CN107757420A - 一种电动车驱动系统软硬启动调整的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电动车驱动系统软硬启动调整的控制方法，电动车驱动系统包括电动机和控制电动机运行的电动车控制器；电动机为直流无刷电动机，电动车控制器的控制方法包括如下步骤：A10)、用户通过操作向电动车控制器输入启动需求；A20)、根据上述步骤A10)输出的启动需求确定启动电流；A30)、根据上述步骤A20)确定的启动电流值控制输出PWM加速度值；A40)、实现电动车驱动系统软硬启动调整；用户能根据自己的需求，通过自身的外部操作来控制调整电动车的软硬启动性能，进而精确实现在使用电动车起步时的感觉调整，提高用户舒适度，且用户操作简单方便。
Description
技术领域
本发明涉及电动车驱动领域，具体涉及一种电动车驱动系统软硬启动调整的控制方法。
背景技术
电动车因其使用便捷且可有效节能，发展非常迅速。随着电动车的大量推广，市场对电动车舒适度的要求越来越高，导致控制器与电机的匹配需求需要越来越精确。
电动车的软硬启动简单来说就是指用户使用电动车起步时的感觉，针对电动车控制器而言，软硬启动主要由启动电流CuRRent控制，启动电流CuRRent这个参数影响着整车从静止状态到全速状态的起步时间和加速感觉。然而现有的控制器出厂将启动电流CuRRent固定，用户无法进行软硬启动调整，进而也无法调整用户使用电动车起步时的感觉，这对于用户来说是不够舒适的。
为了解决上述技术问题，授权公告号为CN203752924U的实用新型专利公开了一种电动车用软硬启动功能控制器，通过开关稳压电源与电池相连，通过其内部的功率驱动模块控制电机转动，接收外部输入的调速信号，同时接收电机的速度反馈信号，所述控制器内部还设置有比较模块和参数控制模块；所述比较模块用于将预设值和信号采集模块采集的电机加速度值进行比较，并将比较结果输出给参数控制模块；所述参数控制模块用于输出电机控制参数，并根据比较模块输出信号，进行限流或正常工作。控制器在检测到电动车电机转速加速度，并通过根据检测到加速度与模块中的预设值进行比较，如达到预定的条件则将按相应的程序进行调整参数，以改善电动车的启动性能。然而该方法的调整范围有限且不精确，同时用户输入调速信号的操作也较为不便。
因此，寻求一种用户能根据自己的需求，通过用户操作即可实现对电动车控制器软硬启动进行调整的方法是非常有意义的。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电动车驱动系统软硬启动调整的控制方法，所采用的直流无刷电动机的效率高，调速范围宽，装配工艺简单且制造成本低，同时用户能根据自己的需求，通过自身的外部操作来控制调整电动车驱动系统的软硬启动性能，进而精确实现在使用电动车起步时的感觉调整，用户舒适度得到大大提高，且用户操作简单方便，调整反应快速有效。
本发明采用的技术方案如下：
一种电动车驱动系统软硬启动调整的控制方法，所述电动车驱动系统包括电动机和控制所述电动机运行的电动车控制器；所述电动机为直流无刷电动机，包括与电机轴连接为一体的定子组件，与电动车轮毂连接为一体、与所述定子组件磁耦合连接且同轴输出的外转子组件，通过安装轴承可相对旋转地安装在所述电机轴两端的前端盖和后端盖，所述前端盖和后端盖分别与所述外转子组件两侧固定连接，其中，所述电动车控制器的控制方法包括如下步骤：
A10)、用户通过操作向所述电动车控制器输入启动需求；
A20)、根据上述步骤A10)输出的启动需求确定启动电流；
A30)、根据上述步骤A20)确定的启动电流值控制输出PWM加速度值；
A40)、实现电动车驱动系统软硬启动调整。
