一种带本质助力功能的电动车控制系统技术方案

一种带本质助力功能的电动车控制系统，由双脚蹬踏力受力传感器和控制器组成。受力传感器安装在自行车后轮叉架梁上，通过借助轮轴组件安装的受力轮，来接受双脚蹬踏力，通过安装卡件与自行车后轮叉架梁紧固配合；在受力传感器的弹性应变连接体上，按凸面和凹面分别粘贴凸面应变片和凹面应变片。通过应变片电阻的变化，将骑行者的双脚蹬踏力作为给定控制量，同时引入负载电流作为反馈控制量，并通过引入无级助力比例给定量，实现人、车之间的力、速协调，人力、电力有机互补、互助。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种两轮电动车控制系统具体地说是助力功能下的电动车控制 系统。
技术介绍
电动车作为无尾气、无噪音的环保、文明的无公害绿色交通工具和不消耗不可再 生资源、节省公共空间的资源节约型交通工具，正在受到人们的欢迎。其中一个受欢迎点， 就是电动车带有一种“助力”挡的“助力”功能，使得人们骑、驾两便，既满足了远途乘行的 需要，又满足了锻炼的需要。然而，当前电动车的“助力”功能，并非本质的助力，而是一种 速度随动。它是靠检测链盘转速来控制电机转速的，骑驾者的双脚起的是速度给定的作用， 其双脚的蹬踏力与车的运行无关。即，电动机对于人而言是主力，而不是“助力”。这样势必 造成两种情况一是因为这种速度随动忽略了人的负载力感觉，同时人也失去了本身的负 载力感和速度感，从而速度失控，进而造成驾驶失控导致交通事故，特别是高速时造成大电 流工作损害电池；二是因为由忽略人的负载力感觉而导致的驾驶不便或不习惯，同时电动 车的该“助力”功能完全可以被其主功能(“电动”挡)代替，电池电力不足时又完全丧失 “助力”功能，因而该“助力”功能被索性闲置。为此，必须改进这种电动车控制系统，使其实 现本质的“助力”功能，即，将骑行者的双脚蹬踏力作为给定控制量，将负载电流作为反馈控 制量，而速度仅作为电动车控制系统内部反馈控制量，以期实现人、车之间的力、速协调，人 力、电力互补、互助。
技术实现思路
为改进当前电动车“助力”功能挡的这种有缺陷电动车控制系统，使其实现本质的 “助力”功能，本技术提供一种脚踏力-负载电流控制的电动车控制系统。即，将骑行者 的双脚蹬踏力作为给定控制量，将负载电流作为反馈控制量，并在引入无级助力比例给定 量的同时，速度量直接作为电动车控制系统内部辅助反馈控制量，以此使“助力”功能挡实 现人、车之间的力、速协调，人力、电力有机互补、互助。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是通过安装在传动链条上部的压 力传感器，获得骑行者的双脚蹬踏力信号，将该脚踏力作为给定控制量；增设无级助力比例 给定输入量，得到给定助力比下的蹬踏力矩信号，同时引入负载电流信号作为电动机负载 转矩反馈控制量，经比较得到“助力”功能挡下脚踏动力-电动机负载力，即人力-电力偏差 量，作为转矩控制信号；不再使用该功能挡下现行的速度给定信号和速度给定信号与速度 反馈信号的比较环节，速度反馈信号直接引入与转矩控制信号的比较环节，经比较得到综 合偏差控制信号，作为该功能挡下转矩偏差控制比例调节环节的控制输入量，控制后续环 节运行，其作用与现行电动车控制系统相似。助力比例给定环节通过骑行者旋动助力比例 旋钮，来助力比例给定环节给定助力比例给定输入控制信号，并将该信号送入比例放大环 节，作为决定助力比例放大倍数的控制量，该助力比例放大倍数可无级地变化给定，即通过转矩比较环节，实现最小助力比1 0 最大助力比1 1之间变化。蹬踏力矩检测环节 的受力传感器通过不同程度张紧的链条获取蹬踏力矩信号，并将该蹬踏力矩信号送入比例 放大环节。在比例放大环节中，作为输入量的蹬踏力矩信号被放大，作为给定助力比下的蹬 踏力矩信号输出。在转矩比较环节中，蹬踏力矩信号经与电流检测环节得到的电流反馈信 号进行比较，产生转矩偏差控制信号，作为转矩控制信号输出。在偏差比较环节中，转矩偏 差控制信号与速度反馈信号进行比较，转矩偏差控制信号的幅值和方向与速度反馈信号的 幅值和方向决定比较的结果，即偏差比较环节输出的综合偏差控制信号。综合偏差控制信 号作为电流调节环节的控制输入信号，经该电流调节环节的处理、放大、整形和幅度平移， 产生电流控制信号；电流控制信号控制、并驱动脉宽调制控制环节的单片机及其软件，进 而控制并驱动以及脉宽调制控制环节的MOSFET器件逆变电路。脉宽调制控制环节再借助 电机转角位置信号产生旋转功率电机驱动电流。脉宽调制控制环节输出的电机驱动电流， 产生旋转电磁转矩，使得电动机执行电动车控制系统输出，实现机械转动，产生机械转矩。