電動自行車工作原理與圖解

1、E-bike 電動自行車工作原理電動自行車是具有電力驅(qū)動、腳踏驅(qū)動、電力和腳踏并用等功效的綠色環(huán)保交通工具。電動自行車的原理和結(jié)構(gòu)都不復(fù)雜，可以認(rèn)為是在自行車的基礎(chǔ)上加一套電機(jī)驅(qū)動機(jī)構(gòu)組成(見圖 1-1)。蓄電池經(jīng)過一個(gè)控制器給一個(gè)電機(jī)送電，電機(jī)放在后車輪中，電機(jī)的旋轉(zhuǎn)帶動自行車的行進(jìn)。電動自行車的控制器連接一個(gè)調(diào)速手柄，在腳踏中軸上裝有助力傳感器，轉(zhuǎn)動調(diào)速手柄可以讓控制器檢測到不同的電壓值，控制器根據(jù)電壓值大小，模擬調(diào)節(jié)輸送給電機(jī)電壓的高低，從而控制了電機(jī)的轉(zhuǎn)速。圖 11電動自行車控制方框圖控制器無刷電機(jī)控制的方法是根據(jù)電機(jī)的位置反饋信號，控制電機(jī)三相驅(qū)動上下臂MOS管的導(dǎo)通和截止，從而實(shí)現(xiàn)

2、電子換向。如下圖所示，電機(jī)為三角形連接，三相驅(qū)動上下臂各MOS管導(dǎo)通順序組合為:V1-V2，V2-V3, V3-V4，V5-V4，V5-V6，V1-V6。圖 1-2驅(qū)動電路2 系統(tǒng)方框圖電動自行車采用SPMC65P2404A作為主控MCU。MCU主要任務(wù)是進(jìn)行調(diào)速電壓檢測，電池電壓檢測，電流檢測，過流中斷檢測，3路霍爾位置信號檢測，1路霍爾位置信號中斷檢測，剎車信號檢測，1：1助力檢測，溫度檢測，故障顯示輸出，PWM控制電機(jī)轉(zhuǎn)速輸出，6路電機(jī)驅(qū)動輸出，系統(tǒng)方框 圖如下： 圖 2-1系統(tǒng)方框圖3 控制器電氣規(guī)格型式    ：直流無刷 &

3、#160; 額定功率：240W 額定電壓：36V        額定轉(zhuǎn)速：210R/MIN 額定扭矩：8.5N.M     欠壓保護(hù)：31.5 ± 0.5V 過流保護(hù)：15 ± 1A4 控制器功能介紹1：1助力；            剎車斷電，剎車燈供電；    自動巡航；     &#

4、160;          欠壓保護(hù)（ 31.5V ± 0.5 ）；     電子剎車；                休眠省電功能。    過流保護(hù)（限流為 15A ± 1 ）；堵轉(zhuǎn)斷流（倒轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)把復(fù)位，重電源，自動復(fù)位）；4.1 1：1助力1:1助力，是指在沒有旋轉(zhuǎn)調(diào)速車把，

5、電動車電池打開時(shí)，電動車會根據(jù)騎行者的騎行速度提供1:1助力。4.2 電子剎車電子剎車，就是指在剎車時(shí)能做到讓電機(jī)的驅(qū)動MOS管上臂（或者下臂）全部導(dǎo)通而下臂（或者上臂）截止，電機(jī)三相接線全部短接，能使電機(jī)產(chǎn)生阻力，達(dá)到剎車的效果。4.3 自動巡航自動巡航，是指把調(diào)速車把轉(zhuǎn)到所需的角度，電動自行車達(dá)到相應(yīng)車速后，在5S(時(shí)間可變)內(nèi)調(diào)速車把不轉(zhuǎn)動，則電動自行車就保持在這個(gè)速度行駛，這時(shí)騎行者可以松開調(diào)速車把，免去手一直擰著調(diào)速車把之累。自動巡航后只有松開調(diào)速車把，并重新旋轉(zhuǎn)調(diào)速車把，才可以再次調(diào)節(jié)電動自行車的行駛速度。4.4 堵轉(zhuǎn)斷流堵轉(zhuǎn)斷流，是指電動自行車超載時(shí)，或是在爬坡時(shí)電流過大或者是阻

