[发明专利]一种用于智能电动助力自行车和残疾车的控制系统

说明书

本发明涉及一种控制系统，特别是一种用于智能电动助力自行车和残疾车的控制系统。

目前，国内外市场上销售的电动自行车和残疾车多为直流有刷电机(约90％)和直流无刷电机(10％)及其控制装置驱动的，助力驱动方式多为机械式，即用机械方式确定助力比。主要发达国家法律上禁止使用全电动自行车国际上已将全电动自行车纳入电动摩托车领域(1999年2月)。为了提高安全性、舒适性，降低电能消耗，本发明的发明人之一在日本专利《助力自行车》特开平9-109982上公开了一种装有低压三相异步电机、CPU主板、逆变器、充电系统等的助力自行车，实现了用低压三相异步电机驱动的助力自行车，这是自行车发展上的一次“革命”。然而，它用人的踏力作为一种传感器，显得生硬；模式开关也不够理想。因此助力感觉不明显，助力舒适性差，有踏空感，在同等电池容量下的一次充电续航能力差。

本发明的目的是针对现有技术的不足和缺陷，提出一种用于智能电动助力自行车和残疾车的控制系统，它具有高的系统响应性和精确性，能提高智能电动助力自行车和残疾车的舒适性和安全性，并降低能耗。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的。

一种用于智能电动助力自行车和残疾车的控制系统，它包括低压三相异步鼠笼型电机、CPU主板、逆变器、各种模式开关、充电系统，其特征在于该控制系统的全数字化，由CPU主板将踏力传感器对链条张力开关的断续脉冲信号进行积分处理，使之成为一条连续且近似平滑的、由最小到最大限幅的输出转矩信号。

各种模式开关包括自动电气变速模式、电气制动模式和全电动模式，自动电气变速模式利用低压三相异步鼠笼型电机的滑差与输出转矩的一一对应关系进行滑差闭环矢量控制，实现不同的助力比，达到自动变速的目的。

本发明的优点在于它具有高的系统响应性和精确性，以及踏力反馈信号的连续、平滑性，助力感觉明显，且可任意设定助力比，进一步提高了智能助力自行车和残疾车的舒适性和安全性，提高了在同等电池容量下的一次充电续航能力，从而降低了能耗。

附图1是本发明的控制系统框图；

附图2是踏力传感器对链条张力开关的断续脉冲信号进行积分处理的示意图。

实施例：

一种用于智能电动助力自行车和残疾车的控制系统，它包括12V低压三相异步鼠笼型电机1、CPU主板5、逆变器8、各种模式开关、充电系统4，其特征在于该控制系统的全数字化，由CPU主板5将踏力传感器2对链条张力开关的断续脉冲信号进行积分处理，使之成为一条连续且近似平滑的、由最小到最大限幅的输出转矩信号。

各种模式开关包括自动电气变速模式3、电气制动模式6和全电动模式7，自动电气变速模式3利用低压三相异步鼠笼型电机1的滑差与输出转矩的一一对应关系进行滑差闭环矢量控制，实现不同的助力比，达到自动变速的目的。

如图2所示，取一时间轴t，图的上部是传统的ON/OFF踏力传感器开关信号。当链条开关ON时，每单位时间让脉冲计数器增加，OFF时减少，即对链条张力开关的断续脉冲信号进行积分处理，从而实现从低速到高速、从平地到爬坡的一条连续且近似平滑的、从最小(min)到最大(max)限幅的输出转矩信号，如图2下部所示。因为输出转矩信号连续，使助力自行车和残疾车没有踏空或速度波动大的感觉，极大地提高了舒适感，且提高了电机效率，电机不易发热，可节能。

自动电气变速控制是利用上述踏力传感器及输出转矩信号的处理与低压三相异步鼠笼型电机1的一一对应关系进行滑差闭环矢量控制，实现不同的助力比，达到自动变速的目的。例如，当控制频率60Hz时，四极三相异步电机的同步转速为1800rpm，假定其实际转速为1750rpm，则该电机的滑差率＝(1800-1750)/1800＝2.8％，因不同的滑差率对应不同的电机输出转矩，且成比例关系，故根据自动电气变速控制指令，利用助力比的改变实现自动变速比。

将低压三相异步鼠笼型电机及其智能控制系统所组成的闭环矢量控制，用于自行车、三轮残疾车和四轮轮椅残疾车，可实现现有技术所不具备的高系统响应性、精确性，以及舒适性、安全性和低耗能性。