CN105656369A - 一种电动车组合式防盗控制装置及方法 - Google Patents

一种电动车组合式防盗控制装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电动车组合式防盗控制装置及方法，所述防盗装置由电瓶、三相桥式逆变器、无刷直流电机、霍尔传感器、电流采集器以及控制器依次连接而成。该装置的防盗方法是：在使用者拔下车钥匙后，控制器控制三相桥式逆变器的输出，实现无刷直流电机的定子三相绕组的短接，锁定电动车，若电动车被强制移位且位移小于警戒设定值,则电动车电机仍然通过绕组短接锁定，一旦当位移大于警戒设定值，则通过转子定位技术将转子定位到三相绕组的相应位置，以更大的强度锁定电动车，达到防盗目的。

Description

一种电动车组合式防盗控制装置及方法
技术领域
本发明属于电动车防盗技术领域，具体涉及一种电动车组合式防盗控制装置及方法。
背景技术
随着社会的发展和燃油交通工具的不断增加，人类面对的石油燃料等自然资源不足和燃油排放导致全球变暖的问题日益凸显出来。所以在此背景下混合动力或纯动力的交通共运输工具逐渐走入人们的生活，电动车应运而生。电动车因具有环保、快捷和方便的特点，深受消费者的喜爱。近年来，电动车市场发展迅速，截止目前，国内电动车保有量已超过6000万辆。
无刷直流电机在电动汽车和电动自行车市场有广泛的应用。无刷直流电机由电机主体和驱动器组成，电机主体的定子绕组多做成三相对称星形接法，，而电机主体的转子上粘有已充磁的永磁体，为了检测转子的极性，在电机主体内装有位置传感器；驱动器由功率电子器件和集成电路等构成，其用于接受电机的启动、停止、制动信号，以控制电机的启动、停止和制动，还用于接受位置传感器信号和正反转信号，用来控制逆变桥各功率管的通断，产生连续转矩以及接受速度指令和速度反馈信号，用来控制和调整转子的转速等等。
先进的电动车防盗技术是保证电动车安全的前提，现有技术中常用的电动车防盗装置一般采用单片机控制相应的功率管通断，来令无刷直流电机三相短接而实现硬防盗，同时通过设计单片机外设传感器电路，令报警喇叭发出报警声音实现软防盗，例如公开号为CN103600789提供的一种基于绕组短接的电动自行车的防盗控制装置及方法。然而，这种防盗控制装置及其防盗方法对电动车电机的锁定强度不足，仍可被强制推走。
因此，设计一种合理、科学的电动车防盗装置及方法，对节约电能，降低电动车被窃率，具有重要意义。
发明内容
本发明旨在提供一种电动车组合式防盗控制装置及方法，基于绕组短接和转子定位的方法，克服传统电动车防盗装置及方法对电能高、对电动车强制移位保护不足等缺点。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种电动车组合式防盗控制装置，包括电瓶、三相桥式逆变器、无刷直流电机、霍尔传感器、电流互感器以及控制器；所述电瓶与三相桥式逆变器并联，所述三相桥式逆变器的三相输出端连接所述无刷直流电机的定子三相绕组；所述电流采集器的输入端接在所述定子三相绕组上，所述电流采集器的输出端接入所述控制器的一个输入端；所述霍尔传感器的输入端接在所述无刷直流电机的转子上，所述霍尔传感器输出端连接所述控制器；所述控制器的输出端连接所述三相桥式逆变器的控制输入端。
进一步的，所述三相桥式逆变器主要由六只晶体管构成，六只晶体管分为三组，每组晶体管两两串联后与所述直流电源并联；且每组中两个晶体管之间的串联节点为所述三相输出端的一个相输出端，对应连接至所述无刷直流电机的定子的一个相绕组；每只晶体管的栅极作为所述三相桥式逆变器的一个控制输入端，连接所述控制器的输出端。
进一步的，所述电流采集器为电流互感器或者电流传感器。
进一步的，所述电流采集器的输入端接在所述定子三相绕组的某一相绕组上，用于实时采集所述相绕组的电流实际值。
