报警, 以便能够迅速排除故障。

三、微处理器的选择

当前, EPS中通常使用单片机作为系统的微处理器, 因为单片机的数字控制能力较好。然而单片机不适用于高速的信号处理和运算, 所以在选择微处理器时需要考虑到它的运算精度和速度、功率损耗、适用的开发工具以及成本等。可以选择Freescale公司生产DSP56F8346芯片, 它具有消耗功率小、运行速度快, 成本低等多项优点。这种芯片混合了DSP和MCU两种结构模式, 并且拥有它们两者的优点, 运行速度达到60MIPS, 总线频率可以达到60MHz, 而且它具备多重接口资源以及多种模块, 这些功能非常有利于EPS系统的开发研究。

四、电机功率驱动模块的设计

纯电动汽车使用的助力电机工作时可能达到的最大电压约为27V, 最大电流可为67.5A, 选用IXYS厂家生产的FN230N10MOS管给系统搭建H桥电路, 它最大可以承受100V的电压, 当壳体温度达到25度时, 可能的漏极电流约为230A。

为了使电路中电流的波动降低到最小以及减少开关损耗, H桥的受限单级应该在可逆的状态下工作。系统逻辑电路模块中分配电路中产生的HIN、LIN信号, 被输入到系统的驱动芯片中, 如果HIN是低电平, 那么对应桥臂上的高边MOS就会截止, 系统不接通, 反之则接通, LIN的高低电平与HIN的高低电平对MOS的作用机理相同。如果ENB为高电平, 那么整个驱动芯片没有信号输出。所以, 驱动芯片在电源电压太低的情况下会停止工作, 具备自我保护的功能, 同一桥臂的高边和低边同时有电流输入而使系统遭到破坏。

五、驱动信号分配电路设计

该分配电路的主要功能是处理微处理器输出的控制信号, 将其转化为电机驱动芯片能够识别的电信号。它不仅要尽量减少电流波动和开关损耗, 还要在电机反转时使同一桥臂的MOS管截止, 实现对系统搞的保护。驱动信号分配电路能够分配控制电机转向和调制脉宽的信号, 前者主要是调节电机的运转方向, 后者控制信号的占空比, 从而影响电机的转速。

六、结语

纯电动汽车主要使用电力作为动力来完成转向、运行等, 文章根据其基本要求设计了一种基于DSP的系统控制器, 主要由两大模块组成:逻辑电路以及功率驱动。控制开发器的芯片兼有DSP和微处理器两者各自的优点, 具有非常快的运算速度, 这保证了能够实现对系统的实时控制。

纯电动汽车的电动助力转向系统还在不断研发, 相信经过不断的试验研究, 不久的将来, 纯电力汽车会取代燃气、燃油汽车, 实现环保、成本和性能的多项突破。

参考文献

电动助力转向(EPS)技术研究 第7篇

1.1 电动助力转向系统简介

电动助力转向系统(Electric Power Steering,缩写EPS)是一种直接依靠电机提供辅助扭矩的动力转向系统,与传统的液压助力转向系统HPS(Hydraulic Power Steering缩写HPS)相比,EPS系统具有很多优点。电动助力转向系统是于20世纪80年代中期提出来的。该技术发展最快、应用较成熟的当属美国天合(TRW)转向系统和美国萨吉诺转向系统,而萨吉诺转向系统又代表着转向系统发展的前沿。电动助力转向系统(EPS)是未来转向系统的发展方向。该系统由电动助力电机直接提供转向助力,省去了液压动力转向系统所必需的动力转向油泵、软管、液压油、传送带和装于发动机上的皮带轮,既节省能量,又保护了环境。另外,还具有调整简单、装配灵活以及在多种工作状况下都能提供转向助力的特点。正是有了这些优点,电动助力转向系统作为种新的转向技术,已经挑战大家都非常熟知的、已具有50多年历史的液压转向系统。

