基本信息
- 項目名稱：
- 電動自行車的新型助力控制裝置
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 本項目主要研究后軸控速和1：1線性助力驅動。即在后軸上貼上電阻式應變片，當人騎車前進時鏈條拉動后軸，使后軸發(fā)生形變。應變片感應形變后電阻變化，其在電橋電路中，使電路輸出的電壓發(fā)生改變，形變越大電壓變化越大。此電壓變化信號通過放大后，經AD轉換被單片機讀取。根據電壓的大小來改變單片機PWM的脈沖寬度，從而控制無刷電機的功率輸出。 本比例助力傳感器系統(tǒng)的優(yōu)點是經濟、精確、工藝簡單、維修方便、適用性強，從騎行舒適性、流暢性上看都很好。設計的電動車在全電動功能基礎上加上比例助力功能，兩者之間切換十分方便。轉把轉動就是全電動功能，轉把復位就是比例助力功能，無附加按鈕，響應迅速。
- 詳細介紹：
- 近年來，國內電動自行車急劇膨脹，市場開始細分。同時廣大民眾對于健康的追求也漸漸舍棄全電動自行車，轉向健康時尚的比例助力電動車。 電動自行車最理想的使用方法就是人助車動，電助人行，人力電力聯(lián)動，省力又省電。比例助力騎行還能對電機起到保護作用，并且提高續(xù)行里程。從安全角度上講，比例助力電動車可以大大減小交通高峰時間的事故。 基于上述原因，我國現(xiàn)行的助力電動車已經開始研發(fā)。但現(xiàn)在流行的助力傳感系統(tǒng)裝置對零件的材質工藝都有價高的要求。有的精度控制難，軟件要求修正?；诜N種原因均未普及。 本比例助力傳感器系統(tǒng)的優(yōu)點是經濟,精確,工藝簡單,維修方便,適用性強.在本方案中,速度和電流是以連續(xù)函數關系一一對應的,不會出現(xiàn)其它精確比例系統(tǒng)中的一旦不踩就會斷電,一踩又會來電,時斷時續(xù),電動車騎行過程中一沖一沖的不良感覺，得到的是行云流水,張弛有度,隨心所欲的效果.騎乘者利用該系統(tǒng)可以幾乎不費力地加速到20km/h,放慢踩速,就可以平穩(wěn)地降低速度,可以在任何一個速度點達到平衡狀態(tài).另外原車控制器的一些安全措施如剎車斷電等功能都不受任何影響,故整車的安全性能得到了很好的保障. 本助力系統(tǒng)設計中首先是利用傳感器采集數據來測量車速以及測定后軸受力情況。 應變片貼于后軸上，再接入電橋電路。安裝在后軸上的霍爾元件作為傳感器采用測量脈沖寬度的方法進行速度測量。通過測量霍爾元件輸出的脈沖即可計算出車速。將此信號送給單片機，從而進行調整。通過速度對電機輸出功率修正，當人不使力時，電機不會馬上停止工作，而是根據速度的大小逐漸減小到零，電動車速度平緩的降低。 其次是硬件電路設計：此部分共包括電橋電路及其輸出經單片機處理環(huán)節(jié)和單片機通過芯片控制無刷電機的功率輸出部分。輸出信號再經過放大及AD變換輸入PIC單片機。 控制電壓輸出電路部分，單片機PWM輸出經過積分電路，輸出一穩(wěn)定電壓，通過改變PWM的占空比就可以改變電壓的大小，進而控制無刷電機的功率輸出 本助力系統(tǒng)中采集信號的幅度保持在0-100毫伏，輸出信號在0-5伏之間，助力比例調節(jié)控制在1：1----1：2.5，溫度控制在0-55度，電磁兼容等級符合國家相關標準，電源電壓5V，功率100毫瓦。 電動車運行時能產生很強的電磁干擾，為確保系統(tǒng)工作的可靠性，本方案采取多項措施。盡量減少電磁干擾，確保電動車運行穩(wěn)定性。 本方案整體設備設計緊湊合理，體積小，因此還能節(jié)省空間。理論上來講是在全電動車基礎上加上比例助力功能,無附加按鈕,響應迅速.可以在出廠時將助力比例設為連續(xù)可調,整車廠員工或銷售人員都可以進行調節(jié),甚至也可以教會用戶自己調節(jié)的方法 總而言之 該系統(tǒng)在國內的市場很有前景。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 本項目要研究的后軸控速和1：1線性助力驅動，目前國內的電動車大多是用旋手控速，只有少數電動車采用中軸控速，比例助力系統(tǒng)在我國有廣闊的市場前景.本助力系統(tǒng)中采集信號的幅度保持在0-100毫伏，輸出信號在0-5伏之間，助力比例調節(jié)控制在1：1----1：2.5，溫度控制在0-55度，電磁兼容等級符合國家相關標準，電源電壓5V，功率100毫瓦。
科學性、先進性