进一步的，所述控制器包括依次连接的电流给定器、比较器以及PID调节器，所述电流采集器的输出端连接至所述比较器，所述PID调节器的输出端连接所述三相桥式逆变器的控制输入端，以输送PWM信号。
一种上述的电动车组合式防盗控制装置的防盗方法，包括以下步骤：
(1)使用者关闭其电动车并拔下钥匙，电动车处于停放模式下；
(2)控制器以第一种方式控制三相桥式逆变器进行第一种输出，实现无刷直流电机的定子三相绕组短接，锁定电动车；
(3)霍尔传感器实时监测处于所述停放模式下的电动车的移动情况，当所述电动车被强制移动时，若所述霍尔传感器检测到所述电动车的位移小于警戒设定值，则所述控制器仍以第一种方式控制三相桥式逆变器进行第一种输出，使电动车仍然通过所述无刷直流电机的定子三相绕组短接而锁定；
(4)若霍尔传感器检测到所述电动车的位移大于或等于所述警戒设定值,，则给定所述无刷直流电机的定子三相绕组电流为额定电流值，并通过电流采集器测得所述定子三相绕组的电流实际值，将其反馈到所述控制器中；
(5)所述控制器根据所述额定电流值与所述电流实际值的差值来调节送入所述三相桥式逆变器相应的控制输入端的PWM信号的占空比，进而以第二种方式控制所述三相桥式逆变器进行第二种输出，使得所述电流实际值跟随给定的额定电流值；
(6)在所述电流实际值跟随给定的额定电流值的过程中，所述无刷直流电机的定子三相绕组产生相应的磁场力作用，所述无刷直流电机的转子在所述磁场力作用下定位到定子三相绕组的相应位置，锁定电动车电机，达到电动车防盗的目的。
进一步的，所述三相桥式逆变器主要由六只晶体管MOS1～MOS6构成，共分为三组：第一组中的MOS1的源极与MOS4的漏极串联后再直流电源1并联，且MOS1与MOS4之间的串联节点N1与所述无刷直流电机的定子的A相绕组连接；第二组中的MOS3的源极与MOS6的漏极串联后再直流电源1并联，且MOS3与MOS6之间的串联节点N2与所述无刷直流电机的定子的B相绕组连接；第三组中的MOS5的源极与MOS2的漏极串联后再直流电源1并联，且MOS5与MOS2之间的串联节点N3与所述无刷直流电机的定子的C相绕组连接，且每只晶体管的栅极作为所述三相桥式逆变器的一个控制输入端，连接所述控制器的输出端；由此，在步骤(2)和步骤(3)中，所述控制器均控制三相桥式逆变器的下桥三个晶体管MOS4、MOS6、MOS2同时导通，实现无刷直流电机的定子三相绕组短接；在步骤(5)中，所述控制器控制送入所述三相桥式逆变器的晶体管MOS1、MOS6、MOS2栅极的PWM信号占空比，进而控制晶体管MOS1、MOS6、MOS2的导通时间，使得实际电流值跟随给定的额定电流值。
进一步的，所述控制器包括依次连接的电流给定器、比较器以及PID调节器，所述电流采集器的输出端连接至所述比较器，所述PID调节器的输出端连接所述三相桥式逆变器的控制输入端；所述步骤(5)具体包括：
所述比较器将所述额定电流值与所述电流实际值作差，以获得所述额定电流值与所述电流实际值的差值；
所述PID调节器根据所述差值控制送入所述三相桥式逆变器相应的控制输入端的PWM信号的占空比，进而以第二种方式控制所述三相桥式逆变器进行第二种输出，使得所述电流实际值跟随给定的额定电流值。
进一步的，所述警戒设定值为1m。
进一步的，步骤(4)中，所述控制器给定无刷直流电机的定子的某相绕组的电流为额定电流值，所述电流采集器采集所述相绕组的电流实际值作为反馈值；步骤(5)中使得所述相绕组的电流实际值跟随给定的所述额定电流值；步骤(6)中，所述转子在所述磁场力作用下定位到所述相绕组位置。
本发明的电动车组合式防盗方法是：在使用者拔下车钥匙后，控制器控制三相桥式逆变器的下桥三个功率管同时导通，实现无刷直流电机三相绕组的短接，锁定电动车电机，设定警戒距离H，H＝1m,并根据霍尔信号算出实际拖动位移，若电动车被强制移动，当位移小于警戒设定值H，H＝1m，电动车电机仍然通过绕组短接锁定，当位移大于或等于警戒设定值H，H＝1m，控制器给定无刷直流电机A相电流为额定电流值，将A相电流实际值作为反馈值，经过1个PID调节器，通过控制器控制相应功率管导通时间，使得A相电流实际值跟随A相电流给定值，在磁场力的作用下使得转子定位到A相绕组，以更大的强度锁定电动车电机，达到防盗目的。