电动助力转向系统符合现代汽车机电一体化的设计思想,该系统由转向传感装置、车速传感器、助力机械装置、提供转向助力电机及微电脑控制单元组成。该系统工作时,转向传感器检测到转向轴上转动力矩和转向盘位置两个信号,与车速传感器测得的车速信号一起,不断地输入微电脑控制单元,该控制单元通过数据分析以决定转向方向和所需的最佳助力值,然后发出相应的指令给控制器,从而驱动电机,通过助力装置实现汽车的转向。通过精确的控制算法,可任意改变电机的转矩大小,使传动机构获得所需的任意助力值。

1.2 电动助力转向系统的发展概况

EPS在日本最先获得实际应用,1988年日本铃木公司首次开发出一种全新的电子控制式电动助力转向系统,并装在其生产的汽车上。此后,电动助力转向技术得到迅速发展,其应用范围已经从微型轿车向大型轿车和客车方向发展。日本的大发汽车公司、三菱汽车公司、本田汽车公司,美国的通用公司等,都研制出了各自的EPS。EPS的助力形式也从低速范围助力型向全速范围助力型发展,并且其控制形式与功能也进一步加强。日本早期开发的EPS仅低速和停车时提供助力,高速时EPS将停止工作。新一代的EPS则不仅在低速和停车时提供助力,而且还能在高速时提高汽车的操纵稳定性。随着电子技术的发展,EPS技术日趋完善,并且其成本大幅度降低,其应用范围将越来越大。

1.3 电动助力转向的优点

(1) EPS能在各种行驶工况下提供最佳力,减小路面不平度所引起的对转向系的扰动,改善了汽车的转向特性。

(2) EPS只在转向时电动机才提供助力,相比液压动力转向系统可节约燃油3%～5%,因而燃油经济性有了很大的提高。

(3) EPS取消了油泵、皮带、密封件、液压软管、液压油及密封件等,其零件比传统液压动力转向系大大减少,因而质量更轻,结构更紧凑,在安装位置选择方面也更为方便,并且可以降低噪声。

(4)液压助力转向的参数一经确定,转向系统的性能也随之确定,很难改正,而EPS可以通过改变和设置不同的程序,改变转向特性,装配自动化程度更高,能与不同的车型匹配,缩短生产和开发时间,提高了效率。

(5)由于EPS不存在渗漏问题,因而减少了对环境的污染。

(6)液压助力转向在低温下启动发动机之后,由于低温下油的粘度较大,使转向作用力较高,而EPS在低温下不会增加转向作用力和发动机的负荷,因而其低温运行状况好于液压助力转向。

2、电动助力转向系统的类型

根据助力电动机助力位置不同,可分为转向轴式电动助力转向系统,齿轮轴式电动助力转向系统及齿条轴式电动助力转向系统。

2.1 转向轴式电动助力转向系统(C-EPS:Column-EPS)

转向轴助力式EPS的电动机固定在转向轴的一侧,通过减速机构与转向轴相连,直接驱动转向轴助力转向,如图1-1所示。

2.2 齿轮轴式电动助力转向系统(P-EPS:Pinion-EPS)

齿轮助力式EPS的电动机和减速机构与小齿轮相连,直接驱动齿轮助力转向,如图1-2所示。与转向轴助力式相比,可以提供较大的转向力,适用于中型车。其助力控制特性方面增加了难度。

2.3 齿条轴式电动助力转向系统(R-EPS:Rack-EPS)

齿条助力式EPS的电动机和减速机构直接驱动齿条提供助力,如图1-3所示。与转向器小齿轮助力式相比,齿条助力式可以提供更大的转向力,适用于大型车。对原有的转向传动机构有较大的改变。

