基于扭矩传感器的助力自行车中置系统的设计与开发

       在机械传动系统中，扭矩是反映系统性能的一个基本参量[1]。利用适当的扭矩测量装置，在线实时地测量和控制扭矩,对于保障整个系统稳定的运行具有十分重要的意义。 当前的电动自行车绝大多数采用轮毂电机来驱动，轮毂式驱动将电机置于车体前轮或后轮，造成整车重心靠前或靠后，不符合人们的骑行方式，而且行车速度完全依赖转把控制，存在较大的交通隐患。同时，这种轮毂式的机械结构还使得安装和检修的难度增大，无形增大了电动自行车的使用成本和故障率。中置控制系统是指将驱动电机从前后轮解放出来，它不采用轮毂电机而采用高速直流无刷电机，电机被安装于自行车的中轴。中置控制系统集力矩传感、电机控制于一体，取消了转把控制器，创新性的通过采集人踩脚踏板的力的大小以及人踩脚踏的频率和方向，来控制电机驱动力的大小，力矩越大，驱动力越大，具有出色的骑行效果，必将成为电动自行车的发展方向。 本文设计的中置系统，主要围绕两大关键技术展开：扭矩传感器和矢量控制器。扭矩传感器采用无线技术和应变片技术；矢量控制器采用Microchip公司的dsPIC30F6010A作为主芯片，霍尔传感器ACS712作为电流传感器、仙童的FAN7888作为MOS管的驱动。 本文不仅设计了扭矩传感器和FOC矢量控制器的硬件，还在硬件设计的基础上设计了软件系统，软件系统包括力矩传感器程序、FOC控制器主程序、Ia，Ib电流采样、Clark、Park变换以及反变换等程序。