CN101407183B - 电动车控制器 - Google Patents
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Abstract
为使电动车在转把、刹把和/或电机霍尔元件损坏的情况下，仍能正常使用，本发明提供一种电动车控制器，其包括中央控制单元、与中央控制单元的电机控制输出端相连的用于控制无刷电机的驱动电路、与中央控制单元的转速控制输入端相连的转把控制输入电路、与中央控制单元的巡航控制输入端相连的巡航开关；转把控制输入电路用于与控制电机转速的转把相连；当中央控制单元测得其转把控制输入端的电压不在预设范围内时，即判断出转把控制输入电路或所述转把存在故障，中央控制单元进入巡航控制模式，即：仅在巡航开关闭合时，中央控制单元通过驱动电路控制无刷电机按预设转速转动，该预设转速一般为电动车正常行使时最高速度的一半。
Description
技术领域
本发明涉及一种电动车控制器。
背景技术
永磁无刷直流电机的运行是通过逆变器功率器件随转子的不同位置相应地改变其不同触发组合状态来实现的。因此准确检测转子的位置，并根据转子位置准时切换功率器件的触发组合状态是控制无刷直流电机正常运行的关键。使用位置传感器作为转子的位置检测装置是最直接有效的方法。位置传感器是无刷直流电动机系统的组成部分之一，其作用是检测转子在运动过程中的位置，将转子磁钢磁极的位置信号转化成电信号，为逻辑开关电路提供正确的换相信息，以控制它们的导通与截止，使电机电枢绕组中的电流随着转子位置的变化按次序换相，形成气隙中步进式的旋转磁场，驱动永磁转子连续不断地旋转。一般将位置传感器安装于转子的轴上，实现转子位置的实时检测。目前磁敏式的霍尔位置传感器广泛应用于无刷直流电动机中，另外还有光电式的位置传感器。位置传感器的存在增加了电动机的体积，旋转时传感器难免有磨损，且需要多根信号线，更降低了系统的可靠性，也增加了电动机制造的工艺要求和成本。此外，在某些场合因无法安置位置和速度传感器，且由于传感器自身的一些缺点，以及系统成本等因素，促使人们对无刷直流电动机的无位置传感器控制展开研究。无位置传感器控制技术由于省去了位置传感器，简化了电机本体结构，取得了良好的效果。无位置传感器控制技术的研究在高速电机、微型电机、航空航天、水下机器人、家用电器等一些特殊场合具有重要的意义。
在无刷直流电动机控制中如果不用位置传感器，就必须借助于对与电动机转子位置有关量的检测和计算以获得电动机转子的位置。目前无刷直流电动机无传感器控制较为典型的控制方法有反电动势法、续流二极管法、定子三次谐波法、以及采用智能控制检测法等。其中反电动势法是最常见和应用最广泛的方法，例如美国专利NO.5235264采用的就是反电动势法，其主要特点是直接检测电机中不通电相定子绕组中感应的反电动势过零点，再滞后30度电角度即为换相点。因为定子绕组中感应的反电动势与速度成正比，当电机转速很低时反电动势非常微弱，就无法判断反电动势的过零点，所以这种方法在电机低速时往往会无效。而中国专利ZL200410065332.1公开了“一种基于无位置传感器技术的无刷直流电机基波法直接转矩控制系统”，它用检测的瞬时电流、选用的空间电压矢量和计算出的磁链来计算出转速。
中国专利文献公告号CN101242154公开了一种内嵌式永磁无刷直流电机无位置传感器控制系统，主要由微处理器控制器、IPM模块以及驱动单元、电流检测电路、相电压检测电路、输出显示电路、控制输入电路、内嵌式转子结构的永磁无刷直流电机、驱动及控制电源等部件组成。其根据内嵌式转子结构的永磁无刷直流电机的定子绕组的电感是转子位置θ的函数的特点，通过间接检测定子绕组的电感的变化来判断转子位置。在定子绕组采用星形连接的内嵌式永磁无刷直流电机中，当其中两相绕组的自感相等时，正好是不通电相的反电势过零点。因此可以在一个PWM周期内连续两次采样非通电相的对地电压，并比较它们的差值就可以判断出非通电相的反电势的过零点，再滞后30°电角度即为下一次的换相时刻。
