CN101062661A

CN101062661A - 一种电动车的电气制动控制方法及装置

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Publication number: CN101062661A
Application number: CNA2007100409988A
Authority: CN
Inventors: 史幼迪
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-05-22
Filing date: 2007-05-22
Publication date: 2007-10-31

Abstract

一种电动车的电气制动控制方法及装置。其特征是：电机通过整流模块为装置提供电能；以刹车手柄开关控制制动控制模块的开关，进而控制恒流调节模块的工作与否；以恒流调节模块控制能耗模块能耗量的大小，在一定范围内保证电机绕组流过恒定的电流；以能耗模块来消耗电机通过整流模块提供的电能能量，达到缩短制动距离，提高安全性的目的。本发明在不改变现有电动车控制器和机械刹车系统的前提下，应用电气制动技术，显著提高电动车的制动效果，同时在回收的电能中提取一部分用于刹车指示，从而提高了电动车的安全性和延长机械刹车系统的使用寿命。本发明既适用于无刷电机也适用有刷电机，既适用于新车配套也适用各类旧车改装。

Description

一种电动车的电气制动控制方法及装置

技术领域：

本发明涉及电动车，尤其涉及电动车的安全保护，特别是一种电动车的电气制动控制方法及装置。

背景技术：

电动自行车以其骑行轻便快速、结构简单可靠、使用清洁、无噪音、无气体污染等特点，成为当前城市代步工具的上佳选择。但是电动自行车的速度较普通自行车快，而大多数的电动自行车受其结构的限制及制造商考虑到制造成本，目前依旧采用普通自行车的制动系统。因为在同等制动力的情况下，其制动距离基本与速度的平方成正比，因此电动自行车的制动距离远大于普通自行车的制动距离，从而降低电动自行车骑行的安全性。为此目前在电动自行车行业内，在无刷电机中有采用所谓的“EABS”或“柔性EABS”电气辅助制动系统。此类制动系统对提高电动自行车的安全性起到了一定的积极作用。但从此类系统的设计思想和具体的实施方法上，还存在一些明显的不足。如所谓的“EABS”系统，单纯考虑让电机快速制停，而没有考虑到整车及所载人和物对整个制动过程的影响，因此采用了通常在反抗性负载中很少采用的反接制动的方法，并且在具体实施时并未对电动机的最大电流予以限制。对于这种方法，存在以下几个问题：(1)在控制不精确的情况下，有可能造成电动机反转；(2)即使控制精确，可使电动机快速停转，但整车及所载人和物在制动初期所具有的动能并未被完全转换，故此时会发生如侧滑等不安全问题；(3)由于未对电动机的最大电流予以限制，在制动初期电动机的最大电流会达到两倍的启动电流(远大于电动机的额定电流)，如此大的电流会造成：电机的永久磁铁退磁、电机绕组过热、驱动MOS管受浪涌电流冲击，从而降低电机性能、缩短电机和驱动MOS管的使用寿命。而对于所谓的“柔性EABS”系统，采用了相当于将电机绕组直接短接的方式。这种方法克服了上述(1)的电动机反转、(2)的发生侧滑的两个问题，但还存在(3)的冲击电流大的问题和制动开始时有较大的冲击力的问题。此外以上两种方法一般仅适用于无刷电机电动车，对于有刷电机电动车一般未采用任何的电气制动措施。

发明内容：

本发明的目的就是为了解决以上问题，提供一种电动车的电气制动控制方法及装置。

根据能量守恒定律，电动车的制动过程实际上就是将电动车整车及所载人和物在制动开始时的动能转换为其他形式的功或能的过程。对普通的电动车来说，整个制动链有以下环节组成：(1)闸皮与车轮或轮毂的摩擦力所做的功(包含闸皮磨损所做的功)；(2)轮胎与地面的滑动摩擦力(或打滑)所做的功；(3)轮胎形变所做的功；(4)车辆的其他阻力和空气阻力等所做的功。正常情况下(3)、(4)所做的功占的比例很小，可以忽略不计，闸皮与车轮或轮毂的摩擦力(1)所做的功与闸皮与车轮或轮毂的摩擦力的大小及闸皮与车轮或轮毂的相对位移量有关，当闸皮与车轮或轮毂的摩擦力不是很大的情况下，闸皮与车轮或轮毂存在相对位移时摩擦力做功，可以吸收动能；若闸皮与车轮或轮毂的摩擦力很大(大于轮胎与地面的滑动摩擦力)以致闸皮与车轮或轮毂不存在相对位移(即抱死)，则摩擦力不做功，无法吸收动能，所有的动能将由轮胎与地面的滑动摩擦力(2)所做的功来转换，显然这是不安全的。由此可见，无限制地加大闸皮与车轮或轮毂的摩擦力是不可取的。而在同样情况下减小闸皮与车轮或轮毂的摩擦力就意味者会延长制动距离，也会降低安全性。

