電動自行車調(diào)速系統(tǒng)的工作原理是什么怎么樣用單片機(jī)來控

1、電動自行車調(diào)速系統(tǒng)的工作原理是什么？怎么樣用單片機(jī)來控制?2008-12-30 15:10固2008-12-30 17:03滿意回答電動自行車調(diào)速系統(tǒng)本質(zhì)上說就是典型的電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。現(xiàn)在市面上大多數(shù)電動自行車采用的是直流無刷電機(jī)。這種電機(jī)出廠的時候內(nèi)部自帶有霍爾傳感器可以將電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號反饋出來。直流無刷電機(jī)本質(zhì)上是調(diào)節(jié)直流電壓來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。但是大多數(shù)情況是，出廠的時候廠家一般也會固化這類控制器在電機(jī)上，對外只留有控制端接口?？刂破鏖_發(fā)人員不需要了解其內(nèi)部升降壓的機(jī)制，只需要對電機(jī)控制輸入端輸入控制信號即可輕松實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速。嘲箱閏屬彭瘞睞楊尻賴。IS恁潤屬彩瘞睞楊尻賴這樣一來對它的調(diào)速就非常

2、簡單了。通過單片機(jī)接收霍爾傳感器信號通過計(jì)算轉(zhuǎn)換得到電機(jī)當(dāng)前轉(zhuǎn)速，當(dāng)前轉(zhuǎn)速再同設(shè)定的轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較，通過計(jì)算來得到控制信號的值，從控制端輸出改變電機(jī)轉(zhuǎn)速。這是個負(fù)反饋的過程，控制得當(dāng)最終是可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速恒定。溝熠金富愛稽譴凈。溝熠金富愛建譴凈禍?？刂破髡{(diào)速的原理。在市場上使用的轉(zhuǎn)把大都是霍耳轉(zhuǎn)把它輸出的調(diào)速信號是一種電壓信號霍耳轉(zhuǎn)把輸出電壓的大小，取決于霍耳元件周圍的磁場強(qiáng)度。轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)把，改變了霍耳元件周圍的磁場強(qiáng)度，也就改變了霍耳轉(zhuǎn)把的輸出電壓。然后把這個電壓輸入控制器，控制器再根據(jù)這個信號的大小進(jìn)行PWM脈寬調(diào)制。從而控制功率管的導(dǎo)通關(guān)閉的比例以控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的大小。PWM是Pulse Wid

3、th Modulation縮寫， 中文意思就是脈沖寬度調(diào)制，簡稱脈寬調(diào)制。它是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用于測量，通信，功率控制與變換等許多領(lǐng)域也就是說控制器調(diào)速的原理是控制給電機(jī)的電的通斷時間。比如電機(jī)隔0.5秒通一次電，這樣電機(jī)就轉(zhuǎn)的慢。隔0.2秒通一次電 這樣就快些。所以，調(diào)速根本不是在調(diào)給電機(jī)的電流。電動車控制器原理及可靠性2010-03-16 11:48:56 閱讀 4 評論 0 字號：大中小一、智能型控制器能提供電動車整車的主要功能智能型電動車具有“1:1 助力”、“電動”、“定速”三種騎行模式：A、“1:1 助力”：當(dāng)腳蹬車速大于2Km

4、 h 時，跟隨騎行腳蹬力矩的大小，控制器按1:1 電動力矩提供電機(jī)電流。R “電動”：電動車隨轉(zhuǎn)把轉(zhuǎn)動角度的變化，可在0-20Km7 h范圍內(nèi)無級調(diào)速。C、“定速”：電動車可在0-20KMh范圍內(nèi)鎖定車速，定速行駛。二、智能型電動車的電氣部件故障自檢功能智能型電動車具有整車電氣故障自檢功能，操作如下：先按住模式轉(zhuǎn)換按鈕或捏住電動車剎把，再打開整車電源，此時電動車處于整車電氣部件檢測狀態(tài)，首先各指示燈閃3 次，檢測指示燈是否能正常工作，在此狀態(tài)下，除電源指示燈外，其余各指示燈指示各電氣部件的電路信號情況，具體檢測方法為：A、測指示電機(jī)的三個霍爾元件：緩慢轉(zhuǎn)動電機(jī)，電量指示燈順序指示三個霍爾元件的

