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基本信息
- 項(xiàng)目名稱(chēng)：
- 電動(dòng)自行車(chē)的新型助力控制裝置
- 來(lái)源：
- 第十一屆“挑戰(zhàn)杯”國(guó)賽作品
- 小類(lèi)：
- 機(jī)械與控制
- 大類(lèi)：
- 科技發(fā)明制作B類(lèi)
- 簡(jiǎn)介：
- 本項(xiàng)目主要研究后軸控速和1：1線性助力驅(qū)動(dòng)。即在后軸上貼上電阻式應(yīng)變片，當(dāng)人騎車(chē)前進(jìn)時(shí)鏈條拉動(dòng)后軸，使后軸發(fā)生形變。應(yīng)變片感應(yīng)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?cè)酱箅妷鹤兓酱?。此電壓變化信?hào)通過(guò)放大后，經(jīng)AD轉(zhuǎn)換被單片機(jī)讀取。根據(jù)電壓的大小來(lái)改變單片機(jī)PWM的脈沖寬度，從而控制無(wú)刷電機(jī)的功率輸出。 本比例助力傳感器系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)、精確、工藝簡(jiǎn)單、維修方便、適用性強(qiáng)，從騎行舒適性、流暢性上看都很好。設(shè)計(jì)的電動(dòng)車(chē)在全電動(dòng)功能基礎(chǔ)上加上比例助力功能，兩者之間切換十分方便。轉(zhuǎn)把轉(zhuǎn)動(dòng)就是全電動(dòng)功能，轉(zhuǎn)把復(fù)位就是比例助力功能，無(wú)附加按鈕，響應(yīng)迅速。
- 詳細(xì)介紹：
- 近年來(lái)，國(guó)內(nèi)電動(dòng)自行車(chē)急劇膨脹，市場(chǎng)開(kāi)始細(xì)分。同時(shí)廣大民眾對(duì)于健康的追求也漸漸舍棄全電動(dòng)自行車(chē)，轉(zhuǎn)向健康時(shí)尚的比例助力電動(dòng)車(chē)。 電動(dòng)自行車(chē)最理想的使用方法就是人助車(chē)動(dòng)，電助人行，人力電力聯(lián)動(dòng)，省力又省電。比例助力騎行還能對(duì)電機(jī)起到保護(hù)作用，并且提高續(xù)行里程。從安全角度上講，比例助力電動(dòng)車(chē)可以大大減小交通高峰時(shí)間的事故。 基于上述原因，我國(guó)現(xiàn)行的助力電動(dòng)車(chē)已經(jīng)開(kāi)始研發(fā)。但現(xiàn)在流行的助力傳感系統(tǒng)裝置對(duì)零件的材質(zhì)工藝都有價(jià)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(diǎn)是經(jīng)濟(jì),精確,工藝簡(jiǎn)單,維修方便,適用性強(qiáng).在本方案中,速度和電流是以連續(xù)函數(shù)關(guān)系一一對(duì)應(yīng)的,不會(huì)出現(xiàn)其它精確比例系統(tǒng)中的一旦不踩就會(huì)斷電,一踩又會(huì)來(lái)電,時(shí)斷時(shí)續(xù),電動(dòng)車(chē)騎行過(guò)程中一沖一沖的不良感覺(jué)，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(fèi)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(gè)速度點(diǎn)達(dá)到平衡狀態(tài).另外原車(chē)控制器的一些安全措施如剎車(chē)斷電等功能都不受任何影響,故整車(chē)的安全性能得到了很好的保障. 本助力系統(tǒng)設(shè)計(jì)中首先是利用傳感器采集數(shù)據(jù)來(lái)測(cè)量車(chē)速以及測(cè)定后軸受力情況。 應(yīng)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(cè)量脈沖寬度的方法進(jìn)行速度測(cè)量。通過(guò)測(cè)量霍爾元件輸出的脈沖即可計(jì)算出車(chē)速。將此信號(hào)送給單片機(jī)，從而進(jìn)行調(diào)整。通過(guò)速度對(duì)電機(jī)輸出功率修正，當(dāng)人不使力時(shí)，電機(jī)不會(huì)馬上停止工作，而是根據(jù)速度的大小逐漸減小到零，電動(dòng)車(chē)速度平緩的降低。 其次是硬件電路設(shè)計(jì)：此部分共包括電橋電路及其輸出經(jīng)單片機(jī)處理環(huán)節(jié)和單片機(jī)通過(guò)芯片控制無(wú)刷電機(jī)的功率輸出部分。輸出信號(hào)再經(jīng)過(guò)放大及AD變換輸入PIC單片機(jī)。 