CN107070349A - 一种电机控制方法、电机控制装置及电动自行车 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电机控制方法、电机控制装置及电动自行车，该方法通过微控制器采集功率驱动电路的电流信号、踩踏扭矩信号、电机转速信号和功率驱动电路的电流信号中的一种或多种信号，并根据采集到的信号变化，输出控制信号，对电机进行调控。通过监测功率驱动电路的电流信号、踩踏扭矩信号、电机转速信号的变化情况，可以对电机进行精确控制，避免离合器断开瞬间，电机的驱动带滞后引起的电机继续高速运转，进而避免电机发出空载的尖啸声，延长电机使用寿命的同时，给用户较好的骑行体验。

Description

一种电机控制方法、电机控制装置及电动自行车

技术领域

本发明涉及电动自行车技术领域，涉及一种电机控制方法，与该控制方法相适应的电机控制装置，以及使用该电机控制装置的电动自行车。

背景技术

自行车的倒刹技术是指通过倒刹轮毂，将脚踏板反向踩下，链条反向运动，驱动倒刹轮毂进行刹车制动。随着自行车的倒刹技术应用越来越广泛，技术人员开始尝试在电动自行车上也使用倒刹技术，在此过程中，技术人员发现，虽然可以通过检测倒刹信号来切断电动车的电机输出，然而由于电动自行车的控制器为保证电机输出的连续，使得电机的驱动带有一定的滞后性，在离合器断开的瞬间，电机依旧保持运转状态，由于负载的消失，导致电机转速迅速升高，发出空载的尖啸声，影响用户的骑行体验。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供了一种电机控制方法，与该控制方法相适应的电机控制装置，以及使用该电机控制装置的电动自行车。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

本发明提供了电机控制方法，通过微控制器采集功率驱动电路的电流信号、踩踏扭矩信号、电机转速信号中的一种或多种，并根据采集到的信号的变化输出控制信号，对电机进行调控。

进一步地，

a、当所述电流信号所转化的电压信号变化的负斜率大于第一设定值，或转速信号变化的正斜率大于第二设定值时，微控制器输出的控制信号为：降低脉冲宽度调制信号或制动信号，以调控电机；

b、当所述踩踏扭矩信号对应转速大于电压信号对应转速，或踩踏扭矩信号的斜率大于第三设定值时，微控制器输出的控制信号为：撤销制动信号，并缓慢增加脉冲宽度调制信号，以调控电机。

进一步地，

a、当所述踩踏扭矩信号的负斜率大于第四设定值或所述踩踏扭矩信号降为0时，微控制器输出的控制信号为：降低脉冲宽度调制信号或制动信号，以调控电机；

b、当所述踩踏扭矩信号由0变为其他值，或所述踩踏扭矩信号的斜率大于第三设定值时，微控制器输出的控制信号为：撤销制动信号，并缓慢增加脉冲宽度调制信号，以调控电机。

进一步地，所述电流信号通过电流反馈电路转换为电压信号后，发送至微控制器；所述踩踏扭矩信号通过输入控制电路发送至微控制器；所述电机转速信号通过转速反馈电路发送至微控制器；所述微控制器输出的控制信号发送至功率驱动电路，并通过功率驱动电路对电机进行调控。

进一步地，所述第一设定值、第二设定值、第三设定值和第四设定值预先写入所述微控制器内。

进一步地，所述微控制器每隔一定时间对功率驱动电路的电流信号、踩踏扭矩信号、电机转速信号中的一种或多种进行采集。

本发明还提供了一种电动自行车电机控制装置，其包括：

微控制器，用于采集电流信号、踩踏扭矩信号和电机转速信号，并将信号进行处理运算后，输出控制信号；

功率驱动电路，用于接收微控制器输出的控制信号，并根据所述控制信号对电机进行控制；

电流反馈电路，用于对功率驱动电路的电流信号进行采样，并将该信号发送给所述微控制器；

输入控制电路，用于对踩踏扭矩信号进行采样，并将所述踩踏扭矩信号发送给所述微控制器；

转速反馈电路，用于对电机转速信号进行采样，并将所述电机转速信号发送给所述微控制器。

优选地，所述微控制器包括：

采集单元，用于采集电流信号、踩踏扭矩信号和电机转速信号；

计算单元，用于对采集单元采集到的信号进行处理运算；

输出执行单元，用于接收计算单元得出的脉冲宽度调制信号的控制量，并向功率驱动电路输出脉冲宽度调制信号、制动信号或撤销制动信号。

优选地，所述电流反馈电路包括采样电阻，与所述采样电阻连接的分立放大电路或集成运放，所述分立放大电路或集成运放连接至所述微控制器。

此外，本发明还公开了一种电动自行车，其采用了上述的电机控制装置，并通过上述的电机控制方法实现电机的控制。

采用上述技术方案，本发明通过监测功率驱动电路的电流信号、踩踏扭矩信号、电机转速信号的变化情况，可以对电机进行精确控制，避免离合器断开瞬间，电机的驱动带滞后引起的电机继续高速运转，进而避免电机发出空载的尖啸声，延长电机使用寿命的同时，给用户较好的骑行体验。

