陳黃飛 方壯英 李安靜 許仕亮

摘 ? 要：現(xiàn)階段的新型電動(dòng)自行車由自行車控制器、電池、蓄電池以及充電器組成，核心電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)部件包含直流、感應(yīng)、開關(guān)磁阻以及永磁無刷4部分。文章就電動(dòng)自行車控制系統(tǒng)組成部件以及設(shè)計(jì)進(jìn)行有關(guān)分析，找到其中存在的問題，并針對其問題進(jìn)行有關(guān)研究分析。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)自行車;控制系統(tǒng);電動(dòng)機(jī)

社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，人們生活質(zhì)量水平顯著提升。近年來，國家提出了“節(jié)能減排”的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)，而部分國家或城市早就制定了有關(guān)限制汽車尾氣排放的制度和規(guī)范性標(biāo)準(zhǔn)，劃分無污染排放區(qū)域，并制定有關(guān)法律方案，在一定程度上促進(jìn)了具備“零排放”優(yōu)勢的電動(dòng)自行車發(fā)展。因此，我國將電動(dòng)自行車研發(fā)列入了規(guī)劃之中，堅(jiān)持“節(jié)能減排”理念，加強(qiáng)對電動(dòng)自行車的研發(fā)力度。

1 ? ?現(xiàn)階段電動(dòng)自行車依然存在的問題

現(xiàn)階段，我國電動(dòng)自動(dòng)車的“輕摩化”情形日益嚴(yán)重，對交通造成了不利影響，主要包括以下兩點(diǎn)。

1.1 ?道路交通秩序管理方面

我國電動(dòng)自行車屬于非機(jī)動(dòng)車的分類中，所以我國不同區(qū)域的交通行駛道路上，電動(dòng)自行車依然和自行車一樣在非機(jī)動(dòng)車道中行駛。根據(jù)調(diào)查分析可知，自行車在隔離帶的道路上行駛，平均車速是10 km/h。若和其他車輛混合行駛，自行車的平均車速會下降到3 km/h。所以說，電動(dòng)自行車的車速不斷加快，一方面使非機(jī)動(dòng)車道內(nèi)自行車備受干擾，路通行能力出現(xiàn)降低現(xiàn)象，產(chǎn)生交通阻塞。另一方面，極其容易出現(xiàn)交通事故，造成不可預(yù)估的后果。

1.2 ?道路交通事故處理方面

由于道路上的電動(dòng)自行車數(shù)量不斷增長，因其產(chǎn)生的交通事故也不斷在增加，因?yàn)殡妱?dòng)自行車在屬性上定義為非機(jī)動(dòng)車，所以使交通管理部門在事故處理過程中遇到重大阻礙。并且針對電動(dòng)自行車以往沒有相關(guān)有效性管理規(guī)定，使交管部門在事件處理上沒有規(guī)范性的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行衡量，因此，該種現(xiàn)象不僅對交通管理工作造成困擾，對人們?nèi)粘Ｉ罱煌ò踩弦踩狈γ鞔_制度的保障。

2 ? ?電動(dòng)自行車中存在問題的有關(guān)對策

由于對電動(dòng)自行車的分類屬性概念模糊，導(dǎo)致大多數(shù)交管部門在針對電動(dòng)自行車管理層面上有著許多的困難，因此，要對電動(dòng)自行車屬性有著明確以及確定的劃分，并制定嚴(yán)格的法律規(guī)范制度。我國出臺了對電動(dòng)自行車的明確分類，并結(jié)合其行駛速度進(jìn)行明確劃分，給交通管理工作提供了極大的便利性，同時(shí)在一定層面上也保障了居民日常生活交通安全。

3 ? ?新型電動(dòng)自行車自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1 ?系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理

