專利名稱：一種用于電動(dòng)自行車的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電動(dòng)自行車控制系統(tǒng)，特別是涉及ー種用于電動(dòng)自行車的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)及其方法。
背景技術(shù)：
電動(dòng)自行車作為ー種新型的交通工具，以零排放無(wú)污染、低噪音、低能耗、方便快捷等優(yōu)點(diǎn)得到了迅速的發(fā)展，保有量逐年上升，但是由其引發(fā)的交通事故也大幅度攀升。究其原因，除了超速行駛、占道行駛等違法行為外，還有ー些自身結(jié)構(gòu)性能上存在的缺陷。針對(duì)電動(dòng)自行車由于兩輪觸地的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向輕便導(dǎo)致其行駛穩(wěn)定性差這ー缺點(diǎn)，借鑒汽車電子助力轉(zhuǎn)向控制，實(shí)現(xiàn)適合電動(dòng)自行車的EPS，可以提高其轉(zhuǎn)向操縱穩(wěn)定性及行駛安全性，減少交通事故。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有電動(dòng)自行車控制系統(tǒng)的不足，提供ー種用于電動(dòng)自行車的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)及其方法。用于電動(dòng)自行車的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)向手把、轉(zhuǎn)向輸入軸、轉(zhuǎn)矩傳感器、減速機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向輸出軸、轉(zhuǎn)向輪、車速傳感器、電子控制裝置、助力電機(jī)及電磁離合器；轉(zhuǎn)向手把、轉(zhuǎn)向輸入軸與轉(zhuǎn)矩傳感器順次相連，助力電機(jī)、電磁離合器、減速機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向輸出軸、轉(zhuǎn)向輪與車速傳感器順次相連；所述電子控制裝置包括相連接的助力特性控制器和電流控制器，控制裝置接收轉(zhuǎn)矩傳感器和車速傳感器信號(hào)，通過(guò)控制助力電機(jī)及電磁離合器實(shí)施電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向功能。用于電動(dòng)自行車的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向控制方法是由車速傳感器檢測(cè)到的車速信號(hào)和轉(zhuǎn)矩傳感器檢測(cè)到的駕駛員施加的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩信號(hào)輸入到電子控制裝置，根據(jù)電子控制裝置中的助力特性控制器進(jìn)行正向助力和反向助力控制，產(chǎn)生助力電機(jī)目標(biāo)電流，助力電機(jī)目標(biāo)電流與電機(jī)反饋電流的偏差值通過(guò)電流控制器處理后控制助力電機(jī)產(chǎn)生助力轉(zhuǎn)矩；
在實(shí)際車速K不大于標(biāo)定車速K3時(shí)，實(shí)施正向助力，助力特性控制器根據(jù)駕駛員施加的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩ァ及實(shí)際車速K，確定助力電機(jī)目標(biāo)電流/的大小；電流控制器根據(jù)該目標(biāo)電流/與電機(jī)反饋電流的偏差值控制助力電機(jī)輸出的助力轉(zhuǎn)矩的大小，助力轉(zhuǎn)矩隨著駕駛員施加的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩的增大而增大，采用曲線型助力；此外，實(shí)際車速越大，正向助力越??；正向助力特性曲線只標(biāo)有三個(gè)標(biāo)定車速らV2, V3,當(dāng)實(shí)際車速為兩個(gè)標(biāo)定車速中間值時(shí)，取標(biāo)定車速較大正向助力較小的助力特性曲線，當(dāng)實(shí)際車速為標(biāo)定車速K1, V2中間值時(shí)，采用標(biāo)定車速V2對(duì)應(yīng)的助力特性曲線；
