CN2666720Y

CN2666720Y - 数字智能电动车辆控制器

Info

Publication number: CN2666720Y
Application number: CN 200320104423
Authority: CN
Inventors: 薛荣生
Original assignee: Southwest University
Current assignee: Southwest University
Priority date: 2003-12-14
Filing date: 2003-12-14
Publication date: 2004-12-29
Anticipated expiration: 2013-12-14

Abstract

本实用新型是一种数字智能电动车辆控制器，它包括速度传感器、负载传感器、控制选择开关和比较器、手柄调速、刹车控制、单片机、PWM调压调制器、电池和电动机，它通过获取传感器从电动自行车传动中间任意位置或终端直接检测到的瞬时转速信号和负载信号，通过单片机、控制选择开关、比较器、PWM调压调制器等处理，准确适时地将所需的电量输送给电动机，控制电动机始终处于高效的工作状态，电池始终处于最佳的放电状态，延长电池的使用寿命，增加电动车辆的续行距离和爬坡能力，自动排除人为误操作、控制不准确和其它非标准状态带来的不必要的电量损失，达到高效节能、智能驱动的效果。

Description

数字智能电动车辆控制器

技术领域

本实用新型属于电动车辆控制技术领域，具体涉及一种数字智能电动车辆的控制器。

背景技术

现有的电动车辆，如电动自行车，都具有一套对电动机的工作状况进行控制的控制器，该控制器是根据骑行者的人为操作指令而控制电动机的工作。而骑行者发出各种指令的依据是对骑行状况的感觉和经验判断，如在轻载荷、重载荷状态、爬坡等不同行驶状态下，由于人不可能准确地感觉电动车辆在各种复杂工况下的速度、负载变化情况，更不能准确地得到在这些状态下电动机所需提供的最有效动力，因此，这种人为的操作控制往往是不准确，有时甚至是错误的，会给电动机带来不必要的损坏，这是造成现有电动自行车电动机返修率高的主要原因，同时也造成蓄电池大电流深度、过度放电，缩短电动机和蓄电池使用寿命，例如在上坡、逆风时人们往往希望速度不下降而增大输入电压，但是由于上坡时电流随着负载增加不断增大，就会超过电动机的额定功率，造成电动机堵转发热甚至烧毁，另外持续大电流放电对铅酸电池损害也比较大，造成其使用寿命的缩短。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有电动车辆控制存在的缺陷，提供一种数字智能电动车辆控制器，通过获取传感器从电动自行车传动终端直接检测到的转速信号和负载信号，由控制电路将其转换成数字信号，进行处理，准确适时地将所需的电量输送给电动机，控制电动机始终处于高效的工作状态，电池始终处于最佳的放电状态，延长电池的使用寿命，增加电动车辆的续行距离和爬坡能力，自动排除人为误操作、控制不准确和其他非标准状态带来的不必要的电量损失，达到高效节能、智能驱动的效果。

本实用新型的技术方案如下：

数字智能电动车辆控制器，它保留传统电动车辆控制器的手柄调速电路、刹车控制电路、单片机、PWM调压调制器、电池和电动机，增加了速度传感器、负载传感器、控制选择开关和比较器。其中速度传感器的输出接到单片机的通用I/O口，单片机的通用I/O口输出允许启动电动机信号和限速信号，允许启动电动机信号和刹车控制电路的输出信号接入PWM调压调制器的误差放大器I的反相输入端。手柄调速电路的输出信号和负载传感器的输出接入选择控制开关，其输出与限速信号并联后，经比较器处理后接到PWM调压调制器的间歇期调整电路的输入端。PWM调压调制器的输出端接场效应管，场效应管和电池、电动机接成闭合回路。若控制选择开关闭合，则负载传感器输出接地，此时为人工控制速度方式；若控制选择开关断开，当负载传感器输出为零，则智能控制优先的电子开关断开，此时为人工控制速度方式，当负载传感器输出不为零，则电子开关打开，使手柄调速信号接地，此时智能控制优先，为智能控制速度方式。