与现有技术相比，本发明的技术方案的优点和有益效果主要是：
本发明采用的基于绕组短接和转子定位技术的组合式电动车防盗装置及方法，能够使得在使用者拔下车钥匙后，电动车先通过无刷直流电机的三相绕组短接实现锁定，并在监测到电动车被强制移动的位移大于或等于警戒设定值时，将三相绕组的电流实际值作为反馈值，经过PID调节后，控制三相逆变器的输出，使三相绕组的电流实际值跟随给定的额定电流值，进而使得转子在相应的磁场力作用下定位到相应位置，以更大的强度锁定电动车，达到防盗目的，并且克服了传统电动车防盗装置及方法对电能高、对电动车强制移位保护不足等缺点，能有效防止电动车被强制移位、节约电能、效果好，有效降低电动车的被盗率。
附图说明
图1为本发明具体实施例的组合式电动车防盗装置的结构示意图；
图2为本发明具体实施例的组合式电动车防盗装置的防盗方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一种组合式电动车防盗装置及方法作进一步的详细说明。
如图1所示，为本实施例的组合式电动车防盗装置的结构示意图。本实施例的组合式电动车防盗装置由电瓶1、三相桥式逆变器2、无刷直流电机3、霍尔传感器4、电流采集器5以及控制器6依次连接而成。所述电瓶1为电动车的电源装置，与三相桥式逆变器2并联，所述三相桥式逆变器2的三相输出端连接所述无刷直流电机3的定子三相绕组A、B、C。所述三相桥式逆变器2可以为单“进”三“出”的三相逆变器，也可以为三“进”三“出”的三相逆变器，“进”即为三相桥式逆变器2的控制输入端，“出”即为三相桥式逆变器2的相输出端。本实施例中，所述三相桥式逆变器2主要由六只晶体管MOS1～MOS6构成，共分为三组：第一组中的MOS1的源极与MOS4的漏极串联后再直流电源1并联，且MOS1与MOS4之间的串联节点N1与所述无刷直流电机的定子的A相绕组连接；第二组中的MOS3的源极与MOS6的漏极串联后再直流电源1并联，且MOS3与MOS6之间的串联节点N2与所述无刷直流电机的定子的B相绕组连接；第三组中的MOS5的源极与MOS2的漏极串联后再直流电源1并联，且MOS5与MOS2之间的串联节点N3与所述无刷直流电机的定子的C相绕组连接。此外，每只晶体管的栅极作为所述三相桥式逆变器2的一个控制输入端，连接所述控制器6的输出端。
所述电流采集器5可以是电流传感器或者电流互感器，其输入端接在所述定子三相绕组A、B、C中的至少一个相绕组上，例如连接在A相绕组上，所述电流采集器5的输出端接入控制器6的一个输入端，所述霍尔传感器4的输出端接入控制器6的另一个输入端，所述控制器6的输出端分别连接三相桥式逆变器2的6个MOS晶体管的栅极，以控制相应MOS管通断。
霍尔传感器4的输入端接在无刷直流电机3的转子上，用于监测电动车的移动情况。例如假设电动车的无刷直流电机3的转子有p对磁极，三相桥式逆变器2由上述的6个MOS管构成，那么霍尔传感器4输出的霍尔信号有6种，将一个圆分为6个扇区，每个扇区60度,霍尔传感器4采集的霍尔信号状态每改变一次，计数结果N就加1，因此霍尔信号经过一个周期，转子转过一对磁极(例如，转子p对磁极就是转子转过360/p度电角度)，所以霍尔信号状态每改变一次，转子转过(360/p)/6度电角度，如果知道车轮直径为D，可以计算得到电动车被移动的距离L。