5、通電情況與電機(jī)磁鋼的位置關(guān)系。轉(zhuǎn)動電機(jī)時，三個指示燈應(yīng)該是順序變化，如果有的指示燈沒有滅和亮的變化，則證明某霍耳元件損壞或接觸不良。R判斷無刷電機(jī)的相位代數(shù)角：在自檢狀態(tài)下，如果檢測霍耳元 件的指示燈點(diǎn)亮的順序是：100，110，111，011， 001， 000（其中1 代表亮，0 代表滅），則說明無刷電機(jī)的相角是60 度；如果檢測霍耳元件的指示燈點(diǎn)亮的順序是： 100，110，010，011， 001， 101（其中1 代表亮，0 代表滅），則說明該無刷電機(jī)的相角是120度。 也可以這樣理解：如果三個霍耳元件沒有同時全部是高電位和全部是低電位的狀態(tài)，則說明該無刷電機(jī)是120 度電機(jī)，反之是

6、60 度的電機(jī)（智能有刷控制器沒有此項(xiàng)）。G檢測指示：緩慢轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)把，“欠壓”指示燈的閃爍頻率與轉(zhuǎn)把的轉(zhuǎn)動角度呈對應(yīng)關(guān)系。轉(zhuǎn)把在原始位置，指示燈不閃，轉(zhuǎn)動角度越大，指示燈閃的越快，表示轉(zhuǎn)把信號正常，如果沒有此對應(yīng)關(guān)系，可能轉(zhuǎn)把損壞或引線接觸不DX模式轉(zhuǎn)換按鈕檢測指示：按住模式轉(zhuǎn)換按鈕，“助力”指示燈 亮，松開則不亮。E、斷電剎把檢測與指示：分別捏左右剎把，“電動”指示燈亮， 表示斷電剎把有效。F、助力傳感器檢測與指示：緩慢轉(zhuǎn)動腳蹬輪盤一圈，“定速”指示燈閃爍5 次，表示傳感器與感應(yīng)磁鋼工作正常，否則可能有以下幾種可能發(fā)生：傳感器接觸不良、磁鋼丟失、磁鋼極性反向、磁鋼與傳感器距離太遠(yuǎn)。三、智能型電

7、動車整車操作說明A、打開電源開關(guān)，控制器內(nèi)部微電腦芯片進(jìn)行程序自檢，電動車進(jìn)入“電動”騎行模式，此時電動車行駛速度完全受轉(zhuǎn)把控制。B、一下模式轉(zhuǎn)換按鈕，電動車進(jìn)入“ 1:1助力”騎行模式，電動車 行駛速度取決于腳蹬力和電助力，電機(jī)的運(yùn)行速度不受轉(zhuǎn)把的控制，但一旦剎車，控制器立即停止對電機(jī)供電。此騎行模式適合道路情況比較復(fù)雜， 電動車速度較低但又需要頻繁改變速度的環(huán)境下使用，但是電動車騎行特別輕快，比一般自行車騎行還要省力，此時電動車的耗電很少，在“ 1:1 助力”狀態(tài)下行駛，電動車可以騎行 130公里以上。在“1:1助力”騎行模式時，按一下模式轉(zhuǎn)換按鈕，可以切換到“電動”騎行模G當(dāng)電動車在“電

8、動”模式下行駛時，按住模式轉(zhuǎn)換按鈕，不要松開， 1 秒鐘后，進(jìn)入“定速”行駛模式，電動車以剛按下按鈕時的車速鎖定行駛速度，此時可以松開按鈕和轉(zhuǎn)把。當(dāng)需要解除 “定速” 行駛，可以按一下模式轉(zhuǎn)換按鈕，或捏剎把，電動車可回到 “電動” 騎行模式。智能型電動自行車在行駛過程中，隨著續(xù)行里程的增加，電池電壓慢慢下降，控制器設(shè)有兩級電壓保護(hù)。一級電壓保護(hù)時，欠壓燈亮，連續(xù)欠壓 10 秒鐘以上，電動車跳到“1:1 助力”狀態(tài)，用戶只可以“1:1助力”騎行。在“1:1 助力”狀態(tài)長時間騎行到二級電壓保護(hù)時，“欠壓”燈與“助力”燈將同時閃爍，此時控制器將停止對電機(jī)的供電，以免電池深放電，此時“1:1 助力”燈

