CN100408391C - 电动车智能报警防盗无刷控制器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电动车的智能报警防盗无刷控制器，属于电动车技术领域。该控制器包括防盗信号发生电路、霍尔信号处理电路、含微电脑的控制电路、电机驱动电路，控制电路中的微电脑工作步骤为：1)检测防盗信号发生电路是否输入防盗状态信号，如是则进行以下步骤，如否则按常规相序输出驱动控制信号；2)监测霍尔信号处理电路是否输入电机转动信号，如是则进行以下步骤，如否则继续本步骤；3)以与常规相反的相序输出驱动控制信号。因此可以在被盗时使电机驱动电路产生反力矩，迫使电机锁死，直至外力矩消失，从而有效防止车辆被盗。

Description

电动车智能报警防盗无刷控制器

技术领域

本发明涉及一种防盗控制装置，尤其是一种用于电动车的智能报警防盗无刷控制器，属于电动车技术领域。

背景技术

随着电动自行车、助力车的普及，此类电动车的防盗成为人们关注的问题。据了解，目前电动车主要的防盗措施依然是安装各种防盗锁具。虽然这些防盗锁具日渐巧妙，例如出现了200420108845.4中国专利公开的电子控制防盗锁等具有较高技术含量的防盗锁具，增加了撬锁的难度，但只要锁具被破坏，车辆依然有可能被盗。

申请号为02261079.0名称为《一种控制电动自行车脚蹬连臂的防盗报警装置》公开了另一种较新的防盗设计思路，可以通过对电动车驱动电机的控制加强防盗效果，但该设计只能控制有刷电机，控制电路较复杂，需要借助继电器控制，可靠性不理想。

申请号为200510061427.3的发明专利申请公开了一种电动车用无刷电机控制器，该控制器主要由内设控制电路板的箱体，置于箱体上的固定式集成接线端口等构成，控制电路板上设有调速值处理电路、巡航值处理电路、刹车信号处理电路、中央处理器、霍尔译码与处理逻辑门电路、功率管驱动电路、功率管输出电路、刹车灯驱动电路、喇叭驱动电路、双重过流保护电路等，具有实现速度闭环方式的巡航、静音启动、柔性电制动与反充电、双重过流保护、自我防盗报警等多种功能，适用于以无刷直流电机为驱动力的电动自行车的控制。但分析可知，实施时需要借助下桥臂全开的方式“抱死”电机(即电刹车)，而并非真正锁死电机，即将电机的三相绕组通过下桥臂完全打开直接短接。此时，推动电机产生的主力矩大小和推动该电机的转速成正比。只要推车速度不足够快，尽管存在一定阻力，但仍可将车推走。如果强行拖车，电机绕组之间产生大电流，长时间可引发起火。

发明内容

本发明的首要目的是：针对以上现有技术存在的不足之处，提出一种可以在防盗状态下切实锁定电机的电动车智能报警防盗无刷控制器。

本发明进一步的目的是：提出一种能够在刹车时产生电制动效果同时可以向电池产生回流电流的电动车智能报警防盗无刷控制器，从而合理利用能量，延长电池寿命。

为了解决以上技术问题，本发明的电动车智能报警防盗无刷控制器包括防盗信号发生电路、霍尔信号处理电路、含微电脑的控制电路、电机驱动电路，所述防盗信号发生电路的信号输出端接微电脑的防盗信号检测端，所述霍尔信号处理电路中的霍尔器件固定在电机转子附近，其信号输出端接微电脑的霍尔信号采样端，所述控制电路微电脑的三相控制信号输出端分别接电机驱动电路对应的各相驱动电路的受控端；所述微电脑在停车后的防盗控制步骤如下：

1)检测防盗信号发生电路是否输入防盗状态信号，如是则进行以下步骤，如否则按常规相序输出驱动控制信号；

2)监测霍尔信号处理电路是否输入电机转动信号，如是则进行以下步骤，如否则继续本步骤；

3)以与常规相反的相序输出驱动控制信号。

当车主采取如闭合锁车开关之类的简单动作，在停车之后使防盗信号发生电路发出处于防盗状态信号，控制电路便处于对霍尔信号处理电路进行监测的状态。此时，如果强行推车，电机受外力矩作用，输出霍尔信号发生变化，则微电脑将改变输出相序，控制电机驱动电路产生反力矩驱动，迫使电机锁死，直至外力矩消失。这样，即使推车速度不快，同样会产生反力矩，有效防止车辆被盗。如果强行拖车，电机绕组之间不会产生大电流，因此可以避免发生其它意外。

