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一款电动车控制器电路的分析与改进

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一款电动车控制器电路的分析与改进

发布日期:2018-05-07 15:04 来源: 点击:

  一款电动车控制器电路的分析与改进 摘要:电动车在上坡时速度会减小而电流会增大,在由上坡驶入平路或下坡的状况下因为阻力俄然减小乃至消失,而驱动电流仍然较大,使得速度会快速增大,呈现所谓的“过冲”现象。这给操编辑带来不适且有必定的危险性。为了减轻或消除“过冲”现象,从硬件和App两方面做出改善。关于非“过冲”时运用“调速操控”,经过调整驱动电流,力求使速度到达操编辑经过转把设定的速度,并进行双闭环操控以战胜杂乱的路况改变。在“过冲”时选用“定速操控”,根据速度信号来调整驱动电流,在设定的时刻内使速度坚持不变。

  关键词:电动车控器;过冲;改善;定速操控;

  调速操控操控器作为电动车的关键部件,其技能日臻成熟,可是仍然有一些问题有待处理。其间一个遍及的现象就是,电动车在上坡时速度减小而电流增大。在由上坡驶入平路或下坡的状况下因为阻力俄然减小乃至消失,而驱动电流仍然较大,使得速度会快速增大,呈现所谓的“过冲”现象。咱们把这种现象叫做上坡“过冲”。这种状况会给操编辑带来不适且有必定的危险性。为了减轻或许消除这种现象,有必要对规划做些改善。

  1 电路构成

  运用无刷电动机的电动自行车操控器首要分为以运用专用操控芯片为中心的纯硬件电路操控器(例如以MC33035 为中心的操控器)和以MCU 为中心的操控器(例如以AT89S2051、P87LPC767、STCl2C5410AD 等为中心的操控器)。选用的直流无刷电机多半是三相电机,电视点有60°和120°两种。电机极数大部分为18 极,也有16 极、20 极等。

  

操控器电路框图


  图1 是一款以AT89S52 为中心的一个操控器电路框图,电动机是电视点为120°直流无刷三相电动机。该电路中单片机接纳电源电压检测信号、刹车信号、电机电流检测信号、转把(调速)信号、电机转速检测信号、转子方位检测信号等,判别电动机转速是否符合要求、三相绕组A、B、C 与方位信号a、b、c 之间的对应关系是否正确等,动态的输出PWM 方式的操控信号,操控相应的功率驱动管的导通或关断,操控电动机的起动或中止、加快或减速等,并输出各种指示信号,如刹车信号、左转/右转信号、欠压报警信号等。关于选用MCU 为中心的操控器,一般的是以App编程来完结。

  1)转把的方式、信号特征:转把(转速)信号是操编辑宣布的速度操控指令信号。此电动自行车运用“霍耳转把”。以5V 供电、正把、输出信号为1.1~4.2V。滚动转把,改变了霍耳元件周围的磁场强度,也就改变了霍耳转把的输出电压。

一款电动车控制器电路的分析与改进

  2)闸把的方式、刹车信号特征:电动车闸把上有闸把方位传感元件,在捏刹车把动作时,将刹车信号传给操控器,操控器接纳到刹车信号后,当即中止对电机的供电。

  3)直流无刷电机的驱动操控:参见图1,此电路选用三相无刷直流电机。3 个霍尔方位传感器的空间距离为120o,输出信号a、b、c终究送给单片机作为转子方位检测信号及测速信号。其间A 相末级电路如图2 所示,在驱动电路中设置了电流检测。单片机根据霍尔转速信号和电流检测信号,经过剖析判别,输出正确的PWM 操控信号给相应的线圈通电,然后操控电动机的起动、中止及转速等。

  

A相驱动输出级电路


  4)欠压维护和过流维护:当电池电压降低到操控器设定值以下时,单片机中止PWM 信号的输出,以维护电池不至于在低电压状况下放电。

  限流维护(或过流维护)电路对操控器输出的最大电流进行约束,以维护电池、操控器、电动机等不会呈现答应范围以上的电流。

  一个最根本的电动车用无刷电机操控器所需求完结的功用一般包含欠压维护、过流维护、调速、刹车、断相维护、软发动等,近年来还有一些有用且盛行的功用如定速巡航、ABS 刹车再生制动、1:1 助力等等。

  2 App剖析

  初始化之后,接着检测电池电压以判别是否低电压,假如低电压,将起动欠压维护。假如电池电压正常,接着接纳转把信号以判别操编辑设定的速度巨细,调整PWM 脉冲的宽度以调整电动机速度。电动机通电后,操控器接纳电流检测信号、霍尔转速及相序信号、刹车信号等,判别电动机是否正常运转、电路是否正常作业,动态输出PWM 驱动操控信号,调整车速使之逐步到达操编辑设定的速度。在有反常时采纳维护办法直至断开电源。

