基于霍爾元件的力矩傳感控制系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、目前，電動(dòng)助力自行車日益受到市場(chǎng)的歡迎，人們?cè)谧非蟪鲂蟹奖愕耐瑫r(shí)，也特別關(guān)注健康、環(huán)保等方面的問(wèn)題。智能電動(dòng)自行車相比于傳統(tǒng)的電動(dòng)自行車最明顯的區(qū)別就是其具有智能助力功能。傳統(tǒng)的電動(dòng)自行車由于其設(shè)計(jì)的缺陷，不能實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地調(diào)整電機(jī)輸出功率。當(dāng)面臨某些特殊使用環(huán)境時(shí)，例如，騎行者面對(duì)風(fēng)的阻力、上坡或者其他情況時(shí)，需要用很大的人力才能實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)行駛。此時(shí)，傳統(tǒng)的電動(dòng)自行車這種方式不僅控制效果差，而且影響電機(jī)和電池的使用壽命。相反，智能電動(dòng)助力自

2、行車由于能夠?qū)崟r(shí)、動(dòng)態(tài)地檢測(cè)騎行者的施力狀態(tài)，并調(diào)節(jié)電機(jī)的輸出功率，從而使得騎行者在逆風(fēng)或者上坡過(guò)程中達(dá)到用力不費(fèi)力的駕駛感受。
　　智能電動(dòng)助力自行車的核心設(shè)備是力矩傳感器。力矩傳感器能夠檢測(cè)到騎行者用力變化所產(chǎn)生的信號(hào)，進(jìn)而通過(guò)算法處理后來(lái)控制電機(jī)實(shí)現(xiàn)助力。然而，現(xiàn)有電動(dòng)自行車使用的力矩傳感器存在所采集模擬信號(hào)數(shù)量少、速度慢和靈敏度低等問(wèn)題，使得騎行者在騎行過(guò)程中，電機(jī)輸出功率不穩(wěn)定，助力效果不明顯。針對(duì)上述問(wèn)題，論文提出一種

3、基于兩對(duì)霍爾元件的力矩傳感器設(shè)計(jì)方法。主要開展的研究工作如下:
　　(1)論文首先介紹了所設(shè)計(jì)的力矩傳感器的結(jié)構(gòu)。力矩傳感器的核心是與內(nèi)磁環(huán)與外磁環(huán)對(duì)應(yīng)的兩對(duì)霍爾元件。為了配合這兩對(duì)霍爾元件的工作，采用表面充磁的多極磁環(huán)，并增加磁導(dǎo)部，設(shè)計(jì)霍爾元件與磁導(dǎo)部之間的相對(duì)位置關(guān)系，從而增強(qiáng)檢測(cè)的精度。
　　(2)論文詳細(xì)分析了電動(dòng)助力自行車的受力情況。在此基礎(chǔ)上分析了力矩信號(hào)轉(zhuǎn)換模型，并理論推導(dǎo)了所設(shè)計(jì)的力矩傳感器的工作原理。實(shí)驗(yàn)

4、結(jié)果表明在彈簧形變一定的條件下，騎行者不同蹬踏頻率，所設(shè)計(jì)的力矩傳感器反饋的信號(hào)經(jīng)過(guò)算法處理后，所得到的歸一化時(shí)間差基本穩(wěn)定。并且，隨著形變量的不斷增加，歸一化時(shí)間差也越來(lái)越大。
　　(3)為了能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電機(jī)輸出功率的智能控制，論文設(shè)計(jì)了基于PID控制算法的電機(jī)輸出功率控制模型以及相關(guān)的控制電路?？刂齐娐钒ㄐ盘?hào)采集、信號(hào)處理和電機(jī)控制器電路。通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)，得到了PID控制最優(yōu)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了陡坡起步和平路平穩(wěn)助力效果，保證騎行者用力