在實(shí)際車速達(dá)到標(biāo)定車速K4吋，當(dāng)駕駛員施加的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩變化率A r大于閥值A(chǔ) T1,并且駕駛員施加的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩r超過(guò)閥值rb時(shí)，開(kāi)啟反向助力；每個(gè)實(shí)際車速對(duì)應(yīng)的反向助力啟動(dòng)的轉(zhuǎn)矩閥值和轉(zhuǎn)矩變化率閥值都不同，轉(zhuǎn)矩閥值和轉(zhuǎn)矩變化率閥值都隨著實(shí)際車速增加而變小，且達(dá)到標(biāo)定車速K6后，轉(zhuǎn)矩閥值變?yōu)? ;當(dāng)實(shí)際車速為兩個(gè)標(biāo)定車速中間值吋，取標(biāo)定車速較大反向助力較大的助力特性曲線，當(dāng)實(shí)際車速為標(biāo)定車速y4, v5中間值時(shí)，采用標(biāo)定車速K5對(duì)應(yīng)的助力特性曲線。本發(fā)明是以汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)為參考，針對(duì)電動(dòng)自行車所設(shè)計(jì)的特色化助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，現(xiàn)有電動(dòng)自行車上還未裝配此系統(tǒng)，相對(duì)于傳統(tǒng)電動(dòng)自行車，增加了車速傳感器、轉(zhuǎn)矩傳感器、助力電機(jī)、電子控制裝置、電磁離合器、減速機(jī)構(gòu)等。電動(dòng)自行車根據(jù)車速傳感器和轉(zhuǎn)矩傳感器的檢測(cè)信號(hào)，決定助力電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向和電流大小，從而完成實(shí)時(shí)控制助力轉(zhuǎn)向。提出了新穎的電動(dòng)自行車助力控制方法，依據(jù)車速、駕駛員施加的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)矩變化率選取不同的助力特性，低速行駛時(shí)進(jìn)行正向助力控制，中高速行駛時(shí)進(jìn)行反向助力控制。特別是在電動(dòng)自行車中高速行駛時(shí)，依據(jù)設(shè)定的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩閥值及轉(zhuǎn)矩變化率閥值開(kāi)啟反向助力控制，可以防止由于駕駛員施加的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩過(guò)大或轉(zhuǎn)向過(guò)急等引起的電動(dòng)自行車的側(cè)滑或側(cè)翻，提高行駛安全性。


圖1是用于電動(dòng)自行車的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)正面示意 圖2是用于電動(dòng)自行車的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)側(cè)面示意 圖3是本發(fā)明的控制原理 圖4是本發(fā)明的助力特性曲線圖中:轉(zhuǎn)向手把1、轉(zhuǎn)向輸入軸2、轉(zhuǎn)矩傳感器3、減速機(jī)構(gòu)4、轉(zhuǎn)向輸出軸5、轉(zhuǎn)向輪6、駕駛員施加的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩信號(hào)7、車速傳感器8、車速信號(hào)9、電子控制裝置10、電流控制信號(hào)
11、電機(jī)反饋電流12、助力電機(jī)13、電磁離合器14、電磁離合器控制信號(hào)15、助力特性控制器16、目標(biāo)電流17、電流控制器18、助力轉(zhuǎn)矩19。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明可以由權(quán)利要求限定和覆蓋的多種不同方式實(shí)施。參考圖1和圖2，用于電動(dòng)自行車的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)向手把1、轉(zhuǎn)向輸入軸2、轉(zhuǎn)矩傳感器3、減速機(jī)構(gòu)4、轉(zhuǎn)向輸出軸5、轉(zhuǎn)向輪6、車速傳感器8、電子控制裝置
10、助力電機(jī)13及電磁離合器14 ;轉(zhuǎn)向手把1、轉(zhuǎn)向輸入軸2與轉(zhuǎn)矩傳感器3順次相連，助力電機(jī)13、電磁離合器14、減速機(jī)構(gòu)4、轉(zhuǎn)向輸出軸5、轉(zhuǎn)向輪6與車速傳感器8順次相連；所述電子控制裝置10包括相連接的助力特性控制器16和電流控制器18，控制裝置10接收轉(zhuǎn)矩傳感器3和車速傳感器8信號(hào)，通過(guò)控制助力電機(jī)13及電磁離合器14實(shí)施電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向功能。參考圖3和圖4，用于電動(dòng)自行車的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向控制方法是由車速傳感器8檢測(cè)到的車速信號(hào)9和轉(zhuǎn)矩傳感器3檢測(cè)到的駕駛員施加的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩信號(hào)7輸入到電子控制裝置10，根據(jù)電子控制裝置10中的助力特性控制器16進(jìn)行正向助力和反向助力控制，產(chǎn)生助力電機(jī)目標(biāo)電流17，助力電機(jī)目標(biāo)電流17與電機(jī)反饋電流12的偏差值通過(guò)電流控制器18處理后控制助力電機(jī)13產(chǎn)生助力轉(zhuǎn)矩19 ；
