CN109602551B - 有刷电机电动轮椅车的自动刹车电路及控制方法 - Google Patents
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Abstract
有刷电机电动轮椅车的刹车电路的每一个H桥驱动电路内有2个取样电阻，分别接在两边下场效应管Q3和Q4的源极端，2个取样电阻上分别输出取样信号A和B到单片机；在停车状态下，如果轮椅车不动则取样信号A与B的电压都接近为零，如果轮椅车稍有运动，则A或B就有一个电压升高，根据A或B，判断出是前进或后退，单片机进而发出阻止前进或后退的反向运动的指令，就起到了自动刹车的作用；在刹车状态下，根据取样电压与对应PWM下堵转时的电流取样电压相比较，来判断刹车力大小，来调整刹车PWM。这样就有效的平稳自动刹住车、坡中驻车，故障率低、成本低。
Description
技术领域
本发明涉及自动刹车电路及控制方法，尤其是有刷电机电动轮椅车的自动刹车电路及控制方法。
背景技术
电动轮椅车是残疾人和老年人的用品，随着老年人增多，及生活水平的提高，电动轮椅已经越来越普及，电动轮椅停车后要自动刹住车，在坡上也要自动能停住(驻车)。而现有的电动轮椅90％是有刷电机的(因为有刷电机的启动力矩强)，它们分3种，一种就是没有自动刹车，不安全；一种自动刹车是靠专门的由刹车线圈和刹车片组成的刹车器，笨重，成本高。另外一种就是靠控制器的反转制动刹车如公开(公告)号CN105496667A、CN105496667B，有很多缺陷：1、它是采取电机反转制动来缩短刹车后的滑行距离的，并且反向电压通一下，撤一下的间歇，在上坡中是无法驻车刹车的；2、加了这么多芯片，在电机上取信号，虽然电气隔离了，但这样取电机信号(电机电压高，碳刷打火的瞬间电压更高)，故障率会很高的，成本也高了；3、普通控制器的控制杆回中间位置后，两个下场效应管导通，相当于把电机短路，电机短路的刹车力在平路停车过程已经足够了，还需要加点延时来放慢，平稳停车，刹车距离也不超过1米，它还这样加间歇的反向电压来缩短刹车距离，会很不柔和。
发明内容
为了克服现有电动轮椅的刹车坡中无法驻车停车、故障多成本高、停车不柔和的缺点，本发明提供有刷电机电动轮椅车的自动刹车电路及控制方法，该电路和方法能有效的平稳自动刹住车、坡中驻车、故障率低、成本低。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：有刷电机电动轮椅车的刹车电路的每一个H桥驱动电路内有2个取样电阻(其他H桥，Q3和Q4的源极端连一起，共同通过1个取样电阻接地或没有取样电阻直接接地)；分别接在两边下场效应管Q3和Q4的源极端，2个取样电阻上分别输出取样信号A和B到单片机；控制杆回中时，即在停车状态下，如果轮椅车不动则取样信号A与B的电压都接近为零，如果轮椅车稍有运动，则A或B就有一个电压升高，根据A或B，判断出是前进或后退，单片机进而发出阻止前进或后退的反向运动的指令，就起到了自动刹车的作用；在刹车状态下，根据取样电压与对应PWM下堵转时的电流取样电压相比较，来判断刹车力大小，来调整刹车PWM。
本发明的有益效果是：能有效的平稳自动刹住车、坡中驻车，故障率低成本低。
附图说明
图1是具体实施方式的电路原理示意图
图1中：1是取样信号A；2是取样信号B。
具体实施方式
实施方式是在有现成不带刹车的普通控制器的基础，加以下内容的硬件和软件即可有效的平稳自动刹住车、坡中驻车。它不包含普通控制器的做法。
每一个H桥驱动电路内有2个取样电阻，分别接在两边下场效应管Q3和Q4的源极端，2个取样电阻上分别输出取样信号A和B到单片机；取样电压很低绝对安全，但是单片机的AD要求16位或以上的，如果单片机AD在12位以下，则取样信号A和B要放大一级再分别送给单片机。所以一般硬件只增加了取样电阻，取样电阻可以用5-10毫欧的，直径1.5-2MM的康铜丝，成本几分钱一个。
控制器的控制杆回到中间位置，这时单片机就进入在停车状态(与普通控制器一样，两边下场效应管Q3和Q4都导通，两边上场效应管Q1和Q2都截止。)命名为状态M0；如果轮椅不动，取样信号A与B的电压都接近为零，如果轮椅车稍有运动(因为是减速电机，所以轮子转10度的角度，电机就动很多了，可以检测的到了)，电机产生的电动势经过Q3、Q4、两个取样电阻R1、R2和地线构成回路，有电流流过，则A、B对地就有一个是正电压，一个是负电压(负电压，单片机识别为0，就认为无电压，电压为1MV左右，所以正负都绝对安全)，根据A或B哪个是正电压(正电压简称电压)，就能判断出是前进或后退，单片机进而发出阻止前进或后退的反向运动的指令，就起到了自动刹车的作用。关于哪个是前，哪个是后，根据你电机的接线，不管是前还是后，按照下列做就可以，因为输出的是反向运动的指令。