优选地，在所述步骤A10)中，所述启动需求包括第一启动需求、第二启动需求和第三启动需求；在所述步骤A20)中，根据所述第一启动需求、第二启动需求和第三启动需求分别确定其对应的第一启动电流、第二启动电流和第三启动电流；在所述步骤A30)中，根据所述第一启动电流、第二启动电流和第三启动电流分别控制输出其对应的第一PWM加速度值、第二PWM加速度值和第三PWM加速度值；其中，
确定所述第一启动电流的公式为：CuRRent＝CuR-Max；
确定所述第二启动电流的公式为：CuRRent＝CuR-Maxx2/3；
确定所述第三启动电流的公式为：CuRRent＝CuR-Maxx1/2；
CuR、Max分别为电动车控制器预设的电流值和电流启动调整值；
优选地，为了简化用户操作，在所述步骤A10)中，用户的操作步骤包括:
A11)、在所述电动车上电前，将电动车的手把旋转到底，同时将电动车设置为刹车状态；
A12)、在所述电动车上电后，将电动车保持刹车状态；
A13)、将所述手把快速回转到0后再旋转到底；
A14)、将上述步骤A13)执行一次代表所述第一启动需求；将上述步骤A13)执行两次代表所述第二启动需求；将上述步骤A13)执行三次代表所述第三启动需求。
由于目前电动车市场通用的控制器通常采用三相六拍方波控制技术，其存在的问题主要有：1.电机换相时由于关断相的电流下降时间和开通相电流上升时间存在时间差，导致电动车驱动系统脉动大，噪声强；2.对电流相位没有进行控制，大负载下系统效率低。而正弦波控制器采用传统的空间电压矢量调制，其无法实现基速范围内正负30转转速范围内同效率平台运行，调速范围窄。
为了实现电动车驱动系统的宽调速范围，高效率平台以及低噪声，本发明进一步优选地，所述电动车控制器还具有超调制技术的矢量控制方法，包括如下操作步骤：
B10)、基于用户的需求指令，电动车控制器的MCU计算当前所需的超调系数k1，同时计算当前电压矢量的相位；
B20)、以保证电压矢量的相位保持不变为控制目标，将上述步骤B10)计算得到的超调系数k1和当前实际所需的超调系数比较，得到实际超调系数k2；
B30)、基于上述步骤B20)得到实际超调系数k2通过正弦波公式计算出三相占空比，调节输出PWM脉冲宽度，调整电动车控制器的输出电压。
优选地，所述后端盖外侧固定连接防护盖板，所述防护盖板可相对旋转地套装在所述电机轴外周，其中，所述防护盖板截面呈沿轴向外侧延伸的伞型形状。
优选地，所述防护盖板内侧一体延伸若干呈周向间隔分布的凸叶边，所述凸叶边固定压入所述后端盖内壁上，该固定连接方式简单可靠，且凸叶边的设计使得后端盖与防护盖板之间具有利于空气流动的空间，这样使得在直流无刷电动机旋转工作时，该空间可以及时将直流无刷电动机产生的热量向外传送。
优选地，所述防护盖板端面一体延伸若干呈周向间隔分布的防护凸边，所述防护凸边位于所述后端盖外周，本发明防护凸边的设计不仅可以进一步起到防水以及包括防尘、防外力撞击等防护性能，更重要的是，使得在直流无刷电动机旋转工作时，起到对直流无刷电动机良好的散热效果。
优选地，所述防护盖板的板面上设有加强凸台，提高防护盖板的强度。
优选地，所述定子组件包括定子铁芯，位于定子槽内的定子绕组，以及用于与电动车控制器电连接的霍尔组件，其中，所述定子铁芯的外圆周均布有45或48个定子齿，每两两相邻的定子齿之间形成所述定子槽；所述定子铁芯通过定子架与所述电机轴固定连接，可以有效提高直流无刷电动机的效率，以及获得更宽的调速范围。
本发明提出在直流无刷电动机的基础上实现电动车驱动系统可软硬启动调整的功能，基于本发明提出的直流无刷电动机具有高效率和宽调速范围的特性，本发明进一步提出了针对控制直流无刷电动机运行的控制器软硬启动调整的方法，用户能根据自己的需求，通过自身的外部简单操作向电动车控制器输入不同类型启动需求，根据不同启动需求确定不同启动电流，进而控制输出不同的PWM加速度值，达到调整电动车软硬启动性能的目的，本发明不仅通过简单操作可精确实现在使用电动车起步时的感觉调整，用户舒适度得到大大提高，而且调整反应快速有效，几乎无噪音产生。