一款电动车控制器电路的分析与改进

  3 问题和改善

  1)问题:单片机接纳转速信号和电流检测信号,根据转把速度信号输出PWM 操控信号去调整电机转速和限流,如同能够完结速度的安稳操控。实际上,当转把方位断定后,在上坡时速度会减小而电流会增大,且坡度越陡速度会越慢而电流会越大;当上坡完毕转为平路或转为下坡时,往往会呈现车速俄然地快速增大的现象。咱们将这种现象叫做“过冲”。这种状况每次都会在加快了一段之后才来得及调整转把,使得操编辑对车速难以掌握,并且上坡之后速度快速增大具有必定的危险性。

  2)原因剖析:上坡时因为阻力的效果,速度难以提升到用户设定的值乃至越来越慢。但在上坡转为水平路面或下坡时,单片时机仍然根据转把速度指令来调整PWM 操控信号,力求使车速到达操编辑设定的数值,电机驱动电流仍然维持在较大的数值上;因为转为水平路面或下坡时阻力俄然减小(乃至重力变为动力),车速便会俄然的快速增大。

  3)改善办法:一是要求用户在上坡时尽可能的运用低速,运用脚踏助力;二是对硬件电路做些改善,在“过冲”时将驱动电流当即降下来;三是对App进行改善。关于MCU 为中心的操控器,增加对电流增减和速度增减的判别。在“过冲”时不履行转把速度信号指令而改为“定速操控”。

  根据上述思路将App操控流程进行修正。如图3 所示。将“速度增大而电流不增”作为“过冲”的判别根据。操控器持续检测速度改变和电流改变,再经过判别,假如不属于“过冲”的状况,则履行子程序“调速操控”。这种状况下操控器检测转把电压值来调整PWM,增大或减小电流值使速度改变直至到达操编辑经过转把设定的速度值。

  

改善的根本操控流程


  假如属于“过冲”的状况,则履行子程序“定速操控”。在这种状况下,操控器彻底根据对速度的检测来调整PWM,力求使车速坚持不变。在“过冲”时电流会迅速减小而坚持原有的速度不变。在定速操控期间要持续的检测速度和电流,在两种状况下会完毕“定速操控”而返回去检测转把电压并调速:一种状况是车子已完毕“过冲”,经过判别已退出“过冲”状况;另一种状况是到达了预先设定的“过冲定速操控时刻”。这个时刻长度为1~3 秒即可。为了确保“过冲”期间的及时刹车,在“定速操控”期要进行刹车检测。

  一些其它问题也值得注意。例如:许多电动车的欠压维护有用性不够好。有些操控器在电压低于设定值时就封闭的电源,而当电压升起来超越该设定值时又翻开电源,这简单运用户利用蓄电池的上升电压作业,然后形成蓄电池过放电。为了防备这个问题,欠压比较硬件规划成电压滞环自锁比较。欠压维护分为两级,第一级维护时输出欠压报警信号、约束电流的巨细。第二级维护是彻底封闭电动机驱动和照明。本例中由“欠压处理”子程序完结判别和处理。

  再如,许多操控器只要单闭环操控,功能欠安。在路面状况改变大的时分,电流改变很大。这对电机和电池都是不利的。在硬件方面应改用双闭环操控电路,在App方面应该增加对具体状况的判别。关于双闭环操控系统(无刷:转速/电流双闭环,有刷:电压/电流双闭环)来说,因为电流环存在,能够对电流巨细进行约束以及约束电流的改变速度,即能够维护电动车在处于各种正常运转状况下最大电流输出值不会超出设定的电流限幅值, 还能够使电机完结最理想的发动进程和加快进程、以及平稳的电流改变;速度闭环操控则能够约束速度的快速改变(现在的电动自行车不宜寻求快速起动功能)。关于单片机操控器来说,能够一起在App中进行改善。本例中在子程序“调速操控”中设置电流改变速率的约束,不答应电流的快速改变。

  为了防止在子程序“调速操控”和“定速操控”之间的频频切换,在“定速操控”中设置“过冲检测有用时刻”。比方0.3 秒,在这个时刻内不看做“过冲”而持续运转“定速操控”。

  4 完毕语

  本文关于电动车行进中“过冲”现象从硬件和App两方面下手进行了改善。关于硬件的改善,应该运用双闭环操控。关于App的改善,经过判别是否为“过冲”来选择不同的程序运转。关于“过冲”状况运用“定速操控”,关于非“过冲”状况,运用“调速操控”。关于“过冲恒速操控时刻”、“过冲检测有用时刻”的合理数值还需进一步研究。


相关标签:电动车控制器厂家

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