CN102054379A - 环保型驾校用电动教练车 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种环保型驾校用电动教练车，其动力系统总成包括电动机、电机控制电路、传动连接机构，固定支架、外壳及传动轴等，拆除发动机，保留飞轮、离合器和变速箱等，改装后电动车以蓄电池供电，由电动机驱动行驶，行驶过程踩离合器换档，电动机、电动机调速控制电路通过绝缘方式与机壳连接；电动机的输出轴通过传动机构与飞轮和离合器相连，将原真空助力刹车泵改为定制直流真空助力刹车泵；将原液压助力转向泵改为定制直流液压助力转向泵，车辆满足驾驶员培训要求，驾驶操作控制简单有效、工作可靠确保行车安全，机械、电气装置耐用少维修，产品能进行批量试生产，能进行示范运行。

Description

环保型驾校用电动教练车
技术领域
本发明涉及一种驾校用的教练车，特别涉及一种环保型驾校用电动教练车。
背景技术
随着燃油汽车的发展，能源日益紧张，汽车尾气的污染问题也日益严重，国家将节能减排纳入国策。为了节约能源，减少排放污染，用电动教练车代替燃油汽车进行教学。
申请号为“200920009922.3”的专利申请公开了一种驾校学习专用电动教练车，该专利电源由蓄电池组中人选一粒引出12V电源，将导致蓄电池放电不均，降低蓄电池组容量且容易损坏蓄电池；采用电量表显示电流，无法防止电压异常造成的事故；采用普通直流电机，不能满足教练车的动力输出特性；刹车系统、转向系统同原燃油车完全一样，其动力源无法保证；使用钥匙开关S1、电位器S2和微调电位器R3，无法完全模拟原燃油车辆的开启、加速性能。
申请号为“200820133083.1”的专利申请公开了一种电动教练车控制装置，该控制装置包括了外壳、高压部分和低压控制部分，其中，外壳由防水、耐高压PVC制造；高压部分包括高压动力输入线、交流接触器和高压动力输出线；低压控制部分包括电机电流控制装置、控制继电器K1、控制继电器K2、光电传感器、启动电平、逻辑鉴别器、延时器和电源调制器，其中，电机电流控制装置包括交流互感器、AC/DC转换器、电量或电压比较器和电位器，电源调制器还预留扩展器，高压部分起接通和断开电机工作电流的作用，高压部分的电压为380V，电源调制器调制后的电压供给低压部分，低压部分的电压为12V，采用380V高压，即为有线电源，限制了车程，且安全性不高，能源利用率低，未充分利用空挡和电机制动进行能量回收。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种环保型驾校用电动教练车，该车辆满足驾驶员培训要求，驾驶操作控制简单有效、工作可靠确保行车安全。
本发明的技术方案在于：一种环保型驾校用电动教练车，包括电池电源、电动机、电动机控制电路及油门踏板位置传感器，所述电动机通过传动机构与离合器、变速器相连，其特征在于：电池电源通过电源开关K1控制通断，电池电源正负极之间并联连接有电压转换装置U2、主电机控制器U5、制动助力真空泵M2及转向助力泵M3，所述电压转换装置U2的输出端连接至点火开关U3，所述点火开关U3设有四个档位，其中Lock档为关闭点火，ACC档为附件供电，ON档为车身供电，ST档为起动档，所述ST档并联连接有起动继电器KM1，真空泵继电器KM2和转向助力泵继电器KM3，其中起动继电器KM1线圈连接ST档，起动继电器KM1的一个触点连接于ON档和ST档之间，另一触点连接主电机控制器U5的1和4脚，真空泵继电器KM2的线圈连接ST档，真空泵继电器KM2触点与制动助力真空泵M2串联，转向助力泵继电器KM3线圈连接ST档，转向助力泵KM3触点与转向助力泵M3串联，主电机控制器U5的ABC三个端子分别连接主电机M1的三相电源，uvw连接器经线束与主电机M1的uvw连接器相连，主电机控制器U5的10,11,12端子分别与加速踏板位置传感器U4的三个端子相连，ACC档输出端连接至电器控制器U6的输入端，电器控制器U6的N端与电池电源负极相连，所述电器控制器U6的各引脚分别用于传递车速传感器信号SPEED、离合器位置传感器信号CLUTCH、节气门位置传感器信号DOT、档位开关信号，电器控制器U6的输出端连接失档继电器KM4及数据总线DATA BUS，所述DATA BUS分别连接车速里程表LCBU7、发动机转速表ZSBU8及声音模拟器SYMU9，所述车速里程表LCBU7、发动机转速表ZSBU8及声音模拟器SYMU9分别并联连接于ACC档和电池电源负极之间。