本发明还进一步提出超调制技术的矢量控制方法，实现电动车驱动系统在方波转速下正负30转的调速范围宽调速范围，高效率平台以及低噪声的技术效果。
本发明还进一步提出在直流无刷电动机的后端盖设置呈伞型形状的防护盖板，申请人经实施验证，呈伞型形状的防护盖板可以有效地提高电动机的防水以及包括防尘、防外力撞击等防护性能，同时利于空气对流散热，有效延长了本发明电动车驱动系统的使用寿命；本发明还进一步提出凸叶边和防护凸边的设计，可以进一步有效确保对直流无刷电动机的充分散热。
附图说明
附图1是本发明具体实施方式下电动机的剖视图；
附图2是本发明具体实施方式下定子组件20的结构示意图；
附图3是图2的剖视图；
附图4是图3中A处结构放大示意图；
附图5是本发明具体实施方式下外转子组件40的剖视图；
附图6是本发明具体实施方式下的电动车驱动系统软硬启动调整的控制步骤框图。
具体实施方式
本发明实施例公开了一种电动车驱动系统软硬启动调整的控制方法，电动车驱动系统包括电动机和控制电动机运行的电动车控制器；电动机为直流无刷电动机，包括与电机轴连接为一体的定子组件，与电动车轮毂连接为一体、与定子组件磁耦合连接且同轴输出的外转子组件，通过安装轴承可相对旋转地安装在电机轴两端的前端盖和后端盖，前端盖和后端盖分别与外转子组件两侧固定连接，其中，电动车控制器的控制方法包括如下步骤：
A10)、用户通过操作向的电动车控制器输入启动需求；
A20)、根据上述步骤A10)输出的启动需求确定启动电流；
A30)、根据上述步骤A20)确定的启动电流值控制输出PWM加速度值；
A40)、实现电动车驱动系统软硬启动调整。
本发明实施例提出提出在直流无刷电动机的基础上实现电动车驱动系统可软硬启动调整的功能，基于本发明实施例提出的直流无刷电动机具有高效率和宽调速范围的特性，本发明实施例进一步提出了针对控制直流无刷电动机运行的控制器软硬启动调整的方法，用户能根据自己的需求，通过自身的外部简单操作向电动车控制器输入不同类型启动需求，根据不同启动需求确定不同启动电流，进而控制输出不同的PWM加速度值，达到调整电动车软硬启动性能的目的，本发明实施例不仅通过简单操作可精确实现在使用电动车起步时的感觉调整，用户舒适度得到大大提高，而且调整反应快速有效，几乎无噪音产生。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
一种电动车驱动系统，包括直流无刷电动机和控制直流无刷电动机运行的电动车控制器，请参见图1所示的直流无刷电动机1，包括与电机轴10连接为一体的定子组件20，与电动车轮毂30连接为一体、与定子组件20磁耦合连接且同轴输出的外转子组件40，通过安装轴承(图1已示出，但未标记)可相对旋转地安装在电机轴10两端的前端盖50和后端盖60，前端盖50和后端盖60分别与外转子组件40两侧固定连接，后端盖60外侧固定连接防护盖板70，防护盖板70可相对旋转地套装在电机轴10外周，其中，防护盖板70截面呈沿轴向外侧延伸的伞型形状。优选地，在本实施方式中，防护盖板70内侧一体延伸若干呈周向间隔分布的凸叶边71，凸叶边71固定压入后端盖60内壁上。优选地，在本实施方式中，防护盖板70端面一体延伸若干呈周向间隔分布的防护凸边72，防护凸边72位于后端盖60外周。优选地，在本实施方式中，防护盖板70的板面上设有加强凸台73。
请参见图2、图3和图4所示，定子组件20包括由若干个定子冲片叠压而成的定子铁芯21，位于定子槽22内的定子绕组(图未示出)，以及用于与电动车控制器电连接的霍尔组件(图未示出)，其中，定子铁芯21的外圆周均布有48个定子齿24，每两两相邻的定子齿24之间形成定子槽22，当然地，在本发明其他实施方式中，定子铁芯21的外圆周均布有45个定子齿；定子铁芯21通过定子架与电机轴10固定连接，具体地，在本实施方式中，定子架包括焊接为一体的定子架体25和固定套管26，电机轴10中心部设有滚花14，滚花14与固定套管26过盈配