本发明提供一种电动车的电气制动控制方法，利用附加的电气制动，将部分动能转变成电能进行利用或直接转换成热能消耗掉，从而加快动能的转换，达到缩短制动距离，提高安全性的目的；同时为了能吸收尽可能多的动能而又不损害电机和驱动功率MOS管，应用可控恒流源来消耗能量。其特征是：电机通过整流模块为装置提供电能；以刹车手柄开关控制制动控制模块的开关，进而控制恒流调节模块的工作与否；以恒流调节模块控制能耗模块能耗量的大小，在一定范围内保证电机绕组流过恒定的电流，提供恒定的制动转矩；以能耗模块来消耗电机通过整流模块提供的电能能量，达到缩短制动距离，提高安全性的目的。

本发明还提供一种电动车的电气制动控制装置，其特征是：由D1～D6六个二极管组成三相整流桥，A、B、C三点分别接无刷电机的三个绕组或A、B、C中的任意两点接有刷电机的绕组，整流桥输出V+和V-为装置提供电源；由光耦U1、三极管Q1、电阻R0组成一个电子开关作为制动控制模块，IN1、IN2两点接电气制动控制信号，有电压时电子开关接通，无电压时电子开关断开，以控制恒流调节模块的工作与否；由二极管D0、三极管Q2、Q3、电阻R1、R2、R3组成一个恒压源作为恒流调节模块，改变R2、R3的比值即可改变恒压源输出(G点)的电压，从而控制能耗模块的能耗电流；由电阻R10和电容C10组成一个积分电路，减小制动开始时的冲击，使制动更平稳；由功率MOS管Q10、负载LD10、功率MOS管Q11、负载LD11……组成能耗模块，一个功率MOS管和一个负载(灯泡)组成一个基本能耗模块，整个装置可根据需要配置若干个基本能耗模块，其中灯泡可直接作为刹车指示灯，G1点的电压越高，每个基本能耗模块的能耗就越大。

本发明与已有技术相对照，效果是积极且明显的。本发明在不改变现有电动车控制器和机械刹车系统的前提下，应用电气制动技术，显著提高电动车的制动效果，同时在回收的电能中提取一部分用于刹车指示，从而提高了电动车的安全性和延长机械刹车系统的使用寿命。本发明既适用于无刷电机也适用有刷电机，既适用于新车配套也适用各类旧车改装。对于不同功率的电机，只需配置与之相应的基本能耗模块数即可。

附图说明：

附图1是一种电动车的电气制动控制方法的能量流向和控制示意图。

附图2是一种电动车的电气制动控制装置的优选实施例的电气原理图。

具体实施方式：

下面通过具体的实施例并结合附图对本发明作进一步详细的描述。

如附图2所示，由二极管D1～D6组成三相整流桥，其中A、B、C三点分别接无刷电机的三个绕组或A、B、C中的任意两点接有刷电机的绕组，整流桥输出V+和V-为整个装置提供电源。

由光耦U1、三极管Q1、电阻R0组成一个电子开关作为制动控制模块，IN1、IN2两点接电气制动控制信号，IN1、IN2间有电压时光耦U1导通使三极管Q1导通，三极管Q1发射极的电位近似等于V+，电子开关接通；IN1、IN2间无电压时光耦U1截止使三极管Q1截止，三极管Q1发射极的电位近似等于V-，电子开关断开；电阻R0为U1截止时提供一个漏电流的通路，以保证三极管Q1可靠截止。

由二极管D0、三极管Q2、Q3、电阻R1、R2、R3组成一个恒压源作为恒流控制模块，其工作原理：在电子开关Q1导通时，当输入电压V+↑→G点电压↑→Q2基极电压↑→Q2发射结电压↑→Q2基极电流↑→Q2集电极电流↑→R1压降↑→Q3基极电压↓→Q3发射极(G点)电压↓，G点电压保持不变；当输入电压V+↓→G点电压↓→Q2基极电压↓→Q2发射结电压↓→Q2基极电流↓→Q2集电极电流↓→R1压降↓→Q3基极电压↑→Q3发射极(G点)电压↑，G点电压保持不变；改变R2、R3的比值即可改变恒压源输出G点的电压。