所述电池电源为48V蓄电池。
所述电压转换装置U2为直流48V转24V转换装置。
所述传动机构包括电动机输出轴，所述电动机输出轴通过花键与传动轴实现连接，所述传动轴的内孔一端设有与电动机输出轴花键配合的内花键，所述传动轴的内孔中部设有用于电动机输出轴的轴向定位的卡环，所述传动轴另一端的端面设有凸缘，所述凸缘上设有用于与离合器的飞轮相连的螺栓孔，所述传动轴外周部设有套筒，所述套筒内壁一端设有电动机定位孔，所述套筒内壁另一端设有角接触轴承定位孔及用于角接触轴承的轴向定位的卡环，所述套筒左右两端面固定有端板，所述两端的端板分别通过螺栓与电动机和变速器相连，以实现电动机到变速器、离合器的动力传动。
所述电动机为永磁无刷直流电机。
所述永磁无刷直流电机采用星型连接方式。
所述档位开关信号包括D1、D2、D3、D4及倒车档R五档开关信号。
还包括电动机控制系统，所述电动机控制系统根据油门踏板位置传感器信号确定电流给定信号，所述电流给定信号经电流调节器、PWM控制器及逆变器与电动机相连，所述电动机经飞轮与离合器相连，所述离合器通过5档变速器控制驱动轴，所述电动机设有转子位置传感器，所述转子位置传感器与PWM控制器相连，所述逆变器输出端设有相电流检测装置，所述相电流检测装置将检测结果反馈至电流调节器。
所述制动助力真空泵M2为直流48V制动助力真空泵，所述48V制动助力真空泵串联有真空泵熔断丝F2。
所述转向助力泵M3为直流48V转向助力泵，所述48V转向助力泵串联有转向助力泵熔断丝F3。
本发明的优点在于：1、与普通教练车相比，本产品的第一大优点是在车价不比普通教练车高的前提下使用成本的低廉。就动力源所耗能源来讲，电动教练车与普通教练车相比，每年可以节省石油能源，节省成本；
2、用电池作为动力源的第二大优点是积极响应政府倡导的使用绿色能源的政策，不产生尾气，对空气没有污染；
3、机械动力传动装置采用的结构和部件较为简单，造价低；
4、用48V蓄电池作为电源，提高安全性；充分利用空挡和电机制动进行能量回收，能量利用最大化；优化驱动方式，减少开关损耗，实现节能；独特的关键器件保护措施，提高系统的可靠性。
5、用48V转12V的DC/DC转换器，获取12V电源为全车电路供电，为防止电压异常造成的事故，专门为系统设计了蓄电池电压报警器，当监测到蓄电池的电压超过上限报警值或低于下限报警值时，蓄电池电压报警器会立即鸣笛报警，蓄电池电压测控仪会输出开关量信号；
6、考虑场地教练车的动力输出特性，选择DC48V永磁无刷直流电机，按照真空助力大小，专门设计DC48V的真空刹车助力泵，完全模拟原改装车的制动性能，按照原车转向助力泵液体压力、流量专门设计一款DC48V液压助力转向泵，完全模拟原改装车的转向助力性能；
7、通过电路改造，保留原车点火开关，及其所有档位功能，完全模拟改装车辆的电器设备功能，通过设计专用电机控制系统，保留原脚踏和节气门位置传感器，完全模拟原改装车辆的加速性能；
8、首创电器控制器CONTROLER2，通过采集车速传感器信号SPEED、离合器位置传感器信号CLUTCH、节气门位置传感器信号DOT、档位开关信号 (D1-D4、R) 等，经过处理可以实现以下功能：控制失档继电器KM4，模拟燃油教练车在起步过程中，车速慢、离合器抬得过快所引起的失档而致使发动机熄火的现象；经数学模型处理计算得出车辆行驶里程，通过数据线DATA BUS传送到车辆里程表LCB，模拟燃油教练车车速和里程表的显示；经数学模型处理计算得出车辆行驶时发动机转速，通过数据线DATA BUS传送到发动机转速表ZSB，模拟燃油教练车发动机转速表的显示；经数学模型处理确定车辆行驶的各种状态，通过数据线DATA BUS传送到声音模拟器SYM，模拟燃油教练车车内各种行驶状态下所产生的噪音。
附图说明
图1为本发明的动力传递结构图。
图2为本发明的电机控制器部分电路原理图。
图3为本发明的电器控制器部分电路原理图。
图4为本发明的传动系统结构示意图。