6、力過大時(shí),導(dǎo)致電機(jī)停止轉(zhuǎn)動，系統(tǒng)能檢測到這種現(xiàn)象，停止對電機(jī)的輸出，起到保護(hù)作用。發(fā)生堵轉(zhuǎn)斷流后，只要滿足倒轉(zhuǎn)，復(fù)位調(diào)速車把或電源關(guān)閉后再重新打開，三個(gè)條件中的一個(gè)，系統(tǒng)會重新檢測是否有堵轉(zhuǎn)，如果恢復(fù)正常，系統(tǒng)會重新正 常工作。4.5 智能過流保護(hù)智能過流保護(hù)，一是指在高速時(shí)(平坦的道路上)，最大電流不可以超過15A；二是速度很低時(shí)，尤其是在爬坡時(shí)電流不可以超過23A，過流保護(hù)的參考極限電流跟當(dāng)前車速有關(guān)。4.6 智能欠壓保護(hù)智能欠壓保護(hù)，當(dāng)蓄電池電壓降至額定值的90%，36V電池降為31.5V時(shí)，電池自動停止供電，從而防止蓄電池放電過深，受到損害。系統(tǒng)會自動檢測電池是否欠壓，欠壓會停止繼續(xù)工

7、作。在電池欠壓停止工作時(shí)，會出現(xiàn)電池電壓短時(shí)間回升，雖然超過欠壓的電壓值，但系統(tǒng)應(yīng)不工作，只有當(dāng)電池電壓穩(wěn)定 到額定電壓以上，電動自行車才開始正常工作。4.7 休眠省電當(dāng)系統(tǒng)在通電狀態(tài)下，無任何操作，5分鐘后會進(jìn)入到休眠模式，人為轉(zhuǎn)動車輪便可以喚醒系統(tǒng)，繼續(xù)正常工作。5 控制板界面 圖 5-1系統(tǒng)硬件6 芯片特性簡介SPMC65P2404A是由凌陽公司設(shè)計(jì)開發(fā)的8位工業(yè)級單片機(jī)，采用凌陽SPMC65內(nèi)核，支持位操作指令。具有強(qiáng)大的定時(shí)/計(jì)數(shù)器、豐富的外部中斷源以及ADC、PWM、標(biāo)準(zhǔn)通訊接口SPI等多種功能。適用于通用工控場合、計(jì)算機(jī)外圍控制和家電等。SPMC65

8、P2404A有20管腳和 28管腳兩種封裝。本設(shè)計(jì)選用28管腳封裝，如圖 6?1所示。28管腳封裝芯片的具體特性如下： 工作電壓：3.0V5.5V 工作速度：8MHz 工作溫度：-4085 超強(qiáng)抗干擾、抗靜電ESD保護(hù)能力 4K byte ROM，192 byte RAM 23個(gè)通用輸入輸出口 強(qiáng)大的定時(shí)計(jì)數(shù)器：2個(gè)8位、2個(gè)16位具有CaptureComparePWM功能 1個(gè)1KHz62.5KHz的時(shí)基 8通道10位精度的ADC(帶外部參考電壓) 4個(gè)外部中斷，12個(gè)內(nèi)部中斷 SPI串行通訊接口 2種省電模式：Halt、Stop 蜂鳴器輸出功能 4.0V/2.5V可選低電壓復(fù)位功能 可編程看門狗功能圖 6-1 SPMC65P2404A*28P封裝7 系統(tǒng)主流程設(shè)計(jì)主程序主要采用時(shí)間槽輪循方式，每1MS走一個(gè)分支，共分四個(gè)分支，便于程序控制和功能增加。圖 71主流程圖8 結(jié)語SPMC65系列芯片以優(yōu)異的性能和豐富的資