上述现有技术的控制器应用于电动车，尤其是应用于电动自行车时，若电动自行车的转把或刹把出现故障，则电机无法开动，一般用户也不知是何故障，给使用带来了诸多不便。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种在电动车的转把发生故障时也能对开启并控制电动车的电动车控制器。
本发明进一步所要解决的技术问题是提供一种在电动车的刹把发生故障时也能开启电动车的电动车控制器。
本发明还要解决的技术问题是提供一种在电动车的转把、刹把或电机发生故障时能给出故障提示信息的电动车控制器。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种电动车控制器，包括：中央控制单元、与中央控制单元的电机控制输出端相连的用于控制无刷电机转动的驱动电路、与中央控制单元的转速控制输入端相连的转把控制输入电路、以及与中央控制单元的巡航控制输入端相连的巡航开关；转把控制输入电路用于与控制电机转速的转把相连；当中央控制单元测得其转把控制输入端的电压不在预设范围内时，即判断出转把控制输入电路或所述转把存在故障，中央控制单元进入巡航控制模式，即：仅在巡航开关闭合时，中央控制单元通过驱动电路控制无刷电机按预设转速转动，该预设转速一般为电动车正常行使时最高速度的一半。
为解决上述进一步所要解决的技术问题，所述中央控制单元的刹把检测端连接有刹把检测电路，刹把检测电路的控制输入端用于与电动车的用于刹车的刹把相连；当中央控制单元测得其刹把检测端为低电平，且测得所述转把被连续拉动四次时，即判断刹把检测电路或所述刹把存在故障，中央控制单元进入所述巡航控制模式，即：当中央控制单元的转把控制输入端测得4次输入信号，且巡航开关闭合时，中央控制单元通过驱动电路控制无刷电机按预设转速转动。
中央控制单元具有故障信号输出端，其连接有声光报警电路；当判断出转把控制输入电路或转把存在故障时，所述中央控制单元通过声光报警电路输出提示转把损坏的报警信号；当判断出刹把检测电路或刹把存在故障时，所述中央控制单元通过声光报警电路输出提示刹把损坏的报警信号。
中央控制单元具有反电势检测端，其连接有用于检测无刷电机的各定子绕组的反电势的反电势检测电路；中央控制单元还具有电源锁检测端，其与电源锁检测电路相连；若中央控制单元通过电源锁检测电路测得电源锁断开，且测得巡航开关闭合时间超过1秒钟时，中央控制单元进入第一防盗工作状态，即：若中央控制单元测得反电势检测电路有电压输出(此时，主要是因为电动车因外力作用发生摇晃或抖动，使电机定子绕组与磁钢发生一定相对位移，从而产生电压)，则通过声光报警电路输出防盗报警信号。
所述中央控制单元具有霍尔信号输入端，其连接有用于检测来自无刷电机中的霍尔元件的输出信号的霍尔检测电路；中央控制单元还具有遥控信号输入端，其连接有遥控接收模块；中央控制单元通过遥控接收模块接收来自外部的防盗控制命令，中央控制单元进入第二防盗工作状态，即：
当中央控制单元测得反电势检测电路有电压输出(此时，主要是因为电动车车轮因外力发生较大幅度抖动，使电机定子绕组与磁钢发生相对位移，从而产生电压)，则通过声光报警电路输出防盗报警信号；
