CN104037924A - 智能型电刹车反充电功能控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能型电刹车反充电功能控制系统，包括电池、智能控制器、控制线缆和直流串励电机。智能控制器根据加速器信号的大小变化控制脉宽调制电路的输出，控制电机速度和电流的变化；控制器收到制动踏板的刹车信号后，切断控制器输出，同时对刹车信号计时，如果刹车信号持续3秒以上，电刹车功能启动，此时由于惯性作用，电机仍在运转，智能控制器控制电机实现无触点的正反转换向，利用电机的电磁能给电池反充电及启动电刹车功能；如果刹车信号未达到3秒，则电刹车功能不启动。本发明根据不同道路情况设计的全智能型控制系统，利用电机的电磁能给电池反充电及e-ABS刹车，延长了续行里程，强化了刹车功能，并可减轻机械刹车的磨损。

Description

智能型电刹车反充电功能控制系统

技术领域

本发明涉及一种控制系统，尤其涉及一种智能控制电刹车反充电功能的系统。

背景技术

电动观光车、电动巡逻车等电动车，在场地行驶过程中，会遇到各种各样的路况，如较为平坦的路况、坡道较多的类似丘陵路段的路况、上下坡道较陡且坡道较长的路况等，加之景区客流量大，且行人有时会走在道路的中央，这样，就不能简单地实行电刹车，达不到最佳的整车行驶状况。因为电动车在电刹车时，电机的电磁能转换为电能具有一定的能量损失，且车辆因刹车停止再重新启动，启动所需扭矩大，电流也大，消耗的电池能量最大。

在需要大的启动力矩的情况下，直流串励电机往往由于其技术成熟、价格低廉并且具有优良的启动力矩特性而得到大量的使用，目前市场上的电动车上普遍使用该直流串励电机。但是这种电机使用的电磁换向器存在体积和接触电阻较大、触点寿命短的问题。由无机械触点的电力电子器件代替电磁换向器来实现电机的正反转控制，可以很好地解决上述问题。附图1给出了这类能实现无接触器电子安全换向的直流串励电机控制系统的接线原理图，该系统具有e-ABS刹车和给电池反充电的功能，是串励电机控制方法的革命性突破，具有节能环保之功效，符合国家的产业政策。

发明内容

为克服现有传统电动车采用串励电机控制系统的设计缺陷，提供一种全新的、智能型的电刹车反充电功能控制系统，通过智能控制方法实现电子无触点正反向换向，从而达到安全、可靠的驾乘目的。

本发明采用的技术方案如下：

智能型电刹车反充电功能控制系统，包括电池、智能控制器、控制线缆和直流串励电机，其中，直流串励电机采用全桥电路来单独接线励磁绕组实现电机双向电流的控制，实现力矩换向功能；采用互补双半桥电路单独接线电枢绕组实现电机单方向电流控制且确保电能反馈回电源通道；通过电流反馈控制两绕组的电流大小一致，进而确保电机电刷与集电极之间换向成功，所述智能控制器根据加速器信号的大小变化控制脉宽调制电路的输出，控制电机速度和电流的变化；控制器收到制动踏板的刹车信号后，切断控制器输出，同时对刹车信号计时，如果刹车信号持续3秒以上，电刹车功能启动，此时，由于惯性作用，电机仍在运转，智能控制器控制电机实现无触点的正反转换向，利用电机的电磁能给电池反充电及启动电刹车功能；如果刹车信号未达到3秒，则电刹车功能不启动。

进一步地，所述控制器与制动踏板之间还设有霍尔开关。

上述智能型电刹车反充电功能控制系统在电动车上应用时，所述控制系统安装在电动车上，并与电动车的功能开关连接。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

（1）本发明根据不同道路情况而设计的全智能型电刹车/反充电控制系统，利用电机的电磁能给电池反充电及e-ABS刹车，延长了续行里程，强化了刹车功能，并可减轻机械刹车的磨损。

（2）由于通过全桥电路控制励磁绕组电流的方向，可以取消现有电动观光车换向所采用的有触点电磁换向器（共2只接触器），改为无触点换向，安全可靠。

（3）通过采用科学的控制方法，可以取得最经济的运行效果。适用于多种电动车，利于推广使用。

附图说明

图1为直流串励电机控制系统的接线原理图；

图2为本发明控制系统的原理框图；

图3为开关式霍尔元件的原理图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的直流串励电机采用半导体开关元件组成的全桥电路控制直流串励电机的励磁绕组的双向电流，采用另一半导体开关元件组成的互补双半桥电路控制直流串励电机的电枢绕组的单方向电流，互补双半桥电路是指半导体开关元件组成的全桥电路中一组上下臂结构的下臂开关用二极管替代且另一组上下臂结构的上臂开关用二极管替代。通过电流反馈控制系统控制所述励磁绕组和电枢绕组的电流相等，实现电机的正反转控制，从而通过再生制动原理实现串励电机控制系统的e-ABS刹车和给电池反充电的功能。