本实用新型的优点是：在原控制电路中增加了速度传感器、负载传感器，通过它们实现从电动车辆传动终端或中间的任意位置直接检测准确的、真实的转速信号和负载信号，由控制器转换成数字信号进行处理，准确适时地将所需的电量输送给电动机，通过脉宽调制，同步控制电动机输出功率，避免上坡等大负载工况时电动机超负荷运行和堵转的发生，控制电动机始终处于高效的工作状态，电池始终处于最佳的放电状态，延长电池的使用寿命，增加车辆的续行距离和爬坡能力，自动排除人为误操作、控制不准确和其他非标准状态带来的不必要的电量损失。同时通过设置一个选择控制开关，让使用者选择系统自动调速或是人为通过手柄调速器调速，从而使系统具有手动和自动两种状态。由于控制方式的增加，增加一个输入选择控制器件即比较器，以判断手柄信号和负载传感器信号那一个作为自控系统的输入，并且当速度达到二十公里/时的时候保持速度不再增加，因此是车辆具有人为控制、智能控制、人力骑行智能补偿等三种控制功能和使用方式，智能传感和人为调速可更替使用，比全电动自行车可增加40％的续行里程，安全性更好、达到高效节能、智能驱动的效果。

附图说明

图1是本实用新型的总控制电路框图；

图2是本实用新型的电路图。

具体实施方式

参见图1，本数字智能电动车辆控制器用于电动自行车上，由速度传感器、负载传感器、手柄调速电路、刹车控制电路、单片机、PWM调压调制器、欠压保护电路和过流保护电路、控制选择开关、比较器、电池和电动机组成。速度传感器的输出接到单片机的通用I/O口，单片机的通用I/O口输出允许启动电动机信号和限速信号，允许启动电动机信号和刹车控制信号接入PWM调压调制器的误差放大器I的反相输入端。手柄调速信号和负载传感器的输出及限速信号并联后，经比较器处理后接到PWM调压调制器的间歇期调整电路的输入端。PWM调压调制器的输出端接场效应管，然后经电池接入电动机。欠压保护电路和过流保护电路对电动机进行保护，它们的输出并联接入PWM调压调制器的误差放大器II同相输入端。电动机的反馈电势检测信号接入PWM调压调制器的误差放大器I的同相输入端。速度功能选择开关接到负载传感器的输出端，当有负载时断开手柄调速的电子开关接到手柄调速的输出端。电动机的反馈电势检测信号接入PWM调压调制器的误差放大器I的同相输入端。电动机的欠压保护电路和过流保护电路，它们的输出并联接入PWM调压调制器的误差放大器II同相输入端。

本控制器中的PWM调压调制器采用TL494，包括基准电压产生电路、振荡电路、间歇期调整电路、两个误差放大电路、脉宽调制比较器以及输出电路。

以下结合图2具体说明本控制器的工作情况：

本控制器由安装在电动车辆传动机构终端(如自行车的后轮轴)的速度传感器和负载传感器将实时的速度信号和负载信号以电压的形式输入控制器。速度传感器为开关型霍尔传感器，是在非磁材料的圆盘边缘均匀粘贴四块磁钢，将圆盘固定在被测转轴即自行车后轮轴上。开关型霍尔传感器固定在圆盘外缘附近，圆盘每旋转一周，霍尔传感器便输出四个脉冲，用单片机处理这些脉冲，便可知道转速。根据实际情况，已在单片机中预先设定了允许启动电动机速度(5km/h)和限速速度(20km/h)，当电动自行车的速度达到五公里以后，即单片机的脚P3.4记录速度传感器的输入脉冲达到一定数量后，脚P1.7输出一个高电平，打开三极管V1，使PWM调压调速器的误差放大器I的反相端输入接地，使得PWM调压调速器可以开始工作。当电动自行车的速度达到二十公里时，单片机的脚P1.6输出一个高电平，打开三极管V8，放掉电容C17的一部分电能，从而降低PWM调压调速器的间歇期调理的输入，控制电动自行车的速度不再提高。当电动自行车的速度不足二十公里时，脚P1.6输出低电平，负载(位移)传感器和手柄调速器对电容C17充电，使得电容的电压上升，从而提高PWM调压调速器的间歇期调理的输入，使得电动自行车的速度上升。

负载传感器使用的是线性霍尔传感器，是在非磁材料的圆盘边缘上安装磁环或者均匀分布十二块磁钢(旋转起来以后，近似可以认为是一个磁环)，将圆盘固定在被测转轴上。线性霍尔传感器固定在圆盘外缘附近，S极和N极分别安装在圆盘的两边。当霍尔传感器距离磁钢的距离不同时，S极和N极分别在0～2.5V、2.5～5V之间变化，将S极和N极的输出信号接入运算放大器进行比较后，得到一个0～5V的信号，此信号与负载情况成正比，将其输入到控制电路，由负载传感器与手柄调速进行比较以后，信号进入到PWM调压调速器间歇期调整电路的输入端，其上加0～3.3V电压时可使截止时间从2％线怀变化到100％，从而调整输出脉冲的占空比，此脉冲驱动一个连接在主电路中的场效应管，由于场效应管的驱动脉冲的占空比的变化，导致加在电动机上的电压不同，从而控制电动机转速。