为了达到以上进一步的目的，本发明的电动车智能报警防盗无刷控制器还包括刹车信号发生电路，所述刹车信号发生电路的信号输出端接微电脑的对应端口，所述电机驱动电路的各相驱动电路中分别含有构成电机绕组内部回流的开关控制回路，所述微电脑在车轮行进后的制动控制步骤如下：

1)检测刹车信号发生电路是否输入刹车信号，如是则进行以下步骤，如否则按常规相序输出驱动控制信号；

2)停止向电机驱动电路输出换相驱动信号，向各相驱动电路的开关控制回路输出通断控制信号。

当电机处于快速平稳旋转状态后，控制电路接收到刹车信号，微电脑将停止输出换相信号，切断电机供电，同时通过输出通断控制信号，使电机绕组之间互相以一定频率通断，在电机绕组内部形成回流，从而实现良好的电制动。此外，以一定频率通断电机绕组可以减小电制动时的冲击电流，保护电机驱动电路中功率场效应管等器件和电机。与此同时，还可产生脉冲电流回流至电池，有效清除电池的钝化物，有效的延长电池寿命。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明一个实施例的电路框图。

图2是与图1框图对应的电路原理图。

具体实施方式

实施例一

本实施例的电动车智能报警防盗无刷控制器如图1所示，主要由控制电路、防盗信号发生电路、霍尔信号处理电路、电机驱动电路、电机电流检测电路、电池电压检测电路、转速设定电路、以及脉宽调制电路构成。

其中，控制电路以型号为PIC16F73的微电脑主控芯片U1为核心，该主控芯片的输入端分别接防盗信号发生电路FD、霍尔信号处理电路，以及刹车信号输入电路SC、调速信号输入电路TS，助力信号电路ZL。控制输出端分别经脉宽调制电路和电机驱动电路接三相无刷电机。此外，报警信号输出端接报警电路BJ，显示信号输出端接含有电量、反充电、欠压、骑行状态显示的显示盘IC2。电机驱动电路的反馈端经过流保护电路接主控芯片U1对应端口。

如图2所示，防盗信号发生电路由稳压管Z4、第一电阻R33、电容C05并联后与第二电阻R32串联组成，输入端接电池，输出端接主控芯片U1的防盗信号检测端7脚，用以指示处于防盗状态；

霍尔信号处理电路包括固定在电机转子附近的三只霍尔器件，各霍尔器件分别经串联的反向器(型号为74HC04)U2A和U2B、U2C和U2D、U2E和U2F接主控芯片U1的霍尔信号采样端26、27、28脚，用以监测电机的转动；

电机电流检测电路由型号为LM358的集成电路U3A以及周围器件构成，用以检测电机电流，从而实现过流保护；

电池电压检测电路由接主控芯片U13脚的电阻R22、R23组成，用以检测电池电压，从而实现欠压保护、电量显示和欠压显示；

电机驱动电路实质为三相逆变驱动电路，其中每相由上桥臂电路和下桥臂电路构成，上桥臂电路由第一开关三极管(例如Q1)和串接的第一MOS管(例如T1)组成，下桥臂电路由第一级的第二开关三极管(例如Q4)以及第二级的两个三极管(例如Q2、Q3)和与第二级输出串接的第二MOS管(例如T1)组成，上、下桥臂电路的公共输出端接无刷电机的对应绕组；主控芯片U1的上桥臂驱动控制端18、17、16脚分别接电机驱动电路中各相的上桥臂电路受控端AT、BT、CT；同时主控芯片U1的下桥臂驱动控制端11、14、15脚分别通过与非门电路(其中包括U4A、U4B、UAC)接电机驱动电路中各相的下桥臂电路受控端AB、BB、CB。

工作时，主控芯片根据当前输入的电机三相霍尔信号，判别对应的输出逻辑，输出相应的上、下桥臂开关信号，使电机驱动电路上、下桥臂的MOS管按照电机正常运转的要求通断，从而使无刷电机正常运转。转速设定信号接入主控芯片后，该芯片的内部程序可以根据设定信号的电压值大小控制脉宽调制信号的占空比，从而控制电机的运转速度。助力信号接入主控芯片后，判断为正转时，按固定占空比输出脉宽调制信号，控制电机运转。

脉宽调制电路由三路型号74HC10的与非门电路U4A、U4B、U4C组成，主控芯片U1的PWM(脉宽调制)控制端13脚信号分别通过U4A、U4B、U4C与主芯片下桥臂驱动控制端11、14、15脚的下桥臂驱动控制信号进行逻辑“与”处理后分别接电机驱动电路中各相的下桥臂电路受控端AB、BB、CB；

