同步换档电动自行车控制器设计与实现

论文摘要

作为一种新兴的交通工具,近几年电动自行车因其生产和使用上的诸多优点而飞速发展。但目前电动自行车普遍存在力矩不足、蓄电池寿命低、电机退磁、控制器故障率高等问题,这些问题正在成为电动自行车行业发展的瓶颈。本文提出了运用机械换档技术改善电机工作环境的思想,是对提升电动自行车性能、开发新型驱动方式的一次具有重要意义的探索。首先,找到了影响电动自行车性能的关键问题——大电流,并将其归结为转矩与转速之间的矛盾。为实现转矩与转速的平衡,设计了同步换档机构。根据电动车自行车安装换档机构后的驱动要求,分析了换档机构和直流无刷电机控制中可能遇到的噪音抑制、回馈制动、同步预估、换档策略等几个关键问题,并通过分析直流无刷电动机的动态、稳态特性提出了相应的解决方法。然后,利用Matlab/Simulink仿真软件在理论分析和行驶数据的基础上搭建了车辆与道路模型,通过不同行驶条件下仿真结果验证了换档电动车的优秀性能,并证明能有效解决上面提到的几个关键问题。最后,在以ATMEGA48单片机为核心的硬件平台上实现了直流无刷电机驱动与换档的相关动作,证明了换档方案的整体可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外行业发展与现状
• 1.3 当前电动车的主流配置
• 1.4 全文内容安排
• 2 同步换档电动车驱动系统
• 2.1 同步换档原理简述
• 2.2 换档机构和换档过程
• 2.3 电动车用直流无刷电机
• 3 基于同步换档的直流无刷电机控制方法研究
• 3.1 换档策略问题
• 3.2 永磁无刷直流电机驱动控制方法
• 3.3 噪音控制
• 3.4 制动控制与能量回馈
• 3.5 同步减速控制与目标转速估算
• 4 同步换档电动车性能仿真验证
• 4.1 模型的搭建
• 4.2 对比仿真
• 4.3 换档间隙速度变化估算法仿真
• 5 同步换档电动车控制器的实现
• 5.1 系统硬件方案
• 5.1.1 ATMega48 单片机概况
• 5.1.2 功率电路及其驱动
• 5.1.3 信号采集电路
• 5.1.4 保护电路
• 5.1.5 电源
• 5.2 系统软件实现
• 5.3 实验波形及分析
• 6 全文总结及展望
• 致谢
• 参考文献