附图说明

图1为本发明提供的电机控制装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明一实施例提供了一种电机控制方法，其通过微控制器采集功率驱动电路的电流信号、踩踏扭矩信号、电机转速信号中的一种或多种信号，并根据采集到的信号变化，输出控制信号，对电机进行调控，避免电机驱动带滞后引起的电机告诉空转。

具体地，

当所述电流信号所转化的电压信号变化的负斜率大于第一设定值，或转速信号变化的正斜率大于第二设定值时，微控制器输出的控制信号为：降低脉冲宽度调制信号或制动信号，以调控电机；

当所述踩踏扭矩信号对应转速大于电压信号对应转速，或踩踏扭矩信号的斜率大于第三设定值时，微控制器输出的控制信号为：撤销制动信号，并缓慢增加脉冲宽度调制信号，以调控电机。

当所述踩踏扭矩信号的负斜率大于第四设定值或所述踩踏扭矩信号降为0时，微控制器输出的控制信号为：降低脉冲宽度调制信号或制动信号，以调控电机；

当所述踩踏扭矩信号由0变为其他值，或所述踩踏扭矩信号的斜率大于第三设定值时，微控制器输出的控制信号为：撤销制动信号，并缓慢增加脉冲宽度调制信号，以调控电机。

其中，第一设定值、第二设定值、第三设定值和第四设定值预先写入所述微控制器内。

在上述实施例中，电流信号通过电流反馈电路转换为电压信号后，发送至微控制器；所述踩踏扭矩信号通过输入控制电路发送至微控制器；所述电机转速信号通过转速反馈电路发送至微控制器；所述微控制器输出的控制信号发送至功率驱动电路，并通过功率驱动电路对电机进行调控。

优选地，上述实施例中，所述微控制器每隔一定时间对功率驱动电路的电流信号、踩踏扭矩信号、电机转速信号中的一种或多种进行采集。

如图1所示，本发明的另一实施例还公开了一种电动自行车电机控制装置，其包括微控制器、功率驱动电路、电流反馈电路、输入控制电路和转速反馈电路。其中微控制器用于采集电流信号、踩踏扭矩信号和电机转速信号，并将信号进行处理运算后，输出控制信号；功率驱动电路用于接收微控制器输出的控制信号，并根据所述控制信号对电机进行控制；电流反馈电路用于对功率驱动电路的电流信号进行采样，并将该信号发送给所述微控制器；输入控制电路用于对踩踏扭矩信号进行采样，并将所述踩踏扭矩信号发送给所述微控制器；转速反馈电路用于对电机转速信号进行采样，并将所述电机转速信号发送给所述微控制器。上述各部件互相紧密配合，实现对电机的快速调节或制动，避免电机无负载情况下的高速空转，保护电机，延长电机的使用寿命。

作为上述实施例的优选，所述微控制器包括：采集单元、计算单元和输出执行单元，其中，采集单元用于采集电流信号、踩踏扭矩信号和电机转速信号；计算单元用于对采集单元采集到的信号进行处理运算；输出执行单元用于接收计算单元得出的脉冲宽度调制信号的控制量，并向功率驱动电路输出脉冲宽度调制信号、制动信号或撤销制动信号。

在上述任一的实施例中，电流反馈电路的结构包括采样电阻，与所述采样电阻连接的分立放大电路或集成运放，所述分立放大电路或集成运放连接至所述微控制器。

本发明的又一实施例公开了一种电动自行车，采用了上述实施例中的电路控制方法及电路控制装置，其电机采用了三相无刷电机，在自行车踏板正向踩下时，离合器接合，由于链条的负载使得中轴变形，扭矩传感器输出扭矩信号给输入控制电路，输入控制电路对扭矩信号放大处理后传输给微控制器，微控制器间隔一定时间读取一次踩踏扭矩信号，并经过计算处理后，得出扭矩大小和扭矩变化率，同时，电流反馈电路、转速反馈电路也将当前的电流值和转速值初步处理后传输给为微控制器，微控制器计算电流和转速大小并计算电流和转速的变化率，当扭矩大小超过第三设定值时，控制器以缓启动的方式输出PWM信号给功率驱动电路，功率驱动电路输出电能，驱动电机运行，提高电机转速，转速反馈电路采集通过可以霍尔或无感电路反馈，来确定电机转子位置并实现换相，同时该反馈也用于计算电机的转速。此时控制器控制电机进入助力行驶状态。

当停止踩踏或进入倒刹时，离合器分离，电机的输出空载，力矩信号消失，此时如有采用现有技术的电机控制装置，由于普通控制器输出的滞后性，控制器依旧保持一定功率的输出，由于电机负载的消失，会使得电机转速骤然提升，而负载电流迅速下降，出现啸叫。