图5为本发明的控制系统流程图。
图6为本发明的主电机的电路原理图。
具体实施方式
参考图1、图2及图3，一种驾校用电动教练车，包括电池电源、电动机、电动机控制电路及油门踏板位置传感器，所述电动机通过传动机构与离合器、变速器相连，其特征在于：电池电源通过电源开关K1控制通断，电池电源正负极之间并联连接有电压转换装置U2、主电机控制器U5、制动助力真空泵M2及转向助力泵M3，所述电压转换装置U2的输出端连接至点火开关U3，所述点火开关U3设有四个档位，其中Lock档为关闭点火，ACC档为附件供电，ON档为车身供电，ST档为起动档，所述ST档并联连接有起动继电器KM1，真空泵继电器KM2和转向助力泵继电器KM3，其中起动继电器KM1线圈连接ST档，起动继电器KM1的一个触点连接于ON档和ST档之间，另一触点连接主电机控制器U5的1和4脚，真空泵继电器KM2的线圈连接ST档，真空泵继电器KM2触点与制动助力真空泵M2串联，转向助力泵继电器KM3线圈连接ST档，转向助力泵KM3触点与转向助力泵M3串联，主电机控制器U5的ABC三个端子分别连接主电机M1的三相电源，uvw连接器经线束与主电机M1的uvw连接器相连，主电机控制器U5的10,11,12端子分别与加速踏板位置传感器U4的三个端子相连，ACC档输出端连接至电器控制器U6的输入端，电器控制器U6的N端与电池电源负极相连，所述电器控制器U6的各引脚分别用于传递车速传感器信号SPEED、离合器位置传感器信号CLUTCH、节气门位置传感器信号DOT、档位开关信号，电器控制器U6的输出端连接失档继电器KM4及数据总线DATA BUS，所述DATA BUS分别连接车速里程表LCBU7、发动机转速表ZSBU8及声音模拟器SYMU9，所述车速里程表LCBU7、发动机转速表ZSBU8及声音模拟器SYMU9分别并联连接于ACC档和电池电源负极之间。
所述电池电源为48V蓄电池。
所述电压转换装置U2为直流48V转24V转换装置。
参考图4，所述传动机构包括电动机输出轴1，所述电动机输出轴通过花键与传动轴2实现连接，所述传动轴的内孔一端设有与电动机输出轴花键配合的内花键，所述传动轴的内孔中部设有用于电动机输出轴的轴向定位的卡环3，所述传动轴另一端的端面设有凸缘4，所述凸缘上设有用于与离合器5的飞轮6相连的螺栓孔7，所述传动轴外周部设有套筒8，所述套筒内壁一端设有电动机定位孔9，所述套筒内壁另一端设有角接触轴承定位孔10及用于角接触轴承的轴向定位的卡环11，所述套筒左右两端面固定有端板12，所述两端的端板分别通过螺栓与电动机和变速器13相连，以实现电动机到变速器、离合器的动力传动。
所述电动机为永磁无刷直流电机。
参考图6，所述永磁无刷直流电机采用星型连接方式，逆变电路采用三相桥式PWM逆变电路。
所述档位开关信号包括D1、D2、D3、D4及倒车档R五档开关信号。
参考图5，还包括电动机控制系统，所述电动机控制系统根据油门踏板位置传感器信号确定电流给定信号，所述电流给定信号经电流调节器、PWM控制器及逆变器与电动机相连，所述电动机经飞轮与离合器相连，所述离合器通过5档变速器控制驱动轴，所述电动机设有转子位置传感器，所述转子位置传感器与PWM控制器相连，所述逆变器输出端设有相电流检测装置，所述相电流检测装置将检测结果反馈至电流调节器。
所述制动助力真空泵M2为直流48V制动助力真空泵，所述48V制动助力真空泵串联有真空泵熔断丝F2。
所述转向助力泵M3为直流48V转向助力泵，所述48V转向助力泵串联有转向助力泵熔断丝F3。
参考图1、图2及图3，本发明的电气元件为U1为DYB电压报警装置，U2为DCC直流48V转24V转换装置，U3为点火开关，U4为加速踏板即节气门位置传感器，U5为主电机控制器，M1为主电机即DC48V永磁无刷直流电机，M2为DC48V制动助力真空泵（P<50W，-0.065MP），M3为DC48V转向助力泵（P=500W，n=1000-1500rpm），K1为电源开关，KM1为起动继电器，KM2为真空泵继电器，KM3为转向助力泵继电器，F1为总保险丝，F2为真空泵熔断丝，F3为转向助力泵熔断丝。电器控制电路中，U6为电器控制器，U7为车速里程表，U8为发动机转速表，U9为声音模拟器， SPEED为车速传感器信号、CLUTCH为离合器位置传感器信号、DOT为节气门位置传感器信号、(D1-D4、R)档位开关信号，KM4为失档继电器。