转速设定电路由电阻R26组成；

主控芯片U1的报警输出端25脚接由R18构成的报警电路；图2中的DQ1、DQ2构成电源电路。

以上微电脑主控芯片在停车后的防盗控制步骤为：

1)检测防盗信号发生电路是否因触发一个开关而输入防盗状态信号，如是则进行以下步骤，如否则按常规相序输出驱动控制信号。

2)监测霍尔信号处理电路是否输入电机转动信号，如是则进行以下步骤，如否则继续本步骤；

3)以与常规相反的相序输出驱动控制信号。

而在主控芯片以常规相序输出驱动控制信号，使无刷电机带动车轮行进后，微电脑主控芯片的制动控制步骤为：

1)检测刹车信号发生电路是否输入刹车信号，如是则进行以下步骤，如否则按常规相序输出驱动控制信号；

2)停止向电机驱动电路输出换相驱动信号，向各相驱动电路的开关控制回路输出通断控制信号。

通常停车时，将开关闭合则发出信号，经降压后至主控芯片，说明此时车辆处于防盗状态。防盗信号的发生也可以通过脉冲信号发生器、震荡信号发生器等发出。

当电动自行车等停放进入防盗状态的信号输入到主控芯片后，如果有人强行推车，电机受外力矩作用，通过霍尔信号处理电路反映到主控芯片，控制电路将改变输出相序，控制电机驱动电路产生一个反力矩驱动，使电机锁死，直至外力矩消失，同时电机锁死信号经主控芯片输出至报警电路，报警器发出报警信号，从而有效防盗。

而当车辆行进中，控制器控制电机处于快速平稳旋转状态时，主控芯片如接收到刹车信号，将停止输出换相信号，切断电机供电，同时主控芯片通过脉宽调制电路向三相下桥臂输出脉宽调制PWM信号，使电机绕组之间互相以一定频率通断，在电机绕组内部形成回流，从而实现良好的电制动。由于以一定频率通断电机绕组可以减小电制动时的冲击电流，因此可以保护MOS功率场效应管和电机。此时还将产生平均电流为5A的脉冲电流回流至电池，对电池钝化物的起到清除作用，有效延长电池寿命。

另外，由于速度设定信号连接主控芯片，当控制器控制电机处于快速平稳旋转状态时如撤销速度信号，主控芯片停止输出换相信号切断电机供电，使电动车处于滑行状态，主控芯片通过输出三相下桥PWM信号，使电机端电压大于电池电压，并建立脉冲充电模式，从而实现将电机动能回馈到电池电能的反充电功能。

由于助力信号连接主控芯片，当接收到正向助力信号时，控制器以一定的占空比驱动电机，实现脚控制及助力骑行的功能。当接收到反向助力信号时，控制器无输出，从而避免出现误动作。

手动速度设定信号维持8S后或者主控芯片接收到手动点动按钮给出定速信号，主控芯片即锁定改状态的占空比，保持电机运行进入巡航工作模式。

控制器输出串行信号连接多功能仪表，当骑行状态发生改变时，主控芯片将状态数据通过数据线和时钟线传递至仪表，仪表即以通过显示相应的发光二极管，显示电动车当前的工作状态。改变以往一线一灯一信号的模式，增加反充电、助力骑行、巡航骑行等功能。使用户更加方便直观的了解整车的工作状态。

综上所述，本实施例的智能报警防盗无刷控制器具有以下优点：

1.防盗信号发生器的控制通过一个开关-即电源锁的档位进行控制，当停车时，将电源锁打至防盗档-即防盗信号发生器开关闭合，则防盗信号经防盗电路降压后至单片机，此时车辆处于防盗状态。

2.智能报警防盗无刷控制器以无刷电机的霍尔信号为报警输入信号。电动车进入防盗状态时，如果强行推动整车，电机受外力矩作用发生转动，电机的霍尔信号发生变化，单片机采集到霍尔信号发生变化，则通过单片机改变输出相序，控制电机驱动电路同步产生一个反力矩驱动，从而使电机锁死，直至外力矩消失。与此同时将电机锁死信号经单片机输出至报警电路，报警器发出报警信号。

3、电动车进入防盗状态时，如搬动或敲打整车，与控制器相连接的震动传感器发出通断信号给单片机，单片机采集到通断信号，输出控制信号至报警电路，报警器发出报警信号。

4.刹车信号连接至单片机，当控制器控制电机处于快速旋转状态时接受到刹车信号，在切断电机供电的同时，通过改变三相绕组电流的相序来改变电机的转向，在电机绕组内部形成回流，使得电机的运行状态由电动转到制动，从而实现良好的电制动；其中制动采用了先进的再生制动，再生制动可以将能量反馈到电池而不是消耗掉，通过再生制动能量回馈，对电池进行反充电，延长电动车的续驶里程，增加10-20％的续驶路程。

