新型電動自行車的設(shè)計

本科畢業(yè)設(shè)計（論文）通過答辯摘要20世紀汽車產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展，資源無節(jié)制消耗，污染物的過量排放，還有受油價上漲和環(huán)保意識等因素的影響，電動自行車已成為大部分人的選擇。但是，電動自行車的動力性能由驅(qū)動系統(tǒng)決定且續(xù)駛里程（即能量供給）受限于蓄電池的存儲電量，為提高動力性能和續(xù)航里程，須對電動自行車驅(qū)動電機的特性及能量回收控制策略進行分析研究。本文研究了電動自行車在制動過程中的能量回饋，設(shè)計了永磁無刷直流電動機在電動自行車制動過程中的能量再生反饋控制系統(tǒng)。從理論上分析了永磁無刷直流電動機利用位置傳感器檢測轉(zhuǎn)子位置的方法,并對換相過程做較詳細的介紹。本文首先系統(tǒng)的對電動自行車的運行狀態(tài)進行了分析，分別對電動自行車的運行阻力、慣性力、再生制動力以及所需要的牽引力進行了計算。根據(jù)所需要的牽引力，在本設(shè)計中也對無刷直流電動機和電池進行了選型計算。再其次，本文對電動自行車的能量反饋控制方案進行了研究，內(nèi)容包括輪轂電機的調(diào)速、電動車再生制動的控制。本文著重研究并設(shè)計了永磁無刷直流輪轂電機的能量的回收。關(guān)鍵詞：電動自行車；動力性能；再生制動；電機控制；永磁無刷直流輪轂電機I

本科畢業(yè)設(shè)計（論文）通過答辯AbstractAutomobileindustrieshaveofhighspeedinDynamicalofelectricarebydriveofsupply)restrictsprevalencelimittoelectricitycapacityofInimproveextensionofdrivingrange,weofcontrolofenergyrecycleinelectricvehicle.Inthispaper,theelectricinbrakingintheprocessoffeedback,theofthepermanentinrenewableintheprocessofIntheoryanalysisoftheuseofpermanentmotorpositionpositionsensorfortheprocessdoingabriefing.papertheofin-wheelinItsofcarriedanalysistomovementappearanceofthedynamoelectrictheresistance,dint,brakingforceneedofleddintonAccordingtoneedofdint,alsotodoontochooseThirdly,theresearchworkEBfeedbackinvolvesin-wheelmotorPWMmodulation,Thebrakingofclose-loopcontrol.Thedualdrivingmethodforpermanentbrushlessin-wheelDCMotor(PMBLDCM)EnergyfeedbackMotorcontrolregenerativebrakingpermanentmagnetII

本科畢業(yè)設(shè)計（論文）通過答辯目

錄摘ABSTRACT..................................................................................................................................II1

緒1.1課題來源，目的，意義與該課題的市場前景1.2有關(guān)電動自行車的概念1.2.1什么是電動自行1.2.2電動自行車的種1.2.3電1.2.4電1.2.5控制.1.3電動自行車整車參數(shù)的設(shè)計1.4設(shè)計任務(wù)1.5研究意義2電動自行車動力性能分2.1電動車運行方程2.2電動自行車的行駛力學2.2.1車輛模2.2.2電動車阻力計2.2.3空氣阻2.2.4電動車慣性力的計2.2.5電動車的牽引力計2.3電動自行車的動力性能2.3.1自行車基本參數(shù)介................................................................................................112.4制動系統(tǒng)............................................................................................................................112.4.1電動自行車剎車分................................................................................................112.4.2制動力的分析與求................................................................................................112.4.3手動制動器的設(shè)2.5蓄電池的種類和結(jié)構(gòu)2.6動力傳動系統(tǒng)設(shè)計2.6.1驅(qū)動方式對兩輪電動車性能的影.2.6.2電動自行車驅(qū)動系統(tǒng)的構(gòu).2.6.3無刷直流電動機驅(qū)動系3電動自行車的運行控I

本科畢業(yè)設(shè)計（論文）通過答辯3.1電動機的選擇3.1.1直流電動機的特3.1.2電動機容量選擇的原3.1.3電動機的發(fā)熱與冷3.1.4選擇步驟3.1.5無刷直流電動輪轂的選型計.3.1.6電動自行車的續(xù)行距3.2無刷電動機的調(diào)速控制系統(tǒng)3.2.1直流電動機的機械特3.2.2脈寬調(diào)制（PWM）3.2.3傳感.3.3電動車控制系統(tǒng)設(shè)計3.3.1控制系統(tǒng)的組3.3.2控制系統(tǒng)設(shè)計方4電動自行車的能量回4.1制動模式與能量的分析4.2能量回饋的控制策略4.3電動自行車能量的消耗評價方法4.3.1能量流分配關(guān)系及能量測.4.3.2能耗影響因素分4.4制動效能及制動能量回收的約束條件4.4.1自行車的制動效4.5制動能量回收控制算法4.5.1制動能量回收的約束條4.6永磁無刷直流電機相關(guān)性能及其能量回饋制動原理4.6.1永磁無刷直流電機及其基本工作原.4.6.2直流電動機的制動方4.6.3永磁無刷直流電機能量回饋制動原.結(jié)致參考文II

本科畢業(yè)設(shè)計（論文）通過答辯1

緒論1.1課題來源，目的，意義與該課題的市場前景當今時代，電動自行車已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ畈豢扇鄙俚拇焦ぞ撸淖兞巳藗兊纳罘绞教岣吡巳藗兊纳钯|(zhì)量。自上世紀以來，汽車工業(yè)的發(fā)展就開始面臨兩大難以回避的挑戰(zhàn)：能源短缺與環(huán)境保護。根據(jù)目前世界石油總儲量和年產(chǎn)量計算，石油資源最多再能支持三四十年的工業(yè)消費，再加上政治、局部戰(zhàn)爭等不穩(wěn)定因素對能源安全的影響，汽車的燃料供應(yīng)存在著潛在的隱患此外汽車廢氣造成的大氣污染日益嚴重對上述問題，現(xiàn)在電動汽車、電動自行車已經(jīng)進入中國市場。該課題的目的是通過對電動自行車制動能量的回收過程進行分析和研究，為提高制動能量回收能力提出解決方案。該課題的意義：首先本設(shè)計的課題使我們對電動自行車有了進一步的了解，對制動能量再生有了新的認識，所謂制動能量再生，是指電動自行車減速制動時將其中一部分機械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量這里是電能，并且將其充進電池。制動能量再生方法原理是先將電動自行車制動或減速時的一部分機械能轉(zhuǎn)化為電能存儲在電池中，同時產(chǎn)生一定的負荷阻力使電動自行車速度降低；當電動車再次起動或加速時再生系統(tǒng)又將存儲的能量再次轉(zhuǎn)化為電動自行車行駛時所需要的動能。這樣就可以提高一次充電的續(xù)行距離，避免了不必要的能量損失。1.2有關(guān)電動自行車的概念電動自行車是以電池作為輔助能源，具有兩個車輪，能實現(xiàn)人力騎行、電動或電助動功能的特種自行車。它雖然具有普通自行車的外表特征，但更主要的是，它是在普通自行車的基礎(chǔ)上，安裝電動機、控制器、電池、轉(zhuǎn)把、閘把等操縱部件和顯示儀表系統(tǒng)的、機電一體化的個人交通工具。電動自行車以其驅(qū)動力性質(zhì)、整車結(jié)構(gòu)及電動機驅(qū)動方式的不同，可以分成以下三種類型：按驅(qū)動力性質(zhì)分：有電動型和助力型兩種。按整車結(jié)構(gòu)分：有兩輪、三輪、電動輪椅三種。按電動機形式及驅(qū)動方式分：有直驅(qū)車輪的輪轂式直流電動機、中軸鏈式驅(qū)動的柱式直流電動機、電動箱式驅(qū)動的柱式和盤式直流電動機。1

本科畢業(yè)設(shè)計（論文）通過答辯由于電動自行車要求的功率較小，所帶有的能源有限，故希望電機的驅(qū)動系統(tǒng)的體積小、功率高，而其中以直流電機最為合適。目前，電動自行車所使用的電機大多數(shù)為有刷直流電動機，但是隨著技術(shù)的進步與電子元件成本的不斷下降，無刷直流電機將成為今后電動自行車的發(fā)展主流。1、有刷直流電機電動自行車上使用的有刷直流電機主要有兩種：一是印制繞組電機，二是繞線盤式電機。前者的應(yīng)用較后者多一點。有刷直流電機的優(yōu)點是控制系統(tǒng)簡單，成本較低，過載能力強，但需要換向器（整流子響電機的效率。有刷直流電機又可以分為有齒和無齒兩種。有刷有齒電機是一種高速電機，所謂“有齒”就是通過齒輪減速機構(gòu)，將電機轉(zhuǎn)速降低（國家標準規(guī)定電動自行車的轉(zhuǎn)速不超過20/于高速電機通過齒輪減速，其特點是騎車者的感覺動力較強，而且爬坡的能力較強。但是電動輪轂是封閉的，只是在出廠前加注了潤滑脂，用戶很難進行日常保養(yǎng)。而且齒輪本身就有機械磨損，一年左右因為潤滑不足導致齒輪磨損加劇，噪音增大，影響電機和電池的壽命。另一種是有刷無齒電機，這是一種外轉(zhuǎn)子式電動機，沒有齒輪減速機構(gòu)，直接采用低速輸出，消除了齒輪噪音，其電機輸出轉(zhuǎn)矩較有刷有齒電機要小，故動力性能和爬坡性能相對要弱一些。但運行安全，電刷磨損小、噪音小這是他的優(yōu)點。2、無刷直流電機無刷直流電機由于沒有電刷不需要齒輪減速根本上消除了電刷磨損和齒輪磨損，不存在定期更換電刷，而且噪音很小。因此，他無干擾、壽命長、效率高、運行可靠、維護簡單，且轉(zhuǎn)速由于不受機械換向的限制，可在寬廣的范圍內(nèi)平滑調(diào)速，與有刷直流電機相比成本低，但是控制系統(tǒng)復雜成本高。無刷直流電機就起結(jié)構(gòu)而言，是由電動機本體轉(zhuǎn)子位置傳感器以及電子電路換向組成。電動自行車上采用的是無刷電動輪轂電動機一般制成多相，如采用三相，它的電樞放在定子上，永磁磁極位于轉(zhuǎn)子上。反映電動機定轉(zhuǎn)子位置傳感器輸出信號，通過定子換向電路去驅(qū)動與電樞繞組聯(lián)接的相應(yīng)的功率器件，使電樞繞組依次饋電，從而在定子上產(chǎn)生一個跳躍式旋轉(zhuǎn)磁場，拖動永磁轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。隨著轉(zhuǎn)子位置的旋轉(zhuǎn)，位置傳感器通過電子換向線路不斷的送出信號，以改變電樞繞組的通電狀態(tài)，保證在一定的范圍內(nèi)定子磁場與轉(zhuǎn)子磁場成正交關(guān)系，保持轉(zhuǎn)矩連續(xù)不斷的產(chǎn)生，輸出機械功率，從而實現(xiàn)了無接觸式電磁換向。我國電動自行車用無刷直流電機的研制和生產(chǎn)廠家有上海微電機研究所、浙江臥龍集團等。今后二合一輪轂式無刷直流電機和無位置傳感器無刷直流電機是電動自行車車用電機的發(fā)展方向。2