3、电动式EPS的组成与工作原理

3.1 电动式EPS的组成

电动式EPS通常是在机械式转向系统的基础上加装转向转矩传感器、车速传感器、电子控制单元(ECU)、直流电机等装置构成.其组成如图1-4所示。

电动式EPS以直流电动机作为助力源,电子控制单元根据车速和转向参数控制电动机通电电流强度,调节加力电动机工作力矩,进而控制转向助力强度。

电动式EPS的助力作用受电脑控制,在低速转向时的助力作用最强,随着车速的升高助力作用逐渐减弱;当车速达到42～52KM/H时电脑停止向电动机供电,并使电磁离合器分离,转向变为完由驾驶员人力操纵。

由此看出,电动式EPS在低速转向时,可获得比较轻便的转向特性;而在高速转向时,则可获得完全的转向“路感”,具有优越的控制特性。

3.2 电动式EPS的主要元件布置与作用

(1)转向柱在转向柱上装有1个直流电机和转矩传感器,如图1-5所示。

转矩传感器的作用用于检测扭力杆的扭转,计算出施加于扭力杆上的转矩并转化成电信号,输出到EMPS ECU。由三个检测环,一个扭力杆和检测线圈、修正线圈组成,检测线圈和修正线圈与检测环不接触。当驾驶员向又或向左打方向盘时,转向柱扭力杆上的转矩使两个检测环之间产生相对位移。把转向的信号送给ECU。

(2)电动机其作用是根据EMPS ECU信号产生转向助力,EMPS ECU根据车速信号、发动机转速信号、方向盘扭转信号、温度信号分析判断后,通过控制电路控制电动机来实现转向助力。

(3)电磁离合器电动EPS多采用单片干式电磁离合器,其结构与工作原理与空调电磁离合器相似。当主动轮电磁线圈时,产生电磁力吸动从动轴上的压板压紧在主动轮上,靠摩擦力传递扭矩。电动式EPS电磁离合器线圈的电流和电动机电流同时受电脑控制,当车速达到45KM/H左右时即不需要转向助力。这时,电脑就停止电动机工作,并断幵电磁离合路线圈电流,使离合器处于分离状态,以免电动机较大的转动惯性影响系统工作。另外当系统发生故障致使电动机不能工作时,离合器也将自动分离,以利于进行人力转向。

(4)电子控制单元及其功能根据车速信号和发动机转速信号等不同传感器信号,驱动转向柱上的直流电机,提供转向助力。

3.3 电动动力转向系统控制及原理的分析

3.3.1 电动助力转向系统结构及其工作原理

电动助力式转向系统在不同车上的结构部件尽管不尽一样,但是基本原理是一致的。它一般是由转矩(转向)传感器、电子控制单元ECU,电动机、电磁离合器以及减速机构构成,其机构示意如图1-6所示。

其基本工作原理是:当转向轴转动时,扭矩传感器将检测到的转矩信号转化为电信号送至电子控制单元ECU,ECU再根据扭矩信号、车速信号、轴重信号等进行计算,得出助力电动机的转向和助力电流的大小,完成转向助力控制,EPS系统控制框图如图1-7所示。

它主要由ECPS控制装置(ECU)、直流电动机及离合器、车速传感器、转向转矩传感器和转向机总成等组成。系统工作时,ECU根据车速变化控制电动机的工作电流,使其随车速的升高而减小,从而达到控制助力强度,改善转向“路感”的目的。当车速达到设定车速以上时,系统自动切断转向助力变为常规转向系统;当系统发生故障时,保险功能将自动切断电动机及电磁离合器电流,使系统变为常规转向系统,同时点亮位于速度表内的ECPS警告灯。

3.3.2 EPS的电流控制

EPS的上层控制器用来确定电动机的目标电流。根据EPS的特点,上层控制策略分为助力控制、阻尼控制和回正控制。

EPS的电流控制方式控制过程为:控制器根据转向盘转矩传感器的信号和车速传感器的输出信号,由助力特性确定电动机的目标电流,然后电流控制器控制电动机的电流Im,使电动机输出目标助力矩。因此EPS的控制要解决两个问题:(1)确定助力特性;(2)跟踪该助力特性。整个控制器可分为上、下两层,上层控制器用来根据基本助力特性及其补偿调节,进行电动机目标电流的决策,下层控制器通过控制电动机电枢两端的电压,跟踪目标电流。如图1-8所示:

