电动助力车控制系统设计

发布时间：2019-10-02 16:26

【摘要】：电动助力自行车与传统电动自行车的最大不同之处在于二者控制电机的方式不同,电动自行车的控制是一个开环的控制方式,全靠人的感觉进行调速,速度会有一定的延迟性,这个延迟性正是电动自行车事故频发的主要原因。电动助力自行车是“人力+电力”的控制方式,通过检测人力输出的大小控制电机的输出,电机输出的助力又会影响人力的输出,从而形成了控制上的闭环。所以电动助力自行车在安全性上要远远优于传统电动自行车。目前电动助力自行车研发的热点都集中在力矩传感器的研发,而真正关乎用户骑行体验的“骑行控制算法”却鲜有人问津,现在市面上使用的控制算法大多是简单的比例控制调节,即人施加了多大的力,辅助电机按照一定的比例提供相应的助力。本文就目前电动助力自行车骑行控制算法缺失的大背景下提出自己的控制骑行算法,以达到更好地的骑行体验。本文在分析自行车骑行舒适性的基础上,提出一种评价骑行算法优劣的标准,并根据提出的标准设计了助力自行车系统的硬件架构。探讨了基于力矩传感器技术的骑行控制算法,包括助力模式选择、特殊状态控制、平稳控制算法、斜坡控制算法,并详细分析了这些子模块的控制方案,最后通过实地骑行验证算法的控制效果。本文还进一步研究了无力矩传感器或力矩传感器损坏时备用控制算法,通过对电动助力自行车系统的动力学分析,建立了助力车动态控制模型,提出了骑行状态下力矩估计方法,讨论了“速度跟随算法”和“人力估计算法”两种备用控制算法,并通过实验数据对二者性能进行验证,最终选择人力估计算法作为本系统控制算法设计。经过试验验证,本文设计的骑行控制算法不仅能够提供日常骑行控制的优秀体验,还能够在力矩传感器损坏时提供备用的控制算法,考虑较为周全。
【图文】：

助力自行车

助力比10 15 24车速：km/h图 1.2 日本标准中助力比规定（5）辅助电机的输出必须平滑且连续。由于我国的电动助力车行业刚刚起步，针对于助力自行车的行业标准还没定，，并且目前国内生产的助力自行车大都作为外贸商品出口到国外。因此国发助力自行车时，大都参考欧盟标准或者日本标准。.3 助力自行车研究现状在介绍助力自行车的研究现状之前，先介绍一下助力自行车的组成部分，市场上出售的助力自行车的主要组成部分包括：显示仪表、断电刹把、主控、电机、力矩传感器、踏频传感器、锂电池等[12]。

扭簧,曲柄,脚踏板,传感器

霍尔元件实现的力矩传感器，也就是上文提到的扭簧传感器。在于实验室的无力矩控制方案，即通过设计控制算法对人力进矩控制方案。文献[4]采用构建扰动观测器的方法，把人施加阻力作为系统中的扰动，并使用扰动观测器对系统扰动进行估曲柄轴在不同旋转位置所受的力矩进行建模，提出了一种通置估计人力的大小。但是目前没有采用无力矩控制方案的产品述四种传感器加以分析比较。扭簧传感器簧传感器”的关键之处在于其内部配置了“霍尔传感器”，其行车的“转把”极其相似，不同之处就是“扭簧传感器”内嵌面，从而相应地，脚就代替了手作为新的助力控制对象。将两的凸凹部位卡在一起，一片安装在牙盘上面，一片和自行车曲安装合适的弹簧作为中间的转接件，就构成了“扭簧传感器”]。
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：U484;TP273

【参考文献】