李付君++荊君

摘要：介紹了電動(dòng)自行車(chē)常見(jiàn)故障，研制了一種基于A(yíng)T89C51單片機(jī)控制的故障診斷系統(tǒng)，闡述了硬件的設(shè)計(jì)及系統(tǒng)軟件的編寫(xiě)，在實(shí)驗(yàn)室模擬主要故障并對(duì)診斷系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明該診斷系統(tǒng)可以準(zhǔn)確的診斷出常見(jiàn)故障。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；電動(dòng)自行車(chē)；故障診斷

0 引言

電動(dòng)自行車(chē)以其重量輕、無(wú)污染、噪音小等優(yōu)點(diǎn)而逐漸被人們所接受，成為一種大眾化的綠色交通工具[1]。在地勢(shì)平坦的地區(qū)，電動(dòng)兩輪或三輪自行車(chē)是人們出行或簡(jiǎn)單貨運(yùn)的主要工具。大多數(shù)的用戶(hù)遇到車(chē)輛故障時(shí)，因缺乏故障排查和維修知識(shí)，只能求助維修點(diǎn)支付維修費(fèi)解決。此外，維修人員在故障查找時(shí)多利用經(jīng)驗(yàn)或試驗(yàn)的方法診斷與排查，不能快速準(zhǔn)確定位故障原因[2]。研制一款低成本的故障自診斷報(bào)警系統(tǒng)，可以根據(jù)顯示屏的提示去連接電路并診斷故障。普通用戶(hù)可用來(lái)排除故障，維修人員可用來(lái)查找定位故障并予以維修，做到了省時(shí)省力。

1 電動(dòng)車(chē)常見(jiàn)故障

1.1電動(dòng)車(chē)轉(zhuǎn)把、剎把故障

轉(zhuǎn)把是電動(dòng)車(chē)的調(diào)速部件，分為直接調(diào)速型和間接調(diào)速型，目前電動(dòng)車(chē)主要使用直接調(diào)速型轉(zhuǎn)把，轉(zhuǎn)把的轉(zhuǎn)動(dòng)角度范圍在0-30度制之間，用線(xiàn)性霍爾元件實(shí)現(xiàn)[3]。轉(zhuǎn)把由+5V 電源線(xiàn)，負(fù)極線(xiàn)和信號(hào)線(xiàn)構(gòu)成，由于頻繁操作及工作環(huán)境惡劣容易造成霍爾傳感器損壞。

剎把是電動(dòng)車(chē)的剎車(chē)部件，當(dāng)剎車(chē)時(shí)，控制器檢測(cè)到剎車(chē)信號(hào)會(huì)自動(dòng)切斷對(duì)電機(jī)的供電。剎把分為機(jī)械式和電子式兩種，機(jī)械剎把防水性不好，易發(fā)生接觸不良，可靠性低；電子剎把由開(kāi)關(guān)型霍爾元件實(shí)現(xiàn)，在不剎車(chē)時(shí)，輸出信號(hào)有高低之分，目前市場(chǎng)上常用高剎把。剎把常見(jiàn)故障為剎把被卡位或者沒(méi)有完全復(fù)位導(dǎo)致車(chē)輛不能運(yùn)行。

1.2直流無(wú)刷電機(jī)的故障

直流無(wú)刷電機(jī)（簡(jiǎn)稱(chēng) BLDCM）通常由電動(dòng)機(jī)本體、逆變器、轉(zhuǎn)子位置傳感器三部分構(gòu)成，而電動(dòng)自行車(chē)電機(jī)由本體、轉(zhuǎn)子位置傳感器兩部分構(gòu)成，其逆變電路位于控制器電路中[4]。電動(dòng)自行車(chē)在運(yùn)行中由于負(fù)載和環(huán)境等運(yùn)行條件的影響，表現(xiàn)為霍爾開(kāi)關(guān)的損壞的位置傳感器故障和繞組開(kāi)路或匝間短路的定子故障。