本科畢業(yè)設(shè)計（論文）通過答辯電池是電動車的動力源，電池質(zhì)量直接影響電動自行車的行駛里程和壽命。目前電池選用的是鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池等。鎳鎘電池屬堿性電池，我國產(chǎn)量較大，主要生產(chǎn)廠家有深圳比迪亞有限公司和上海電池廠等。鎳鎘電池可以快速充電，其過充、過放電性能均好，循環(huán)壽命較長，達2000次。但它的價格是鉛酸電池的4.5倍，而且舊電池得不到很好的回收，會因重金屬鎘造成嚴重的污染。常用的是24V5Ah，重3.2，一次充電續(xù)行里程16，按標準的放電，壽命約500?？刂破魇请妱幼孕熊嚨尿?qū)動系統(tǒng)，它是電動自行車的大腦。其主要的作用是提高電機和蓄電池的效率、節(jié)省能源、保護電機及蓄電池以及降低電動自行車在受到破壞時的損傷程度。電動自行車常用的無刷直流電機的控制器的目的是有兩種類型：一是采用專用集成電路制作的控制器；另一種是采用單片機為控制器件的控制器。前者針對無刷電機的控制要求，將控制邏輯集成在芯片內(nèi)，一般該類控制器稱為模擬控制器；后者采用單片機，用編程的方法來模擬無刷電機的控制邏輯，其特點是使用靈活，通過修改程序可以適應(yīng)不同規(guī)格的無刷電動機，增加功能方便，如果電機缺相保護，堵轉(zhuǎn)保護，添加力矩傳感器，可以根據(jù)不同的電機進行結(jié)構(gòu)的優(yōu)化以達到良好的匹配等，通常將此類控制器稱為數(shù)字式控制器。但無論是數(shù)字式還是模擬式控制器，其工作原理大致相同；用電子控制代替電刷控制線圈電流換向，根據(jù)電機內(nèi)的位置傳感器信號，決定換向的順序和時間，從而決定電機的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。1.3電動自行車整車參數(shù)的設(shè)計在設(shè)計前先將文章中計算需要的數(shù)據(jù)假定如下：整車質(zhì)量m）2重力加速度（g）

50kg10/

滾動阻力系數(shù)u）0.02人重）1車輪直徑（）后軸轉(zhuǎn)子直徑）1.4設(shè)計任務(wù)

70kg40010mm對電動自行車的運行狀態(tài)進行了分析，分別對電動自行車的運行阻力、慣性力、再生制動力以及所需要的牽引力進行計算。利用現(xiàn)代電子技術(shù)及電動機發(fā)電反饋制動理論，設(shè)計一套能夠在電氣制動的同時，發(fā)3

本科畢業(yè)設(shè)計（論文）通過答辯電給電瓶充電的發(fā)電反饋制動系統(tǒng)。利用該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)將自行車及人體的動能通過電動機的發(fā)電運行狀態(tài)轉(zhuǎn)化為電能，并經(jīng)過相應(yīng)的處理和控制電路，達到給電瓶充電和自行車減速的雙重目的。完成發(fā)電反饋制動系統(tǒng)機械連動機構(gòu)發(fā)電反饋制動電控系統(tǒng)電反饋回路的設(shè)計、電動機選型。1.5研究意義首先本設(shè)計的課題使我們對電動自行車有了進一步的了解，對制動能量再生有了新的認識，所謂制動能量再生，是指電動自行車減速制動時將其中一部分機械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量這里是電能，并且將其充進電池。制動能量再生方法原理是先將電動自行車制動或減速時的一部分機械能轉(zhuǎn)化為電能存儲在電池中，同時產(chǎn)生一定的負荷阻力使電動自行車速度降低；當電動車再次起動或加速時再生系統(tǒng)又將存儲的能量再次轉(zhuǎn)化為電動自行車行駛時所需要的動能。這樣就可以提高一次充電的續(xù)行距離，避免了不必要的能量損失。4

本科畢業(yè)設(shè)計（論文）通過答辯2電動自行車動力性能分析動力傳動系統(tǒng)由蓄電池、控制器、電動機、驅(qū)動輪等組成。電動自行車的動力性評價指標有最高車速、加速時間和最大爬坡度。然而，電動機的最大功率與額定功率下觀察甚多，而最大功率工況不能長時間運行，因此必須用電動機的額定工況計算電動自行車的最大爬坡度和最高車速。電動自行車的加速過程和起步時間較短，理論上可以用電動機的外特性進行設(shè)計計算。下面從自行車直線行駛動理學模型來進行分析。2.1電動車運行方程電動自行車在路面上運行，有各種不同方向和不同大小的作用力作用在電動自行車上，電動自行車牽引學主要研究對自行車運行有直接影響的力，也就是與電動自行車方向相平行的外力及外力的分力，這些力可以分為三種：電動自行車的牽引力F它是由電力機車的牽引電動機所產(chǎn)生的，并通過動輪與路面的相互作用力而引起的外力。它與電動自行車的運動方向相同，其大小由開車的人決定。電動自行車運行阻力它是由電動自行車運行時由多種原因引起的阻止電動車運行的外力，其大小是不可以控制的。電動自行車的制動力B它是由機車和車輛上的制動裝置所產(chǎn)生的，并通過輪與鋼軌的相互作用而引起的外力用來使電動自行車減速或停車它與電動自行車的運行方向反。這三種力以不同的方式形成作用于電動自行車上形成的合C：牽引運行時：合C；慣性運行時：合C；制動時：合C)。電動車運行方程是把電動車當作一個平移的鋼體，表示電動車在不同運行狀態(tài)時，作用在電動車上諸力的關(guān)系式。在工程上用它計算電動車運行時所需要的制動力、慣性力。電動車在運行時狀態(tài)有三種：牽引狀態(tài)，電動車在電動機的牽引力作用下，起動，加速或等速運行；慣性運行，電動車在運行中牽引電動機斷電后靠慣性運行；制動運行，電動車在運行中切斷牽引電動機的電源，并且施加機械或電氣的制動力，減速運行。電動車在牽引等速狀態(tài)下沿運行方向作用在電動車上的力有牽引力F靜阻力和0慣性。根據(jù)靜法原理，可列出如下方程a0a這就是牽引等速運行狀態(tài)下的基本方程。

式(2.1)5

本科畢業(yè)設(shè)計（論文）通過答辯2.2電動自行車的行駛力學驅(qū)動系統(tǒng)的動力輸出特性與車子的動力性能直接相關(guān)。驅(qū)動系統(tǒng)的動力輸出更該滿足車子的動力性能要求。在設(shè)計電動自行車驅(qū)動系統(tǒng)時，為了使電動自行車達到要求的動力性能指標，首先必須建立電動自行車的力學模型，對電動自行車行駛過程中力與功率的平衡進行分析，以得到電動自行車的需求特性。電動自行車的動力傳動系統(tǒng)主要是由能量存儲系統(tǒng)和動力驅(qū)動系統(tǒng)組成。能量存儲系統(tǒng)包括蓄電池和能量管理系統(tǒng)，動力驅(qū)動系統(tǒng)包括驅(qū)動電動機和驅(qū)動控制系統(tǒng)。電動自行車在行駛過程中，由動力蓄電池輸出電能給電動機，電動機輸出功率，用于克服電動自行車本身機械裝置中的內(nèi)部阻力以及行駛條件決定的外部阻力消耗的功率，外部阻力即電動自行車的行駛阻力。從分析電動汽車行駛時的受力狀況出發(fā)，建立直線行駛方程式，是分析電動自行車直線行駛性能的基礎(chǔ)。圖2-1電動自行車運行時的阻力系為式中：