5.速度设定信号连接单片机，当控制器控制电机处于快速平稳旋转状态时撤销速度信号，停止向电机供电，使电动车处于滑行状态，单片机通过改变控制模式，使电机端电压大与电池电压，并建立脉冲充电模式，从而实现将电机动能回馈到电池电能的反充电功能。

6.助力信号连接单片机，当接收到正向助力信号时，控制器以一定的占空比驱动电机，实现脚踩控制及电助力混合骑行的功能。当接收到反向助力信号时，控制器无输出，以免出现误动作。

7.手动速度设定信号维持8S后或者手动按钮给出定速控制信号，单片机采集到此状态发出控制信号即以该工作状态保持电机运行进入巡航工作模式。

8、新型多功能显示仪表有电量、助力、转向、定速、自(反)充电功能，通过发光二极管指示不同使用功能；另外，该仪表还有前大灯(含转向灯)、转刹把、多功能控制开关、控制器、仪表电源、电子喇叭接口，完成与控制器、电池(电源)的通讯，实现设计功能。

9.控制器输出串行信号通过通讯线缆与多功能仪表连接，多功能仪表的发光二极管相应的点亮或熄灭，显示电动车当前的工作状态。改变以往一线一灯一信号的模式，增加反充电、助力骑行、巡航骑行等功能，特别是采用蓝色高亮度发光二极管指示反充电功能，在电动车行业是第一家，既指示反充电功能又指示电刹车功能。使用户更加方便直观的了解整车的工作状态。

10.上述功能的创新在电动自行车的整体应用上，无需改变整车的配置，仅更换该新型控制显示系统，即可使电动自行车具备电子防盗、电制动、反充电、助力骑行、巡航骑行等功能，达到了升级换代的目的，使得电动车作到高智能化。

Claims (7)

1. 一种电动车智能报警防盗无刷控制器，其特征在于：包括防盗信号发生电路、霍尔信号处理电路、含微电脑的控制电路、电机驱动电路，所述防盗信号发生电路的信号输出端接微电脑的防盗信号检测端，所述霍尔信号处理电路中的霍尔器件固定在电机转子附近，其信号输出端接微电脑的霍尔信号采样端，所述控制电路微电脑的三相控制信号输出端分别接电机驱动电路对应的各相驱动电路的受控端；所述微电脑在停车后的防盗控制步骤如下：

1)检测防盗信号发生电路是否输入防盗状态信号，如是则进行以下步骤，如否则按常规相序输出驱动控制信号；

2)监测霍尔信号处理电路是否输入电机转动信号，如是则进行以下步骤，如否则继续本步骤；

3)以与常规相反的相序输出驱动控制信号。

2. 根据权利要求1所述电动车智能报警防盗无刷控制器，其特征在于：还包括刹车信号发生电路，所述刹车信号发生电路的信号输出端接微电脑的对应端口，所述电机驱动电路的各相驱动电路中分别含有构成电机绕组内部回流的开关控制回路，所述微电脑在车轮行进后的制动控制步骤如下：

1)检测刹车信号发生电路是否输入刹车信号，如是则进行以下步骤，如否则按常规相序输出驱动控制信号；

2)停止向电机驱动电路输出换相驱动信号，向各相驱动电路的开关控制回路输出通断控制信号

3. 根据权利要求2所述电动车智能报警防盗无刷控制器，其特征在于：所述电机驱动电路包括三相逆变驱动电路，其中每相由上桥臂电路和下桥臂电路构成，所述上桥臂电路由第一开关三极管和串接的第一MOS管组成，所述下桥臂电路由第一级的第二开关三极管以及第二级的两个三极管和与第二级输出串接的第二MOS管组成，所述上、下桥臂电路的公共输出端接无刷电机的对应绕组。

4. 根据权利要求3所述电动车智能报警防盗无刷控制器，其特征在于：所述微电脑的上桥臂驱动控制端分别接电机驱动电路中各相的上桥臂电路受控端；所述微电脑的的下桥臂驱动控制端分别接电机驱动电路中各相的下桥臂电路受控端。

5. 根据权利要求4所述电动车智能报警防盗无刷控制器，其特征在于：所述微电脑的脉宽调制控制端分别通过脉宽调制电路的三路与非门电路，与主芯片下桥臂驱动控制端的下桥臂驱动控制信号分别进行逻辑“与”后，分别接电机驱动电路中各相的下桥臂电路受控端。

6. 根据权利要求5所述电动车智能报警防盗无刷控制器，其特征在于：所述控制器输出串行信号连接多功能仪表。

7. 根据权利要求6所述电动车智能报警防盗无刷控制器，其特征在于：所述防盗信号发生电路由稳压管、第一电阻、电容并联后与第二电阻串联组成，输入端接电池，输出端接微电脑的防盗信号检测端。

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