运行时，压力传感器获得的骑行者双脚蹬踏力经与比例放大环节放大，得到在给 定助力比例下的蹬踏力矩信号，经与电动机负载转矩反馈控制量比较，得到人力-电力偏 差量，即转矩控制信号；该控制量与现行速度反馈量进行比较，得到综合偏差控制信号，该 偏差量经放大、控制，使得电动力以给定比例“助力”，而车行速度取决于该偏差量、行车环 境和电池电压；当电池电压较高时，比例控制量允许较小的偏差量获得较高的放大倍数，经 驱动控制器控制、放大，使得电动力以正比于电池电压的较高比例(低于给定比例)“助 力”，以至几乎接近给定比例，车速也可以很高；当电池电压较低时，即便偏差量较大，比例 控制量也会通过调节放大倍数，使得驱动控制量较小，经驱动控制器控制、放大，调节电动 力以较低比例(远低于给定比例)“助力”，车速则可能很低，骑行者双脚蹬踏力几乎成为 “主力”；而当电池电压低到“欠压”值时，现行的欠压保护功能运行，车体行进完全由骑行者 双脚蹬踏力驱动。本技术的有益效果是能使电动车在“助力”功能挡实现人、车之间的力、速协 调，人力、电力有机互补、互助，同时又能顾及现行控制器的运行及工作状态。以下结合附图所示的一个实施例对本技术进一步说明。附附图说明图1是本技术的一个实施例一一带本质助力功能的电动车控制系统框图；附图2是本技术一个实施例的双脚蹬踏力矩信号引入电路原理图；附图3是本技术一个实施例的比例放大环节电路原理图；附图4是本技术一个实施例的转矩比较环节电路原理图；附图5是本技术一个实施例的压力传感器安装图；附图6是本技术一个实施例的压力传感器结构(侧向)主视图；附图7是附图6所示压力传感器结构(侧向)主视图的A-A向断面剖视图；附图8是本技术一个实施例的压力传感器结构左视图(局部)；附图9是是附图8所示压力传感器结构左视图(局部)的B-B向剖视图。在附图1所示的带本质助力功能的电动车控制系统框图、附图2所示的双脚蹬踏 力信号引入电路原理图、附图3所示的比例放大环节电路原理图和附图4所示的转矩比较环节电路原理图中rg为助力比例控制信号，T为蹬踏力矩信号，ρ为电机转角位置信号，If 为电流反馈信号，vf为速度反馈信 ；为给定助力比下的蹬踏力矩信号，uT为转矩偏差控制 信号，e为综合偏差控制信号，u为电流控制信号，I为电机驱动电流。Hk为助力比例给定环 节，即通过骑行者旋动来无级地给定助力比例控制信号rg的控制环节；MT为蹬踏力矩检测 环节，即通过受力传感器获取蹬踏力矩信号T的控制环节；> κ为比例放大环节，即实现 ； =KT (K为由助力比例控制信号rg决定的助力比例放大倍数)的控制环节；A和B分别为 对应输入信号的比较环节，即分别实现uT = Tr-If和e = uT-vf的控制环节；MP为位置检测 环节，即通过电机内光电编码器获取电机转角位置信号P的控制环节；Cv为速度计算环节， 即实现从电机转角位置信号P到速度反馈信号Vf的转化功能的控制环节巡为电流检测环 节，即获取电动机转矩电流信号即将电机驱动电流I转化为电流反馈信号If的控制环节； Rml为电流调节环节，即产生电流控制信号u而实现电流调节功能的控制环节；PWM本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带本质助力功能的电动车控制系统，其特征是：助力比例给定环节（Ｈ↓［Ｒ］），通过骑行者旋动助力比例旋钮，来给定助力比例控制信号（ｒ↓［ｇ］），并将该信号送入比例放大环节（＞Ｋ），作为决定助力比例放大倍数Ｋ的控制量，该助力比例放大倍数Ｋ可无级地变化给定，即通过转矩比较环节（Ａ），实现最小助力比１∶０～最大助力比１∶１之间变化；蹬踏力矩检测环节（Ｍ↓［Ｔ］）的受力传感器（１）通过不同程度张紧的链条获取蹬踏力矩信号（Ｔ），并将蹬踏力矩信号（Ｔ）送入比例放大环节（＞Ｋ）；在比例放大环节（＞Ｋ）中，作为输入量的蹬踏力矩信号（Ｔ）被放大Ｋ倍，作为给定助力比下的蹬踏力矩信号（Ｔ↓［ｒ］）输出；在转矩比较环节（Ａ）中，蹬踏力矩信号（Ｔ↓［ｒ］）经与电流检测环节（Ｍ↓［Ｉ］）得到的电流反馈信号（Ｉ↓［ｆ］）进行比较，产生转矩偏差控制信号ｕ↓［Ｔ］，作为转矩控制信号输出；在偏差比较环节（Ｂ）中，转矩偏差控制信号ｕ↓［Ｔ］与速度反馈信号ｖ↓［ｆ］进行比较，转矩偏差控制信号ｕ↓［Ｔ］的幅值和方向与速度反馈信号ｖ↓［ｆ］的幅值和方向决定比较的结果，即偏差比较环节（Ｂ）输出的综合偏差控制信号ｅ＝ｕ↓［Ｔ］－ｖ↓［ｆ］；综合偏差控制信号（ｅ）作为电流调节环节（Ｒ↓［ｍＩ］）的控制输入信号，经电流调节环节（Ｒ↓［ｍＩ］）的处理、放大、整形和幅度平移，产生电流控制信号（ｕ）；电流控制信号（ｕ）控制并驱动脉宽调制控制环节（ＰＷＭ）的单片机及其软件，进而控制并驱动脉宽调制控制环节（ＰＷＭ）的ＭＯＳＦＥＴ逆变电路；脉宽调制控制环节（ＰＷＭ）再借助电机转角位置信号（ｐ）产生电机驱动电流（Ⅰ）；脉宽调制控制环节（ＰＷＭ）输出的电机驱动电流（Ⅰ），产生旋转电磁转矩，使得电动机（Ｄ）执行电动车控制系统输出，实现机械转动，产生机械转矩。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：屈百达，俞云锋，邓志敏，周红胜，
申请(专利权)人：江南大学，屈百达，
类型：实用新型
国别省市：32