电动助力自行车动力辅助系统设计

       近年来人们越来越重视安全出行、环保出行,对电动自行车的使用也越来越多。传统的纯电动自行车的车速是通过手把进行调速,调速系统基于开环控制,安全性和舒适性都存在不足,而电动助力自行车是通过动力辅助系统检测骑行时的脚踏力大小,来控制助力电机的输出,从而实现助力电机对骑行状态的智能助力。动力辅助系统作为助力自行车的核心,是研究助力自行车的关键,动力辅助系统主要包括力矩传感器系统和助力电机控制系统。常见的力矩传感器的设计方案有转矩位移转换、应变片检测法以及使用逆磁致伸缩效应等。助力电机控制系统的设计包括对主控制电路的设计以及电机控制算法的实现。本文主要内容如下:(1)在力矩传感器设计方面,首先对国内外市场上几种力矩传感器进行研究和对比,提出一种基于应变片检测的曲柄力矩传感器系统设计方案,然后设计了曲柄轴的力学模型和新型曲柄轴机械结构,最后完成了力矩传感器电路的设计。曲柄力矩传感器主要由电阻应变片全桥、AD623仪表放大器以及曲柄机械结构等部分组成。为了提高曲柄力矩传感器信号的精度和稳定性,使用卡尔曼滤波对采集的力矩信号进行滤波处理。(2)在助力电机控制系统设计方面,首先完成了主控电路、电机驱动电路、电源检测电路的设计,然后完成系统软件与算法设计。使用TMS32f28027型号的32位DSP处理器作为主控芯片,采用无感BLDCM作为助力电机,然后引入反电动势法来检测助力电机的转子位置,使用矢量控制算法对电机的转矩进行控制。(3)最后完成整个动力辅助系统测试,测试工作包括对实验平台的搭建、电源检测电路的测试、新型曲柄轴应力测试、曲柄力矩传感器性能测试、助力电机输出测试。实验结果表明,该动力辅助系统工作稳定,测量脚踏力精度高,能够对电动助力自行车进行助力。