在實(shí)際車速K不大于標(biāo)定車速K3時(shí)，實(shí)施正向助力，助力特性控制器16根據(jù)駕駛員施加的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩r及實(shí)際車速K，確定助力電機(jī)目標(biāo)電流/的大小；電流控制器18根據(jù)該目標(biāo)電流/與電機(jī)反饋電流的偏差值控制助力電機(jī)輸出的助力轉(zhuǎn)矩的大小，助力轉(zhuǎn)矩隨著駕駛員施加的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩的增大而增大，采用曲線型助力；此外，實(shí)際車速越大，正向助力越?。徽蛑μ匦郧€只標(biāo)有三個(gè)標(biāo)定車速K1, V2, V3,當(dāng)實(shí)際車速為兩個(gè)標(biāo)定車速中間值時(shí)，取標(biāo)定車速較大正向助力較小的助力特性曲線，當(dāng)實(shí)際車速為標(biāo)定車速K1, V2中間值時(shí)，采用標(biāo)定車速V2對(duì)應(yīng)的助力特性曲線；
在實(shí)際車速達(dá)到標(biāo)定車速K4吋，當(dāng)駕駛員施加的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩變化率A r大于閥值A(chǔ) T1,并且駕駛員施加的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩r超過(guò)閥值rb時(shí)，開(kāi)啟反向助力；實(shí)際車速、駕駛員施加的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩及其變化率三個(gè)條件，其中任何ー個(gè)條件不滿足都不會(huì)開(kāi)啟反向助力；設(shè)定轉(zhuǎn)矩閥值Th的目的是當(dāng)實(shí)際車速較低吋，駕駛員施加低于轉(zhuǎn)矩Tb的小幅快速轉(zhuǎn)向并不會(huì)引起電動(dòng)自行車行駛不穩(wěn)，此エ況下不啟動(dòng)反向助力；每個(gè)實(shí)際車速對(duì)應(yīng)的反向助力啟動(dòng)的轉(zhuǎn)矩閥值和轉(zhuǎn)矩變化率閥值都不同，轉(zhuǎn)矩閥值和轉(zhuǎn)矩變化率閥值都隨著實(shí)際車速増加而變小，且達(dá)到標(biāo)定車速K6后，轉(zhuǎn)矩閥值變?yōu)镺 ;當(dāng)實(shí)際車速為兩個(gè)標(biāo)定車速中間值時(shí)，取標(biāo)定車速較大反向助力較大的助力特性曲線，當(dāng)實(shí)際車速為標(biāo)定車速匕，V5中間值時(shí)，采用標(biāo)定車速K5對(duì)應(yīng)的助力特性曲線。電子控制裝置還向電磁離合器發(fā)出電磁離合器控制信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)輔助動(dòng)力傳遞的通斷。所述的助力電機(jī)產(chǎn)生的助力轉(zhuǎn)矩經(jīng)過(guò)減速機(jī)構(gòu)減速增扭后，在輸出上實(shí)現(xiàn)與駕駛員施加的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩的疊加，共同控制轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.ー種用于電動(dòng)自行車的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，其特征在于包括轉(zhuǎn)向手把(I)、轉(zhuǎn)向輸入軸(2)、轉(zhuǎn)矩傳感器(3)、減速機(jī)構(gòu)(4)、轉(zhuǎn)向輸出軸(5)、轉(zhuǎn)向輪(6)、車速傳感器(8)、電子控制裝置(10)、助力電機(jī)(13)及電磁離合器(14);轉(zhuǎn)向手把(I)、轉(zhuǎn)向輸入軸(2)與轉(zhuǎn)矩傳感器(3)順次相連，助力電機(jī)(13)、電磁離合器(14)、減速機(jī)構(gòu)(4)、轉(zhuǎn)向輸出軸(5)、轉(zhuǎn)向輪(6)與車速傳感器(8)順次相連；所述電子控制裝置(10)包括相連接的助力特性控制器(16)和電流控制器(18)，控制裝置(10)接收轉(zhuǎn)矩傳感器(3)和車速傳感器(8)信號(hào)，通過(guò)控制助力電機(jī)(13)及電磁離合器(14)實(shí)施電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向功能。