電動(dòng)自行車核心系統(tǒng)是其內(nèi)部運(yùn)用的調(diào)控系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)兩個(gè)方面，分別是內(nèi)、外部的信息處理，由此可見，該方面對控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和信號處理能力有著更高的標(biāo)準(zhǔn)，而無刷類型的電動(dòng)機(jī)就是信號驅(qū)動(dòng)型系統(tǒng)。同時(shí)，也需要核心控制器對內(nèi)外聯(lián)系的有效性進(jìn)行控制，以保證更好地完成核心系統(tǒng)工作，也為控制器核心控制調(diào)控的合理性策略制定打下基礎(chǔ)。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)部件主要由以下幾方面構(gòu)成，分別是電源控制器、電壓控制器、電流保護(hù)器、轉(zhuǎn)速、剎車系統(tǒng)、聲控系統(tǒng)、光感控制等。系統(tǒng)的全面控制和電流系統(tǒng)的配合控制電源的走向由蓄電池來決定。根據(jù)對電源的輸出，實(shí)現(xiàn)對直流電（Direct Current，DC）控制，并且獲取不同的直流電壓一定能得到的光感控制預(yù)警系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)程序，除此之外，還有新型的驅(qū)動(dòng)型單片機(jī)，結(jié)合傳感器獲取的輸出信號數(shù)據(jù)，掌控整體脈寬調(diào)制（Pulse Width Modulation，PWM）信號的趨向，把流動(dòng)變化的電流轉(zhuǎn)變成驅(qū)動(dòng)中電流脈沖信號，并對整體系統(tǒng)進(jìn)行整合、分壓和分流控制，保證轉(zhuǎn)速能實(shí)現(xiàn)完美同步的控制目標(biāo)[1]。

3.2 ?控制系統(tǒng)信號采樣和調(diào)理電路的設(shè)計(jì)

電流檢測在電流環(huán)系統(tǒng)控制中是重要組成部分，電動(dòng)自行車在驅(qū)動(dòng)狀態(tài)過程中，電動(dòng)機(jī)是電動(dòng)狀態(tài)，電流從蓄電池的正極向負(fù)極流向，而采樣點(diǎn)的電流變成了正極。電動(dòng)自行車在回收運(yùn)行狀態(tài)過程中，電動(dòng)自行車屬于發(fā)電狀態(tài)，并對蓄電池進(jìn)行充電，電流從蓄電池的負(fù)極向正極流向，而采樣點(diǎn)的電流變成了負(fù)極。

通常單片機(jī)的模擬—數(shù)字（Analogue to Digital，A/D）采樣模塊是無法判定電流的正負(fù)極的，所以，單片機(jī)的篩選上選用某公司推廣的外圍接口控制器（Peripheral Interface Controller，PIC）系列的單片機(jī)，PIC單片機(jī)結(jié)構(gòu)是精簡指令集計(jì)算機(jī)（Reduced Instruction Set Computer，RISC），不同于普通的復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)（Complex Instruction Set Computer，CISC），它是電動(dòng)自行車整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，PIC單片機(jī)中帶有的功能性特征，讓它在無刷電動(dòng)機(jī)上發(fā)揮了有效的作用，并能進(jìn)行合理控制。該系統(tǒng)中的電流采樣電路是就驅(qū)動(dòng)和回收模式中的電流正負(fù)入手，研究雙向信號調(diào)理電路，并把負(fù)電流朝著正電流方向改變，但正電流依然處于不變的狀況[2]。

3.3 ?無刷直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)及原理

在20世紀(jì)，電動(dòng)機(jī)作為機(jī)電能量的轉(zhuǎn)換裝置，已經(jīng)隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展在各個(gè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，主要包括同步電動(dòng)機(jī)、異步電動(dòng)機(jī)與直流電動(dòng)機(jī)3種。由于3種電動(dòng)機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)均很明顯，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中大多數(shù)均采用三相異步電動(dòng)機(jī)。20世紀(jì)30～60年代，很多專家致力于研究以電子換相代替電刷機(jī)械換相的直流無刷電動(dòng)機(jī)，由于直流無刷電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便，在醫(yī)療器械、儀器儀表、化工、輕紡等方面日益普及。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，材料科學(xué)也得到了重大的突破，隨之而生的是一種新型技術(shù)—永磁無刷電機(jī)。其自誕生以來，就一直備受社會關(guān)注，并被廣泛地應(yīng)用于直流電機(jī)的不同種類換相裝置過程中，不但具備大量的優(yōu)勢特性，還能保留原有技術(shù)具備的特性，真正實(shí)現(xiàn)了“魚我所欲也，熊掌亦我所欲也”，在有關(guān)領(lǐng)域受到熱烈歡迎。