合连接；定子冲片包括48个定子槽22，且其上表面和下表面上分别同轴地设置有定位凹点；定子冲片的外径范围为190-220mm，定位凹点的深度范围为1-3mm，具体优先地，定子冲片的外径范围为200mm，定位凹点的深度范围为1.8mm，定子冲片的定位凹点23与其相邻定子冲片的定位凹点23卡合连接，定子冲片的定位凹点23与其相邻定子冲片的定位凹点23卡合连接，本发明采用定位凹点23的相互卡合连接的设计有效保证了若干定子冲片的同轴度，因而确保了定子铁芯21的叠压质量，最终实现定子铁芯21与外转子组件40的固定气隙，电动机1因此可以正常运转。
请参见图5所示，外转子组件40包括磁轭环42和固定间隔设置在磁轭环内侧面的若干永磁钢(图未示出)，前端盖50和后端盖60分别通过螺钉41固定在磁轭环42上，磁轭环42与电动车轮毂30连接为一体。
请进一步参见图6所示，如上所述的电动车控制器的控制方法，包括如下步骤：
A10)、用户通过操作向电动车控制器输入启动需求；具体优选地，在步骤A10)中，启动需求包括第一启动需求、第二启动需求和第三启动需求；
A20)、根据上述步骤A10)输出的启动需求确定启动电流；具体优选地，根据第一启动需求、第二启动需求和第三启动需求分别确定其对应的第一启动电流、第二启动电流和第三启动电流；
A30)、根据上述步骤A20)确定的启动电流值控制输出PWM加速度值；具体优选地，根据第一启动电流、第二启动电流和第三启动电流分别控制输出其对应的第一PWM加速度值、第二PWM加速度值和第三PWM加速度值；
A40)、实现电动车驱动系统软硬启动调整。
其中，在本实施例中，确定第一启动电流的公式为：CuRRent＝CuR-Max；确定第二启动电流的公式为：CuRRent＝CuR-Maxx2/3；确定第三启动电流的公式为：CuRRent＝CuR-Maxx1/2；CuR、Max分别为电动车控制器预设的电流值和电流启动调整值；本申请人经实施后惊喜地发现，本发明实施例提出的控制方法特别适合用于本发明提出的采用直流无刷电动机的电动车驱动系统的软硬启动调整，用户舒适度得到大大提高，同时用户操作简单方便，而且本发明提出在直流无刷电动机的基础上实现可软硬启动调整的功能，调整反应快速有效，几乎无噪音产生，而且电机效率得到进一步提高，调速范围得到进一步扩大。采用其他类型的电动机无法获得与本发明相同的电动车驱动系统的软硬启动调整的技术效果，主要体现在调整反应速度慢，以及噪音明显，因此在采用直流无刷电动机的电动车驱动系统可以获得实施效果优异的软硬启动调整功能。
优选地，为了进一步简化用户操作，在本实施例中，在步骤A10)中，用户的操作步骤包括:
A11)、在电动车上电前，将电动车的手把旋转到底，同时将电动车设置为刹车状态；
A12)、在电动车上电后，将电动车保持刹车状态；
A13)、将手把快速回转到0后再旋转到底；
A14)、将上述步骤A13)执行一次代表第一启动需求；将上述步骤A13)执行两次代表第二启动需求；将上述步骤A13)执行三次代表第三启动需求。
进一步优选地，在本实施例中，电动车控制器还具有超调制技术的矢量控制方法，包括如下操作步骤：
B10)、基于用户的需求指令，电动车控制器的MCU计算当前所需的超调系数k1，同时计算当前电压矢量的相位；
B20)、以保证电压矢量的相位保持不变为控制目标，将上述步骤B10)计算得到的超调系数k1和当前实际所需的超调系数比较，得到实际超调系数k2；
B30)、基于上述步骤B20)得到实际超调系数k2通过正弦波公式计算出三相占空比，调节输出PWM脉冲宽度，调整电动车控制器的输出电压。
本实施例中的超调制技术的矢量控制方法使得电动车驱动系统实现在方波转速下正负30转的调速范围宽调速范围，高效率平台以及低噪声的技术效果。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (9)