其工作原理如下：打开电源开关K1；电压报警器DYB开始检测电源电压，同时显示电源实时电源和工作电流，当电源电压不符合标准工作电压范围时，电压报警器DYB将蜂鸣报警；打开点火开关U3到ACC位置，学员可以观察仪表板上的时钟和开启收音机，打开点火开关到ON档，学员可以控制灯光和仪表等用电设备，比如转向灯、远近光灯和喇叭等电气设备，打开点火开关到ST档，继电器KM1、KM2、KM3线圈得电，一个触点KM1闭合，将ST档自锁，使得三个线圈持续得电，学员松口起动开关，点火开关回到ON档，另一个触点KM1闭合主电机控制器开始工作，主电机M1开始低速运行，学员可以控制加速踏板改变电机M1转速，同时KM2触点闭合，制动真空助力泵开始工作，KM3触点闭合，液压助力转向泵开始工作；学员慢慢松开离合器，结合图1，主电机输出轴和飞轮将与离合器接合，将动力传递到变速器和传动轴直至车轮，车辆开始低速运行。
点火开关打到ACC或LOCK档，KM1、KM2、KM3线圈失电M1、M2、M3均停止工作，再断开K1切断总电源。
电器控制器在电源开关K1接通后开始采集车速传感器信号SPEED，节气门位置传感器信号DOT，离合器位置传感器信号CLUTCH，当车辆挂到1档时，档位信号D1传给电器控制器CONTROLER2，根据数学模型进行处理，当车速较慢而离合器结合过快时，控制器CONTROLER2将向KM4输出高电平信号，KM4继电器的常闭触点断开，KM1、KM2、KM3线圈矢电M1、M2、M3均停止工作，模拟燃油教练车熄火现象；当车辆分别挂到2、3、4和倒档时，档位信号D2、D3、D4和R档传给电器控制器CONTROLER2，经过数学模型处理后模拟燃油教练车实际换挡车况控制KM4的输出，觉得车辆是否熄火。同时电器控制器CONTROLER2的DATA BUS总线向 U7车速里程表LCB传送电动教练车车速里程信息，U7车速里程表LCB模拟燃油教练车显示车速里程信息；电器控制器CONTROLER2的DATA BUS总线向 U8发动机转速表ZSB传送电动教练车发动机转速信息（该信息经由车速信息和档位信息换算得来），U8发动机转速表ZSB模拟燃油教练车显示发动机转速信息；电器控制器CONTROLER2的DATA BUS总线向 U9声音模拟器SYM传送电动教练车车辆实时车况信息，U9声音模拟器SYM根据控制器传递过来的车辆实时车况模拟燃油教练车发出各种不同车况下车辆内部声音信息。
参考图5及图6，根据油门踏板位置传感器信号确定电流给定信号，由于电机电磁转矩与相电流成正比，因此对相电流闭环控制即可实现对电机转矩的闭环控制，如图6所示，永磁无刷直流电机采用星型连接方式，利用电机转子位置传感器输出的磁极位置信号，控制电子换向线路去驱动逆变器的功率开关器件，使电枢绕组依次馈电，从而在定子上产生跳跃式的旋转磁场，拖动永磁电机转子旋转；同时，随着电机转子的转动，转子位置传感器又不断送出位置信号，以不断的改变电枢绕组的通电状态，使得在某一磁极下导体中的电流方向保持不变，这样电机就旋转起来了，例如，当转子处于0～60电角度时，控制系统使Q1、Q4导通，A、B两相绕组通电，A进B出，电枢绕组在空间合成磁势，定转子磁场相互作用，拖动电机转子顺时钟方向转动，依此类推，导通相的顺序为AB→AC→BC→BA→CA→CB，即两相六拍控制。
表1  电机电动和发电时开关管导通逻辑
转子位置（电度角） 0~60 60~120 120~180 180~240 240~300 300~360
正转电动 Q1、Q4 Q1、Q6 Q3、Q6 Q3、Q2 Q5、Q2 Q5、Q4
正转发电 Q2 Q2 Q4 Q4 Q6 Q6
当电机电动运行时，使所有上桥臂导通，下桥臂采用PWM控制，通过油门踏板位置传感器信号控制PWM波形的占空比，PWM波形的占空比决定了电流的大小；当电机转速较慢，其感应电势小于蓄电池电压时，关闭所有上桥臂，下桥臂采用PWM控制，实现对蓄电池充电。
通过检测Vgs，对功率开关器件进行过流保护，提高系统可靠性