車輪行駛時的受力分析dKfD

式(2.2)K——車輪與地面之間的滾動摩擦系數(shù)K??；ffD

——車輪直徑;——軸承的直徑；——軸承的摩擦系數(shù)，取0.002所以阻力系數(shù)：6

本科畢業(yè)設(shè)計（論文）通過答辯0.002

10400

0.0205需要說明的是車輪與地面之間的滾動摩擦系數(shù)K是隨著路面狀況的不同，其數(shù)值也f在不斷改變。參考文獻[出正常行駛的不同路段的滾動摩擦系數(shù)表。表2-1不路面的滾動摩擦系數(shù)路面特征

f全新堅硬的柏油、混泥土、小方石塊路面經(jīng)壓軋的坑洼波動的碎石路，混泥土路面壓壞的柏油路面良好路面一般的土路松沙路面

0.01-0.020.02-0.030.03-0.040.0450.05-0.150.15-0.3電動自行車的靜阻力主要是基本阻力和坡道阻力，空氣阻力因車速不高，計算時可以不予考慮?；咀枇κ请妱榆嚱?jīng)常受的阻力。基本阻力用阻力系數(shù)求得，電動車的基本阻力用下式計算：FMgm)g2式中——人的質(zhì)量m=70kg；1m——電動自行車空載時的質(zhì)量m=kg22所以基本阻力為：F24.06

式（2.3）坡道阻力是電動自行車載坡道上運行時，電動車的重力沿坡道傾斜方向的分力。為坡道的傾斜角，這時坡道的阻力F為：2F)gsin2

式（2.4）式中的符號表示：上坡運行時取“下坡運行時取“”所以電動自行車的靜阻力為：)gsin02

式（2.5若電動自行車在水平地面上行駛時電動車的靜阻力為：(500)24.06N7

本科畢業(yè)設(shè)計（論文）通過答辯車子向前進，必須借助一定的力量。騎車人每踏蹬的力量叫前進力，也叫向前推力。前進力與用力傳動比曲柄(即中軸到腳蹬的連桿長以Y代表前進力Q代表踏蹬力量，I代表曲柄長度，D表傳動比，它們之間的關(guān)系用公式表示則為：/D

式（2.6前進力與踏蹬力量，曲柄長度成正比，與傳動系數(shù)則成反比。人們騎著自行車前進時，即使在無風天也會感到有風從耳邊飛過，速度越快人感覺到的風力越大，阻礙前進的效果越明顯。因為人們不是在真空中騎車，而是四周始終被空氣包圍著。從物理學觀點來講：人騎車行進時，人和車給前方空氣以擠壓力，而空氣給人和車以反作用力，即空氣阻力。經(jīng)過測量，風速在40公里每小時的情況下，垂直于風向每平方米面積受到的壓力為公斤風速公里每小時或是每小時40里的速度騎行時，它們垂直于風向的每平方米面積上所受到的空氣壓力都是公斤。人們騎車前進時，必須突破空氣阻力，這就需要力量。不同風級所產(chǎn)生的風速和垂直風向每平方米所受到的壓力均不相同，只有克服這些因素，車子才能向前行駛。電動車的慣性力除了平移之外，還有車輪、電機轉(zhuǎn)子等螺旋部件的旋轉(zhuǎn)部件的旋轉(zhuǎn)慣性矩。為了簡化計算，將這些旋轉(zhuǎn)慣性矩折算成平移移動的慣性力。這樣電動自行車慣性力即為：m)aa1

())1

（2.7

a

——電動自行車的慣性力，N；—旋轉(zhuǎn)慣性系數(shù)，參照礦用機車的數(shù)據(jù)，電動自行車取0.075；——電動自行車的加速度，啟動時的加速度取ms將值代入式（）得：m)a1

。

式）將式(2.5)、式(2.7入式（）整理后得到電動自行車牽引運行時需要機車給出的牽引力為：)g1

)

（）將數(shù)據(jù)帶入得：F(50(0.02050.05)N電動車在慣性運行的狀態(tài)下牽引電動機斷電，牽引力消失。電動自行車依靠已具有的8

FFW本科畢業(yè)設(shè)計（論文）通過答辯FFW能量克服阻力繼續(xù)運行，如果軌道坡度不大，電動自行車是減速運行的，在這種情況下，沿運行方向作用在電動自行車的力只有靜阻力和慣性力a。令式(2.1)中的等于零，可得到慣性運行狀態(tài)下的基本方程為：a

2.10）將式（（）帶入式（以得到慣性運行時列車的加速度的表達式：a

1

g(sin

)

2.11）由上式可以看出，電動自行車上坡或沿水平運行時，及下坡in

a，電動自行車減速運行；只有在下坡運sin

電動自行車是加速運行的。現(xiàn)在分析牽引電動機給出的轉(zhuǎn)矩怎樣轉(zhuǎn)化成自行車的牽引力，牽引力與哪些因素有關(guān)。電動自行車的后輪是牽引電動機的主動輪設(shè)電動自行車的質(zhì)量m作用在該輪對上的力見圖2-2。M為牽引電動機傳遞到該輪上的轉(zhuǎn)矩；F為運行阻力，為地面的支持力。將轉(zhuǎn)用一個作用在輪軌接觸點和輪心的等效力偶代替，則力偶的大小11：F

2MD

）當輪胎接觸點處的FF

fmax

時，摩擦F與力偶力F總是大小相等方向相反，車輪在f11C點處無滑移，在輪心處F的作用下，車輪以C點為瞬心，向前滾動前進。輪心力，11即為一個輪上的牽引力，F(xiàn)與阻力F平衡。11若FF

fmax

圖2-2電自行車牽引力分析時，車輪在C點受力不平衡，車輪將克服路面的摩擦阻力空轉(zhuǎn)而不前進。實際上，由于車輪的圓度誤差不均與磨損以及軌面狀況等因素的影響，車輪C點處不可能保持理想的無滑動滾動、免不了有滑移。為考慮這一因素影響，將摩擦系數(shù)值取低9

本科畢業(yè)設(shè)計（論文）通過答辯一點。理論上把這個系數(shù)稱為粘著系數(shù)；車輪與路面之間的摩擦力相應(yīng)得稱為粘著力；這種牽引方式稱為粘著牽引。表2-2不路面狀況的粘著系數(shù)

路面特征全新堅硬的柏油、混泥土（干）柏油路面（濕）混泥土路面（濕）泥土路面（干）泥土路面（濕）松沙路面冰面

粘著系數(shù)0.0150.010.0090.0401

影響粘著系數(shù)的因素很多，其中主要有：1、車輪與路面的狀態(tài)帶有花紋的輪面或干燥的路面，粘著系數(shù)較大，路面潮濕，有冰、血、霜或油垢的路面粘著系數(shù)較小。2運行速度的高低隨著運行速度增,加劇了車輪與路面的縱向和橫向的滑動及機車振動，粘著系數(shù)減小。3電動自行車特性的差異，車輪直徑的大小不同，各車輪間的負載分布不均、電動機的分布等都對粘著系數(shù)有影響。參考文獻27]

得到表2-2。2.3電動自行車的動力性能電動自行車因為以蓄電池存儲的電能為能量來源，所以衡量電動自行車性能的一項重要指標是最大續(xù)駛里程，而且，電動自行車采用的是電機驅(qū)動系統(tǒng)，其輸出特性和一般自行車也不相同。電動自行車的電機驅(qū)動系統(tǒng)將蓄電池輸出的電能轉(zhuǎn)化為車輪的旋轉(zhuǎn)動能，從而驅(qū)動電動自行車運行。它決定了電動自行車的動力性能，它的能量轉(zhuǎn)化效率也直接影響到電動自行車的最大行駛里程。由此可見，研究電動自行車驅(qū)動系統(tǒng)對提高電動自行車性能具有重要意義。另外，電動自行車因為采用電機驅(qū)動系統(tǒng)，可以利用電動機的逆向工作性能，制動時的能量進行回饋，增強其制動性能。電動自行車的動力性能值是自行車在良好路面上直線行駛時由自行車受到的縱向外力決定的所能達到的平均行駛速度[29]下面介紹自行車的主要動力性能指標最高車速、加速時間、最大爬坡度。10

本科畢業(yè)設(shè)計（論文）通過答辯自行車的最高車速：在水平良好的路面上，自行車所能達到的最高行駛車速。自行車的加速時間：常用原地起步加速時間與超車加速時間來表明自行車的加速能力。原地起步加速時間是指汽車由低檔起步，并以最大的加速度逐步換至最高檔后到預定的距離或預定速度所需的時間。超車加速時間，是指用最高檔由較低車速全力加速到高速所需的時間。自行車能爬上的最大的坡度是指用滿載時自行車在良好路面上的最大爬坡度表示的。a.整車整備質(zhì)量包括動力蓄電池不包括乘員或裝載質(zhì)量隨車工具車載充電器。b.功率：指物體在單位時間內(nèi)所做的功。功率越大轉(zhuǎn)速越高，自行車的最高速度也越高，常用最大功率來描述自行車的動力性能。最大功率一般用馬力或千瓦來表示，1馬力等于千瓦。c.扭矩：扭矩是使物體發(fā)生轉(zhuǎn)動的力。發(fā)動機的扭矩就是指從曲軸端輸出的力矩。在功率固定的條件下它與發(fā)電機轉(zhuǎn)速成反比關(guān)系，轉(zhuǎn)速越快扭矩越小，反之越大，它反映了自行車在一定范圍內(nèi)的負載能力。d.最大總質(zhì)量（kg行車滿載時的總質(zhì)量。最大裝載質(zhì)量（kg自行車在道路上行駛時的最大裝載質(zhì)量。e.軸距（過車輛兩車輪的中心，并垂直于車輛縱向?qū)ΨQ平面的二垂線之間的距離。簡單的說，就是自行車前軸到后軸的距離。輪距（mm的左右輪胎面中心線間的距離。2.4制動系統(tǒng)傳統(tǒng)的電動自行車只是機械式剎車,使多的能量在不知不覺中浪費,而現(xiàn)在我們做的電動自行車帶有了能量反饋節(jié)約了能量。帶有制動能量再生系統(tǒng)電動自行車的制動過程與傳統(tǒng)的電動自行車的制動有著不同之處。再生制動力是利用在電磁場中旋轉(zhuǎn)的磁極將會產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩，電磁轉(zhuǎn)矩的旋轉(zhuǎn)方向與車輪行駛的方向相反，從而產(chǎn)生對電動自行車的制動。但是這種制動方式在遇到緊急情況時將不能應(yīng)付，因為他不能在短時間內(nèi)使自行車停下來。因此在做電動自行車制動時，既用了再生制動也使用了傳統(tǒng)的帶式制動器，使電動車的剎車更有效，也能盡量減少不必要的損耗，電池一次充電行駛的路程最長。因此在求制動力時，我們分緊急情況與正常情況。緊急情況指的是在同一時間內(nèi)既有手制動也有再生制動。正常狀況指的是只有再生制動一種情況。11