本发明智能控制系统控制直流串励电机正反转向的具体实施过程为：

第I象限和第III象限稳定运行时，励磁绕组的电流由全桥电路斩波控制稳定在单一极性下，并且通过电枢绕组和励磁绕组的电流反馈信息控制励磁电流始终追随电枢电流使两者大小相等，其中第I象限运行励磁绕组电流的方向与第III象限运行励磁绕组电流的方向相反；电枢绕组的电流由互补双半桥电路斩波控制其大小追随用户与负载要求。互补双半桥中的两开关导通时，电枢电流在电源与电枢反电势之差的正压下增加，电源向电枢绕组供电；关断时反电动势不改变极性，电枢电流在电源电压与放电动势之和的负压下减小，是电机磁场能量同时向电源和负载供能，实现反充电和能量再生制动（e-ABS），没有机械能向电源供电。以高频开关频率来控制双半桥的开关占空比可准确控制电枢电流大小来控制电机力矩大小和速度大小，满足应用要求。注意第I象限的转速方向和励磁电流方向与第III象限相比同时改变因此电枢反电势的极性在此两象限不变。

第II象限和第IV象限稳定运行时，励磁绕组的电流励磁绕组的电流由全桥电路斩波控制稳定在单一极性下，并且通过电枢绕组和励磁绕组的电流反馈信息控制励磁电流始终追随电枢电流使两者大小相等，但此时第II象限运行励磁绕组的电流方向与第I象限励磁绕组方向相反而第IV象限运行励磁绕组的电流方向与第III象限励磁绕组电流方向相反，因此第II，IV象限的反电势极性相同但都与第I，III象限的反电势极性相反；电枢绕组的电流由互补双半桥电路斩波控制其大小追随用户与负载要求。互补双半桥中的两开关导通时，电枢电流在电源与电枢反电势之和的正压下增加，电源和机械能同时向电机磁场供能；互补双半桥中的两开关关断时，电枢电流在电源电压与电枢反电势之差下变化，机械能通过电机磁场向电源供电实现能量回馈。

本发明的智能控制系统应用在电动观光车上时，在车辆行驶过程中，因速度过快（长下坡、陡坡）或前方有行人，需要减速，这时，驾驶员会点刹，让速度减慢或避开行人，但不是真正想使车辆停下来，这时，电刹车的功能不起作用；若真正想使车辆停下，带人或避让行人，驾驶员会连续踩住制动踏板，直至车辆停下为止，这时，控制器对刹车信号的计时超过3S时，电刹车才会起作用，控制器控制全桥场管的导通顺序，从而控制电机实现无触点的正反转换向，电刹车（再生制动）加上机械刹车功能，使车辆快速减慢速度直至停止。再生制动同时使得控制系统对电池反充电，节能环保，属于国家大力扶持的节能环保车辆。

此外，智能控制器还可以连接到各功能开关，如控制观光车上的喇叭、前进/后退开关、雨刮器开关、灯具开关、档位开关、速度传感器等部件，使得整车系统更先进、安全、可靠、人性化。

图3给出了开关式霍尔元件的原理图。开关霍尔为磁控式元件，开关霍尔（如S3020等）固定在踏板正下方的车架接片上，是不动的，磁钢固定在踏板上，随踏板运动。制动踏板在零位时（未踩下），霍尔出输高电平（4.3V），制动踏板踩下时，磁钢随踏板向下运行靠近霍尔元件，此时，磁钢的磁场穿过霍尔元件，霍尔元件输出低电平（0V）给控制器（刹车信号），控制器关断无输出。由于采用的开关霍尔元件为非接触式元件，可靠性高，寿命长，免维护。

Claims (3)

1.智能型电刹车反充电功能控制系统，包括电池、智能控制器、控制线缆和直流串励电机，其特征在于，智能控制器根据加速器信号的大小变化控制脉宽调制电路的输出，控制电机速度和电流的变化；控制器收到制动踏板的刹车信号后，切断控制器输出，同时对刹车信号计时，如果刹车信号持续3秒以上，电刹车功能启动，此时，由于惯性作用，电机仍在运转，智能控制器控制电机实现无触点的正反转换向，利用电机的电磁能给电池反充电及启动电刹车功能；如果刹车信号未达到3秒，则电刹车功能不启动。

2.根据权利要求1所述的智能型电刹车反充电功能控制系统，其特征在于，所述控制器与制动踏板之间还设有霍尔开关。

3.如权利要求1或2所述的智能型电刹车反充电功能控制系统在电动车上的应用，所述控制系统安装在电动车上，并与电动车的功能开关连接。