进一步的，三相桥式逆变器2、电流采集器5以及控制器6构成电流闭环系统，所述控制器包括依次连接的电流给定器51、比较器52以及PID调节器53，所述电流采集器5的输出端连接至所述比较器52，所述PID调节器53的输出端连接所述三相桥式逆变器2的控制输入端，即连接晶体管MOS1～MOS6的栅极。当霍尔传感器4检测到处于停车模式下的电动车的位移大于或等于一警戒设定值,时，所述电流给定器51给定所述无刷直流电机3的定子三相绕组电流为额定电流值，所述电流采集器5测得所述定子三相绕组的电流实际值，所述比较器52将所述额定电流值与所述电流实际值作差，以获得所述额定电流值与所述电流实际值的差值；所述PID调节器53根据所述差值控制送入所述三相桥式逆变器2相应的控制输入端的PWM信号的占空比，例如控制送入MOS1、MOS6、MOS2的栅极的的PWM信号的占空比，以控制MOS1、MOS6、MOS2的的导通时间，以使得所述电流实际值跟随给定的额定电流值，进而在定子三相绕组的磁场力作用下使得转子定位到相应位置，以更大的强度锁定电动车，达到防盗目的。
下面结合图1所示的装置结构示意图和图2所示的方法流程图来详细叙述本发明的一种组合式电动车防盗方法，所述防盗方法包括下列步骤：
(1)使用者关闭电动自行车并拔下钥匙，电动车处于停放模式下；
(2)控制器6控制三相桥式逆变器2的下桥三个晶体管MOS4、MOS6、MOS2同时导通，实现无刷直流电机3的定子三相绕组短接，锁定电动车；
(3)霍尔传感器4监测电动车的移动情况，当电动车被强制移动时，若霍尔传感器4检测到电动车的位移小于警戒设定值H，例如H＝1m，控制器6控制三相桥式逆变器2的下桥三个功率管MOS4、MOS6、MOS2同时导通，电动车的无刷直流电机3仍然通过绕组短接锁定；
(4)当霍尔传感器4检测到电动车的位移大于或等于警戒设定值H，例如H＝1m，则电流给定器51给定无刷直流电机3的A相电流为额定电流值通过电流采集器5测得A相的电流实际值iA，将其反馈到控制器6；
(5)比较器52将给定的电流值与电流实际值iA作差得Δi，送入控制器6中的PID调节,53，以控制送入三相桥式逆变器2晶体管MOS1、MOS6、MOS2栅极端的PWM占空比，进而控制晶体管MOS1、MOS6、MOS2的导通时间，使得A相电流实际值iA跟随给定的额定电流值
(6)在A相电流实际值iA跟随给定的额定电流值的过程中，所述无刷直流电机3的定子三相绕组产生相应的磁场力作用，无刷直流电机3的转子在所述磁场力作用下定位到A相绕组位置，以更大的强度锁定电动车，达到电动车防盗的目的。
本发明采用的基于绕组短接和转子定位技术的组合式电动车防盗装置及方法，克服传统电动车防盗装置及方法对电能高、对电动车强制移位保护不足等缺点，能有效防止电动车被强制移位、节约电能、效果好，有效降低电动车的被盗率。

Claims (10)

1.一种电动车组合式防盗控制装置，其特征在于，包括电瓶、三相桥式逆变器、无刷直流电机、霍尔传感器、电流互感器以及控制器；所述电瓶与三相桥式逆变器并联，所述三相桥式逆变器的三相输出端连接所述无刷直流电机的定子三相绕组；所述电流采集器的输入端接在所述定子三相绕组上，所述电流采集器的输出端接入所述控制器的一个输入端；所述霍尔传感器的输入端接在所述无刷直流电机的转子上，所述霍尔传感器输出端连接所述控制器；所述控制器的输出端连接所述三相桥式逆变器的控制输入端。
2.如权利要求1所述的电动车防盗装置，其特征在于，所述三相桥式逆变器主要由六只晶体管构成，六只晶体管分为三组，每组晶体管两两串联后与所述直流电源并联；且每组中两个晶体管之间的串联节点为所述三相输出端的一个相输出端，对应连接至所述无刷直流电机的定子的一个相绕组；每只晶体管的栅极作为所述三相桥式逆变器的一个控制输入端，连接所述控制器的输出端。
3.如权利要求1所述的电动车防盗装置，其特征在于，所述电流采集器为电流互感器或者电流传感器。
4.如权利要求1或3所述的电动车防盗装置，其特征在于，所述电流采集器的输入端接在所述定子三相绕组的某一相绕组上，用于实时采集所述相绕组的电流实际值。