当中央控制单元通过霍尔检测电路测得无刷电机因外力作用而发生转动，并根据由霍尔检测电路测得的车轮转向，通过驱动电路控制无刷电机按相反方向转动，可防止盗贼推走电动车。
当中央控制单元未收到所述防盗控制命令，而测得电源锁断开且巡航开关闭合时间超过1秒钟时，中央控制单元进入第三防盗工作状态，即：当中央控制单元通过霍尔检测电路测得无刷电机因外力作用而发生转动，则根据由霍尔检测电路测得的车轮转向，中央控制单元通过驱动电路控制无刷电机按相反方向转动。
本发明具有积极的效果：(1)采用了本发明的电动车控制器的电机，即便在电动车发生转把损坏、刹把损坏和电机霍尔元件损坏的情况下，仍能正常使用，确保了电动车在使用上的可靠性，方便了用户使用。(2)本发明的电动车控制器具有较好的防盗功能。
附图说明
图1为本发明的电动车控制器的电路框图；
图2为本发明的电动车控制器的电路原理图。
具体实施方式
(实施例1)
见图1-2，本实施例的电动车控制器包括：中央控制单元1、巡航开关2、刹把检测电路3、转把控制输入电路4、电源锁检测电路5、反电势检测电路6、霍尔检测电路7、倒车开关8、声光报警电路9、电池电压检测电路10、遥控接收模块11和用于控制无刷电机转动的驱动电路12。
中央控制单元1采用型号为cy8c24533的单片机，驱动电路12与中央控制单元1的电机控制输出端(即单片机的P12-13，P16-17和P22-23脚)相连，转把控制输入电路4与中央控制单元1的转速控制输入端(即单片机的P00脚)相连，巡航开关2与中央控制单元1的巡航控制输入端(即单片机的P14脚)相连；转把控制输入电路4(包括：电阻R20和R31)用于与控制电机转速的转把ZB相连。
当中央控制单元1测得其转把控制输入端的电压不在预设范围内时，即判断出转把控制输入电路4或所述转把存在故障，中央控制单元1进入巡航控制模式，即：仅在巡航开关2闭合(即单片机的P14脚呈低电平)时，中央控制单元1通过驱动电路12控制无刷电机按预设转速转动，该预设转速一般为电动车正常行使时最高速度的一半，例如20Km/h。
所述中央控制单元1的刹把检测端(即单片机的P11脚)连接有刹把检测电路3，刹把检测电路3的控制输入端用于与电动车的用于刹车的刹把相连；当中央控制单元1测得其刹把检测端为低电平，且中央控制单元1通过其转把控制输入端测得所述转把被连续拉动四次(即其转把控制输入端电压变化由0.8V至3.5V变化连续4次)时，即判断刹把检测电路3或所述刹把存在故障，中央控制单元1进入所述巡航控制模式。
所述中央控制单元1具有故障信号输出端(即单片机的P15脚)，其连接有声光报警电路9；当判断出转把控制输入电路4或转把存在故障时，所述中央控制单元1通过声光报警电路9输出提示转把损坏的报警信号；当判断出刹把检测电路3或刹把存在故障时，所述中央控制单元1通过声光报警电路9输出提示刹把损坏的报警信号。报警信号可以是相应次数的蜂鸣信号，或语音提示。
中央控制单元1具有反电势检测端(即单片机的P25-27脚)，其连接有用于检测无刷电机的各定子绕组的反电势的反电势检测电路6；反电势检测电路6包括分别与3组定子绕组相连的3组比较器电路：U1B、U1C和U1D构成。中央控制单元1还具有电源锁检测端(即单片机的P05脚)，其与电源锁检测电路5相连；电源锁检测电路5由电压锁POWER LOCK、电阻R35和R27、二极管D4构成。
若中央控制单元1通过电源锁检测电路5测得电源锁断开，且测得巡航开关2闭合时间超过1秒钟时，中央控制单元1进入第一防盗工作状态，即：若中央控制单元1测得反电势检测电路6有电压输出，则通过声光报警电路9输出防盗报警信号。