- 電動自行車的優(yōu)點是節(jié)能,環(huán)保,方便,適合中國國情.本比例助力傳感器系統(tǒng)的優(yōu)點是經濟,精確,工藝簡單,維修方便,適用性強,從騎行舒適性,流暢性上講目前國內的比例助力系統(tǒng)無出其右者.在上述方案中,速度和電流是以連續(xù)函數關系一一對應的,不會出現(xiàn)其它精確比例系統(tǒng)中的一旦不踩就會斷電,一踩又會來電,時斷時續(xù),電動車騎行過程中一沖一沖的不良感覺.得到的是行云流水,張弛有度,隨心所欲的效果.騎乘者利用該系統(tǒng)可以幾乎不費力地加速到20km/h,放慢踩速,可以平穩(wěn)地降低速度,可以在任何一個速度點達到平衡狀態(tài).另外原車控制器的一些安全措施如剎車斷電等功能都不受任何影響,故整車的安全性能得到了很好的保障
獲獎情況及鑒定結果
- 本作品在2008年在山東日照舉辦的山東省大學生機電產品設計大賽中獲得一等獎（獎狀及證書的照片見附件）
作品所處階段
- 中試階段
技術轉讓方式
作品可展示的形式
- 圖片 實物 產品
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經濟效益預測
- 1.國內市場 電動車加上比例助力功能,兩者切換很方便.轉把轉動就是全電動,復位就是比例助力,無附加按鈕,響應迅速.我國電動車安全通用技術中并無精確比例助力要求,但是否精確比例助力對騎乘者來說感覺大不一樣,所以本系統(tǒng)一定會受到歡迎.出廠時將助力比例設為連續(xù)可調,任何人都可以進行調節(jié),一般說助力比例設在2~2.5之間,既能有很強的助力感,又不至于使人跟不上轉速而踩空.爬坡時同時用全電動轉把,把電機的功率發(fā)揮到最大,然后輔以腳踏助力,這樣爬坡效果和全電動模式下是相同的。 2.國際市場 以日本市場要求的精確比例助力為例,在爬坡時無調速轉把無法使用,可以在車體上固定一個裝置,檢測水平傾角大小,從而調節(jié)輸出電流。這樣在上坡時仍然可以達到精確的比例助力,人力和電力都增加了部分功率.歐美市場也可采用類似的方法。 3.舊車改裝市場 消費者花100元將原有全電動電動車改裝成全電動和比例助力系統(tǒng)共存應該是可以接受的,扣除成本其收益空間很大,由于其部件簡單,經過短暫的培訓,一般工人就可以勝任
同類課題研究水平概述
- 近兩年，國內市場大多用的是低速有刷電機，這種電機價格低廉，但電流較高速有刷和無刷電機要高出許多，續(xù)行里程短很多。一些高檔消費者瞄上了Ni-MH電池電動自行車，由于其成本高，各整車廠都傾向于使用24V/8-9Ah的電源配置。這種配置較36V/12Ah的鉛酸電池容量要小不少，至少要短1/3的放電時間。 1.我國出口歐美的電動車助力傳感器基本上都是開關型的,把原轉把取消,在中軸部分裝一霍爾元件和磁鋼圓盤,達到一定速度電機就開始啟動,啟動后就全電動控制,它并無精確比例,騎行感覺較差.優(yōu)點是價格極低,工藝簡單。 2.日本力矩傳感器的原理為人力腳踏后壓迫中置式電機里的彈簧產生形變,再將形變的幅度轉換成力矩大小,在電機的外沿刻有凹槽,轉很小的角度就有反應,很靈敏.但這套裝置對零件材質,工藝有很高要求,至今未見到哪個國內廠家模仿過。 3.清華大學早期出口日本的力矩傳感器在中軸五通內裝有套筒和偏心裝置,人力腳踏即產生偏心力矩.成本較日本方案要低得多,加工不復雜,但精度控制難,軟件中要對其修正.是國內批量最大的精確比例助力傳感器商品。 4.國內還有其他類型的方案出臺,思路都很新穎,價格有高有低.代表性的有測中軸扭力形變的,測鏈條張力的,用光柵電路的,將測力部件放入輪轂的,各具其優(yōu)點,但由于各種原因都沒有普及或正在普及中。 電動自行車最理想的使用方法就是人助車動，電動人行，人力電力聯(lián)動，省力省電。長時間全電動騎行或人力騎行都會感覺到累，最好的辦法是比例助力騎行和全電動騎行交替使用，充分發(fā)揮各自的優(yōu)點。比例助力系統(tǒng)中，若助力比合適，腿只是稍微用力，肌肉不緊張而自行車快速運轉，會有一種很奇特的感覺。首先，人參與了這項運動，可以品出一種人機合一的樂趣。全電動騎行時，時間長了就會腰酸背痛。騎比例助力的車卻沒有這種感覺，累了可以換成全電動，這更合乎健康人生的道理。從安全角度上講，在紅綠燈前和上下班的車流中想全速前進不可能也不安全，這時比例助力是最佳的選擇，可以大大減少交通高峰時間的事故發(fā)生。比例助力騎行可以避免電池超大電流放電，有利于延長電池壽命，從節(jié)電的角度講，用比例助力啟動可以省很多電，因為頻繁全電動啟動是最耗電的。比例助力騎行還能對電機起到保護作用。 無論是國際國內市場新舊車市場，由于該系統(tǒng)價格低廉、工藝簡單、助力精確，都有廣泛的適用性，市場前景誘人。