3.3.3 EPS助力控制

助力控制是在转向过程(转向角增大)中为减轻转向盘的操纵力,通过减速机构把电机转矩作用到机械转向系(转向轴、齿轮、齿条)上的一种基本控制模式。

步骤如下:

(1)输入由车速传感器测得的车速信号;

(2)输人由转向盘转矩传感器测得的转向盘力矩大小和方向;

(3)根据车速和转向盘力矩,由助力特性得到电动机目标电流;

(4)通过电动机电流控制器控制电动机输出力矩。在这一基本控制过程中,助力特性曲线确定系统的控制目标,决定着EPS系统的性能。EPS的助力特性曲线属于车速感应型,在同一转向盘力矩输人下,电动机的目标电流随车速的增加而降低,能较好地兼顾轻便性与路感的要求。

3.3.4 EPS回正控制

当汽车以一定速度行驶时,由于转向轮主销后倾角和主销内倾角的存在,使得转向轮具有自动回正的作用。随着车速的提高,回正转矩增大,而轮胎与地面的侧向附着系数却减小,二者综合作用使得回正性能提高。驾驶员松开转向盘后,随着作用在转向盘上的力的减小,转向盘将在回正力矩的作用下回正。在转向盘回正过程中,有两种情况需要考虑:(1)回正力矩过大,引起转向盘位置超调;(2)回正力矩过小,转向盘不能回到中间位置。对前一种情况,可以利用电动机的阻尼来防止出现超调。后一种情况需要对助力进行补偿,以增加回正能力。

根据转向盘转矩和转动的方向可以判断转向盘是否处于回正状态。回正控制的内容有:低速行驶转向回正过程中,EPS系统H桥实行断路控制,保持机械系统原有的回正特性;高速行驶转向回正时,为防止回正超调,采用阻尼控制。

3.3.5 EPS阻尼控制

阻尼控制是针对汽车高速直线行驶稳定性和快速转向收敛性提出的。汽车高速直线行驶时,如果转向过于灵敏、“轻便”,驾驶员就会有通常说的“飘”的感觉,这给驾驶带来很大的危险。为提高高速行驶时驾驶的稳定性,提出在死区范围内进行阻尼控制,适当加重转向盘的阻力,最终体现在高速行驶时有“路感”。汽车高速行驶时,由于路面偶然因素的干扰引起的侧向加速度较大,传到方向盘的力矩比低速行驶时要大,为了抑制这种横摆振动,必须采用阻尼控制;此外,转向盘转向后回到中间位置时,由于电动机的惯性存在,在不加其他控制情况下,助力系统的惯性比机械式转向系统的惯性大,转向回正时不容易收敛,此时,也需采用阻尼控制。采用阻尼控制时,只需将电动机输出为制动状态,就可使电动机产生阻尼效果。

参考文献

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电动自行车常见故障探析 第8篇

电动自行车是一款绿色的交通工具, 在城市化展的进程中电动自行车满足消费者出行半径增大的需求。经过多年的快速发展, 电动自行车产业进入了成熟期, 产品质量不断提高, 创新技术成果普遍应用。电动自行车成为一个重要的产业, 也是老百姓主要的交通工具。目前平均每四户百姓家中就有一辆电动自行车, 这个比例还在快速增大。电动自行车已经成为人民生活中得一种重要的消费品。据常州市电动车协会谢文伟秘书长说, “城市框架拉大, 上下班时间更长。大概从2003年开始, 电动车迅速取代自行车成为了大众交通工具。”我市现有电动车近70万辆, 年销量近8万辆。不完全统计, 电动车年销量是自行车的10倍。电动车发展如此迅速, 掌握常见故障的判断处理也显得尤为重要。

