史上最经典电动自行车控制器设计方案

1、史上最经典电动自行车控制器设计方案 方波驱动的无刷直流电机因为力矩大，运行牢靠，在电动车控制器中广泛应用，方波驱动最大的缺点在于换相时的突变引起的转矩脉动，导致噪声较大，但好的控制策略可以大大充实换相噪声。电动车控制器设计的难点在于电流控制，本文就电动车控制器设计的一些关键地方加以描述。 1.概述电动自行车上用法的电机普遍采纳永磁直流电机。所谓永磁电机，是指电机线圈采纳永磁体激磁，不采纳线圈激磁的方式。这样就省去了激磁线圈工作时消耗的电能，提高了电机机电转换效率，这对用法车载有限能源的电动车来讲，可以降低行驶电流，延伸续行里程。永磁直流电机根据电机的通电形式来分，可分为有刷电机和无刷电机两大类

2、，有刷电机因为采纳机械换相装置导致牢靠性和寿命降低，因此逐渐退出电动车市场。无刷电机又可分为有和无传感器两类，对于无位置传感器的无刷电机，必需要先将车用脚蹬起来，等电机具有一定的旋转速度以后，控制器才干识别到无刷电机的相位，然后控制器才干对电机供电。因为无位置传感器无刷电机不能实现零速度启动，所以现在生产的电动车上用得较少。目前电动车行业内用法的无刷电机，普遍采纳有位置传感器无刷电机。有位置传感器永磁直流无刷电机根据内部传感器的安装位置不同，又可分为60度电机和120度电机。在120°的霍尔信号中，不行能浮现二进制000和111的编码，所以在一定程度上避开了因霍尔零件故障而导致的误操

3、作。由于霍尔组件是开漏输出，高电平依赖上的上拉提供，一旦霍尔零件断电，霍尔信号输出就是111.一旦霍尔零件短路，霍尔信号输出就是000，而60°的霍尔信号在正常工作时这两种信号均会浮现，所以一定程度上影响了软件推断故障的精确率。因此目前市面马达已经逐渐舍弃60°相位的霍尔罗列。2.永磁直流电机基本原理2.1.主回路电路图1图中abc表示电机的3相绕组，采纳星形接法，v1v6表示功率，假如将v1v6用如下的时序波形驱动，则3相绕组会根据ab-ac-bc-ba-ca-cb挨次通电(ab表示电流由a相流向b相)，产生一个旋转的磁场，牵引外转子(永磁体)旋转。导通挨次图23.电动车

4、控制器功能要求*功能性要求：1.换相2.无级调速3.刹车断电4.附加功能a.限速b. 1+1助力c. ebs柔性电磁刹车d.定速巡航e.其它功能(消退换相噪音，倒车等)*平安性要求：1.限流驱动2.过流庇护3.堵转庇护4.电池欠压庇护5.降低温升6.附加功能(防盗锁死，温升限制等)7.附加故障检测功能从上面的要求来看，功能性要求和平安性要求的前三项用专用控制芯片用加上适当的外围电路均不难解决，代表芯片是摩托罗拉的mc33035，早期的控制器计划均用该集成块解决。但后来随着竞争加剧，无数厂商都增强了不少附加功能，一些附加功能用硬件来实现就比较困难，所以用法来做控制的控制器快速取代了纯硬件的专用控

5、制芯片。但是硬件控制和软件控制有很大的区分，硬件控制的反应速度仅仅受限于规律门的开关速度，而软件的运行则需要命令执行时光。要使软件跟得上电机控制的需求，就必需要求软件在最短的时光内能够正确处理换相，电流限制等各种复杂动作，这就涉及到一个对外部信号的采样频率，采样时机，信号的内部处理推断及处理结果的输出，还有一些抗干扰措施等，这些都是软件设计中需要认真考虑的东西。在本计划中，我们采纳了一颗集成发生器的8位单片机sh79f081，采纳优化的单机器周期8051内核，内置16k flash存储器，兼容传统8051全部硬件资源，采纳jtag方式，内置16.6mhz，同时扩展了如下功能：*双dptr指针。

6、16位x 8乘法器和16位/8除法器。* 3通道带死区控制pwm，6路输出，输出极性可设，提供周期溢出功能*集成故障检测功能，可瞬时关闭pwm输出。*提供硬件抗干扰措施。*集成高速10bit . *提供flash自编程功能，可以模拟用做eerom，便利存储参数。这颗ic因为cpu运行速度和ad采样速度都很快，pwm功能强大，硬件抗干扰功能多，十分适合作电动车控制器。4.软件实现下面我们选择对控制器性能和平安比较重要的功能来研究编程中应当注重的问题。4.1.减小换相噪声上文已提过，无刷直流方波驱动最大的缺点是换相时电流不能持续，导致有转矩脉动，因此衡量控制器好坏很大程度上是取决于换相是否能做好。

7、在电动车刚刚起步的时候我们会发觉换相时电机会发出很大的突突声，这是因为电机起步时电流比较大，而电机是个感性负载，换相后因为电机线圈电流不会一下增大到换相前的水平，这样就造成换相前后电流反差十分大，从而导致牵引力的急剧变幻，这种变幻便会引起电机剧烈振动，这种振动噪声不能彻低消退，但可以实行一些措施减小噪声办法1：在换相后的一段时光使pwm脉冲占空比达到100%来使电流增长快一点，从而减轻振动噪声。需要提示的是在这个过程中我们需要随时监测电流变幻，电流一达到换相前的水平就可以复原换相前的pwm占空比。办法2：延迟关闭换相mos管，方波驱动直流无刷电机是6步驱动，定子励磁每隔60度电角度跳动一次，保

8、证定子磁动势方向和转子磁动势方向夹角在60°到120°之间运行，由于夹角在90°时转动力矩最大，夹角为0°或180°时没有转矩，现假设电机正转，ab导通要切换到ac导通，此时ab绕组通电产生的定子磁势和转子磁势夹角为60°，假如正常切换到ac导通，则ac绕组通电后，定子磁势和转子磁势夹角变为120°，因为切换到ac通电后电流要从0开头爬升，因此此时定子磁势幅值很小，导致转矩降低，但假如此时不关闭b，同时将下桥c打开，则定子磁势和转子磁势的夹角变为90°，而且因为ab相电流基本没有变幻，而c相电流还很小，因此换相前后

9、转矩变幻很小，但要注重，等c相电流爬升后要将b相关闭，否则3相导通的合成力矩比2相导通力矩大，也会发生转矩波动。4.2.电子刹车：电子刹车其实是将电动机当做发电机机运行，因此会产生电磁制动转矩，检测到电子刹车信号后，cpu将上三路pwm关闭，将下三路同时打开，占空比设为某一固定值，这样，电机相当于工作在发电机状态，给蓄电池充电，充电电流和下三路占空比有关，占空比越大，则充电电流越大，剎车制动能力越强，因为目前电动车上装配的电子剎车都是开关信号，用法者无法调节剎车力矩，彻低由控制器打算，不过由电动机的特性，即使占空比固定，电子剎车时转速越高，发电机感生越高，回馈充电能力越强，剎车力矩越大，固然，最好是装配线性剎车传感器，用法者会更便利。4.3.恒流驱动电流信号经康铜丝采样之后分两路，一路送至，一路送至。放大器用来实时放大电流信号，放大倍数大约6.5倍，放大后的信号提供应单片机举行ad采样