1本科畢業(yè)設(shè)計（論文）通過答辯1圖2-3為良好的硬路面上制動時車輪受力情況：圖中，T是車輪制動器中的摩擦力矩；是再生制動力矩即制動時再生制動系統(tǒng)作u用于自行車車輪的阻力矩，F(xiàn)為車子的阻力，F(xiàn)為車軸對車輪的推力。有力矩平衡得：1pTF）D/由于制動力不可以大于粘著力,即：1z式中，粘著力粘著系數(shù)；為地面對車輪的法向反作用力。將式（）代入（2.13得：TuD/2整理得：TD/z在制動器中，有：

）Fu——為機械剎車時制動器的制動力。u

TuD/圖2-3制動時車輪受力這里以正常狀態(tài)下計算為例，在正常情況下，只有再生能量制動。車輪制動器中的摩擦力T那么uTz

/2NM本設(shè)計的電動車使用了制動能量回收技術(shù)，制動系統(tǒng)在原有的制動基礎(chǔ)上增加了能量回收，制動力矩再生制動過程與傳統(tǒng)的制動過程的不同。12

本科畢業(yè)設(shè)計（論文）通過答辯電動自行車的制動器正常多數(shù)采用帶式制動，帶式制動器已經(jīng)標準化。根據(jù)電動輪上的剎車輪的直徑為所以選擇的帶式制動器的型號為額定制動力矩N。制動帶總成：內(nèi)徑為，帶寬為mm；制動帶板：帶長為142.3，帶寬為mm；制動襯片：內(nèi)徑，展開長度為mm。參考文獻[基本尺寸見表3-1表3-1簡制動器的各基本尺寸d

e1

e2

B

a145

0.6

0.9

15

0

0選好制動器以后，應(yīng)該按照配套主機的要求對制動力矩、發(fā)熱情況進行驗算。由于電動自行車的工作環(huán)境比較好，散熱條件也比較優(yōu)越，因此在校核時不考慮發(fā)熱對制動器的影響只驗算制動力矩。根據(jù)制動器的運轉(zhuǎn)情況計算制動軸上的負載力矩。并考慮一定的安全設(shè)備（安全系數(shù)，可查表獲得）求出制動力T。再參照制動器的額定制動力T使T。根據(jù)制動對象的運動情況可以分為平移動制動和垂直移動制動兩種類型。平移制動指的是被制動的是慣性質(zhì)量；而垂直制動被制動的是有慣性質(zhì)量和垂直負載，且垂直負載是主要的，如提升設(shè)備制動。計算制動力矩時，平移制動按照：u

f

式(2.15)——負載力矩此處為換算到制動軸上的傳動系統(tǒng)的摩擦力矩，NuT

f

——換算到制動軸上的總摩擦力矩垂直制動按照：u

式(2.16)——換算到制動軸上的負載力矩，uTu

T1T——換算到制動軸上的總摩擦力矩，——轉(zhuǎn)化效率。

電動自行車制動的是慣性質(zhì)量屬于平移制動根據(jù)2.14計算。這里需要說明的是電13

本科畢業(yè)設(shè)計（論動自行車除了摩擦力矩還有直流電動機的再生制動。所以需將公式改為：ufre——再生制動力矩。上章節(jié)已經(jīng)計算出T的取值范圍。remgwD/2f20.02050.4/4.92N)/270)240

式(2.17)由是一個范圍,那么就可以求出制動力矩的一個最大與最小的范圍.小是re再生制動力T達到最N此時re2404.92uf最大是再生制動力T達到最小為0,此時re2404.92235.08Nufre所以剎車的制動力235.08N滿T即選擇的帶式制動器滿足e要求可以使用。2.5蓄電池的種類和結(jié)構(gòu)蓄電池是電動自行車的能源載體，是電動自行車的核心部件之一，主要分為閥控密封鉛酸蓄電池、膠體電池、鋰離子電池、鎳氫電池和燃料電池等。電動車對蓄電池的要求是容量大，壽命長，重量輕，價格廉。鉛酸蓄電池的優(yōu)點是價格最低，內(nèi)電阻小、電壓穩(wěn)定，具有良好的防振性能和密封性能；鋰離子電池和鎳氫電池雖然重量輕，壽命長，但是價格昂貴在電動自行車的電源廣泛采用鉛酸蓄電池但鉛酸蓄電池的比能量和比功率都很低，隨著科技的發(fā)展近年來又使用了新型的蓄電池如鎘鎳電池。-電池放電時，正極NiOOH還原為Ni)，充電時Ni()，又被氧化成2，電極反應(yīng)表示為：2

充

(OH)OH2

負極海綿狀鎘放電時氧化生成氫氧化鎘，充電時氫氧化鎘還原為鎘，電極反應(yīng)表示為：OH

充

Cd(OH)e2

電池的總反應(yīng)的表示式為：NiOOHCd

充

()(OH)

14

本科畢業(yè)設(shè)計（論文）通過答辯鎘鎳電池體系以氫氧化鉀或氫氧化鈉水溶液為液，加入適當?shù)臍溲趸嚳梢匝娱L電池的壽命。氫氧化鉀（或鈉）不參加反應(yīng)，但是放電時消耗水，充電時生成水。氫氧化物只起導電的作用，在充電過程中密度和組成沒有明顯的變化。參考文獻[選擇的型號為：GNY-12其中G—鎘為負極N——鎳為正極Y——圓柱形——額定容量為參考文獻鎘-鎳電池理論比能量為214.3W實際比能量為：W說明：電池的容量是指電池工作，即電池放電時能提供的電量，有理論容量，實際容量，額定容量（或公稱容量）之分，常以A單位。為了比較不同系列的電池，常用比容量的概念即單位質(zhì)量或單位體積的電池所能給出的電量來衡量，公別以Akg或AL表示。在表中列出了各種電池體系的理論比容量。2.6動力傳動系統(tǒng)設(shè)計現(xiàn)有電動自行車車大致可以分為以下幾個主要部分電池、電池管理、充電系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)整車管理系統(tǒng)及車體等。驅(qū)動系統(tǒng)為電動車提供所需的動力,負責將電能轉(zhuǎn)成機械能。無論何種電動車的驅(qū)動系統(tǒng),均具有基本相同的結(jié)構(gòu),可以分成能源供給子系統(tǒng)、電氣驅(qū)動子系統(tǒng)、機械傳動子系統(tǒng)三部分其中電氣驅(qū)動子系統(tǒng)是電動車的心臟主要包括電動機、功率電子元器件及控制部分。目前兩輪電動車主要有三種：一是全電動型自行車，二是電動助力自行車三是電動摩托車。全電動自行車完全依靠電力就可以行駛，電動助力自行車電機的出力是需要人力的驅(qū)動為前提的,人力和電力的比通常為11,即所謂的1+1系統(tǒng)這種系統(tǒng)在日本較為通常采用。無論它們兩者有這樣那樣的區(qū),至少有一點是共同,這是要求人力能夠正常騎行,電動摩托車無需考慮人力騎行問題于受當前電池技術(shù)的限制以及電動自行車對蓄電池容量要求不高,當前發(fā)展電動自行車以及電動助力車是較為適宜的據(jù)國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局1999年10月1頒布實施《電動自行車通用技術(shù)條例規(guī)定,動自行車的最高時速不得超過20km。由于這個速度較低永磁直流電機、永磁無刷直流電機、開關(guān)磁阻電機及交流異步電機這四種電機都能夠勝任但考慮到成本械加工以及技術(shù)復雜程度等因素,前兩輪電動車主要采用永磁直流電機以及永磁無刷直流電機開關(guān)磁阻電機以及交流異步電機主要用在電動汽車。永磁直流電機以及永磁無刷直流電機當前都有質(zhì)量較好的產(chǎn)品,如上海新聯(lián)的永磁直流有刷電,采用輪轂電機直接驅(qū)動,由于磁阻造成的力矩,以及人力騎行時的電機發(fā)電問,實際使人力騎行時感到十分費力。中軸式對機械的設(shè)計和制造水平較高。通過采用雙飛結(jié)構(gòu),解決了人力騎行困難問題。旁掛式相對要求較低只是在后輪上增加了一條鏈條來驅(qū)動,而且騎時電機不轉(zhuǎn)因此不在磁阻轉(zhuǎn)矩以及發(fā)電問題,可減輕人力負擔問如果在造型上下點功夫。無疑旁掛式將是電動自行車非常好15

