電動(dòng)自行車控制器的技術(shù)原理解析

現(xiàn)代電動(dòng)自行車技術(shù)的發(fā)展已使控制器遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了傳統(tǒng)的單一驅(qū)動(dòng)控制功能，成為了電動(dòng)自行車的能量管理與控制中心，這是保障電動(dòng)自行車安全行駛、舒適騎行、獲得高動(dòng)力性能與經(jīng)濟(jì)、節(jié)能的核心與關(guān)鍵。它對(duì)各種工作狀態(tài)信息進(jìn)行采樣、比較與分析并轉(zhuǎn)換為一系列控制或保護(hù)指令，自動(dòng)監(jiān)控電機(jī)和控制電路使電動(dòng)自行車得以安全可靠運(yùn)行。電機(jī)的控制系統(tǒng)性能與質(zhì)量的優(yōu)劣將決定電動(dòng)自行車的動(dòng)力性能、駕駛性能和安全性能。

　　電動(dòng)自行車控制器的產(chǎn)品日新月異，技術(shù)突飛猛進(jìn)，但電動(dòng)自行車行業(yè)里人們的認(rèn)知水平參差不齊，為普及電動(dòng)自行車控制器的知識(shí)和提高這一門類科技水平，在這里，我們從基本控制原理到由單片機(jī)(MCU)控制構(gòu)成的智能化系統(tǒng)做相應(yīng)的介紹。

　　為了說明原理，我們將電動(dòng)自行車電機(jī)(有刷、無刷)的主控回路等效為簡(jiǎn)單的電機(jī)控制電路如下圖1-1加以說明：

　　根據(jù)電機(jī)的工作特性，改變電樞電壓，就能改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，由于電動(dòng)自行車的電池電壓基本上是固定的，若想實(shí)現(xiàn)速度的調(diào)節(jié)，那么就必須想辦法對(duì)施加電機(jī)的電樞電壓進(jìn)行調(diào)控變換;同時(shí)，電動(dòng)自行車在使用中遇到堵轉(zhuǎn)、上坡等實(shí)際情況時(shí)，它的工作電流會(huì)非常大，從等效電路可以看出，雖存在只有0.4Ω左右的內(nèi)阻，但如果按電源電壓48V計(jì)算，其電流值 I=U/R=48V÷0.4Ω=120A，這么大的電流，它的危害可想而知：對(duì)電機(jī)自身易燒毀繞組，對(duì)整車易燒毀主回路導(dǎo)線，同時(shí)易造成電池過放電，使電池?fù)p毀等致命問題。

　　如何解決在電池供電條件下實(shí)現(xiàn)電機(jī)速度的調(diào)節(jié)?如何對(duì)電流進(jìn)行操控?這是本章引入的主題，也是我們要闡述電動(dòng)自行車控制系統(tǒng)的基本原理。

　　我們知道，電機(jī)為電感性負(fù)載，電感又是個(gè)儲(chǔ)能元件，電感線圈在突然斷電時(shí)，會(huì)產(chǎn)生泵升電壓，即反電勢(shì)，那么就可將其看作為可變電壓源。這樣我們就可以將電動(dòng)自行車所使用的永磁電機(jī)主控回路等效為如下圖1-2電路，進(jìn)行剖析：

　　那么，根據(jù)以上等效電路，我們就可以找出它的計(jì)算方法，如果對(duì)電機(jī)外施加電壓U，其電壓方程式為：U=E+IR+L公式(1-1)

　　產(chǎn)生的反電勢(shì)為：E=KE公式(1-2)

　　產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩為：T=KTI公式(1-3)

　　式中KE為反電勢(shì)常數(shù)、KT為轉(zhuǎn)矩常數(shù)，n為電機(jī)轉(zhuǎn)速。