1.3控制器電路的故障

控制器電路為電動(dòng)自行車(chē)的控制核心，常出現(xiàn)無(wú)刷控制電源故障、無(wú)刷控制器缺相、無(wú)刷控制器完全沒(méi)有輸出的故障。無(wú)刷控制器的缺相又可以分為主相位缺相和霍爾缺相。主相位缺相是由于開(kāi)關(guān)MOS管承受過(guò)電壓、過(guò)電流、高溫而被擊穿，是運(yùn)行時(shí)控制器電路最常見(jiàn)的故障[5]。霍爾缺相故障表現(xiàn)為不能識(shí)別霍爾傳感器的信號(hào)。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)上述常見(jiàn)故障，設(shè)計(jì)了帶有顯示功能的故障診斷系統(tǒng)，系統(tǒng)框圖如圖1所示。本系統(tǒng)由AT89C51單片機(jī)、電流驅(qū)動(dòng)緩沖電路、1602液晶顯示電路、E2PROM存儲(chǔ)電路、按鍵選擇電路、信號(hào)發(fā)生電路等組成。AT89C51為系統(tǒng)的控制核心接收并處理電動(dòng)車(chē)的轉(zhuǎn)把信號(hào)、剎車(chē)信號(hào)、BLDCM的霍爾開(kāi)關(guān)信號(hào)、BLDCM繞組發(fā)出的電壓信號(hào)、控制器發(fā)出信號(hào)并把診斷結(jié)果顯示在液晶顯示器上，系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1故障診斷系統(tǒng)框圖圖2故障診斷系統(tǒng)顯示電路圖

2.1硬件設(shè)計(jì)

2.1.1顯示電路

AT89C51的P0和P2口作為液晶顯示器的接口，液晶選用1602A模塊。主要功能是測(cè)試項(xiàng)目選擇提示與檢測(cè)結(jié)果顯示，電路圖如圖2所示。

2.1.2信號(hào)檢測(cè)電路

信號(hào)檢測(cè)電路的功能是捕捉外部檢測(cè)信號(hào)的電壓的變化。主要包含轉(zhuǎn)把信號(hào)、剎把信號(hào)、電機(jī)霍爾信號(hào)、電機(jī)繞組電壓信號(hào)的檢測(cè)。在檢測(cè)控制器時(shí)，控制器需要接收霍爾傳感器的信號(hào)，三路霍爾信號(hào)可以通過(guò)硬件電路實(shí)現(xiàn)，也可以通過(guò)軟件模擬生成三路波。

2.2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件包括主程序、液晶顯示子程序、轉(zhuǎn)把信號(hào)檢測(cè)子程序、剎把信號(hào)檢測(cè)子程序、BLDC霍爾開(kāi)關(guān)信號(hào)檢測(cè)子程序、BLDC繞組信號(hào)檢測(cè)子程序、控制器信號(hào)檢測(cè)子程序、定時(shí)器中斷程序。主程序完成系統(tǒng)的初始化和子程序調(diào)用的功能，并把診斷結(jié)果顯示在液晶顯示器上。

2.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

在實(shí)驗(yàn)室對(duì)比德文電動(dòng)自行車(chē)進(jìn)行了人為故障診斷試驗(yàn)，試驗(yàn)表明該儀器可以準(zhǔn)確的排查出轉(zhuǎn)把、剎把、控制器、BLDC霍爾開(kāi)關(guān)及繞組的電氣故障。

3 結(jié)束語(yǔ)

本故障診斷儀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)單易行，能通過(guò)顯示屏顯示故障，是排除電動(dòng)自行車(chē)運(yùn)行中常見(jiàn)的轉(zhuǎn)把、剎把、控制器、BLDC霍爾開(kāi)關(guān)及繞組的電氣故障的有效方法。對(duì)于電動(dòng)自行車(chē)電機(jī)中的位置傳感器霍爾的相序及控制器主相位的相序目前還不能檢測(cè)，是后續(xù)完善的重點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]房兆錕，陳穎等. 電動(dòng)車(chē)維修理論與實(shí)踐（Ⅰ）[J]. 電動(dòng)自行車(chē)，2006，（04）：48-49

[2]楊芳，于凱平等. 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)故障檢測(cè)方法的仿真研究[J]. 系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2008，（22）：6268-6272

[3]冉振亞，陳方輝等. 基于單片機(jī)的電動(dòng)車(chē)永磁直流電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 機(jī)械工程與自動(dòng)化，2009，12（6）：123-125

[4]楊波、汪文勝. 電動(dòng)自行車(chē)維修速成[M]. 國(guó)防工業(yè)出版社2007：63-65

作者簡(jiǎn)介：李付君，男，講師，碩士，1983年3月出生，主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化理論與實(shí)踐教學(xué)。