2 常见故障及解决方法

电动车常见故障不外乎两种, 其一为柔性故障:主要指故障发生没有明显规律可循, 如控制器中焊点的脱焊, 遇到此类故障应该首先分析一下涉及到哪些方面, 如是否是电机运行不正常, 有时焊点接触好, 电机在起动时感觉无力。然后检测有关的参数, 如果一时分不清什么原因, 最简单有效的方法就是更换零部件。比如刹把断电开关损坏, 只要换一个开关就行, 像这种小故障就比较好修理。其二为刚性故障:主要指的是故障发生以后保持不变, 故障面不会出现扩大。比如刹把断电开关损坏, 只要换一个开关就行, 像这种小故障就比较好修理。

常见的电动自行车零部件比较多, 其主要维修方式从本质上说是零件维修与更换两种, 所以本文从关键的零部件阐述经常出现的各类故障。

2.1 控制器故障

电动自行车上的控制器是维修中最重要的的部件之一, 控制器损坏在使用中也是比较常见的。常见控制器引线中包含电源线、电机线, 以及无刷电机控制器。电源线较粗时, 主要是红色线和黑色线, 红色为电源正极直接电源或与开关串联接电源正极, 黑色线接电源负极, 红色与电源正极直接接通的会有弱电开关线, 此线用于提供控制器内部工作电源, 一般与大功率的电阻串连;转把线是三根线, 在接通电源后, 可以对电源黑线 (零线) 测量三根线的电压, 电压最高一根为转把供电正极, 转把的零线与电源零线相连, 那另外一根为信号线。转动转把测量信号线电压是否在0.84.2V (5V供电) 变化, 就可以判断是否正确;刹把开关主要有两种, 一种为两根线, 一种为三根线的 (霍尔开关) 。其中两根线的开关有两种状态即闭合和断开;三根线霍尔刹把与转把一样, 先分出电源线, 再判断信号线, 常见情况刹把有常高、常低两种状态;常高动作时, 信号为零;常低动作时则相反。在检测速度线、刹车灯线、欠压线、助力线时, 应测量对零电压。常见控制器故障后出现电机不转、转动噪音比较大、转速不稳定、正反转不定、控制器温度上升较快、电机启动无力等。对控制器而言, 电机不转可能是刹把断电信号干扰或者单片机复位出现问题, 转动噪声大则可能是CMOS管续流有问题或者相位错了, 转速不稳定可能是控制器供电电源的接触问题, 正反转不定有可能是控制器内控制正反转的引脚虚焊引起接触不好, 控制器温度上升快有可能是控制器本身消耗的电流增加引起的, 或者CMOS管工作有点问题;电机无力有可能是检测过流的康铜丝焊接接触不好引起, 导致无法通过大电流。

2.2 电机

电动自行车的电机高速、低速的主要区别在于是否有齿轮减速, 为了增加电机在低速时的输出扭矩, 我们需要提高电机低速时的运行效率, 因为齿轮减速的最主要目的是为提高电机转速, 在检测维修电机性能时可以参照以下几个指标: (1) 噪音。电机噪音是每个电机都有的, 但不应该出现碰撞声、挤压声、摩擦声等, 可以出现均匀的电磁噪音, 我们可以用空心的金属听棒在电机轴上试听检验。 (2) 负载电流。负载电流主要反映实际运行效率, 当电机效率较低时, 就需要检查线圈内部焊接是否牢固, 以及磁钢磁能积是否不足, 当是无刷电机时, 需要注意霍尔元件型号, 并注意霍尔正反面。修理有刷电机碳刷装进去后需要检查一下碳刷的灵活度。如果是有刷电机, 就需要检验换向器有没有出现短路。负载电流增大, 实际力矩较小, 则说明电机效率较低。 (3) 空载电流。空载电流反映了电机退磁的现象, 如出现电流加大, 机械磨损的损耗等情况, 则说明空载转速提高, 退磁现象明显。