1.一种电动车驱动系统软硬启动调整的控制方法，所述电动车驱动系统包括电动机和控制所述电动机运行的电动车控制器；所述电动机为直流无刷电动机，包括与电机轴连接为一体的定子组件，与电动车轮毂连接为一体、与所述定子组件磁耦合连接且同轴输出的外转子组件，通过安装轴承可相对旋转地安装在所述电机轴两端的前端盖和后端盖，所述前端盖和后端盖分别与所述外转子组件两侧固定连接，其特征在于，所述电动车控制器的控制方法包括如下步骤：
A10)、用户通过操作向所述电动车控制器输入启动需求；
A20)、根据上述步骤A10)输出的启动需求确定启动电流；
A30)、根据上述步骤A20)确定的启动电流值控制输出PWM加速度值；
A40)、实现电动车驱动系统软硬启动调整。
2.如权利要求1所述电动车驱动系统软硬启动调整的控制方法，其特征在于，在所述步骤A10)中，所述启动需求包括第一启动需求、第二启动需求和第三启动需求；在所述步骤A20)中，根据所述第一启动需求、第二启动需求和第三启动需求分别确定其对应的第一启动电流、第二启动电流和第三启动电流；在所述步骤A30)中，根据所述第一启动电流、第二启动电流和第三启动电流分别控制输出其对应的第一PWM加速度值、第二PWM加速度值和第三PWM加速度值；其中，
确定所述第一启动电流的公式为：CuRRent＝CuR-Max；
确定所述第二启动电流的公式为：CuRRent＝CuR-Maxx2/3；
确定所述第三启动电流的公式为：CuRRent＝CuR-Maxx1/2；CuR、Max分别为电动车控制器预设的电流值和电流启动调整值。
3.如权利要求2所述电动车驱动系统软硬启动调整的控制方法，其特征在于，在所述步骤A10)中，用户的操作步骤包括:
A11)、在所述电动车上电前，将电动车的手把旋转到底，同时将电动车设置为刹车状态；
A12)、在所述电动车上电后，将电动车保持刹车状态；
A13)、将所述手把快速回转到0后再旋转到底；
A14)、将上述步骤A13)执行一次代表所述第一启动需求；将上述步骤A13)执行两次代表所述第二启动需求；将上述步骤A13)执行三次代表所述第三启动需求。
4.如权利要求1所述电动车驱动系统软硬启动调整的控制方法，其特征在于，所述电动车控制器还具有超调制技术的矢量控制方法，包括如下操作步骤：
B10)、基于用户的需求指令，电动车控制器的MCU计算当前所需的超调系数k1，同时计算当前电压矢量的相位；
B20)、以保证电压矢量的相位保持不变为控制目标，将上述步骤B10)计算得到的超调系数k1和当前实际所需的超调系数比较，得到实际超调系数k2；
B30)、基于上述步骤B20)得到实际超调系数k2通过正弦波公式计算出三相占空比，调节输出PWM脉冲宽度，调整电动车控制器的输出电压。
5.如权利要求1或2或3或4所述电动车驱动系统软硬启动调整的控制方法，其特征在于，所述后端盖外侧固定连接防护盖板，所述防护盖板可相对旋转地套装在所述电机轴外周，其中，所述防护盖板截面呈沿轴向外侧延伸的伞型形状。
6.如权利要求5所述电动车驱动系统软硬启动调整的控制方法，其特征在于，所述防护盖板内侧一体延伸若干呈周向间隔分布的凸叶边，所述凸叶边固定压入所述后端盖内壁上。
7.如权利要求5所述电动车驱动系统软硬启动调整的控制方法，其特征在于，所述防护盖板端面一体延伸若干呈周向间隔分布的防护凸边，所述防护凸边位于所述后端盖外周。
8.如权利要求5所述电动车驱动系统软硬启动调整的控制方法，其特征在于，所述防护盖板的板面上设有加强凸台。
9.如权利要求5所述电动车驱动系统软硬启动调整的控制方法，其特征在于，所述定子组件包括定子铁芯，位于定子槽内的定子绕组，以及用于与电动车控制器电连接的霍尔组件，其中，所述定子铁芯的外圆周均布有45或48个定子齿，每两两相邻的定子齿之间形成所述定子槽；所述定子铁芯通过定子架与所述电机轴固定连接。
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