由电阻R10和电容C10组成一个积分电路，当装置收到制动控制信号→光耦U1导通使三极管Q1导通→恒流控制模块工作→G点电压达到设定值，由于电容C10两端的电压不能突变，所以此时G1的电压仍为零，能耗模块不工作；随后通过电阻R10对电容C10充电，电容C10两端的电压逐渐升高，G1的电压也逐渐升高使能耗模块的能耗电流也逐渐升高，因此减小了制动开始时的冲击，使制动更加平稳。

由功率MOS管Q10、Q11、Q12和灯泡LD10、LD11、LD12等组成能耗模块，一个功率MOS管和一个灯泡组成一个基本能耗模块，整个装置可根据电机功率不同配置若干个基本能耗模块，其中灯泡可直接作为刹车指示灯；设计时将功率MOS管的工作区域设定在放大区(能耗工作时)和截止区(能耗不工作时)；功率MOS管是一种电压控制电流源，当其工作于放大区时，栅极电压越高，漏极电流越大，栅极电压为恒定值时，漏极电流也为恒定值，故可通过调整R2、R3的比值来改变每个基本能耗模块能耗电流的大小；当栅极电压为零时，漏极电流也为零，功率MOS管工作在截止区。

本发明具体的工作过程描述如下：电动车的电气制动控制装置的A、B、C三点分别接无刷电机的三个绕组或A、B、C中的任意两点接有刷电机的绕组，V+和V-间的电压由电机绕组上的电压经由二极管D1～D6组成的三相整流桥整流后提供；IN1和IN2间接电气制动控制信号。电动车正常行驶时，接在IN1和IN2间的电气制动控制信号为零，此时光耦U1截止→三极管Q1截止→三极管Q3截止→G点电压为零→功率MOS管Q10、Q11、Q12均截止，整个装置不消耗电能；电动车需要制动时，在IN1和IN2间加上电气制动控制信号电压，此时光耦U1导通→三极管Q1饱和导通→三极管Q3进入放大区，经R2、R3及三极管Q2、二极管D0的调整，使G点和G1点电压达到一个固定值→功率MOS管Q10、Q11、Q12均进入放大区(此时功率MOS管的漏极电流基本与V+和V-的大小无关)→灯泡点亮。这时整个系统的动能不断地通过电机转换成电能，又不断地通过灯泡LD10和功率MOS管Q10、灯泡LD11和功率MOS管Q11及灯泡LD12和功率MOS管Q12等转换成光和热能消耗掉，使整个系统的动能迅速减少，车速迅速下降，起到附加电气制动的作用。

Claims

1、一种电动车的电气制动控制方法，其特征是：电机通过整流模块为装置提供电能；以刹车手柄开关控制制动控制模块的开关，进而控制恒流调节模块的工作与否；以恒流调节模块控制能耗模块能耗量的大小，在一定范围内保证电机绕组流过恒定的电流，提供恒定的制动转矩；以能耗模块来消耗电机通过整流模块提供的电能能量。

2、一种电动车的电气制动控制装置，其特征是：由六个二极管组成三相整流桥作为整流模块，对无刷电机的三个绕组或有刷电机的绕组的感应电动势整流为装置提供电源；由光耦U1、三极管Q1、电阻R0组成一个电子开关作为制动控制模块，控制恒流调节模块的工作与否；由二极管D0、三极管Q2、Q3、电阻R1、R2、R3组成一个恒压源作为恒流调节模块，控制能耗模块的能耗电流；由电阻R10和电容C10组成一个积分电路，减小制动开始时的冲击，使制动更平稳；由功率MOS管Q10、负载LD10、功率MOS管Q11、负载LD11……组成能耗模块，消耗电机通过整流模块提供的电能。

3、如权利要求2所述的一种电动车的电气制动控制装置，其特征是：由一个功率MOS管和一个负载组成一个基本能耗模块，整个装置可根据需要配置若干个基本能耗模块。

4、如权利要求2所述的一种电动车的电气制动控制装置，其特征是：基本能耗模块的负载由灯泡担当，并直接作为刹车指示灯。