控制電壓輸出電路部分，單片機(jī)PWM輸出經(jīng)過(guò)積分電路，輸出一穩(wěn)定電壓，通過(guò)改變PWM的占空比就可以改變電壓的大小，進(jìn)而控制無(wú)刷電機(jī)的功率輸出 本助力系統(tǒng)中采集信號(hào)的幅度保持在0-100毫伏，輸出信號(hào)在0-5伏之間，助力比例調(diào)節(jié)控制在1：1----1：2.5，溫度控制在0-55度，電磁兼容等級(jí)符合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，電源電壓5V，功率100毫瓦。 電動(dòng)車(chē)運(yùn)行時(shí)能產(chǎn)生很強(qiáng)的電磁干擾，為確保系統(tǒng)工作的可靠性，本方案采取多項(xiàng)措施。盡量減少電磁干擾，確保電動(dòng)車(chē)運(yùn)行穩(wěn)定性。 本方案整體設(shè)備設(shè)計(jì)緊湊合理，體積小，因此還能節(jié)省空間。理論上來(lái)講是在全電動(dòng)車(chē)基礎(chǔ)上加上比例助力功能,無(wú)附加按鈕,響應(yīng)迅速.可以在出廠時(shí)將助力比例設(shè)為連續(xù)可調(diào),整車(chē)廠員工或銷(xiāo)售人員都可以進(jìn)行調(diào)節(jié),甚至也可以教會(huì)用戶自己調(diào)節(jié)的方法 總而言之 該系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)很有前景。
作品圖片
作品專(zhuān)業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 本項(xiàng)目要研究的后軸控速和1：1線性助力驅(qū)動(dòng)，目前國(guó)內(nèi)的電動(dòng)車(chē)大多是用旋手控速，只有少數(shù)電動(dòng)車(chē)采用中軸控速，比例助力系統(tǒng)在我國(guó)有廣闊的市場(chǎng)前景.本助力系統(tǒng)中采集信號(hào)的幅度保持在0-100毫伏，輸出信號(hào)在0-5伏之間，助力比例調(diào)節(jié)控制在1：1----1：2.5，溫度控制在0-55度，電磁兼容等級(jí)符合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，電源電壓5V，功率100毫瓦。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 電動(dòng)自行車(chē)的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)能,環(huán)保,方便,適合中國(guó)國(guó)情.本比例助力傳感器系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)濟(jì),精確,工藝簡(jiǎn)單,維修方便,適用性強(qiáng),從騎行舒適性,流暢性上講目前國(guó)內(nèi)的比例助力系統(tǒng)無(wú)出其右者.在上述方案中,速度和電流是以連續(xù)函數(shù)關(guān)系一一對(duì)應(yīng)的,不會(huì)出現(xiàn)其它精確比例系統(tǒng)中的一旦不踩就會(huì)斷電,一踩又會(huì)來(lái)電,時(shí)斷時(shí)續(xù),電動(dòng)車(chē)騎行過(guò)程中一沖一沖的不良感覺(jué).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(fèi)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(gè)速度點(diǎn)達(dá)到平衡狀態(tài).另外原車(chē)控制器的一些安全措施如剎車(chē)斷電等功能都不受任何影響,故整車(chē)的安全性能得到了很好的保障
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 本作品在2008年在山東日照舉辦的山東省大學(xué)生機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)大賽中獲得一等獎(jiǎng)（獎(jiǎng)狀及證書(shū)的照片見(jiàn)附件）
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
作品可展示的形式
- 圖片 實(shí)物 產(chǎn)品
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 1.國(guó)內(nèi)市場(chǎng) 電動(dòng)車(chē)加上比例助力功能,兩者切換很方便.轉(zhuǎn)把轉(zhuǎn)動(dòng)就是全電動(dòng),復(fù)位就是比例助力,無(wú)附加按鈕,響應(yīng)迅速.我國(guó)電動(dòng)車(chē)安全通用技術(shù)中并無(wú)精確比例助力要求,但是否精確比例助力對(duì)騎乘者來(lái)說(shuō)感覺(jué)大不一樣,所以本系統(tǒng)一定會(huì)受到歡迎.出廠時(shí)將助力比例設(shè)為連續(xù)可調(diào),任何人都可以進(jìn)行調(diào)節(jié),一般說(shuō)助力比例設(shè)在2~2.5之間,既能有很強(qiáng)的助力感,又不至于使人跟不上轉(zhuǎn)速而踩空.