智能型电动助力自行车驱动系统的研制

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1、智能型电动助力自行车驱动系统的研制谭擞江建中汪信尧【捕-篓】智能塑l乜动助力臼打乍是^力和电)J混合驱动的新型电动助山乍．奉义对这一驱动秉境的两个关键技术一力矩传赔器和永避无刷直濉lU帆的转矩闭环控制作r详纳株讨．摊¨jr相应的解决方案．并释到了实验验iII!．【关键i司】p·，／，：，jU年90i。。磊、·寅j’L‘T卜。j人类对环境问题的日益关注，使得发展零污染捧放的电动车辆成为嗣内外近年来的研究热点．目前助动车在国内各火中城市应用非常普及，但由于其废气捧放浓度高，对环境污染危害严重，已成为城市的一大污染源．田内外很多厂商已经开始将目光投向

2、备种适于城市居民使用的低污染或无污染新型代步工具。根据目前的电动车辆技术发展水平，优先发展轻型屯动车，具有巨大的市场潜力．电动踏板车和电动自行年是轻型电动车辆中最主要的代袭，日本的几大著名厂商如雅马哈、本田均在积极发展电动白行车和电动摩托车．欧洲最大的摩托车生产商‘比砸乔公司(Piaggio)已与美国的蓄电池生产商ovonic远成协议麸同开发电动摩托乍_}}j锂金属混合屯池．美囝的一些电动车开发商也开始向砸洲的电动午市场进军．如EvGlobalMotor与台湾晟人的摩托车生产厂家光阳台作、zAP与上湃的永久公司台作等。2系统简介智能型电动白行车

3、属于人力和电力驱动的混合型电动助力车．从助力性能上来说．其特点是电力驱动系统与人力按t一定比例同时提供驱动力矩．这一比例根据臼行车的行驶速度变化，随着速度的升高，电力驱动系统所提供的力矩比逐渐减小。就控制系统的鲒携『而言，与其他的电动乖辆驱动系统舶显著差别是：系统的参考输入是作HI在口行下脚踏上的人力实时跟踪信号，这样一个信号的取得，需要通过传感器来实现．驱动系统的控制框酗如图l所示．为了使电力助动功能具有更人的灵活性，驱动系统提供了两路参考输入信号：一路输入为人力驱动力矩的跟踪信号．由力矩传婷器提供；另一路由拉杆式霍尔电位器提侠r由手动控制．

4、通过助动力矩的速度变化曲线．这两路参考输入台成后转换为力矩闭环的参考输入。·，”“永磁无刷直流电机功率密度高．无励磁损耗．与其它Ⅱ三弦被也机相比．在同样的电流峰值下产生的转矩大，同时由丁．不采用电剧．可靠性高·是电动年驱动系统的理想选择之一．系统中采用的燕外转子式永磁无刷直流电机。直接驱动自行中．不需附加传动机构．·一115一器巷传目湖述中概无l车，bI，、确

5、／电fto田l鼍动摹蓑控■l■3力矩传感器原理力矩传感器安装在白行下与中轴连接的特制花盘上．传感器先将力矩量转换为位移量，再将位移量转换为与之成正比的电压信号．实现位移测量的传感器种类较

6、多．但自行车使川环境比较复杂。对传感器的可靠性要求较高．电感传感器虽然使埘可靠．但是体积大，测量的线性范围小；屯容传盛罂的体积小．结构简单，灵敏度高．但是测量范围小．测量值受介质等影响较大，在现场使用也有困难，同时，这两种传感器探头均需要较多引线．因此都不能满足实际使用中的要求．为了克服以上两种传感器的缺点．这里利用电涡流检测原理．实现位移信号到电骶信号的转换．作为力矩传感器的组成的前端。第一部分是将力矩的变化通过机械的方式转换为对应住移量的变化．其基本原理如图2所示。部什1为安装在臼行币中轴上的特制花盘，部仆2是截面为楔形的传动杆。花靠上铸有

7、两凹进扇形平面，在凹进平面内安装有两根强力弹簧3，弹簧一端嗣定。另一端与传动杆2相连。踩动白行车脚踏时，中轴带动传动杆．使弹簧3受力变形，传动杆相对丁．花盘发生转角变化。由于传动杆为楔形，所以另一与楔型面相切的线圈架的两个支脚沿楔型面滑动(支脚端头为楔型)，使线嘲架发生佩移．位移与力矩的关系如式(1)所示■l力矩一拉●转攮机构I●■占=(培喙s]．T．KoT(1)其中，6为线罔架位移，K为弹簧弹性系数，s为中轴轴心到弹簧支点的距离，a为轩楔璀面角度．‰=tgn，(2Ks)．由上式可见，位移6与转矩T成n三比．这样便将力矩鼙转换成与之成正比的位移

8、餐。力矩传感器的第二部分将位移鼙转换为相对的电信号。利用电涡流传感测量原理米实现．电涡流传感器由一只制定于框架上的向平线嘲作为探头，与一个电弈并联或串联．构成谐振同路，如幽3所示．在没有测量体时，把该回赂调谐至某一频率．传感器的线罔在高频讯号的激励下，或由其白身构成的自激振荡回路一116一貂m¨口啊3电鼻^传●量示i墨陶●电囊^传●■●盘电■中，产生一高频交变敲场．当被测导电体靠近传感线圈时．在磁场作_I{J范围的导体表层便由r感应电势而产生电涡流，从而X对线嘲的磁通产生反作用．其等效电路地l鳘}4．肖线罔与被测导体的距离发生变化时，导致被测导

9、体中泓流的变化．从而引起线圈等效电阻R、等效电感L及晶质因数Q的变化．当涡流增大时。阻抗z减小，谐振回路两端的电压幅值减小，因而可以得到电涡流的大小与