5.如权利要求1所述的电动车防盗装置，其特征在于，所述控制器包括依次连接的电流给定器、比较器以及PID调节器，所述电流采集器的输出端连接至所述比较器，所述PID调节器的输出端连接所述三相桥式逆变器的控制输入端，以输送PWM信号。
6.一种如权利要求1至5中任一项所述的电动车组合式防盗控制装置的防盗方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)使用者关闭其电动车并拔下钥匙，电动车处于停放模式下；
(2)控制器以第一种方式控制三相桥式逆变器进行第一种输出，实现无刷直流电机的定子三相绕组短接，锁定电动车；
(3)霍尔传感器实时监测处于所述停放模式下的电动车的移动情况，当所述电动车被强制移动时，若所述霍尔传感器检测到所述电动车的位移小于警戒设定值，则所述控制器仍以第一种方式控制三相桥式逆变器进行第一种输出，使电动车仍然通过所述无刷直流电机的定子三相绕组短接而锁定；
(4)若霍尔传感器检测到所述电动车的位移大于或等于所述警戒设定值,，则所述控制器给定所述无刷直流电机的定子三相绕组电流为额定电流值，并通过电流采集器测得所述定子三相绕组的电流实际值，将其反馈到所述控制器中；
(5)所述控制器根据所述额定电流值与所述电流实际值的差值来调节送入所述三相桥式逆变器相应的控制输入端的PWM信号的占空比，进而以第二种方式控制所述三相桥式逆变器进行第二种输出，使得所述电流实际值跟随给定的额定电流值；
(6)在所述电流实际值跟随给定的额定电流值的过程中，所述无刷直流电机的定子三相绕组产生相应的磁场力作用，所述无刷直流电机的转子在所述磁场力作用下定位到定子三相绕组的相应位置，锁定电动车电机，达到电动车防盗的目的。
7.如权利要求6所述的防盗方法，其特征在于，所述三相桥式逆变器主要由六只晶体管MOS1～MOS6构成，共分为三组：第一组中的MOS1的源极与MOS4的漏极串联后再直流电源1并联，且MOS1与MOS4之间的串联节点N1与所述无刷直流电机的定子的A相绕组连接；第二组中的MOS3的源极与MOS6的漏极串联后再直流电源1并联，且MOS3与MOS6之间的串联节点N2与所述无刷直流电机的定子的B相绕组连接；第三组中的MOS5的源极与MOS2的漏极串联后再直流电源1并联，且MOS5与MOS2之间的串联节点N3与所述无刷直流电机的定子的C相绕组连接，且每只晶体管的栅极作为所述三相桥式逆变器的一个控制输入端，连接所述控制器的输出端；由此，在步骤(2)和步骤(3)中，所述控制器均控制三相桥式逆变器的下桥三个晶体管MOS4、MOS6、MOS2同时导通，实现无刷直流电机的定子三相绕组短接；在步骤(5)中，所述控制器控制送入所述三相桥式逆变器的晶体管MOS1、MOS6、MOS2栅极的PWM信号占空比，进而控制晶体管MOS1、MOS6、MOS2的导通时间，使得实际电流值跟随给定的额定电流值。
8.如权利要求7所述的防盗方法，其特征在于，所述控制器包括依次连接的电流给定器、比较器以及PID调节器，所述电流采集器的输出端连接至所述比较器，所述PID调节器的输出端连接所述三相桥式逆变器的控制输入端；所述步骤(5)具体包括：
所述比较器将所述额定电流值与所述电流实际值作差，以获得所述额定电流值与所述电流实际值的差值；
所述PID调节器根据所述差值控制送入所述三相桥式逆变器相应的控制输入端的PWM信号的占空比，进而以第二种方式控制所述三相桥式逆变器进行第二种输出，使得所述电流实际值跟随给定的额定电流值。
9.如权利要求7所述的防盗方法，其特征在于，所述警戒设定值为1m。
10.如权利要求7所述的防盗方法，其特征在于，步骤(4)中，所述控制器给定无刷直流电机的定子的某相绕组的电流为额定电流值，所述电流采集器采集所述相绕组的电流实际值作为反馈值；步骤(5)中使得所述相绕组的电流实际值跟随给定的所述额定电流值；步骤(6)中，所述转子在所述磁场力作用下定位到所述相绕组位置。
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