爬坡時(shí)同時(shí)用全電動(dòng)轉(zhuǎn)把,把電機(jī)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(dòng)模式下是相同的。 2.國(guó)際市場(chǎng) 以日本市場(chǎng)要求的精確比例助力為例,在爬坡時(shí)無(wú)調(diào)速轉(zhuǎn)把無(wú)法使用,可以在車(chē)體上固定一個(gè)裝置,檢測(cè)水平傾角大小,從而調(diào)節(jié)輸出電流。這樣在上坡時(shí)仍然可以達(dá)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(chǎng)也可采用類(lèi)似的方法。 3.舊車(chē)改裝市場(chǎng) 消費(fèi)者花100元將原有全電動(dòng)電動(dòng)車(chē)改裝成全電動(dòng)和比例助力系統(tǒng)共存應(yīng)該是可以接受的,扣除成本其收益空間很大,由于其部件簡(jiǎn)單,經(jīng)過(guò)短暫的培訓(xùn),一般工人就可以勝任
同類(lèi)課題研究水平概述
- 近兩年，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)大多用的是低速有刷電機(jī)，這種電機(jī)價(jià)格低廉，但電流較高速有刷和無(wú)刷電機(jī)要高出許多，續(xù)行里程短很多。一些高檔消費(fèi)者瞄上了Ni-MH電池電動(dòng)自行車(chē)，由于其成本高，各整車(chē)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(shí)間。 1.我國(guó)出口歐美的電動(dòng)車(chē)助力傳感器基本上都是開(kāi)關(guān)型的,把原轉(zhuǎn)把取消,在中軸部分裝一霍爾元件和磁鋼圓盤(pán),達(dá)到一定速度電機(jī)就開(kāi)始啟動(dòng),啟動(dòng)后就全電動(dòng)控制,它并無(wú)精確比例,騎行感覺(jué)較差.優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格極低,工藝簡(jiǎn)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(jī)里的彈簧產(chǎn)生形變,再將形變的幅度轉(zhuǎn)換成力矩大小,在電機(jī)的外沿刻有凹槽,轉(zhuǎn)很小的角度就有反應(yīng),很靈敏.但這套裝置對(duì)零件材質(zhì),工藝有很高要求,至今未見(jiàn)到哪個(gè)國(guó)內(nèi)廠家模仿過(guò)。 3.清華大學(xué)早期出口日本的力矩傳感器在中軸五通內(nèi)裝有套筒和偏心裝置,人力腳踏即產(chǎn)生偏心力矩.成本較日本方案要低得多,加工不復(fù)雜,但精度控制難,軟件中要對(duì)其修正.是國(guó)內(nèi)批量最大的精確比例助力傳感器商品。 4.國(guó)內(nèi)還有其他類(lèi)型的方案出臺(tái),思路都很新穎,價(jià)格有高有低.代表性的有測(cè)中軸扭力形變的,測(cè)鏈條張力的,用光柵電路的,將測(cè)力部件放入輪轂的,各具其優(yōu)點(diǎn),但由于各種原因都沒(méi)有普及或正在普及中。 電動(dòng)自行車(chē)最理想的使用方法就是人助車(chē)動(dòng)，電動(dòng)人行，人力電力聯(lián)動(dòng)，省力省電。長(zhǎng)時(shí)間全電動(dòng)騎行或人力騎行都會(huì)感覺(jué)到累，最好的辦法是比例助力騎行和全電動(dòng)騎行交替使用，充分發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)。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(chē)快速運(yùn)轉(zhuǎn)，會(huì)有一種很奇特的感覺(jué)。首先，人參與了這項(xiàng)運(yùn)動(dòng)，可以品出一種人機(jī)合一的樂(lè)趣。全電動(dòng)騎行時(shí)，時(shí)間長(zhǎng)了就會(huì)腰酸背痛。騎比例助力的車(chē)卻沒(méi)有這種感覺(jué)，累了可以換成全電動(dòng)，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(chē)流中想全速前進(jìn)不可能也不安全，這時(shí)比例助力是最佳的選擇，可以大大減少交通高峰時(shí)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(zhǎng)電池壽命，從節(jié)電的角度講，用比例助力啟動(dòng)可以省很多電，因?yàn)轭l繁全電動(dòng)啟動(dòng)是最耗電的。比例助力騎行還能對(duì)電機(jī)起到保護(hù)作用。 無(wú)論是國(guó)際國(guó)內(nèi)市場(chǎng)新舊車(chē)市場(chǎng)，由于該系統(tǒng)價(jià)格低廉、工藝簡(jiǎn)單、助力精確，都有廣泛的適用性，市場(chǎng)前景誘人。