本科畢業(yè)設(shè)計（論文）通過答辯的驅(qū)動方式值得一提的是上述的驅(qū)動方式還可以進一步劃分,如除了輪轂直接驅(qū)動方式外,輪轂電機還有帶減速齒輪(減速比為1和：22種)以及同步帶減速齒輪(減速比為125)；中軸式可以繼續(xù)劃為同軸式(減速比為150)以及非同軸式減速比為135)。用于電動自行車的電機功率主要為。按照轉(zhuǎn)速可以歸為三類：一是低速電機,要用于輪轂直接驅(qū)動方式,電機轉(zhuǎn)速為二是中速電機,輪轂式齒輪減速以及1減速的旁掛式(減速比為1；三是高速電機2400~4500rpm,主要用于輪轂式同步帶減速或齒輪減速,中軸驅(qū)動級減速的旁掛式(減速比為以及摩擦式減速比為1：。電動自行車驅(qū)動系統(tǒng)包括機械傳動系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)兩個部分[,機械傳動部分因電動自行車驅(qū)動系統(tǒng)布置方式不同而不同。電動自行車對其驅(qū)動系統(tǒng)有特殊要求能夠頻繁地起動、停車加、減速,對轉(zhuǎn)矩控制的動態(tài)性能要求高，電動自行車驅(qū)動的速度、轉(zhuǎn)矩變化范圍大,既要工作在恒轉(zhuǎn)矩,要運行在恒功率,同時還要求保持較高的運行效率能在惡劣工作環(huán)境下可靠地工作。正因為電動自行車對其電機驅(qū)動系統(tǒng)有這些特殊要求所以在電動自行車電機驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計中,動電機的選擇及整流器、控制器的設(shè)計,都必須慮到這些特殊的要求。直流電機驅(qū)動系統(tǒng)為電動自行車的驅(qū)動系統(tǒng)之一它結(jié)構(gòu)簡單,具有優(yōu)良的電磁轉(zhuǎn)矩控制特性。與直流驅(qū)動電機相匹配的變流器是斬波器,它將固定的直電壓變成可調(diào)的直流電,速方法主要是調(diào)壓調(diào)速和調(diào)磁調(diào)速。采用直接轉(zhuǎn)矩控制的電機驅(qū)動系,轉(zhuǎn)矩給定值的確非常重要是直接轉(zhuǎn)矩控制的轉(zhuǎn)矩目標值,理想情況,動機的輸出轉(zhuǎn)矩就等于該時刻的轉(zhuǎn)矩給定值。所以轉(zhuǎn)矩給定值應(yīng)該能夠滿足負載的動力需求。因此在電動自行車的電機驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計中首先要按照電動自行車的性能要求對電機驅(qū)動系統(tǒng)的載荷進行分析也就是對電動自行車行駛所需的的牽引力進行分析,得合理的電動機直接轉(zhuǎn)矩控制的轉(zhuǎn)矩給定值。永磁無刷電動機系統(tǒng)可以分為兩類一類是方波驅(qū)動的無刷直流電動機系統(tǒng)(BDCM另一類是永磁同步電動機系統(tǒng)(PMSM也稱之為正弦波驅(qū)動的無刷直流電動機系統(tǒng)。BDCM系統(tǒng)不需要絕對位置傳感器,一般采用霍爾元件或增量式碼盤,也可以通過檢測反電動勢波形換相PMSM系統(tǒng)一般需要絕對式碼盤或旋轉(zhuǎn)變壓器等轉(zhuǎn)子位置傳感器。從磁鐵所處不同位置的結(jié)構(gòu)上,磁無刷電動機可以分成表面型、鑲嵌型、深埋式等結(jié)構(gòu)型式,在電動自行車中也有采用盤式結(jié)構(gòu)或外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的。深埋式永磁同步電動機因其有高的功率密度、有效的弱控制及方便的最大效率控制而在電動車應(yīng)用領(lǐng)域倍受青睞,是當前電動車電動機研發(fā)的熱點。用在電動車上的永磁同步電動機是將磁鐵插入轉(zhuǎn)子內(nèi)部,到可同步旋轉(zhuǎn)的磁極。深埋式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)如下圖所示,種電動機在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面主要有兩個16

本科畢業(yè)設(shè)計（論文）通過答辯特征:轉(zhuǎn)子磁鐵使用埋入式、采用多極化設(shè)計。這種設(shè)計具有顯著的優(yōu)點(1)將永磁體貼在轉(zhuǎn)子表面的情況相比,永磁體植入轉(zhuǎn)子內(nèi)部,則即使高速旋,永磁體也不會飛散,為此就使設(shè)計上的超高速電動機成為可能。(2)對于要求的最大轉(zhuǎn)矩而言,采用下圖所示的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)永磁電動機能做得更小。圖2－4正弦波驅(qū)動的無刷直電機的結(jié)構(gòu)簡圖17

本科畢業(yè)設(shè)計（論文）通過答辯3電動自行車的運行控制在實際中發(fā)電機的構(gòu)造與電動機是相同的，都是通過定子與轉(zhuǎn)子的磁場作用力產(chǎn)生電力的。導體線圈在磁場中運動就能產(chǎn)生電流，導體線圈通電在磁場中就能旋轉(zhuǎn)。兩者的不同點就是通電與不通電，由于電動機與發(fā)電機有著相同的構(gòu)造，如果把電動機轉(zhuǎn)動起來，就像發(fā)電機一樣發(fā)電。但是，這時的發(fā)電電流方向與電動機旋轉(zhuǎn)時的電流方向相反的。電動自行車在正常行駛時，車輪是旋轉(zhuǎn)的，只要停止向電動機供電此時的電動機變成了發(fā)電機為蓄電池充電。一段時間后給電機供電就又變?yōu)榱穗妱訖C，將電能轉(zhuǎn)化為機械能使電動自行車能夠行駛。3.1電動機的選擇在所有已有的電動機,合性能最好的是直流電動機。過去開發(fā)的電動車主要采用有刷直流電動機,有刷直流電動機系統(tǒng)調(diào)速方便,改變其輸入電壓或勵磁電流就可對其轉(zhuǎn)矩實現(xiàn)獨立的控制,進行平滑的調(diào),以有刷直流電動機調(diào)速系統(tǒng)具有良好的動態(tài)特性和調(diào)速品質(zhì)。但是有刷直流電動機系統(tǒng)由于電刷和換向器的存在而導致以下兩方面的缺:第一,必須進行經(jīng)常性的維修和保;第二無法實現(xiàn)高速大容量。這兩方面的缺點使其在電動車驅(qū)動系統(tǒng)中的應(yīng)用受到了限制。而無刷直流電動機則克服了有刷直流電動機的缺,它既有有刷直流電動機的優(yōu)越的性能,依靠電子換向,免去了機械式電刷和換向器。本系統(tǒng)選用無刷直流電動機。無刷直流電動,就其基本結(jié)構(gòu)而言可以認為是一臺有電子開關(guān)線路，永磁式同步電動機以及位置傳感器三者組成的。電動機系統(tǒng),它借助反映轉(zhuǎn)子位置的位置信號,通過驅(qū)動控制電,驅(qū)動逆變電路的功率開關(guān)元,使電樞繞組依一定次序饋電從而在氣隙中產(chǎn)生步進式旋轉(zhuǎn)磁場,動永磁轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子位置信號依一定規(guī)律變化,從而改變電樞繞組的通電狀態(tài)實現(xiàn)無刷直流電動機的機械能量轉(zhuǎn)換。有刷直流電動機帶有整流子與電刷，而整流子與電刷根據(jù)轉(zhuǎn)子位置不同而自動切換連接位置，從而改變轉(zhuǎn)子電流方向，這是一個很巧妙的組合。有了它，電動機一接通電源就能旋轉(zhuǎn)。但是實際應(yīng)用中，這種結(jié)構(gòu)還存在著一些由整流自與電刷之間的機械連接所產(chǎn)生的缺點。1磨損問題。整流子的材料大多采用硬質(zhì)合金。電刷則使用光滑而又易接觸的金屬與炭化物，這種金屬與碳的化合物具有相類似的潤滑性。但是，無論采用多么耐磨損的整流子材料，他們接觸面之間的磨損總是會隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生，所以必須定期更換損壞的電刷。2噪聲問題。無論怎么精工制作，整流自娛電刷間的接觸面都不會天衣無縫，噪聲是必然會產(chǎn)生的。18

本科畢業(yè)設(shè)計（論文）通過答辯3旋轉(zhuǎn)中整流子與電刷磨擦是將由電器噪聲產(chǎn)生。這種電器噪聲會使電動機周圍的電器設(shè)備產(chǎn)生無動作，對電動自行車的電器設(shè)備產(chǎn)生不良影響。正對以上缺點，在電動機選用時選用了一種以電子線路進行電流切換，而無需整流子與電刷的無刷直流電動機，避免了以上的缺點提高了電動車的耐用度。但是無刷直流電動機必須與一定的電子換向電路配套使用從而總的成本增加，但從控制的角度看更具有了靈活性.利用低電平信號可方便的控制電路的切換，電動機的起停，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩。電動自行車在傳動系統(tǒng)中選擇一臺合適的電動機是極為重要的。電動機的選擇主要是容量的選擇，電動機的容量選小了，一方面不能充分發(fā)揮機械設(shè)備的能力，使生產(chǎn)效率降低，另一方面電動機經(jīng)常在過載下運行，會使它過早損壞，同時還可能出現(xiàn)啟動困難、經(jīng)受不起沖擊負載等故障。如果電動機的容量選大了，則會使設(shè)備投資費用增加。選擇電動機容量應(yīng)根據(jù)以下兩項基本原則進行。。(1)發(fā)熱：電動機在運行時，必須保證電動機的實際最高工作溫度電動機絕緣的允許最高工作溫