現(xiàn)階段，國內(nèi)生產(chǎn)的電動(dòng)自行車的種類各式各樣，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通常也是由無刷和有刷兩種類型的電機(jī)組成，工作電壓在24～46 V，在正常功率范疇內(nèi)。正常工作過程中，嚴(yán)格按照行業(yè)內(nèi)規(guī)范的電流標(biāo)準(zhǔn)，針對電壓最小的24 V電動(dòng)自行車，將直流機(jī)其額定電流值減小，主要由本機(jī)、傳感器和電子電路開關(guān)3部分組成，并且傳感器需要在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上完整連接工作。在位置傳感器中的定子得到一定程度的通電階段后，要使電流以及轉(zhuǎn)子在兩種磁極中造成的磁場上因磁極有異而出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)反映，導(dǎo)致磁場信號轉(zhuǎn)化成電信號，并供應(yīng)開關(guān)線路，為每個(gè)相繞維持固定順序提供重要性的保障。定子內(nèi)導(dǎo)通的電流實(shí)際上是隨著變化順序而變化，開關(guān)內(nèi)中的導(dǎo)入電流大概是與轉(zhuǎn)子角度一起同步進(jìn)行的，因此，在整體系統(tǒng)中它具備一直換向的特征。

若把光感器件看作成A，B，C這3種器件并平分360°，同時(shí)，均勻地分布在電機(jī)中，能利用遮光板在轉(zhuǎn)軸上做協(xié)調(diào)工作，在一定程度上使光線沒有改變的照射到相關(guān)器件上，所以必須要結(jié)合光感元件被照射的固定幅度，來對轉(zhuǎn)子的位置進(jìn)行主要判定。比如工作內(nèi)容實(shí)際上要從n極轉(zhuǎn)向到a位置上，在通過傳感器獲得回饋信號數(shù)據(jù)，保證電流具備良好的流通作用。同時(shí)，要在流入流出兩個(gè)方向上設(shè)定好必有的磁場，并把磁場和因電磁場而出現(xiàn)的力矩做相反工作此來造成轉(zhuǎn)子的逆旋轉(zhuǎn)從n級轉(zhuǎn)到b處位置，b需要環(huán)繞才能接通電流，導(dǎo)致V2晶體元件的開關(guān)被切斷，最后會出現(xiàn)應(yīng)有的磁場和正確的轉(zhuǎn)軸角度。若想實(shí)現(xiàn)逆向環(huán)繞電磁場轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，就要把磁場的兩極做互相轉(zhuǎn)變工作，把n級調(diào)整到新的位置，設(shè)想那個(gè)新位置是c，并且一直使上一個(gè)位置再被取代之后保證能替換到最新的位置上，如此循環(huán)，電動(dòng)機(jī)就能實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)作，為電動(dòng)自行車控制系統(tǒng)日后的正常運(yùn)作以及安全行駛提供了重要的保障。尤其是在電場和磁場的實(shí)驗(yàn)中，為了能達(dá)到換相的重要性目標(biāo)，在運(yùn)作工作中由于釘子每組內(nèi)部都具有氣隙，也使磁場的旋轉(zhuǎn)的量化特性得到了關(guān)鍵保障。旋轉(zhuǎn)一周是360°，因此，平均分成3種類型的磁場，在不同的角度情況上能出現(xiàn)3種不同類型的電磁場狀態(tài)，在一定層面上使3種磁場狀態(tài)中的每一個(gè)都能出現(xiàn)120°的平均角度[3]。

4 ? ?結(jié)語

單片機(jī)在電動(dòng)自行車控制系統(tǒng)中是重要的核心組成部分之一，對整個(gè)系統(tǒng)應(yīng)做相關(guān)有效性的整體控制，通過對換相、速度以及位置多層面的監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)用，對PWM的調(diào)控機(jī)制提供了重要性的保障。同時(shí)，由于專用驅(qū)動(dòng)型芯片的使用讓整體系統(tǒng)有了一定程度的優(yōu)化，也讓外部系統(tǒng)設(shè)施數(shù)量出現(xiàn)了減少的效果。合理運(yùn)用WTBO15系統(tǒng)，對增強(qiáng)系統(tǒng)的安全性以及流暢性有著重要的作用，既在使用上有合理的性價(jià)比，又能節(jié)約生產(chǎn)成本，還增強(qiáng)了電動(dòng)自行車行業(yè)的競爭能力，滿足消費(fèi)者實(shí)惠的需求，增強(qiáng)了電動(dòng)自行車的智能化以及便捷作用，為人們?nèi)粘Ｉ罱煌ǔ鲂猩?，提供了巨大的便利[4]。

[參考文獻(xiàn)]

[1]韋凌翔，廖明軍，王志遠(yuǎn)，等.典型信號控制交叉口左轉(zhuǎn)電動(dòng)自行車通行空間交通特性研究及寬容設(shè)計(jì)方法[J].鹽城工學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2019（1）：45-50.

[2]張宏杰，馬運(yùn)亮，魏才柱，等.基于滑模變結(jié)構(gòu)控制的電動(dòng)自行車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].南通職業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2018（4）：83-86，90.

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