手柄调速是人为控制速度的输入端，负载传感器是控制系统自动调速的输入端。当选择控制开关闭合时，采用手动调速控制的方式，让骑行者随意控制行驶速度；当控制选择开关断开时，考虑到限制电动机功率、防止堵转、保护电池的问题，因此采用负载传感器智能控制优先的方式，由事先测定的参数自动控制行驶速度，在保护系统的前提下以尽可能高的速度运行。若控制选择开关闭合，则负载传感器输出接地，此时智能控制输入信号为零，系统为人工控制速度方式；若控制选择开关断开，当负载传感器输出为零，则智能控制优先的电子开关断开，此时为人工控制速度方式，当负载传感器输出不为零，则打开电子开关使手柄调速信号接地，此时为智能控制速度方式，当负载传感器检测电动自行车的负载超过一定值时，运放N4B输出一个高电平打开三极管V3，使得手柄调速器的输入端接地，从而屏蔽手动速度输入，PWM调压调速系统根据负载传感器的输入工作，避免上坡等大负载工况时电动机超负荷运行和堵转的发生。

刹车信号的接入是控制电动机的电源，当骑行者捏刹车后，装在刹车上的霍尔传感器输出一个控制信号给PWM调压调制器，断开电动机电源。

由于电动自行车的电源是直流蓄电池，为了增加蓄电池的寿命，控制系统加入了过流保护电路和欠压保护电路，在电动机运行的过程中，这两个模块实时监控主电路电压和电流，当电压低于31.5V或电流大于14A时，两个模块输出控制信号关闭PWM调压调制器。BTR是直流蓄电池的电压输入端，随着使用过程中蓄电池电压的降低，运放N3B的输出随之升高。R43是过流保护的采样电阻，当电动机的负载增大时，电流随之增加，加在R43两端的电压也升高。欠压保护和过流保护采取并联的连接方式作为PWM调压调速器的误差放大器II的正相输入，当电压过低或者电流过大时，PWM调压调速器关闭，从而达到保护电动机的目的。

电动机的反馈电势检测信号接入PWM调压调制器的误差放大器I的同相输入端，PWM调压调制器的误差放大器I的同相输入端接入一个并有电子开关的模拟电压，误差放大器I作为脉宽调制比较器的输入，当电动机转速较低即反馈电势检测信号小于模拟电压时，用模拟输入作为脉宽调制比较器输入，当电动机转速较高即反馈电势检测信号高于模拟电压时，用反馈电势检测信号作为脉宽调制比较器输入。这样做的目的是为了在低转速时控制加在电动机两端的电压不要太高，从而使启动电流较小。

Claims

1、数字智能电动车辆控制器，它包括手柄调速、刹车控制、单片机、PWM调压调制器、电池和电动机，其特征在于：还包括速度传感器、负载传感器、控制选择开关和比较器；其中速度传感器的输出接到单片机的通用I/O口，单片机的通用I/O口输出允许启动电动机信号和限速信号；允许启动电动机信号和刹车控制信号接入PWM调压调制器的误差放大器I的反相输入端；手柄调速电路的输出信号和负载传感器的输出信号接入控制选择开关，其输出与限速信号并联，经比较器处理后接到PWM调压调制器的间歇期调整电路的输入端；PWM调压调制器的输出端接场效应管，场效应管和电池、电动机接成闭合回路；若控制选择开关闭合，则负载传感器输出接地，此时为人工控制速度方式；若控制选择开关断开，当负载传感器输出为零，则智能控制优先的电子开关断开，此时为人工控制速度方式，当负载传感器输出不为零，则电子开关打开，使手柄调速信号接地，此时智能控制优先，为智能控制速度方式。

2、根据权利要求1所述的数字智能电动车辆控制器，其特征在于：电动机的反馈电势检测信号接入PWM调压调制器的误差放大器I的同相输入端。

3、根据权利要求1或2所述的数字智能电动车辆控制器，其特征在于：电动机还具有欠压保护电路和过流保护电路，它们的输出并联接入PWM调压调制器的误差放大器II同相输入端。

4、根据权利要求1或2所述的数字智能电动车辆控制器，其特征在于：速度传感器为开关型霍尔传感器，安装在电动车辆被测转轴转动部件的附近，感应转动部件的速度信号；负载传感器为线形霍尔传感器，固定在被测转轴位移部件的附近，感应随负载状况成比例移动的位移部件上的位移信号。