9、與“欠壓”燈保持閃爍狀態(tài)，以警示欠壓。如果電池電壓回升，控制器也能識別此時的電壓是回升電壓，同樣不能給電機(jī)供電。四、過流減流保護(hù)功能裝有智能型控制器的電動自行車整車在騎行時，控制器能根據(jù)轉(zhuǎn)把轉(zhuǎn)動角度，電機(jī)運(yùn)行速度，電池電壓數(shù)值，電機(jī)運(yùn)行電流等參數(shù)判別電動車是處于何種負(fù)載（正常負(fù)載、輕微過載、嚴(yán)重過載）情況下運(yùn)行，能針對不同的負(fù)載情況，運(yùn)行最優(yōu)化的驅(qū)動程序，可以始終使電機(jī)與電池處于良好的匹配狀態(tài)。在驅(qū)動電機(jī)運(yùn)行的過程中，控制器對電機(jī)進(jìn)行“速度電流” 相關(guān)控制，控制器判斷電機(jī)電流與電動車車速是否在相關(guān)范圍內(nèi)，如果在相關(guān)范圍內(nèi)，控制器以不超過限流設(shè)定值為依據(jù)控制電動車車速；當(dāng)電機(jī)電流與電動車車速嚴(yán)重

10、不相關(guān)時，即使電機(jī)電流沒有達(dá)到限流設(shè)定值，如果電機(jī)電流大于10A,控制器首先減流到10A供電，然后再次判斷車速與電機(jī)電流的相關(guān)性，在相關(guān)范圍內(nèi)，進(jìn)入正常供電模式；如果沒有相關(guān)性，控制器進(jìn)一步減流供電?？刂破髅糠穸ㄒ淮蜗嚓P(guān)判斷，電機(jī)電流減小一半，直到控制器停止對電機(jī)的供電，讓電動車進(jìn)入“助力”騎行模式。如果電機(jī)堵轉(zhuǎn)，控制器也能立即發(fā)現(xiàn)，同時停止對電機(jī)供電。這樣，確保在各種負(fù)載情況下，用戶都可以放心使用智能型電動車。第三節(jié) 控制器可靠性及質(zhì)量判斷1、電動車控制器的實(shí)現(xiàn)方式與組成部分目前電動自行車用有刷無刷控制器普遍采用PW蜩速方式，控制器內(nèi)部必需要PWM：生器電路，另外還有電源電路，功率器件，功率

11、器件 驅(qū)動電路，控制部件 （轉(zhuǎn)把、 剎把、 電機(jī)霍耳等）信號采集與處理電路，過流與欠壓等保護(hù)電路。2、影響控制器可靠性的因素控制器的失效，從表現(xiàn)形式來看，一般有以下幾種，1）功率器件損壞；2）控制器內(nèi)部供電電源損壞；3）控制器工作時斷時續(xù)。4）連接線磨損及接插件接觸不良或脫落引起控制信號丟失。針對以上失效形式的起因分析如下：A、功率器件的損壞，一般有以下幾種可能：電機(jī)損壞引起的，功率器件本身的質(zhì)量差或選用等級不夠引起的，器件安裝或振動松動引起的， 電機(jī)過載引起的，功率器件驅(qū)動電路損壞或參數(shù)設(shè)計(jì)不合理引起的。R控制器內(nèi)部電源損壞，一般有以下幾種可能：控制器內(nèi)部電路 短路，外圍控制部件短路，外部引

12、線短路。G控制器工作起來時斷時續(xù)，一般有以下幾種可能：器件本身在高溫或低溫環(huán)境下參數(shù)漂移，控制器總體設(shè)計(jì)功耗大導(dǎo)致某些器件局部溫度過高而使器件本身進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)，接觸不良。DX連接線磨損及接插件接觸不良或脫落，一般有以下幾種可能：線材選擇不合理，對線材的保護(hù)不完備，接插件的選型不好，線束與接插件的壓接不牢。3、提高控制器可靠性的方案了解電動車控制系統(tǒng)可能發(fā)生故障點(diǎn)以后，有針對性的可靠性設(shè)計(jì)就有了目標(biāo)。A、首先是功率器件的型號，品牌，產(chǎn)地與供應(yīng)商的選擇，然后對功率器件的篩選老化，以上兩點(diǎn)是提高功率器件可靠性前提。在此基礎(chǔ)上，對功率器件安裝工藝的設(shè)計(jì)和對功率器件驅(qū)動電路的設(shè)計(jì)才有意義。對無刷電機(jī)控制

13、器而言，一般上三路功率管的驅(qū)動比較復(fù)雜，目前大多數(shù)廠家采用專用驅(qū)動芯片驅(qū)動。專用驅(qū)動芯片的不足之處是價格較高，內(nèi)部的變頻電路采用了有源電路，轉(zhuǎn)換效率偏低，其主要的應(yīng)用場合是在周圍電路完全沒有交流電存在情況下，利用其內(nèi)部電路完成變頻、升壓與整流。在電動自行車無刷控制器中由于有了 PWM&號，就可以直接從電機(jī)換相的交流信號中取出頻率信號進(jìn)行倍壓整流，用于無刷控制器的上三路功率管的驅(qū)動，這樣從電路原理上分析，有以下幾點(diǎn)好處：1、降低驅(qū)動功率損耗，2、簡化驅(qū)動電路，3、使用無源電路直接有效的提高驅(qū)動電路的可靠性。4、可以根據(jù)用戶需要，很靈活地實(shí)現(xiàn)剎車對電機(jī)的電制動功能。R對于控制器內(nèi)部電源，為