max

等于或略小于(2)載能:動機在運行,須具有一定的過載能.別是在短期工作,于電動機的熱慣性很大,電動機在短期內(nèi)承受高于額定功率的負載功率時仍可保證

max

,故此時,決定電動機容量的主要因素不是發(fā)熱而是電動機的過載能力.即所選電動機的最大允許電流I必須大于運行過程中可能出現(xiàn)的最大負載電流I。max電動機是由多種金屬（銅、鋁、鐵、硅鋼片）和絕緣材料等組成，它在運行時，不斷地把電能轉(zhuǎn)變成機械能，在能量的變換過程中必然有能量損耗，這些損耗包括銅損、鐵耗和機械損耗，其中銅耗與電流的平方成正比地變化，而鐵耗與機械損耗則幾乎是不變的。這些損耗都變成了熱能而使電動機發(fā)熱、溫度升高。其發(fā)熱的過程如下：剛開始工作的時候，電動機的溫與周圍介質(zhì)的溫（規(guī)定＋C之M00差(-很小，而熱量的發(fā)散是隨溫度差遞增的，所以，這時只有少量的熱量被散發(fā)出M0去，大部分熱量都被電動機吸收，因而溫度升高較快，隨著電動機溫度的逐漸升高，它和周圍介質(zhì)的溫差也相應(yīng)地加大，發(fā)散出去的熱量逐漸增加，而被電動機吸收的熱量則逐漸減少，溫度的升高逐漸緩慢。溫是按指數(shù)規(guī)律上升的。當溫度升高到一定數(shù)M0值時，電動機在一秒內(nèi)發(fā)散出去的熱量正好等于電動機在他一秒內(nèi)由于損耗所產(chǎn)生的熱量，這時電動機不再吸收熱量，因此溫度不再升高溫度趨于穩(wěn)定，達到最高溫升。值得指出的是熱慣性比電動機本身的電磁慣性、機械慣性要大得多，一個小容量的電動機也要運行（2～3）小時，溫升才趨于穩(wěn)定，但溫升上升的快慢還與散熱條件有關(guān)。在切斷電源或負載減少時，電動機溫度要下降而逐漸冷卻，在冷卻過程中，其溫度降19

L本科畢業(yè)設(shè)計（論文）通過答辯L低也是按指數(shù)規(guī)律變化的，而冷卻過程是進行的很慢的。電動機運行時，溫度若超過一定的數(shù)值，首先損壞的是繞組的絕緣，因為電動機中的絕緣材料是耐熱最弱的部分，目前，常用的絕緣、B、F、H四級。如果電動機的工作溫度超過了絕緣材料允許的最高工作溫度，輕則加速絕緣老化過程，縮短電動機壽命，重則絕緣材料碳化變質(zhì)，也就損壞了電動機。據(jù)此規(guī)定了電動機的額定容量，電動機長期在此容量下運行時，應(yīng)不超過絕緣材料所允許的最高溫度。所以，

M

是保證電動機長a期安全運行的必要條件，也就是按發(fā)熱條件選擇電動機功率的最基本的依據(jù)。由于電動機的溫升和冷卻都有一個過程，其溫升不僅取決于負載的大小，而且也和負載的持續(xù)時間有關(guān)，也就是與電動機的運行方式有關(guān)?；蛘哒f，電動機額定功率的大小與電動機的運行方式有關(guān)。第一步，計算負載功率P。第二步，根據(jù)負載功率，預選電動機的額定功率和其它。第三步，校核預選電動機。一般先校核發(fā)熱溫升，再校核過載能力，必要時校核啟動能力。在滿足生產(chǎn)機械要求的前提下，電動機額定功率越小越經(jīng)濟。電動自行車正常行駛時所需要電機的功率為：式中：

FvPm——電動車的功率kw；——電動自行車的車速/；——電動機的效率，取0.9；m——電動機的臺數(shù)m。

式(3.1)將數(shù)據(jù)帶入：

31.0536000.98

kw電機的工作電流：I

U

式(3.2)由于電池的電壓為，所以電動自行車的工作電壓為。將的數(shù)據(jù)帶入求得工作電流I4.8A。轉(zhuǎn)速為：20

r12a本科畢業(yè)設(shè)計（論文）通過答辯r12an

60D式中——表示轉(zhuǎn)速ms；D——表示車輪直徑m；帶入數(shù)據(jù)得：

r/min選擇的無刷直流電動輪轂的型號為。額定電壓V額定電流5額定功率1W空載轉(zhuǎn)速r/min在電池選擇時也應(yīng)該根據(jù)公式()計算的結(jié)果選擇電池的容量。電動車一次充電后在某一速度下續(xù)行的距離等于電池能量與該車在該速度下耗能率kwkm比。能耗率正比于行駛阻力，故設(shè)計電動自行車時可以由下式估算續(xù)行距離：參考文獻[9]

。

b1K()21

2

式(3.3)式中：K——決定于所用電池能量密度及電動自行車的傳動效率系數(shù)，對鎳鎘電池K;G——蓄電池的質(zhì)量,10；bbr—旋轉(zhuǎn)阻力系數(shù),取0.1～0.2N/；k——空氣阻力系數(shù)；a—電動自行車受空氣阻力的面積取0.12；

——車速，/。對k參考文獻[6]a

，前面較陡的非線型車取，小客車取，完全流線型車取。電動自行車沒有給出，但是由于電動自行車的空氣阻力的受力面主要為人的身體比較不規(guī)則，因此1.0a將數(shù)據(jù)帶入：21

本科畢業(yè)設(shè)計（論文）通過答辯

10010.221

37由公式()可見，提高續(xù)行距S的有效途徑是減輕車的質(zhì)量，同時盡量增加電池的容量(主要提高K)。當今電動車選用的高能量密度的電池，直接將電動機與車輪合為一體(電動輪)以提高傳動效率，即提高了電動自行車的續(xù)行距離。在行駛中剎車把電動車的動能轉(zhuǎn)化為熱能，使實際續(xù)行距離減少。用電機再生制動取代機械式制動可以減少這種損失，而且簡化了結(jié)構(gòu)，減輕了質(zhì)量。這也就是本設(shè)計的研究意義所在.節(jié)省能量，一次充電行使距離最遠。3.2無刷電動機的調(diào)速控制系統(tǒng)直流電動機的定子通常有勵磁繞組勵磁繞組通以直流電時產(chǎn)生磁場。轉(zhuǎn)子又稱電樞，它的作用就是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和電勢，實現(xiàn)機電能量變化。當電樞旋轉(zhuǎn)時，電樞繞組中將產(chǎn)生交變感應(yīng)電勢。忽略電機電感時，電樞電流I為I

UR式中：U為電樞電壓；為電樞反電動勢；R為電樞電阻。直流電動機的機械特性方程式為n式中：R——電樞電阻；a——勵磁回路電阻t——工作電壓；U

I(R)atCe

（3.4）C

——電機構(gòu)成常數(shù)；——磁通量。由式（）可以看出，改變電機的電壓、磁通和電樞電阻均可以改變電機的轉(zhuǎn)速。1改變電樞兩端的電壓調(diào)速：給勵磁繞組加上額定電壓，使主磁通不變；調(diào)節(jié)施加在電樞上的電源電壓在額定以下變動，直流電動機的轉(zhuǎn)速就會降低。這種調(diào)速方法穩(wěn)定、平滑，但是轉(zhuǎn)速只能降低。于恒功率調(diào)速。電樞串電阻調(diào)速時電機的運行效率較低，只在小功率或特殊場合使用。2、改變電樞回路串聯(lián)電阻調(diào)速：改變電樞回路串聯(lián)的調(diào)速電阻R,實際上就是改變電22

本科畢業(yè)設(shè)計（論文）通過答辯樞端電壓。增大電樞串聯(lián)電阻，等于降低電樞端電壓，電樞轉(zhuǎn)速必定下降。這種調(diào)速方法轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，轉(zhuǎn)速只能降低，消耗能量。3改變勵磁回路電阻調(diào)速：當勵磁電壓為恒值時，調(diào)節(jié)勵磁回路串聯(lián)電阻，即改變了勵磁電流，也就改變主磁通，使電動機的轉(zhuǎn)速改變。這種調(diào)速方法調(diào)速范圍大，調(diào)速平穩(wěn)，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。當改變電機的電壓進行調(diào)速時，電機的機械特性為一組平行直線。當增加電機電壓達到電機的額定電壓時，因為電機的絕緣強度的限制不能繼續(xù)增加電壓提高電機的轉(zhuǎn)速，改變可以減小電機的磁通以提高電機的轉(zhuǎn)速。改變電樞電壓調(diào)速屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速；弱磁調(diào)速屬于恒功率調(diào)速。電樞串電阻調(diào)速時電機的運行效率較低，只在小功率或特殊場合使用。（PWM）目前，直流電動機控制中應(yīng)用最多的方法就是PWM（modulation）控制。這是用“開關(guān)方式”控制電壓的一種方法。從開關(guān)導通到下一次導通的時間間隔稱為“開關(guān)周期”。當開關(guān)周期一定時，在開關(guān)周期的寬度內(nèi)改變導通的時間就控制了電壓。導通時間相對于開關(guān)周期的比例稱為“占空比”。當占空比較小時，導通時間短，加到電動機上的電壓低，電動機低速旋轉(zhuǎn)。如果加大占空比，加到電動機上的電壓高，電動機就會高速旋轉(zhuǎn)。一秒時間內(nèi)開關(guān)動作的次數(shù)稱為“PWM頻率”。一般工業(yè)用直流伺服電動機的PWM頻率大約是即一秒種內(nèi)開關(guān)導通/斷2次兩次開關(guān)導通之間的開關(guān)周期僅短短的50。在這段時間內(nèi)調(diào)節(jié)導通的時間，就可以控制電壓。PWM控制巧妙地利用了電動機線圈的電感控制使用電力控制的三極管作為開關(guān)。當三極管導通時，電感阻礙突然產(chǎn)生的大電流瞬間涌入三極管，避免出現(xiàn)超過允許值的電流而損壞三極管。另外，電動機兩端還裝有只能單方向?qū)щ姷陌雽w二極管。當開關(guān)關(guān)斷時，電感會使電流持續(xù)地流動，讓這個電流通過二極管反方向流過，就可以有效地利用電動機旋轉(zhuǎn)的能量。(1)傳感器的定義及組成傳感器是指感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號輸出的器件或裝置。它是有敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、電子線路組成。傳感器輸出的信號在機電一體化中一般為電信號。在日常生活中傳感器的別名有變換器、探測器、換能器、一次儀表等。磁敏式位置傳感器是指它的某電參數(shù)按一定的規(guī)律隨周圍磁場變化的半導體敏感元件。其基本原理為霍爾效應(yīng)和磁阻效應(yīng)。目前常見的磁敏傳感器有霍爾元件或霍爾集成電路磁敏電阻器及磁敏傳感有霍二元件或霍爾集成電路磁敏電阻器及磁敏二極管等種。傳感器的種類很多，在做電動自行車發(fā)電反饋系統(tǒng)設(shè)計時采用的是位移與位置傳感器23

