電動(dòng)摩托車控制系統(tǒng)的研究

摘 要：當(dāng)前，電動(dòng)車由于其簡(jiǎn)單便捷、綠色環(huán)保等特點(diǎn)被越來越多的人所接受，逐步發(fā)展成為了一種大眾化的綠色環(huán)保交通工具。從環(huán)保、出行、經(jīng)濟(jì)等方面進(jìn)行分析，電動(dòng)車在未來有著非常廣闊的發(fā)展空間。本文主要對(duì)新型電動(dòng)摩托車控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了分析，其中包括硬件設(shè)計(jì)方法與軟件設(shè)計(jì)方法、再生制動(dòng)設(shè)計(jì)。本文中所采用的電動(dòng)摩托車控制系統(tǒng)中的主控芯片為AVR單片機(jī)，主要采用的制定方式為再生制動(dòng)。通過驗(yàn)證表面，本文中提出的新型電動(dòng)摩托車控制系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)勢(shì)，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)摩托車；控制系統(tǒng)；硬件設(shè)計(jì)；軟件設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：U483 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-7712 （2014） 20-0000-01

電動(dòng)車的發(fā)動(dòng)機(jī)與控制器是對(duì)電動(dòng)車質(zhì)量影響最大的兩個(gè)部件。在電動(dòng)車的電動(dòng)機(jī)確定的前提之下，控制器的技術(shù)指標(biāo)指的是驅(qū)動(dòng)器帶負(fù)載運(yùn)行能力。與傳統(tǒng)的電動(dòng)車控制器相比，采用單片機(jī)與集成電路設(shè)計(jì)的控制器在功能、性能方面都有著不可比擬的優(yōu)越性。

一、電動(dòng)摩托車控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案

電動(dòng)摩托車控制系統(tǒng)中包含三個(gè)組成部分，分別是：直流無刷電動(dòng)機(jī)、逆變器與控制器[1]。其中控制器的基本功能包括：電機(jī)調(diào)速控制、過流保護(hù)、蓄電池欠壓保護(hù)、電動(dòng)機(jī)過載包含、剎車控制、參數(shù)顯示、電池管理等。電動(dòng)摩托車通過控制器對(duì)各種參數(shù)進(jìn)行采集，通過這些參數(shù)對(duì)電動(dòng)車的運(yùn)行進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)電機(jī)與電池使用效率的提高，確保行駛過程中的安全。

二、電動(dòng)摩托車控制系統(tǒng)硬件方面的設(shè)計(jì)

電動(dòng)摩托車控制系統(tǒng)中控制器的控制核心選擇單片機(jī)，主要組成部分如圖1所示：

（一）調(diào)速控制部分的設(shè)計(jì)

電動(dòng)摩托車調(diào)速控制部分采用的是直流無刷電動(dòng)機(jī)調(diào)速，主要調(diào)節(jié)的部分是直流電動(dòng)機(jī)兩段的等效電壓，通過對(duì)電壓的調(diào)節(jié)而實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車行駛速度的調(diào)節(jié)。本文設(shè)計(jì)的電動(dòng)車最高車速為50km/h，速度中包括0km/h-25km/h與25km/h-50km/h兩檔，電動(dòng)車調(diào)速的實(shí)現(xiàn)方式為軟件編程[2]。

（二）蓄電池欠壓保護(hù)與過流保護(hù)部分的設(shè)計(jì)

蓄電池欠壓保護(hù)電路主要的功能是在電源的電壓在供電不足且低于電池最低電壓時(shí)，通過切斷電源的方式對(duì)蓄電池進(jìn)行保護(hù)，避免蓄電池由于過度放電而受到損壞。蓄電池過電流保護(hù)電力主要的功能是在電動(dòng)車啟動(dòng)及工作過程中的電動(dòng)機(jī)電流進(jìn)行限流，防止其對(duì)電動(dòng)車的蓄電池、電動(dòng)機(jī)與控制器造成不良影響。

（三）剎車控制部分的設(shè)計(jì)