在停车状态状M0，如果单片机收到取样信号A有电压(说明电机有向一个方向转动)，那么单片机就输出发出指令让H桥进入其中一个方向的刹车状态，命名为状态M1，执行反向运动的指令，Q1截止、Q3导通、Q2的BH有小脉宽输入(如：20％的PWM)、Q4的BL有与BH互补波形脉宽输入；这与普通控制器的执行正常行走时情况是一样的，因为很灵敏，刚有电压(电机有动)就有反向PWM脉宽，所以BH初始先加15％-20％的PWM即可，实际当中我们加18％，效果很好。
在停车状态状态M0时，如果单片机收到取样信号B有电压(说明电机有向另一个方向转动)，那么单片机就输出指令让H桥进入另一个方向的刹车状态，命名状态M2(Q2截止、Q4导通、Q1的AH有小脉宽输入，如：20％的PWM，Q3的AL有与AH互补波形脉宽输入)。
我们需要在实测后在单片机里做个表，例如：我们平时加20％的PWM脉宽，让电机堵转，对应的取样电压15MV，加25％的PWM脉宽，让电机堵转，对应的取样电压21MV，加15％的PWM脉宽，让电机堵转，对应的取样电压10MV；做10个就够了。M1、M2都是刹车状态，一个是向前，一个是向后。在刹车状态，根据取样电压与对应PWM下堵转时的电流取样电压(上面做的表)相比较，来判断刹车力大小是否合适，即车在刹车状态还有无前后动，来调整刹车PWM。如果车不动，就是堵转状态，这时取样电压等于对应PWM下堵转时的电流取样电压；如果取样电压小于对应PWM下堵转时的电流取样电压，说明运动方向与指令方向相同，刹车力大了，就要减小PWM脉宽；如果取样电压大于对应PWM下堵转时的电流取样电压，说明运动方向与指令方向相反，刹车力不够，就要增大PWM脉宽。比较当然要始终比较，但不必担心，实际在坡中有摩擦力，减速箱的阻力，电机阻力，互补脉宽内的电机刹车力等，所以刹车力比实际重力的斜面分力相差30％都可以的，稳稳的驻车。本人试验中初始刹车力PWM脉宽是18％，用几个发光二极管指示是否有比较后的调整，3度至10度坡都刹住车了，无需调整，当然比较调整也是单片机去做，全自动的。
在状态M1时，如果单片机读取的取样信号A的电压比同等PWM下堵转的小，比如：我们的取样电压是11MV，而此时对应20％PWM脉宽的堵转电压是15MV，这就说明不是正好堵转(停车状态)，力大了，那么单片机就减小对BH的PWM，如：输出15％的PWM，之后再重新比较。如果取样信号A的电压比同等PWM下堵转的大，那么就增大单片机对BH的PWM。
在状态M2时，如果单片机读取的取样信号B的电压比同等PWM下堵转小，那么就减小单片机对AH的PWM，如果取样信号B的电压比同等PWM下堵转大，那么就增大单片机对AH的PWM。
以上是一个电机的驱动情况，因为电动轮椅2个电机，另外一个电机的驱动也一样，另一个H桥也有2个取样电阻。这里就不介绍了。
Claims (1)
1.有刷电机电动轮椅车的刹车电路， 包括H桥、驱动电路、放大电路、单片机，每一个H桥驱动电路内有2个取样电阻，分别接在两边下场效应管Q3和Q4的源极端，2个取样电阻上分别输出取样信号A和B到单片机，其特征在于，自动刹车的控制方法包括：控制器的控制杆回到中间位置的停车状态下，此时两边下场效应管Q3和Q4都导通，两边上场效应管Q1和Q2都截止；如果单片机收到取样信号A有正电压，那么单片机就输出指令让H桥进入第一个方向的刹车状态，Q1截止、Q3导通、Q2的BH有小脉宽输入、Q4的BL有与BH互补波形脉宽输入；在停车状态状态下，如果单片机收到取样信号B有正电压，那么单片机就输出指令让H桥进入另一个方向的刹车状态，Q2截止、Q4导通、Q1的AH有小脉宽输入、Q3的AL有与AH互补波形脉宽输入；在第一个方向的刹车状态时，如果单片机读取的取样信号A的电压比同等PWM脉宽下堵转时的小，那么就减小单片机对BH的PWM脉宽，如果取样信号A的电压比同等PWM下堵转时的大，那么就增大单片机对BH的PWM；在另一个方向的刹车状态时，如果单片机读取的取样信号B的电压比同等PWM下堵转时的小，那么就减小单片机对AH的PWM，如果取样信号B的电压比同等PWM下堵转时的大，那么就增大单片机对AH的PWM。
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