而采用本发明的电机控制装置时，由于会电机的负载电流和转速进行高速采样，比如1ms为一个采样周期，此时微控制器通过转速反馈电路和电流反馈电路检测到电机转速骤升或电流骤降，并且超过一定值，微控制器会触发电机停止程序，中断功率驱动电路的PWM控制输出或向功率驱动电路输出刹车信号，使得电机快速停止。

此时若重新踩踏踏板，微控制器重新检测到力矩信号，当扭矩信号对应转速大于当前转速或力矩信号超过设定扭力时，微控制器重新向功率驱动电路输出PWM信号，并再次进入缓启动过程直到电机转速或扭矩达到设定值。

在上述过程中，可通过对电机转速变化幅度和电流变化幅度写入设定多组设定值，以对应电机和电流的不同变化幅度实现多种方式控制，比如在电机转速小幅提升，电流小幅下降时，只降低PWM占空比，降低电机转速，不完全停止电机工作；在电机转速中等提升，电流中等下降时，停止功率驱动电路的PWM控制信号的输出，在电机转速提升较大，电流下降较多时，对功率驱动电路输出短路刹车信号，进行短路刹车，而在电机转速大幅跃升较大，电流骤降时，采用反向输入刹车，对电机进行动力制动。从而保证电机第一时间制动，避免发生电机空载情况下的告诉运转，并能避免由此引起的尖啸，提高用户的骑行体验，延长电机的使用寿命。

以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种电机控制方法，其特征在于，微控制器采集踩踏扭矩信号、电机转速信号和功率驱动电路的电流信号中的一种或多种，并根据采集到的信号的变化输出控制信号，对电机进行调控。

2.根据权利要求1所述的电机控制方法，其特征在于，

a、当所述电流信号所转化成的电压信号变化的负斜率大于第一设定值，或转速信号变化的正斜率大于第二设定值时，微控制器输出的控制信号为：降低脉冲宽度调制信号或制动信号；

b、当所述踩踏扭矩信号对应转速大于所述电流信号所转化成的电压信号对应的转速时，或踩踏扭矩信号的斜率大于第三设定值时，微控制器输出的控制信号为：撤销制动信号，并缓慢增加脉冲宽度调制信号。

3.根据权利要求1所述的电机控制方法，其特征在于，

a、当所述踩踏扭矩信号的负斜率大于第四设定值或所述踩踏扭矩信号降为0时，微控制器输出的控制信号为：降低脉冲宽度调制信号或制动信号；

b、当所述踩踏扭矩信号由0变为其他值，或所述踩踏扭矩信号的斜率大于第三设定值时，微控制器输出的控制信号为：撤销制动信号，并缓慢增加脉冲宽度调制信号。

4.根据权利要求1所述的电机控制方法，其特征在于，所述电流信号通过电流反馈电路转换为电压信号后，发送至微控制器；所述踩踏扭矩信号通过输入控制电路发送至微控制器；所述电机转速信号通过转速反馈电路发送至微控制器；所述微控制器输出的控制信号发送至功率驱动电路，并通过功率驱动电路对电机进行调控。

5.根据权利要求2或3所述的电机控制方法，其特征在于，所述第一设定值、第二设定值、第三设定值和第四设定值预先写入所述微控制器内。

6.根据权利要求1所述的电机控制方法，其特征在于，所述微控制器每隔一定时间对功率驱动电路的电流信号、踩踏扭矩信号、电机转速信号中的一种或多种进行采集。

7.一种电动自行车电机控制装置，其特征在于，包括：

微控制器，用于采集电流信号、踩踏扭矩信号和电机转速信号，并将采集到的信号进行处理运算后，输出控制信号；

功率驱动电路，用于接收微控制器输出的控制信号，并根据所述控制信号对电机进行控制；

电流反馈电路，用于对功率驱动电路的电流信号进行采样，并将该信号发送给所述微控制器；

输入控制电路，用于对踩踏扭矩信号进行采样，并将所述踩踏扭矩信号发送给所述微控制器；

转速反馈电路，用于对电机转速信号进行采样，并将所述电机转速信号发送给所述微控制器。

8.根据权利要求7所述的电动自行车电机控制装置，其特征在于，所述微控制器包括：

采集单元，用于采集电流信号、踩踏扭矩信号和电机转速信号；

计算单元，用于对采集单元采集到的信号进行处理运算；

输出执行单元，用于接收计算单元得出的脉冲宽度调制信号的控制量，并向功率驱动电路输出脉冲宽度调制信号、制动信号或撤销制动信号。

9.根据权利要求7或8所述的电动自行车电机控制装置，其特征在于，所述电流反馈电路包括采样电阻，与所述采样电阻连接的分立放大电路或集成运放，所述分立放大电路或集成运放连接至所述微控制器。

10.一种电动自行车，其特征在于，包括权利要求7-9任一项中所述的电机控制装置。