14、了防止控制器內(nèi)部或外部短路對電源的損壞， 同時也是出于對電源自身的保護(hù)，可以把電源設(shè)計(jì)成多路獨(dú)立供電方式，這樣既可以防止局部電路（轉(zhuǎn)把、剎把、電機(jī)傳感器等）發(fā)生短路而燒壞控制器，又可以防止電源電壓異常升高而擊穿外部器件?；谝陨峡紤]，并降低電源自身的功耗，提高電源的轉(zhuǎn)換效率，可以采用DC-DC奠塊（直流變換器）來實(shí)現(xiàn)。由于 DC-DC奠塊的負(fù)載能力強(qiáng)， 自身的功率損耗相當(dāng)?shù)停ú坏?.1W）,這樣在提高控制器的整體效率， 降低控制器的運(yùn)行溫度方面有著線性穩(wěn)壓器無可比擬的優(yōu)點(diǎn)?？傊?， 在有刷或無刷控制器的電路中，由于控制器內(nèi)部電源擔(dān)負(fù)著模塊電路與電動車外圍控制器件的供電，因此控制器內(nèi)部電源的可靠性

15、就相當(dāng)重要了， 這樣不但能提高整個控制系統(tǒng)的可靠性，同時也避免了在整車裝配過程中由于誤操作而損壞控制器。C、 要克服控制器對溫度的敏感，第一是選擇溫度系數(shù)好的元器件，第二是從設(shè)計(jì)上降低各模塊電路的功率消耗，第三是盡量減少無用功消耗， 第四是充分考慮到控制器的散熱。如果采用無功消耗的功率管驅(qū)動方案，加上高效率的DC-DC4源模塊，可以將控制器的工作電流降低到30mAW下。在這里需要解釋一下的是，在電動車控制器里，用于采樣電流信號的小阻值大功率電阻器件屬于控制器的功率器件之一，電流采樣電阻的功率消耗屬于無用功消耗，應(yīng)該算控制器功率損耗的一部分，要減小控制器的功耗，降低控制器的運(yùn)行溫度，可以利用電機(jī)

16、的轉(zhuǎn)速與電機(jī)電流的絕對對應(yīng)關(guān)系，通過檢測電機(jī)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)速來監(jiān)測電機(jī)電流，從而達(dá)到控制電流的目的。其中涉及的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)是，一定要有電機(jī)堵轉(zhuǎn)和換相信號丟失或錯相監(jiān)測，以免控制器功率管擊穿或電機(jī)短路時，電流得不到控制。由于控制器直接讀取轉(zhuǎn)速電流，不但可以對過流保護(hù)或減流保護(hù)控制的非常精確，還可以利用轉(zhuǎn)速信號與轉(zhuǎn)把信號和電池電壓信號的對應(yīng)關(guān)系，判斷出電機(jī)是出于什么樣的負(fù)載情況下運(yùn)行。如果是無刷電機(jī)， 控制器可以針對不同的負(fù)載情況與不同的轉(zhuǎn)速信號，選擇最優(yōu)化的驅(qū)動方案，這在優(yōu)化了無刷控制器與電機(jī)負(fù)載的全功率匹配的同時也提高了無刷控制器的可靠性。DX由于電動車電氣系統(tǒng)信號的傳輸是用連接線束來完成的，出于提高電動車整車的可靠性和提高控制器本身的可靠性出發(fā)，對電動車連接線束與接插件的要求是：連接可靠，防水，防塵，抗震，防氧化，防磨損。基于以上要求，電動車連接線束與接插件要有完備的防護(hù)套，接插件一定要達(dá)到汽車級的接插標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)殡妱榆嚨氖褂铆h(huán)境從某種意義上講，比汽車的使用環(huán)境還要惡劣。4、控制器實(shí)時保護(hù)功能對控制器可靠性的作用對于控制器的欠壓保護(hù)功能，保護(hù)的是電池，過流保護(hù)功能不但保護(hù)了電機(jī)，還保護(hù)了控制器本身，這是控制器最基本的保護(hù)功能。如果控制器只具有欠壓與過流（或限流）保護(hù)功能，實(shí)際上是把對電機(jī)的所有保護(hù)功能全部轉(zhuǎn)化成