無力矩傳感器電動助力車系統(tǒng)設計.pdf

1、電動助力車與傳統(tǒng)的電動自行車有一個顯著區(qū)別,傳統(tǒng)電動自行車是通過調(diào)速手把進行單向控制車速,而電動助力車是個雙向智能系統(tǒng),包括電池、電機、控制器、顯示儀表、力矩傳感器、車架等部件組成?？刂破魍ㄟ^力矩傳感器檢測騎車人施加在踏板上的力矩得到目前的車輛行駛狀態(tài),并且根據(jù)當前狀態(tài)自動調(diào)節(jié)電機功率輸出,使得無論在平地還是在傾斜路面上,騎行始終如在平路上騎普通自行車一樣輕松順暢,電動助力車真正做到人車合一。
　　力矩傳感器是電動助力車的一個重要

2、組成部分,然而力矩傳感器存在成本高、一致性差、性能不穩(wěn)定易受環(huán)境影響等問題,并且安裝精度要求高,每輛車都要獨立測試。因此我們希望能夠通過不使用力矩傳感器的方法對騎車人施加在曲柄軸上的力矩進行估計。
　　本文首先建模分析了人騎自行車時人施加在曲柄軸上的力矩隨曲柄軸旋轉(zhuǎn)位置、曲柄軸轉(zhuǎn)速、路面傾斜度的變化關系。將曲柄軸旋轉(zhuǎn)一周分為四個功率輸出扇區(qū),記錄曲柄軸在0°、45°、90°、135°和180°時的力矩,并通過插值的方法繪制成力矩-

3、位置變化曲線。通過分析不同路況相同曲柄軸轉(zhuǎn)速和相同路面傾斜程度不同曲柄軸轉(zhuǎn)速時的數(shù)據(jù),得到人騎車時曲柄軸轉(zhuǎn)速與曲柄軸力矩之間的關系。利用此關系,通過檢測曲柄軸的轉(zhuǎn)速就可以計算出騎車人施加在腳踏板上的力矩。然后建立了電動助力車系統(tǒng)數(shù)學模型。電動助力車在行駛過程中驅(qū)動力矩為騎車人施加在曲柄軸上的力矩和電機提供的助力矩,阻力矩為風阻力矩、輪胎與地面的摩擦力矩以及重力沿著路面方向與行駛方向相反的分力矩。分析計算了環(huán)境阻力并建立了電動助力車系統(tǒng)數(shù)

4、學模型。在此基礎上,簡單分析了電動助力車的騎行質(zhì)量指標和助力比的問題。在此基礎上,建立了電動助力車的傳遞函數(shù)模型,并設計了PI-型電動助力車系統(tǒng)控制器。騎車人施加在曲柄軸上的力矩除以力矩常數(shù)作為電流控制器給定,給定與電流反饋做差經(jīng)調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)后控制PWM波占空比。此外,控制器在檢測到人輸出的力矩為0時或者車速高于25km/h時關閉PWM脈沖輸出。最后,建立電動助力車系統(tǒng)Matlab/Simulink模型進行仿真。仿真結(jié)果表明,電機輸出的助