剎車控制部分在設(shè)計(jì)的過程中采用的方式為實(shí)時(shí)響應(yīng)，一旦剎車信號(hào)傳達(dá)到系統(tǒng)中，單片機(jī)輸出的PWM信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榱忝}寬，最終是吸納電動(dòng)車電動(dòng)機(jī)電源的切斷，實(shí)現(xiàn)剎車的效果；如果系統(tǒng)中的剎車信號(hào)消失之后，單片機(jī)輸出的PWM信號(hào)脈寬恢復(fù)，為了防止電動(dòng)車重新啟動(dòng)時(shí)出現(xiàn)電流過大的情況，系統(tǒng)一般都采用“軟啟動(dòng)”的方式[3]。

蓄電池管理系統(tǒng)在電池充電期間對(duì)電池的所有參數(shù)進(jìn)行連續(xù)測(cè)量，并對(duì)充電器進(jìn)行控制，一方面防止充電過程中出現(xiàn)充電過量的情況，另一方面通過一定的能量轉(zhuǎn)換效率與電池修復(fù)功能確保性能較差的電池在充電過程中能夠能量一致。

三、電動(dòng)摩托車控制系統(tǒng)軟件方面的設(shè)計(jì)

本文中在實(shí)現(xiàn)電動(dòng)摩托車控制系統(tǒng)軟件方面的設(shè)計(jì)的過程中所采用的方式是C語言編程。電動(dòng)摩托車控制系統(tǒng)軟件控制程序流程如圖2所示。

四、電動(dòng)摩托車控制系統(tǒng)再生制動(dòng)方面的設(shè)計(jì)

電動(dòng)車的制動(dòng)依據(jù)制動(dòng)目的可以劃分為減速制動(dòng)與緊急制動(dòng)兩種，其中減速制動(dòng)的實(shí)現(xiàn)方式為電氣制動(dòng)，緊急制動(dòng)的實(shí)現(xiàn)方式為摩擦阻力機(jī)械方式，主要是因?yàn)榫o急制動(dòng)所需的制動(dòng)力矩較大。本文在電動(dòng)摩托車控制系統(tǒng)再生制動(dòng)方面采用的是再生制定，屬于電氣制動(dòng)方式的一種。這種制動(dòng)方式在實(shí)現(xiàn)的過程中無需改動(dòng)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，具有延長(zhǎng)單電池情況下電動(dòng)車行駛里程的特點(diǎn)。

在再生制動(dòng)發(fā)生作用的過程中，逆變器的六個(gè)開關(guān)元件中處于相同半橋上的功率管具有PWM的開關(guān)動(dòng)作，而其他半橋上的功率管則處于截止的狀態(tài)。再生制動(dòng)模式的控制原理為升壓斬波，在同一個(gè)PWM周期內(nèi)，如果開關(guān)元件處于打開的狀態(tài)中，繞組電感積蓄磁場(chǎng)能量，導(dǎo)致回路內(nèi)的電流上升；如果開關(guān)元件處于關(guān)閉的狀態(tài)中，繞組電感出現(xiàn)放電的情況，回路內(nèi)的電流會(huì)降低。通過合適的PWM占空比的選擇來實(shí)現(xiàn)蓄電池兩段電壓的增大，最終將能量進(jìn)行回饋。

五、結(jié)束語

本文主要對(duì)電動(dòng)摩托車控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究與探討，指出了采用單片機(jī)與集成電路的控制系統(tǒng)在性能方面具有較大的優(yōu)越性，對(duì)其硬件、軟件、再生制動(dòng)等方面的設(shè)計(jì)進(jìn)行了闡述，為電動(dòng)摩托車控制系統(tǒng)更好的應(yīng)用與推廣奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]韋敏.一種全數(shù)字高性能的電動(dòng)摩托車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].西安石油大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2012（32）：86-88+122.

[2]雷藝，楊越，朱志良.混合動(dòng)力摩托車控制系統(tǒng)研究[J].拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車，2012（21）：59-61.

[3]何躍軍，劉桂英，聶文濱.采用PWM復(fù)合控制的電動(dòng)摩托車電動(dòng)控制策略的研究與實(shí)踐[J].南昌航空工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2010（32）：50-54.