2.ー種使用如權(quán)利要求1所述系統(tǒng)的用于電動(dòng)自行車的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向控制方法，其特征在于由車速傳感器(8)檢測(cè)到的車速信號(hào)(9)和轉(zhuǎn)矩傳感器(3)檢測(cè)到的駕駛員施加的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩信號(hào)(7)輸入到電子控制裝置(10)，根據(jù)電子控制裝置(10)中的助力特性控制器(16)進(jìn)行正向助力和反向助力控制，產(chǎn)生助力電機(jī)目標(biāo)電流(17)，助力電機(jī)目標(biāo)電流(17)與電機(jī)反饋電流(12)的偏差值通過(guò)電流控制器(18)處理后控制助力電機(jī)(13)產(chǎn)生助力轉(zhuǎn)矩(19)； 在實(shí)際車速K不大于標(biāo)定車速K3時(shí)，實(shí)施正向助力，助力特性控制器(16)根據(jù)駕駛員施加的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩r及實(shí)際車速K，確定助力電機(jī)目標(biāo)電流/的大??；電流控制器(18)根據(jù)該目標(biāo)電流/與電機(jī)反饋電流的偏差值控制助力電機(jī)輸出的助力轉(zhuǎn)矩的大小，助力轉(zhuǎn)矩隨著駕駛員施加的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩的增大而増大，采用曲線型助力；此外，實(shí)際車速越大，正向助力越??；正向助力特性曲線只標(biāo)有三個(gè)標(biāo)定車速K1, V2, K3，當(dāng)實(shí)際車速為兩個(gè)標(biāo)定車速中間值時(shí)，取標(biāo)定車速較大正向助力較小的助力特性曲線，當(dāng)實(shí)際車速為標(biāo)定車速K1, V2中間值時(shí)，采用標(biāo)定車速V2對(duì)應(yīng)的助力特性曲線； 在實(shí)際車速達(dá)到標(biāo)定車速K4吋，當(dāng)駕駛員施加的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩變化率A f大于閥值A(chǔ) T1,并且駕駛員施加的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩r超過(guò)閥值rb時(shí)，開(kāi)啟反向助力；每個(gè)實(shí)際車速對(duì)應(yīng)的反向助力啟動(dòng)的轉(zhuǎn)矩閥值和轉(zhuǎn)矩變化率閥值都不同，轉(zhuǎn)矩閥值和轉(zhuǎn)矩變化率閥值都隨著實(shí)際車速增加而變小，且達(dá)到標(biāo)定車速K6后，轉(zhuǎn)矩閥值變?yōu)? ;當(dāng)實(shí)際車速為兩個(gè)標(biāo)定車速中間值吋，取標(biāo)定車速較大反向助力較大的助力特性曲線，當(dāng)實(shí)際車速為標(biāo)定車速匕，V5中間值時(shí)，采用標(biāo)定車速K5對(duì)應(yīng)的助力特性曲線。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于電動(dòng)自行車的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)及其方法。轉(zhuǎn)向手把、轉(zhuǎn)向輸入軸與轉(zhuǎn)矩傳感器順次相連，助力電機(jī)、電磁離合器、減速機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向輸出軸、轉(zhuǎn)向輪與車速傳感器順次相連；所述電子控制裝置包括相連接的助力特性控制器和電流控制器，控制裝置接收轉(zhuǎn)矩傳感器和車速傳感器信號(hào)，通過(guò)控制助力電機(jī)及電磁離合器實(shí)施電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向功能。本發(fā)明可以在電動(dòng)自行車低速行駛時(shí)進(jìn)行正向助力控制，中高速行駛時(shí)進(jìn)行反向助力控制，根據(jù)電動(dòng)自行車的運(yùn)行工況改善其轉(zhuǎn)向操縱穩(wěn)定性和行駛安全性。特別是可以防止由于駕駛員施加的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩過(guò)大或轉(zhuǎn)向過(guò)急等引起的電動(dòng)自行車的側(cè)滑或側(cè)翻，提高行駛安全性。
文檔編號(hào)B62K21/00GK103112540SQ20131005667
公開(kāi)日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2013年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月22日
發(fā)明者朱紹鵬, 俞小莉, 邱斌斌, 吳志軍, 劉孝龍 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)