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CN104691363A - 电动自行车机械变速式电机控制器及其控制变速方法 - Google Patents

电动自行车机械变速式电机控制器及其控制变速方法 Download PDF

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CN104691363A CN201510134815.3A CN201510134815A CN104691363A CN 104691363 A CN104691363 A CN 104691363A CN 201510134815 A CN201510134815 A CN 201510134815A CN 104691363 A CN104691363 A CN 104691363A
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Wuxi Yatai Machinery Technology Co.,Ltd.
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Abstract

本发明涉及一种电动自行车机械变速式电机控制器及其控制变速方法，其特征是：1)选择自动变速模式，采集电机的转子位置信号通过译码单元将其传输给中央处理器；2)中央处理器把骑行速度作为自动变速模式下变速判断的条件之一；3)电机驱动电路的输出端读取电压值并输入到电流检测单元，电流检测单元将电压信号放大后提供给中央处理器,作为自动变速模式下变速判断的另一个条件；4)中央处理器根据骑行速度和电机运行的电流值，判断电机转向，并将相应的控制信号提供给电机驱动电路，控制电机正、反转工作，实现机械变速。有益效果：本发明自动变速模式下根据行驶速度、阻力、电流等参数的变化自动变速到最佳运行状态。

Description

电动自行车机械变速式电机控制器及其控制变速方法
技术领域
本发明属于电动自行车电机控制器，尤其涉及一种电动自行车机械变速式电机控制器及其控制变速方法。
背景技术
目前，电动自行车电机控制器均具备电机调速功能，是根据转把信号强弱改变电机电流来控制电机转速，以达到调速目的。电机初始设计就只有一个最佳效率转速。如果按高速行驶时为最佳效率来设计则低速性能很差，即起步爬坡能力差；如果按起步爬坡时为最佳效率来设计则高速行驶性能很差，即费电。高速特性与低速特性只能进行取舍，电机设计时还是主要考虑电动自行车的续航能力的提高上，因此将电机设计成高速行驶时效率最佳方案来设计，一般为20～25km/h。这种通过电流来控制电机转速的方法虽然解决了一些变速的需要，但是受到电机本身特性的限制，在起步或爬坡等低速时电流过大且转矩不足的问题，为了解决上述问题而现采用的方法是加大电机功率，以弥补起步、爬坡能力的不足。现有电动自行车的最大缺点是起步和爬坡能力很差，起步和爬坡时必须脚蹬辅助才可以。如果紧靠电机来起步或爬坡，因负荷大，使电机发生阻转现象，易烧毁电机，而且大电流放电对蓄电池造成冲击性伤害，缩短蓄电池使用寿命。
目前电动自行车行业亟待解决在不加大电机功率的条件下提高电动自行车起步、爬坡能力的这一最大未解难题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术的不足，提供一种电动自行车机械变 速式电机控制器及其控制变速方法，通过增加变速模式选择功能及电机正反转控制功能，实现控制电动自行车电机机械变速，解决了电动自行车正常续航工作状态能力以及起步或爬坡能力二者不能兼得的问题。
本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：一种电动自行车机械变速式电机控制器，其特征是：包括中央处理器、译码单元、电机驱动电路和电流检测单元，所述中央处理器分别与译码单元、电流检测单元和执行器驱动电路连接；
所述译码单元将采集到的电机转子位置信号输送给中央处理器构成把骑行速度作为自动变速模式下的速度判断回路，中央处理器根据电机转子位置信号变换的频率判断电动自行车的骑行速度；
所述中央处理器采集刹车信号、电池电压信号、转把信号、自动或手动模式选择信号以及低速档或高速档选择信号通过电机驱动电路控制电机；
所述电机驱动电路的输出端分别与电机和电流检测单元连接，所述电流检测单元与中央处理器连接共同构成把采集电机工作电流与设定电流进行比较作为自动变速模式下的电流判断回路，电机驱动电路的输出端读取电压值并输入到电流检测单元，电流检测单元将电压信号放大后提供给中央处理器。