UU本科畢業(yè)設(shè)計（論文）通過答辯UU中的位置開關(guān)霍爾式。它的特點是非接觸測量，動態(tài)響應(yīng)特性好；但是對臨近物體的材料特性和表面的性質(zhì)有一定的要求。(2)霍爾式傳感器的各種原理霍爾式傳感器是基于金屬或半導體材料的霍爾效應(yīng)制成的傳感器。如圖3-1所示的金屬或半導體薄片。若在它的兩端通以控制電流，并在薄片的垂直方向上施加磁感應(yīng)強度為

的磁場，那么，在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電動勢H，這中現(xiàn)象叫霍爾效應(yīng)?；魻栃?yīng)的產(chǎn)生是薄片內(nèi)運動電荷受磁場中洛倫磁力作用的結(jié)果。在此力的作用下，電子向一側(cè)偏移并形成積累，另一側(cè)則積累正電荷，于是又產(chǎn)生的電場。該電場阻止運動電荷的繼續(xù)偏移當該電場中的作用在電子上力與洛倫磁力相等時電子積累達到了動態(tài)平衡，此時霍爾電勢為：U

H

KIBH式中：

K

H

——霍爾元件的靈敏度；I

——控制電流；——磁感應(yīng)強度?；据斎肟刂齐娏?/p>

I

或磁感應(yīng)強度

，霍爾電勢將正比變化，霍爾傳感器就`是基于這一原理制成的?；镜臏y量電路如圖所示。圖3-1霍式傳感器3.3電動車控制系統(tǒng)設(shè)計

圖3-2測電路控制器是由周邊器件和集成塊組成周邊器件是實現(xiàn)系統(tǒng)輸入輸出功能的器件，它們是放大器、傳感器、橋式開關(guān)電,及輔助單片機或?qū)Ｓ眉呻娐吠瓿煽刂七^程的器件；在控制系統(tǒng)設(shè)計,用脈寬調(diào)制原理控制直流無刷電機的速度。同時，應(yīng)用了回饋制動的技術(shù)，將制動能量回饋到電網(wǎng)對蓄電池進行充電從而大大節(jié)省了能源，提高了用效率。24

本科畢業(yè)設(shè)計（論文）通過答辯1、控制芯片是腳的雙列直插窄式集成電路塊,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示。其主要功能有:(1)轉(zhuǎn)子位置譯碼器接受轉(zhuǎn)子位置檢測器的信號,處理后生成6路輸出驅(qū)動信號控制逆變橋的正確換流;(2)故障與處理包括欠壓、過熱、誤碼、過流等(3)正反轉(zhuǎn)控制改變路輸出驅(qū)動信號的順,改變定子繞組的電流方,而改變電機轉(zhuǎn);(4)制動封鎖所有上橋臂的驅(qū)動信,使電機與電源隔,時打開所有下橋臂的驅(qū)動信號,接電機的電動勢,使電機迅速減速;(5)內(nèi)部振蕩器決PWM調(diào)制頻率(6)轉(zhuǎn)速給定包1個誤差放大器和比較器,給定的轉(zhuǎn)速信號與振蕩器的輸出鋸齒波相比較產(chǎn)生PWM控制信;(7)內(nèi)部基準電壓不僅用于內(nèi)部比較器和振蕩器的電源,還輸出作為轉(zhuǎn)子位置檢測器的電源。圖3－3MC33035電路示意圖2控制系統(tǒng)電路設(shè)計以MC33035為核心構(gòu)成的電動車控制系統(tǒng)采用PWM方式控制電機的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速采用電機內(nèi)置的霍爾傳感器檢測轉(zhuǎn)子位置。由MC33035接收霍爾傳感器的位置信號并對其進行譯碼以決定由哪個電極換相。采用三相全橋驅(qū)動，由人根據(jù)車速的快慢來調(diào)節(jié)控制車速電位器,使車加速或減速。（1）轉(zhuǎn)子位置檢測電路無刷直流電動機定子繞組采用三Y型接法,三個霍爾位置傳感器的空間間距°,25

本科畢業(yè)設(shè)計（論文）通過答辯即120°電角度。3霍爾感應(yīng)器的輸出、、分別接到的45、6腳設(shè)置芯片的這3個引腳響應(yīng)方式為電平跳變觸發(fā)當霍爾脈沖發(fā)生由高而低或者由低而高的電平跳變時,均會觸發(fā)中斷,六種組合分別對應(yīng)一個周期中6個狀態(tài)以查表方式確定換相。圖—轉(zhuǎn)子置檢測電路（2）欠壓保護的第17的輸入電壓低9.1V由于第17腳的輸入連接內(nèi)部一比較器的同相輸入端。該比較器的反相輸入為內(nèi)部的標準電壓,此時MC33035通過與門將驅(qū)動下橋的三路輸出全部封鎖下橋的3功率三極管全部關(guān)斷,電機停止運行,起欠壓保護作用。（3）系統(tǒng)電路圖下圖是運用MC33035IR2103設(shè)計的36V直流無刷電機控制線路圖控制的無刷直流電機為一輪轂電機，額定電壓3，額定功率，最大允許電流5A，要求電動車的額定轉(zhuǎn)速為20km/h系統(tǒng)采用塊額定電壓為12V的個鎘－鎳免維護蓄電池供電考慮到需的電壓范圍為10，用穩(wěn)壓7815給其供電。系統(tǒng)PWM信號頻率可以由外部電路調(diào)節(jié)，只需要在M外圍加一個電容、一個電阻和一個可調(diào)電位器即可產(chǎn)生所需要的脈寬調(diào)制信號。IR2103芯片是為了驅(qū)MC33035，MC33035將產(chǎn)生P信號輸送給IR2103，而I是將其控制信號進行處理，進而將其放大。的第7為使能端，高電平有效，只要將其輸入電平設(shè)置為低，即可實現(xiàn)能耗制動剎車另外也可經(jīng)通過調(diào)節(jié)控制車速的電位器從而改變WM信號的占空比實現(xiàn)無級調(diào)速；當占空比為零時，電機轉(zhuǎn)速為零，實現(xiàn)剎車。26

本科畢業(yè)設(shè)計（論文）通過答辯圖MC33035片控制線路圖27

本科畢業(yè)設(shè)計（論文）通過答辯4電動自行車的能量回收在提高電動自行車性能中，改善能量的利用率十分重要。車輛在減速或制動時，將其中一部分能量轉(zhuǎn)化為電能的過程稱為制動反饋。電動自行車采用電制動時，通過將驅(qū)動電機處于發(fā)電狀態(tài)，使車輛產(chǎn)生制動力矩，同時利用所產(chǎn)生電能反充到蓄電池，從而有效地回收制動能量，延長行駛里程。4.1制動模式與能量的分析電動自行車制動的方法可分為機械制動和電氣制動兩大類

[制動方式應(yīng)考慮機械制動與電氣制動的結(jié)合，盡可能多的用回饋發(fā)電方式取代機械式制動。當電動自行車高速行駛時，其驅(qū)動電機一般是在恒功率狀態(tài)下運行，驅(qū)動力矩與驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速或車輛速度成反比。因此，恒功率下電機的轉(zhuǎn)速越高，能量回收能力越低。當電動自行車中低速時，由于制動能量回收力矩通常保持在負荷狀態(tài)，所以能量的回收能力隨著車速降低而減小。通過能量回饋，既可減少機械制動系統(tǒng)的損耗，又能提高整車能量的使用效率，達到節(jié)約能源和改善續(xù)駛里程的目的。如下圖所示：圖4-1電自行車能量應(yīng)用模式電動自行車制動可分為三種，對不同情況應(yīng)用不同控制策略。（1）緊急制動:應(yīng)用于自行車制動加速度大的過程。（）中輕度制動：應(yīng)用于自行車在正常工況下的制動過程，可分為減速過程與停止過程。電制動完成減速過程，機械制動完成停止過程。兩種制動的過渡點由電機發(fā)電特性確定。應(yīng)避免充電電流過大，或充電時間過長。（）下長坡時制動：應(yīng)用于制動力壓球不大時，可完全由電制動提供，充電特點為回饋電流小，充電時間長。在電動自行車上，并非所有機械能或制動能量都可再生，制動力從地面與輪胎表面?zhèn)魉偷杰囕喤c半軸，然后由再生制動控制進行制動力的分配，決定前后輪摩擦制動和再生制動的多少。只有驅(qū)動輪上的制動能量可沿著與之相連接的驅(qū)動軸傳送到能量存儲系統(tǒng)，另一部分的制動能量將由車輪上的摩擦制動而以熱的形式散失與大氣中。同時，在制動能量28