所述中央控制单元1具有霍尔信号输入端(即单片机的P20、21和24脚)，其连接有用于检测来自无刷电机中的霍尔元件的输出信号的霍尔检测电路7；中央控制单元1还具有遥控信号输入端(即单片机的P31脚)，其连接有遥控接收模块11；中央控制单元1通过遥控接收模块11接收来自外部的防盗控制命令，中央控制单元1进入第二防盗工作状态，即：当中央控制单元1测得反电势检测电路6有电压输出，则通过声光报警电路9输出防盗报警信号；当中央控制单元1通过霍尔检测电路7测得无刷电机因外力作用而发生转动，则通过驱动电路12控制无刷电机按相反方向转动。
当中央控制单元1未收到所述防盗控制命令，而测得电源锁断开且巡航开关2闭合时间超过1秒钟时，中央控制单元1进入第三防盗工作状态，即：当中央控制单元1通过霍尔检测电路7测得无刷电机因外力作用而发生转动，则根据由霍尔检测电路测得的车轮转向，中央控制单元1通过驱动电路12控制无刷电机按相反方向转动。
中央控制单元1还可通过遥控接收模块11接收来自外部的“解除防盗工作状态命令”，以使中央控制单元1处于非防盗工作状态；还可接收“寻车命令”，以通过声光报警电路9输出相应的声光信号，便于车主寻车。
所述中央控制单元1具有倒车控制输入端(即单片机的P10脚)，其连接有倒车开关8；当倒车开关8闭合时，中央控制单元1通过驱动电路12控制无刷电机反转。
当中央控制单元1判断出转把控制输入电路4或转把、以及刹把检测电路3或刹把存在故障，且测得巡航开关2连续开闭4次(即单片机的P14脚连续高低电平交替变化4次)时，中央控制单元1通过驱动电路12控制无刷电机按预设转速转动。
中央控制单元1具有电池电压信号输入端，其连接有电池电压检测电路10；当中央控制单元1通过电池电压检测电路10测得电池欠压时，所述驱动电路12停止向无刷电机供电；若中央控制单元1测得巡航开关2连续开闭7次且所述刹把检测端为低电平(即刹把刹住)时，中央控制单元1进入强制行驶状态，即：中央控制单元1控制驱动电路12开始向无刷电机供电，并可将流经无刷电机的电流量相应减半。
当中央控制单元1通过霍尔检测电路7测得无刷电机内的霍尔元件发生故障时，中央控制单元1根据反电势检测电路9测得的反电势信号通过驱动电路12控制无刷电机转动。
巡航开关2、刹把检测电路3和倒车开关8与开关控制面板KG相连。中央控制单元1具有助力信号输入端，其与1+1助力器相连。
本实施例的电动车控制器还具有电机自识别学习功能：控制器出厂时默认配套标准为相位120度的电机，如需配套非标电机，其自识别学习功能如下：
1、先切断电池电源；
2、刹住刹把，将转把拧到最高速，并按住巡航按钮，打开电源锁；
3、接通电池电源；
4、听到报警2声将电机正转反转各一下，若此时学习配对成功，则报警一声；
5、若电机反转，则将电机相位线任意2根互换，重复以上步骤。
Claims (9)
1.一种电动车控制器，其特征在于包括：中央控制单元(1)、与中央控制单元(1)的电机控制输出端相连的用于控制无刷电机转动的驱动电路(12)、与中央控制单元(1)的转速控制输入端相连的转把控制输入电路(4)、以及与中央控制单元(1)的巡航控制输入端相连的巡航开关(2)；转把控制输入电路(4)用于与控制电机转速的转把相连；
当中央控制单元(1)测得其转把控制输入端的电压不在预设范围内时，即判断出转把控制输入电路(4)或所述转把存在故障，中央控制单元(1)进入巡航控制模式，即：仅在巡航开关(2)闭合时，中央控制单元(1)通过驱动电路(12)控制无刷电机按预设转速转动；
中央控制单元(1)的刹把检测端连接有刹把检测电路(3)，刹把检测电路(3)的控制输入端用于与电动车的用于刹车的刹把相连；
