CN109878628A - 通过直流无刷电机的三相霍尔传感器计算转速的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种通过直流无刷电机的三相霍尔传感器计算转速的方法。该方法包括：获取三相霍尔传感器反馈的三相脉冲信号；统计三相脉冲信号中单位时间T内的换相次数X；根据单位时间内的换相次数X计算直流无刷电机的转速R。本发明通过本发明的速度计算方法，无需额外使用测速霍尔传感器对电机进行测速，节省元器件，电机的转子上也无需再另外设置测速磁钢，便于电机转子的加工，节约制造成本，并且速度计算的精度可提高数倍。
Description
技术领域
本发明涉及电动助力车领域，具体涉及通过直流无刷电机的三相霍尔传感器计算转速的方法。
背景技术
现有的锂电两轮车，一般通过调速把或助力速度传感器来驱动车辆，车辆的启动方式为零启动或非零启动。
因为锂电两轮车的车身轻巧，启动快，会带来安全上隐患。分两种情况说明：
1.转把启动
使用者在车辆静止或推行的情况下，有意或无意拧动转把时，电动车会快速启动和行使，使当事人会猝不及防，严重时造成事故。即使有非零启动功能也不能完全避免这个问题。
2.助力速度传感器启动
电动车有骑行功能，在使用一段时间后，电动车的飞轮会锈蚀或被卡住，使用者在推行电动车时，飞轮会与后轮一起转动，通过链条带动脚踏曲柄转动，使助力速度传感器工作产生有效助力信号，控制器驱动电动车，也会造成危险。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种具有安全起步功能的电动助力车及其控制方法。
为实现上述目的，本发明提供了一种通过直流无刷电机的三相霍尔传感器计算转速的方法，该方法包括：
获取三相霍尔传感器反馈的三相脉冲信号；
统计三相脉冲信号中单位时间T内的换相次数X；
根据单位时间内的换相次数X计算直流无刷电机的转速R，其中，
R＝X/(6*L*T)
其中，R的单位为转/秒，数字6为一个电周期包括6步换相，一个电周期为360°，一步为60°，L为直流无刷电机内部的磁钢数量，T的单位为秒。
进一步的，所述直流无刷电机使用在电动车上，并通过电机的转速R计算出当前电动车的速度V，其中：
V＝R*D*π＝X*D*π*3600/(6*L*T*1000000)
其中，D为电动车的车轮直径单位为毫米，V的单位为千米/小时。
进一步的，所述单位时间T的取值在0.1至1之间。
有益效果：本发明通过本发明的速度计算方法，无需额外使用测速霍尔传感器对电机进行测速，节省元器件，电机的转子上也无需再另外设置测速磁钢，便于电机转子的加工，节约制造成本，并且速度计算的精度可提高数倍。
附图说明
图1是具有安全起步功能的电动助力车的原理框图；
图2是电机的转子转动时三相霍尔传感器感应产生的脉冲信号示意图；
图3是具有安全起步功能的电动助力车的控制方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
如图1所示，本发明实施例提供了一种具有安全起步功能的电动助力车，该电动助力车包括驱动信号发生部件1、脚蹬组件2、控制器3、电机4和电池9。其中，控制器3包括主控芯片31、驱动电路32、功率输出电路33和稳压电路34。驱动信号发生部件1包括转把5和助力速度传感器6，也可以是能接收、转换、发送控制指令的其它控制终端10，如仪表或手机。其中，助力速度传感器6设置在脚蹬组件2处，设置位置与现有相同，用于感应脚蹬转动。当拧动转把5或蹬转脚蹬时，转把5或速度助力速度传感器6就生成驱动指令，并将驱动指令发送给控制器3。为了提高安全性，本电动助力车设定了安全启动速度，当控制器3接收到电驱动指令后，判断当前车速是否在设定的安全启动速度以上，如果当前车速在设定的安全启动速度以上，则控制器3根据驱动指令输出控制信号，以驱动电机4运转。如果当前车速低于设定的安全启动速度，则控制器3不驱动电机4运转。
一般人的步行速度是3至5km/h，可以将安全启动速度设定在5.0至7.5Km/h，优选将安全启动速度设定为6Km/h。可以有效避开电动车的误启动。