2.3 电池

现在电动自行车中常使用的是铅酸电池, 如在使用过程中检测出没有达到厂家规定容量值, 如果在厂家的三包服务期内可以进行调换。主要检测方法有以下几种:

2.3.1 电池在充电过程中, 出现发热比较严重, 1014Ah电池

充电电流正常是1.61.8A左右, 17Ah20Ah以上的充电电流正常是2.53.0A左右。此时只要打开电池面盖, 给每单格加蒸馏水6mL左右, 加水后, 采用脉冲式充电器长时间充电一次, 以0.5C放电, 然后再循环一次, 应该有比较大的改善。电池由于发热严重而水分散失, 就应该补充水分。

2.3.2 电池在充满电以后应立即测量电池的端电压, 然后放置5

小时以上, 待时间足够以后重新检测, 如果电池自放电现象比较严重, 则这种情况就需更换电池。此时如果电压下降比较明显, 则应考虑是这种情况。

2.3.3 用万用表测量电池端电压, 进行短路实验, 内部极板焊接

断裂情况不大出现, 其主要应注意检查外露端子是否为虚焊以及电池极片是否出现严重的腐蚀情况。如果检测出电池端电压比较高, 则说明电池内可能有短路等情况出现。

2.4 线束

线束的损坏在常见维修中几乎不会出现, 主要根据控制器及显示器的功能去查找有可能发生问题的区域, 再按对应线检查问题线束的连接部位是否正常。

2.5 充电器检测

充电器的检测可以分为以下几个项目:

(1) 充电器输出空载电压值, 通过这个值可以判断开关电源是否能正常工作。

(2) 电动自行车的充电器上的指示灯显示是否正确。常见情况是红色灯亮为充电, 绿色显示灯亮为充电完成, 但是不同充电器会有所不同, 以鸿尔达充电器为例, 正好相反。

(3) 充电电流是否正常。充电电流在此前分析电池中就已经详细说明, 以此前分析为准。

(4) 充电器充电时间在8小时后的充电电流。常见充电器在8小时后将转为浮充, 我们要保证电池电压在不在浮充电压以下。

(5) 假如是脉冲式的充电器, 主要检查串入电池电流表是不是显示为有规律的抖动。

3 总结

维修时要抓住问题的关键, 找到解决问题的突破口。简单化减少电动车的故障率, 除了我们日常使用中注意保养维护, 正确使用外, 提高整车及零部件的质量也是关键问题。

摘要：本文主要通过自己实际修理经验出发。结合相关理论知识, 阐述了电动自行车常见故障相关问题, 从几个主要部件介绍了相关故障检修方法, 供交流参考。

关键词：电动自行车,故障,检修

参考文献

[1]电气控制.房金菁, 阎伟.山东科学技术出版社.2007.

[2]电机与设备电气控制.谢志萍.电子工业出版社.2005.

电动自行车调速系统的研究 第9篇

1 电动自行车调速系统要求和总体规划

1.1 调速系统对电动机的基本要求

电动车所用的电动机应该具有加速性能好、过载能力强、使用寿命长的优点,并且具有较大的调速范围,包括恒转矩区和恒功率区,同时具有最佳利用能量功能。另外还要求电动机的可靠性高,结构简单,可以大批量生产,使用维修便捷等优点。

1.2 采用永磁无刷直流电动机

永磁无刷直流电动机的最大优点是具有直流电动机的外特性而没有刷的机械接触结构。它采用的是永磁体转子,会发热的电枢绕组装在外面的定子上,不会产生无线电干扰,运行也很可靠,使用和维修简单方便。与其它系统相比,永磁无刷直流电动机系统具有更高的效率和能量密度,在电动车中有很好的应用前景。

1.3 调速系统的总体规划

电动自行车的基本原理是:由蓄电池提供电能,电动机驱动自行车。电动自行车控制系统设计主要有以下四个方面:(1) 控制电路的设计;(2) 传感器选择以及安放设计;(3) 显示电路的设计;(4) 程序设计。