当中央控制单元(1)测得其刹把检测端为低电平，且测得所述转把被连续拉动四次时，中央控制单元(1)进入所述巡航控制模式。
2.根据权利要求1所述的电动车控制器，其特征在于：所述中来控制单元(1)具有故障信号输出端，其连接有声光报警电路(9)；
当判断出转把控制输入电路(4)或转把存在故障时，所述中央控制单元(1)通过声光报警电路(9)输出提示转把损坏的报警信号；
当判断出刹把检测电路(3)或刹把存在故障时，所述中央控制单元(1)通过声光报警电路(9)输出提示刹把损坏的报警信号。
3.权利要求1或2所述的电动车控制器，其特征在于：中央控制单元(1)具有反电势检测端，其连接有用于检测无刷电机的各定子绕组的反电势的反电势检测电路(6)；中央控制单元(1)还具有电源锁检测端，其与电源锁检测电路(5)相连；若中央控制单元(1)通过电源锁检测电路(5)测得电源锁断开，且测得巡航开关(2)闭合时间超过1秒钟时，中央控制单元(1)进入第一防盗工作状态，即：若中央控制单元(1)测得反电势检测电路(6)有电压输出，则通过声光报警电路(9)输出防盗报警信号。
4.权利要求1或2所述的电动车控制器，其特征在于：所述中央控制单元(1)具有霍尔信号输入端，其连接有用于检测来自无刷电机中的霍尔元件的输出信号的霍尔检测电路(7)；
中央控制单元(1)还具有遥控信号输入端，其连接有遥控接收模块(11)；中央控制单元(1)通过遥控接收模块(11)接收来自外部的防盗控制命令，中央控制单元(1)进入第二防盗工作状态，即：
当中央控制单元(1)测得反电势检测电路(6)有电压输出，则通过声光报警电路(9)输出防盗报警信号；
当中央控制单元(1)通过霍尔检测电路(7)测得无刷电机因外力作用而发生转动，则中央控制单元(1)根据由霍尔检测电路测得的车轮转向，通过驱动电路(12)控制无刷电机按相反方向转动。
5.权利要求4所述的电动车控制器，其特征在于：当中央控制单元(1)未收到所述防盗控制命令，而测得电源锁断开且巡航开关(2)闭合时间超过1秒钟时，中央控制单元(1)进入第三防盗工作状态，即：
当中央控制单元(1)通过霍尔检测电路(7)测得无刷电机因外力作用而发生转动，则根据由霍尔检测电路测得的车轮转向，中央控制单元(1)通过驱动电路(12)控制无刷电机按相反方向转动。
6.权利要求1或2所述的电动车控制器，其特征在于：所述中央控制单元(1)具有倒车控制输入端，其连接有倒车开关(8)；
当倒车开关(8)闭合时，中央控制单元(1)通过驱动电路(12)控制无刷电机反转。
7.权利要求2所述的电动车控制器，其特征在于：当中央控制单元(1)判断出转把控制输入电路(4)或转把、以及刹把检测电路(3)或刹把存在故障，且测得巡航开关(2)连续开闭3-6次时，中央控制单元(1)通过驱动电路(12)控制无刷电机按预设转速转动。
8.权利要求1所述的电动车控制器，其特征在于：中央控制单元(1)具有电池电压信号输入端，其连接有电池电压检测电路(10)；
当中央控制单元(1)通过电池电压检测电路(10)测得电池欠压时，所述驱动电路(12)停止向无刷电机供电；
若此时中央控制单元(1)测得巡航开关(2)连续开闭5-8次且所述刹把检测端为低电平时，中央控制单元(1)进入强制行驶状态，即：中央控制单元(1)控制驱动电路(12)开始向无刷电机供电。
9.权利要求4所述的电动车控制器，其特征在于：当中央控制单元(1)通过霍尔检测电路(7)测得无刷电机内的霍尔元件发生故障时，中央控制单元(1)根据反电势检测电路(9)测得的反电势信号通过驱动电路(12)控制无刷电机转动。
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