为了进一步提高安全性，当控制器3接收到驱动指令后，其首先检测当前是否有刹车或故障信息，如无刹车或故障信息，再判断当前车速是否在设定的安全启动速度以上。其中，故障信息包括电池9的输出电压和电流、转把5、三相霍尔传感器8和功率输出电路中33的功率管等是否正常，如果有刹车或故障信息时，则主控芯片31不进行任何操作，如无刹车和故障信息，则进一步判断当前车速是否在设定的安全启动速度以上。
当前车速的计算可通过增加一个单独的部件完成测量工作，作为优选实施例，当前车速由原有的控制器3的主控芯片31计算出，安全启动速度的设定也由控制器3完成，具体的是设定判定值，并由主控芯片31判断是否在设定的安全启动速度以上。控制器3计算当前车速，可以采用现有技术，即控制器3中的主控芯片31通过接收电机4里内置的测速霍尔传感器7输出的脉冲信号，电机4的转子每转一圈输出的脉冲信号的个数，可以是一个，也可以是N个，具体取决于测速用的磁钢的个数，并比对脉冲信号的输出频率与安全启动速度所对应判定值S的大小，判断当前车速与设定的安全启动速度之间的关系，安全启动速度所对应的判定值S：
S＝Z*N/(D*π)；
其中，Z为电机的转子每转一周，其内置的测速霍尔传感器输出的脉冲信号的个数，N为设定的安全启动速度，单位：毫米/秒；D为电机所连接的车轮的直径，单位：毫米。
现有的电动车普遍采用的电机为直流无刷电机，该类直流无刷电机的内部具有用于控制的三相霍尔传感器8，电机4随车轮转动过程中，每一个磁钢经过三相霍尔传感器8的位置时，三相霍尔传感器8会产生相应的脉冲信号，所感应出的脉冲信号如图2所示，三相霍尔传感器8的U、V、W三根线会分别产生一个脉冲信号，一个电周期T内的三个脉冲信号对应6步换相，换相频率的大小与电机4的转子中的磁钢数量和转速成正比，而电机4的转子的转速与电动自行车的车速成正比。为实现精确控制，本发明实施例优选采集换相频率判断当前车速是否在设定的安全启动速度之上。具体的，控制器3中的主控芯片31接收三相霍尔传感器8输出的脉冲信号，并比对脉冲信号中的换相频率与安全启动速度所对应判定值M的大小，根据比对结果判断当前车速与设定的安全启动速度之间的关系，当换相频率在安全启动速度所对应判定值M以上时，即认为当前车速在安全启动速度以上，当换相频率低于安全启动速度所对应的设定值时，即认为当前车速低于安全启动速度。该安全启动速度所对应的判定值M:
M＝(6*N*L)/(D*π)；
其中，数字6为一个电周期包括6步换相，一个电周期为360°，一步为60°，N为设定的安全启动速度，单位：毫米/秒；L为电机内的磁钢数量；D为电机所连接的车轮的直径，单位：毫米。
以轮径14寸，电机转子有40片磁钢，安全启动速度为6Km/h为例：
M＝(6*6000*1000*40)/(14*25.4*3600*3.14)≈358
将安全启动速度所对应的判定值M设定为358，当三相霍尔传感器8每秒输出脉冲信号的换相次数高于358时，主控芯片31即认为当前车速高于设定的安全启动速度6Km/h。此时，当通过转把5或速度助力速度传感器6施加驱动指令时，控制器3的主控芯片31才会控制驱动电路32和功率输出电路33工作，进而驱动电机4运转。即使用时，先采用脚蹬组件2使车速在6Km/h以上时，才能使转把5或速度助力速度传感器6有效，从而提高安全性。
在行驶过程中，不免会出现爬坡路况，当处于爬坡路况时，使用者有时需要电动助力功能，但在短时间内通过脚蹬组件使车速较难升至启动车速之上，因此，设定的安全启动速度可以根据电动助力车的运行状态进行有自动调整，此处的运行状态为爬坡，包括多种角度的坡度。为了检测出电动助力车是否处于爬坡路况下，本发明实施例的电动助力车还包括陀螺仪传感器，陀螺仪传感器用于检测电动助力车的当前爬坡角度，主控芯片31将设定的安全启动速度根据爬坡角度正比降低后再与当前车速比较，即根据爬坡角度降低有效的安全启动速度，爬坡角度越大，有效的安全启动速度越低。以设定的有效安全启动速度为6Km/h为例，在爬坡角度为10°时，可将有效的安全启动速度降低至5.5Km/h，当检测到当前车速在5.5Km/h以上时，即可使转把5或速度助力速度传感器6有效，从而提供电动助力。具体的爬坡角度与对应的设定的安全启动速度的降低量可根据实际需要进行调整。