本科畢業(yè)設(shè)計（論文）通過答辯回收的過程中能量傳送環(huán)節(jié)和能量存儲系統(tǒng)的各部件也會造成能量損失在再生制時，制動能量通過電動機轉(zhuǎn)化為電能，而電動機吸收制動能量的能力依賴于電機速度，在其速度范圍內(nèi)制動時，可再生的能量與速度成正比，當所需的制動能量超出能量回收系統(tǒng)的范圍時，電機可吸收的能量將保持不變。超出的這部分能量就被摩擦制動系統(tǒng)吸收。故傳統(tǒng)的摩擦制動也是必須的，只有將再生制動與摩擦制動有效結(jié)合，才有可能產(chǎn)生一個高效的制動系統(tǒng)。4.2能量回饋的控制策略能量回饋控制策略直接影響了能量回饋效率、制動安全性、騎車感覺等，是基于常規(guī)自行車制動系統(tǒng)的能量回饋控制方式的核心技術(shù)，需要綜合考慮各種因素。在回饋控制方式中，制動力矩實際包括機械制動力矩與能量回饋輔助制動力矩。由于機械制動力矩閘瓦決定，能量回饋控制系統(tǒng)無法干預。因此，如何在這樣的系統(tǒng)約束條件下獲得最高能量回饋效率，同時確保制動安全性以及過渡的柔順性，是能量回饋控制策略的設(shè)計要點。在控制邏輯中將能量回饋輔助制動力矩設(shè)計為車速的函數(shù)，車輛當前的運行狀態(tài)經(jīng)過判斷是否進入能量回饋控制過程以及是制動能量回饋模式還是滑行能量回饋模式。1）柔順性控制在車輛制動工況，能量回饋對車輛產(chǎn)生的輔助制動力矩將影響駕駛?cè)嵝?，需對制動能量回饋力矩的大小進行優(yōu)化控制。通過動態(tài)調(diào)節(jié)制動能量回饋力矩的大小，確保實施能量回饋作用后的制動加速度、加速度變化率趨勢與原車制動的效果相近，從而使在能量回饋作用時制動感覺與常規(guī)自行車相近。在實際系統(tǒng)中，還涉及許多其它控制參數(shù)，各控制參數(shù)可通過標定工具隨車在線標定與優(yōu)化。2）能量回饋效率尋優(yōu)在車輛的制動能量回饋工況中，保持駕駛?cè)犴樞允鞘滓紤]的，而對于滑行工況能量回饋，能量回饋效率與駕駛?cè)犴樞皂毻瑫r兼顧。能量回饋效率的優(yōu)化是個動態(tài)尋優(yōu)過程，不僅需要使電機發(fā)電效率、逆變器工作效率、動力蓄電池充電效率均處于高效區(qū)，而且還與車輛動力學有關(guān)，同時還必須滿足車輛控制實時性的要求。4.3電動自行車能量的消耗評價方法1能量消耗率：有兩種計算方法：一種是以每公里電動自行車消耗的電網(wǎng)交流電量評價。這種方法由于充電設(shè)備效率不同，可以導致相同的行駛工況不同的能耗效率；另一種是以平均每公里消耗的電池組直流電量評價，不把充電設(shè)備和電動自行車作為整體考慮，能較直接和客觀地反映電動自行車的實際性能。2比能耗：是在能量消耗率的基礎(chǔ)上除以車輛的總質(zhì)量，以得到單位車質(zhì)量的能量消耗情況，該數(shù)值便于不同車型之間進行能耗水平比較。29

22本科畢業(yè)設(shè)計（論文）通過答辯22電動自行車作為一個能量系統(tǒng)，主要包括能量存儲系統(tǒng)、主驅(qū)動系統(tǒng)。主驅(qū)動系統(tǒng)是主要能耗系統(tǒng)，也是電動自行車行駛的動力傳遞途徑。有電池內(nèi)阻損耗、機械摩擦損耗、電器部件損耗以及制動損耗等。在能耗中，主驅(qū)動系統(tǒng)占大部分，這種關(guān)系是在電動自行車的行駛過程中，隨著使用時間的增加，逐步增加到基本穩(wěn)定的過程。電動自行車的驅(qū)動效率在車輛行駛初期，需要完成電池預熱，即車輛進入良好工作狀態(tài)需要消耗一部分能量。1車身構(gòu)造對能耗的影響：電動自行車的車身的要求與普通自行車基本一致，在滿足剛度和強度要求的情況下，應(yīng)力求車身的輕量化。一般空氣阻力是車輛高速行駛時能耗的重要因素，空氣阻力與空氣阻力系數(shù)和迎風面積成正比，所以降低風阻系數(shù)是降低空氣阻力的重要手段。2工況對能耗的影響：在同一時間段，不同路段的車流量和人流量有很大的不同，因此電動自行車能量消耗也隨之有相應(yīng)的變化。車輛大致平均車速（接近車輛經(jīng)濟車速。3環(huán)境溫度對能耗的影響：電動自行車的能耗也與環(huán)境因素有關(guān)。首先，各種電池都有最佳工作溫度，而且在不同溫度時，電池放出的能量及內(nèi)阻等有很大的差別。其次，溫度對車輛個部分都有影響。4）能量損耗對能耗影響：主要包括3個方面即電池內(nèi)阻損耗、機械摩擦損耗、制動損耗。4.4制動效能及制動能量回收的約束條件可以用制動減速度和制動距離來評價。1.制動減速度制動減速度是指制動時速度減少的快慢程度。減速度越大，制動所需要的時間和制動距離越短，制動性能就越好。自行車在干燥平坦路面上緊急制動時，最大減速度可達2。在實際應(yīng)用中，考慮到騎車人的安全性和舒適性以及負荷轉(zhuǎn)移等因素，最大制動減速度一般遠較上述數(shù)值為低。制動減速度如果超過2m/s將使騎車人不舒服。只有在緊急情況下才允許使用。2.制動距離自行車制動距離是騎車人開始剎車到自行車完全停止的距離。制動距離比制動減速度更能表明制動系統(tǒng)的工作效率，所以被廣泛采用。但制動距離的長短不僅卻決于自行車制30

本科畢業(yè)設(shè)計（論文）通過答辯動系的構(gòu)造和路面質(zhì)量，而且決定于制動初速與騎車人反映快慢，所以制動距離是較為客觀的參數(shù)。在制動過程中車速隨時間的變化曲線，如下圖所示：圖4-2車隨時間的變化曲線由于車速與電動機轉(zhuǎn)速成線性關(guān)系，故電動機在各種不同制動方式的機械特性下可得出在制動過程中電動機制動力隨時間變化的關(guān)系曲線。隨著車速的下降電動機的轉(zhuǎn)速也隨之下降，由于電動機制動是靠電子控制實現(xiàn)的，因此電磁制動的作用時間與剎車同步，不存在滯后時間，加快了制動力的響應(yīng)速度。由于電動自行車在制動時部分動能被電動機轉(zhuǎn)化為電能，從而提高了制動器的制動效能。4.5制動能量回收控制算法制動能量回收的約束條件實用的能量回收系統(tǒng)應(yīng)滿足以下要求：1滿足剎車的安全要求，符合駕駛員的剎車習慣。剎車過程中，對安全的要求是第一位的。需要找到電剎車和機械剎車的最佳覆蓋區(qū)間，在確保安全的前提下，盡可能多地回收能量。具有能量回收系統(tǒng)的電動自行車的剎車過程應(yīng)盡可能地與傳統(tǒng)的剎車過程近似，這將保證在實際應(yīng)用中，系統(tǒng)有吸引力，可以為大眾所接受。2考慮驅(qū)動電機的發(fā)電工作特性和輸出能力。電動自行車中常用的是永磁直流電機或無刷永磁直流電動機，應(yīng)針對不同的電機的發(fā)電效率特性，采取相應(yīng)的控制手段。3確保電池組在充電過程中的安全，防止過充。電動自行車中常用的電池為鎳氫電池、鋰電池和鉛酸電池。充電時，避免因充電電流過大或充電時間過長而損害電池。由以上分析可得能量回收的約束條件：1)根據(jù)電池放電深度的不同，電池可接受的最大充電電流。2)電池可接受的最大充電時間。31

本科畢業(yè)設(shè)計（論文）通過答辯3)充電的電壓必須大于電池的額定電EU。4.6永磁無刷直流電機相關(guān)性能及其能量回饋制動原理永磁無刷直流電機是近年來隨著電力電子器件及新型永磁材料而迅速發(fā)展成熟的一種新型電機。永磁無刷直流電機與永磁同步電機的結(jié)構(gòu)相似。定子結(jié)構(gòu)與普通的同步電機及異步電機相同，鐵中心嵌放對稱多相繞組，繞組可結(jié)成星型或三角形；轉(zhuǎn)子采用永磁結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的電機根據(jù)磁路結(jié)構(gòu)和永磁體的形狀不同，其氣隙磁場波形可以是方波、梯形波或者正弦波，電機運行時對應(yīng)的反電動勢波形也為方波、梯形波以及正弦波。通常，反電動勢為正弦波的電機叫做永磁同步電機，反電動勢為方波或梯形波的電機稱為永磁無刷直流電機。如果把電機、逆變器以及轉(zhuǎn)子位置傳感器作為一個整體，則逆變器相當于直流電機的換向器，轉(zhuǎn)子位置傳感器相當于直流電機的電刷，永磁體代替了原來直流電機的定子勵磁繞組以及鐵心，兩者的區(qū)別在于定轉(zhuǎn)子位置互換了。從逆變器直流側(cè)看，電流為直流，因此稱為無刷直流電機。無刷直流電機既具有交流電機結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維護方便，又具有直流電機那樣良好的調(diào)速性能而沒有機械式換向的優(yōu)點。由于采用了永磁結(jié)構(gòu)，無刷直流電機沒有勵磁損耗，比傳統(tǒng)的交流電機體積小、效率高。并且永磁無刷直流電機能夠很好地滿足電動自行車頻繁地啟動加速制動故是理想的電動自行車用驅(qū)動電機之一。圖4-3控系統(tǒng)主電路結(jié)構(gòu)圖永磁無刷直流