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。 

Claims (10)

1.一种环保型驾校用电动教练车，包括电池电源、电动机、电动机控制电路及油门踏板位置传感器，所述电动机通过传动机构与离合器、变速器相连，其特征在于：电池电源通过电源开关K1控制通断，电池电源正负极之间并联连接有电压转换装置U2、主电机控制器U5、制动助力真空泵M2及转向助力泵M3，所述电压转换装置U2的输出端连接至点火开关U3，所述点火开关U3设有四个档位，其中Lock档为关闭点火，ACC档为附件供电，ON档为车身供电，ST档为起动档，所述ST档并联连接有起动继电器KM1，真空泵继电器KM2和转向助力泵继电器KM3，其中起动继电器KM1线圈连接ST档，起动继电器KM1的一个触点连接于ON档和ST档之间，另一触点连接主电机控制器U5的1和4脚，真空泵继电器KM2的线圈连接ST档，真空泵继电器KM2触点与制动助力真空泵M2串联，转向助力泵继电器KM3线圈连接ST档，转向助力泵KM3触点与转向助力泵M3串联，主电机控制器U5的ABC三个端子分别连接主电机M1的三相电源，uvw连接器经线束与主电机M1的uvw连接器相连，主电机控制器U5的10,11,12端子分别与加速踏板位置传感器U4的三个端子相连，ACC档输出端连接至电器控制器U6的输入端，电器控制器U6的N端与电池电源负极相连，所述电器控制器U6的各引脚分别用于传递车速传感器信号SPEED、离合器位置传感器信号CLUTCH、节气门位置传感器信号DOT、档位开关信号，电器控制器U6的输出端连接失档继电器KM4及数据总线DATA BUS，所述DATA BUS分别连接车速里程表LCBU7、发动机转速表ZSBU8及声音模拟器SYMU9，所述车速里程表LCBU7、发动机转速表ZSBU8及声音模拟器SYMU9分别并联连接于ACC档和电池电源负极之间。
2.根据权利要求1所述的环保型驾校用电动教练车，其特征在于：所述电池电源为48V蓄电池。
3.根据权利要求1所述的环保型驾校用电动教练车，其特征在于：所述电压转换装置U2为直流48V转24V转换装置。
4.根据权利要求1所述的环保型驾校用电动教练车，其特征在于：所述传动机构包括电动机输出轴，所述电动机输出轴通过花键与传动轴实现连接，所述传动轴的内孔一端设有与电动机输出轴花键配合的内花键，所述传动轴的内孔中部设有用于电动机输出轴的轴向定位的卡环，所述传动轴另一端的端面设有凸缘，所述凸缘上设有用于与离合器的飞轮相连的螺栓孔，所述传动轴外周部设有套筒，所述套筒内壁一端设有电动机定位孔，所述套筒内壁另一端设有角接触轴承定位孔及用于角接触轴承的轴向定位的卡环，所述套筒左右两端面固定有端板，所述两端的端板分别通过螺栓与电动机和变速器相连，以实现电动机到变速器、离合器的动力传动。
5.根据权利要求1或4所述的环保型驾校用电动教练车，其特征在于：所述电动机为永磁无刷直流电机。
6.根据权利4所述的环保型驾校用电动教练车，其特征在于：所述永磁无刷直流电机采用星型连接方式。
7.根据权利要求1所述的环保型驾校用电动教练车，其特征在于：所述档位开关信号包括D1、D2、D3、D4及倒车档R五档开关信号。
8.根据权利要求1所述的环保型驾校用电动教练车，其特征在于：还包括电动机控制系统，所述电动机控制系统根据油门踏板位置传感器信号确定电流给定信号，所述电流给定信号经电流调节器、PWM控制器及逆变器与电动机相连，所述电动机经飞轮与离合器相连，所述离合器通过5档变速器控制驱动轴，所述电动机设有转子位置传感器，所述转子位置传感器与PWM控制器相连，所述逆变器输出端设有相电流检测装置，所述相电流检测装置将检测结果反馈至电流调节器。
9.根据权利要求1所述的环保型驾校用电动教练车，其特征在于：所述制动助力真空泵M2为直流48V制动助力真空泵，所述48V制动助力真空泵串联有真空泵熔断丝F2。
10.根据权利要求1所述的环保型驾校用电动教练车，其特征在于：所述转向助力泵M3为直流48V转向助力泵，所述48V转向助力泵串联有转向助力泵熔断丝F3。
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