如图3所示，基于以上实施例，本领域技术人员可以理解，本发明还提供了一种具有安全起步功能的电动助力车的控制方法，该方法包括：
设定安全启动速度；
控制器接收到驱动信号发生部件发出的电驱动指令时，判断当前车速是否在设定的安全启动速度以上，是，则控制器根据驱动指令输出控制信号，以驱动电机运转，否则，控制器不驱动电机运转。设定安全启动速度为5.0至7.5Km/h，优选为6Km/h。在接收到电驱动指令时，也可先检测当前车况是否有刹车和故障信息；如有刹车和故障信息，则控制器不进行任何操作；如无刹车和故障信息，则控制器进一步判断当前车速是否在设定的安全启动速度以上。
控制器可以通过接收三相霍尔传感器输出的脉冲信号，并比对脉冲信号中的换相频率与安全启动速度所对应判定值M的大小，判断当前车速与设定的安全启动速度之间的关系，安全启动速度所对应的判定值M:
M＝(6*N*L)/(D*π)；
其中，数字6为一个电周期包括6步换相，一个电周期为360°，一步为60°，N为设定的安全启动速度，单位：毫米/秒；L为电机内的磁钢数量；D为电机所连接的车轮的直径，单位：毫米。
控制器也可通过接收电机里内置的测速霍尔传感器输出的脉冲信号，并比对脉冲信号的输出频率与安全启动速度所对应判定值S的大小，判断当前车速与设定的安全启动速度之间的关系，安全启动速度所对应的判定值S：
S＝Z*N/(D*π)；
其中，Z为电机的转子每转一周，其内置的测速霍尔传感器输出的脉冲信号的个数，N为设定的安全启动速度，单位：毫米/秒；D为电机所连接的车轮的直径，单位：毫米。
还可采用陀螺仪传感器检测电动助力车的当前爬坡角度，主控芯片将设定的安全启动速度根据爬坡角度将正比降低后再与当前车速比较。
从上述实施例采用的速度判断可以看出，本发明实施例还提供了一种通过直流无刷电机的三相霍尔传感器计算转速的方法，该方法包括：
获取三相霍尔传感器反馈的三相脉冲信号；
统计三相脉冲信号中单位时间T内的换相次数X；
根据单位时间内的换相次数X计算直流无刷电机的转速R，其中，
R＝X/(6*L*T)
其中，R的单位为转/秒，数字6为一个电周期包括6步换相，一个电周期为360°，一步为60°，L为直流无刷电机内部的磁钢数量，T的单位为秒，T的取值可以根据实际需要的精度选择，优选在0.1至1之间。
该直流无刷电机可以是电动车上的电机，通过电机的转速可计算出当前电动车的速度V，其中：
V＝R*D*π＝X*D*π*3600/(6*L*T*1000000)
其中，D为电动车的车轮直径单位为毫米，V的单位为千米/小时。
举例说明，某电动车采用的直流无刷电机内的磁钢数量L为40，该电动车的轮径为16寸，取单位时间T为1秒，当前车速下测得每秒的换相次数X为500次，则当前车速V＝500*16*25.4*3.14*3600/6*40*1000000＝9.57(Km/h)。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，其它未具体描述的部分，属于现有技术或公知常识。在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种通过直流无刷电机的三相霍尔传感器计算转速的方法，其特征在于，该方法包括：
获取三相霍尔传感器反馈的三相脉冲信号；
统计三相脉冲信号中单位时间T内的换相次数X；
根据单位时间内的换相次数X计算直流无刷电机的转速R，其中，
R＝X/(6*L*T)
其中，R的单位为转/秒，数字6为一个电周期包括6步换相，一个电周期为360°，一步为60°，L为直流无刷电机内部的磁钢数量，T的单位为秒。
2.根据权利要求1所述的通过直流无刷电机的三相霍尔传感器计算转速的方法，其特征在于，所述直流无刷电机使用在电动车上，并通过电机的转速R计算出当前电动车的速度V，其中：
V＝R*D*π＝X*D*π*3600/(6*L*T*1000000)
其中，D为电动车的车轮直径单位为毫米，V的单位为千米/小时。
3.根据权利要求1所述的通过直流无刷电机的三相霍尔传感器计算转速的方法，其特征在于，所述单位时间T的取值在0.1至1之间。
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