所述电机驱动电路由六只开关管构成桥式连接驱动电路。
一种电动自行车机械变速式电机控制器的控制变速方法，其特征是：增加变速模式和电机正反转控制功能，控制电动自行车电机的机械变速，具体步骤如下：
1)选择自动变速模式，采集电机的转子电机转子位置信号通过译码单元将其传输给中央处理器；
2)中央处理器根据电机转子位置信号变换的频率计算出电动自行车的骑行速度，把骑行速度作为自动变速模式下变速判断的条件之一；
3)在电机驱动电路的输出端读取电压值并输入到电流检测单元，电流检测单元将电压信号放大后提供给中央处理器，作为自动变速模式下变速判断的另一个条件；
4)中央处理器根据骑行速度和电机运行的电流值，判断电机转向，并将相应的控制信号提供给电机驱动电路，根据中央处理器提供的信号依次接通电机驱动电路中不同的开关管，控制电机的各相导通方向及导通顺序，控制电机正、反转工作，实现电动自行车电机的机械变速。
所述电机为可变减速比的轮毂电机或无刷直流电机减速器组。
所述变速模式设置手动变速模式，通过高/低速档选择开关，选择高速档时电机正转，选择低速档时电机反转。
有益效果：与现有技术相比，本发明与可变减速比的轮毂电机配合使用，具有自动变速和手动变速两种变速模式，自动变速模式下可根据行驶速度、阻力、电流等参数的变化自动变速到最佳运行状态，手动变速模式下可根据用户的需要随时进行变速，机械变速不仅解决了电动自行车起步能力及爬坡能力差的问题，而且将电动车的使用范围从平原地区扩展到山区丘陵地区。同时减小对电池的冲击，保持电池性能延长使用寿命。另外，扩大电机最佳效率范围，省电延长续航距离，适用于电动自行车、电动三轮车或老年代步车。
附图说明
图1是本发明的结构框图；
图2是本发明的工作流程图；
图3是现有电机驱动电路示意图。
图中：1、电机，2、线圈C相，3、线圈B相，4、线圈A相，5、电机转子位置信号Ha，6、电机转子位置信号Hb，7、电机转子位置信号Hc，8、电流采样电阻，9-1、T1开关管，9-2、T2开关管，9-3、T3开关管，9-4、T4开关管，9-5、T5开关管，9-6、T6开关管。
具体实施方式
下面结合较佳实施例详细说明本发明的具体实施方式。
实施例1
详见附图1，本发明提供了一种电动自行车机械变速式电机控制器，包括中央处理器、译码单元、电机驱动电路和电流检测单元，所述中央处理器分别与译码单元、电流检测单元和执行器驱动电路连接；所述译码单元将采集到包括电机转子位置信号Ha 5，电机转子位置信号Hb6，电机转子位置信号Hc 7的电机转子位置信号输送给中央处理器构成把骑行速度作为自动变速模式下的速度判断回路，中央处理器根据电机转子位置信号变换的频率判断电动自行车的骑行速度；所述中央处理器采集刹车信号、电池电压信号、转把信号、自动或手动模式选择信号以及低速档或高速档选择信号通过电机驱动电路控制电机1；所述电机驱动电路的输出端分别与电机的线圈C相2，线圈B相3、线圈A相4及电流检测单元连接，所述电流检测单元与中央处理器连接共同构成把采集电机工作电流与设定电流进行比较作为自动变速模式下电流判断回路，电机驱动电路的输出端读取电压值并输入到电流检测单元，电流检测单元将电压信号放大后提供给中央处理器，所述电机驱动电路由六只开关管9-1、9-2至9-6构成桥式连接驱动电路。
详见附图2、一种电动自行车机械变速式电机控制器的控制变速方法，增加变速模式和电机正反转控制功能，控制电动自行车电机的机械变速，具体步骤如下：
1)选择自动变速模式，采集电机转子位置信号通过译码单元将其传输给中央处理器；
2)中央处理器根据电机转子位置信号变换的频率计算出电动自行车的骑行速度，把骑行速度作为自动变速模式下变速判断的条件之一；
3)在电机驱动电路的输出端读取电压值并输入到电流检测单元，电 流检测单元将电压信号放大后提供给中央处理器，作为自动变速模式下变速判断的另一个条件；电流检测单元从回路中采样的信号为微弱电压信号，电流检测单元将微弱信号放大后提供给中央处理器，用以判断是否超过设定值。本实施例，电流检测单元两端连接电流采样电阻8,采样电阻一般为0.01Ω。
4)中央处理器根据骑行速度和电机运行的电流值，判断电机转向，并将相应的控制信号提供给电机驱动电路，根据中央处理器提供的信号依次接通电机驱动电路中不同的开关管，控制电机的各相导通方向及导通顺序，控制电机正、反转工作，实现电动自行车电机的机械变速。
所述电机为可变减速比的轮毂电机或无刷直流电机减速器组。