2 调速系统电路设计

控制电路主要有电源电路、电机驱动电路、单片机接口电路、显示电路四个部分。传感器的电源直接使用24 V蓄电池,单片机的电源则通过三端稳压器78L05将24 V电源转换到5 V。

2.1 电源电路、显示电路和控制电路

24 V直流电源经三端稳压器74L05输出即为单片机所要求的+5 V电源。显示部分采用单片机串口通讯,单片机通过中断的方式为显示服务。 打开系统电源后由电位器控制电动机转速,IN0-IN6线上那一路模拟电压被转换成数字量由ADDA-ADDC线上的地址决定。

2.2 驱动电路及原理

电动自行车使用24 V直流电机,这种小功率直流电机一般有两种调速方法:一是使用功率三极管作为功率放大器的输出控制直流电机;二是脉宽调制型,它有双向式和单向式两种。

考虑到电动自行车对调速精度和距离控制要求不太高等多方面因素,决定采用单向式开环PWM控制。

3 调速系统主要器件性能及原理

电动车的性能指标一般由驱动性能、驾驶性能、车载能源系统性能这三部分组成。驱动性能取决于电机功率因素,车载能源系统性能取决于电池的容量,驾驶性能指标的优劣取决于控制系统驾驶模式的技术。

3.1 MCS-51单片机内部结构

8051单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等。8051内部结构如图1所示:

3.2 永磁无刷直流电动机的基本工作原理

无刷直流电动机由电动机主体和驱动器组成,电动机的转子上粘有已充磁的永磁体,在电动机内装有位置传感器,定子磁场轴线与转子轴线是垂直的。

由于绕组平均电流和平均电磁转矩成正比:

Tm=KtIav (Nm)。

电动机的角速度和两相绕组反电势的差也成正比:

ELL=Keω(V)。

所以,平均电流Iav=(Vm-ELL)/2Ra (A),Vm=δVDC。

3.3 三端式稳压器78L05的工作原理

三端式稳压器由启动电路、基准电压电路、取样比较放大电路、调整电路和保护电路等部分组成,电路如图2所示。

在集成稳压器中,常常采用许多恒流源,当恒流源难以自行导通时,就用启动电路给恒流源的BJT T4、T5提供基极电流。基准电压电路由T4、DZ2、T3、R1、R3及D1、D2组成。T4～T11组成取样比较放大电路和调整电路;取样电路由R12、R13组成。 减流式保护电路的功耗不能超过额定值PCM。

4 电动自行车的保养

为了延长电动车的寿命,用户在使用时需要注意以下几点:

(1) 注意充电的环境,养成节电好习惯。充电时要保持电池和充电器通风而且能调节温度,使用时在安全的前提下尽量少刹车。

(2) 保护好充电器,不随便更换。尽量让充电器减少振动,通常不要放在车篮和后盖箱。

(3) 要及时充电并定期进行深放电。用完电要及时充满,变灯后继续充一会儿再用。深放电有利于电池容量的提升。

(4) 消费者要利用维修服务对电池进行定期检查,延长电池寿命。

5 结束语

在电动自行车调速系统的研究中,为避免在设计完成后再去进行抗干扰的补救措施,在设计时就应从抑制干扰源,切断干扰传播路径,提高敏感器件的抗干扰性能这三方面采取措施来提高系统性能。在抗干扰设计中,硬件抗干扰是主动措施,而软件抗干扰是被动措施,采用两者相结合的方法,即能保证系统长期稳定可靠地运行。

摘要：主要研究了电动自行车调速系统的实现方法、控制策略和电路原理。控制电路基于控制芯片8051单片机,通过转速传感器测量转速,通过八段数码管动态显示转速,并根据永磁无刷直流电动机的特性实施了脉宽PWM控制,在软硬件的配合下,实现了整个系统的设计要求。

关键词：脉宽调速系统PWM,单片机,永磁无刷直流电动机

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