所述变速模式设置手动变速模式，通过高/低速档选择开关，选择高速档时电机正转，选择低速档时电机反转。
详见附图2，电机控制流程如下：
从控制器初始化到转把采样步骤与现有控制器的工作流程完全相同，不同之处是比现有控制器工作流程相比多了自动变速和手动变速模式判断流程、速度判断流程、电流判断流程、手动正反转判断流程。根据上述判断条件综合控制电机，达到最佳骑行条件。
控制变速的方法有两种，一种是自动变速模式控制方法，另一种是手动变速模式控制方法。具体适用哪种变速控制模式，由用户手动拨动自动/手动模式选择开关来选择。
当用户选择自动变速模式时，控制器工作流程如下：
根据中央处理器对骑行速度及电机工作电流的计算结果，首先对当前骑行速度与设定速度进行比较判断，如果当前骑行速度低于设定速度，则控制电机反转，即低速档工作；如果当前骑行速度高于设定速度，则进一步对电机工作电流与设定电流进行比较判断，如果当前电机电流低于设定电流，则控制电机正转，即高速档工作，如果当前电机电流高于设定电流， 则控制电机反转，即低速档工作。
当用户选择手动变速模式时，控制器工作流程如下：
根据高、低速档选择开关的信号，控制电机正转或反转。选择高速当时电机正转，选择低速档时电机反转。
自动变速模式下实际骑行中的过程为，从静止开始起步，此时速度较低，低于设定值，按低速档运行。经过一段加速过程，速度提高到设定值后，改为高速档运行。即起步阶段低速档运行，正常行驶阶段高速档运行。当正常骑行过程中遇到上坡路或者迎风情况阻力变大时，电机电流会随之上升，超过设定值后转为低速档运行，以提高驱动力且保护电机及电池。
详见附图3，如表1所示，电机正转时电机转子位置信号和中央处理器给电机驱动电路提供的信号。
表1)电机正转时电机转子位置信号及驱动信号真值表
如表2所示，电机反转时电机转子位置信号和中央处理器给电机驱动电路提供的信号。
表2)电机反转时电机转子位置信号及驱动信号真值表
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的结构作任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种电动自行车机械变速式电机控制器，其特征是：包括中央处理器、译码单元、电机驱动电路和电流检测单元，所述中央处理器分别与译码单元、电流检测单元和执行器驱动电路连接；
所述译码单元将采集到的电机转子位置信号输送给中央处理器构成把骑行速度作为自动变速模式下的速度判断回路，中央处理器根据电机转子位置信号变换的频率判断电动自行车的骑行速度；
所述中央处理器采集刹车信号、电池电压信号、转把信号、自动或手动模式选择信号以及低速档或高速档选择信号通过电机驱动电路控制电机；
所述电机驱动电路的输出端分别与电机和电流检测单元连接，所述电流检测单元与中央处理器连接共同构成把采集电机工作电流与设定电流进行比较作为自动变速模式下的电流判断回路，电机驱动电路的输出端读取电压值并输入到电流检测单元，电流检测单元将电压信号放大后提供给中央处理器。
2.根据权利要求1所述的电动自行车机械变速式电机控制器，其特征是：所述电机驱动电路由六只开关管构成桥式连接驱动电路。
3.一种根据权利要求1所述的电动自行车机械变速式电机控制器的控制变速方法，其特征是：增加变速模式和电机正反转控制功能，控制电动自行车电机的机械变速，具体步骤如下：
1)选择自动变速模式，采集电机的转子电机转子位置信号通过译码单元将其传输给中央处理器；
2)中央处理器根据电机转子位置信号变换的频率计算出电动自行车的骑行速度，把骑行速度作为自动变速模式下变速判断的条件之一；
3)在电机驱动电路的输出端读取电压值并输入到电流检测单元，电流检测单元将电压信号放大后提供给中央处理器，作为自动变速模式下变速判断的另一个条件；
4)中央处理器根据骑行速度和电机运行的电流值，判断电机转向，并将相应的控制信号提供给电机驱动电路，根据中央处理器提供的信号依次接通电机驱动电路中不同的开关管，控制电机的各相导通方向及导通顺序，控制电机正、反转工作，实现电动自行车电机的机械变速。
4.根据权利要求3所述的电动自行车机械变速式电机控制器的控制变速方法，其特征是：所述电机为可变减速比的轮毂电机或无刷直流电机减速器组。
5.根据权利要求3所述的电动自行车机械变速式电机控制器的控制变速方法，其特征是：所述变速模式设置手动变速模式，通过高/低速档选择开关，选择高速档时电机正转，选择低速档时电机反转。
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