專利名稱：手推電動車的均速控制裝置的工作方法
技術領域：
本發明涉及電動車的均速控制的技術領域，具體是一種手推電動車的均速控制裝置的工作方法。
背景技術：
電動助力型手推小車(如高爾夫球車、手推殘疾車等手推電動車)使用電瓶、直流電機加控制器，以用戶手扶持掌握方向的方式工作，上面載有重物(如高爾夫球車放置多根球桿、球或其它物品，重量可達20Kg以上)，為了減少用戶的推力，通過調節速度旋鈕改變直流電機的速度高低，以便使電動車車速與用戶步行速度一致。但這種電動車在使用時，一旦電機的輸出力矩速度調節好后便是恒定的，當遇到阻力大的地面(如凹坑、草地等)上車速變慢；當遇到較光滑的地面，則車速較快，使用戶時需要加快步伐，有時需要減慢步伐或不停調節速度旋鈕，以保證車速與用戶的步伐一致，特別在下坡的情況下由于車載物體的重力作用，需要用戶需跑步跟蹤，從而給使用帶來了諸多不便。如何解決上述手推電動車在不同路面(如凹坑、草地、下坡等)行駛時的均速控制的問題，是本領域的技術難題。

發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種在不同路面行駛時適于保持勻速的手推電動車均速控制裝置的工作方法。為解決上述技術問題，本發明提供了一種手推電動車的均速控制裝置的工作方法，所述的均速控制裝置包括直流電機，用于驅動所述手推電動車上的一車輪；
中央控制器，與一霍爾傳感器相連，以采集所述直流電機的轉速；
車速設定電路，與所述中央控制器相連，用于設定手推電動車的車速；
PWM脈沖放大電路，與所述中央控制器的PWM脈沖信號輸出端相連；
開關電路，該開關電路的控制信號輸入端與所述PWM脈沖放大電路的脈沖信號輸出端相連，開關電路的電源輸出端與所述直流電機的電源輸入端相連；
所述中央控制器根據測得的手推電動車的車速與所述車速設定電路設定的車速的大小關系，控制輸出的所述PWM脈沖信號的占空比，開關電路根據所述PWM脈沖信號的占空比及所述車速驅動所述直流電機工作在電動狀態或制動發電狀態；
該均速控制裝置的工作方法包括
在所述PWM脈沖信號的作用下，開關電路的電源輸出端產生驅動電壓Uab，且所述PWM脈沖信號的占空比與所述驅動電壓Uab構成正比例關系；
當所述驅動電壓Uab大于所述直流電機的反電動勢Um時，所述直流電機工作在電動狀態；當所述驅動電壓Uab小于所述直流電機的反電動勢Um時，所述直流電機工作在制動發電狀態；
手推電動車的車身后端設有手推桿，車身與手推桿之間設有與所述中央控制器相連的壓カ傳感器；
當所述中央控制器通過該壓カ傳感器測得所述手推桿上存在推力時，增大所述PWM脈沖信號的占空比，直至測得所述手推桿上的推力為零時，保持當前的PWM脈沖信號的占空比不變；
當所述中央控制器通過該壓カ傳感器測得所述手推桿上存在拉カ時，減小所述PWM脈沖信號的占空比，直至測得所述手推桿上的拉カ為零時，保持當前的PWM脈沖信號的占空比不變；
中央控制器上連接有ー控制開關，用于設定中央控制器僅根據車速設定電路輸出的車 速設定信號控制實時車速，或僅根據所述壓カ傳感器的輸出控制實時車速。進ー步，手推電動車的車身后端設有手推桿，車身與手推桿之間設有與所述中央控制器相連的壓カ傳感器。當所述中央控制器通過該壓カ傳感器測得所述手推桿上存在推カ時，增大所述PWM脈沖信號的占空比，直至測得所述手推桿上的推力為零時，保持當前的PWM脈沖信號的占空比不變；當所述中央控制器通過該壓カ傳感器測得所述手推桿上存在拉カ時，減小所述PWM脈沖信號的占空比，直至測得所述手推桿上的拉カ為零時，保持當前的PWM脈沖信號的占空比不變；中央控制器上連接有ー控制開關，用于設定中央控制器僅根據車速設定電路輸出的車速設定信號控制實時車速，或僅根據所述壓カ傳感器的輸出控制實時車速。當實時車速與所述設定的車速之差小于預設值時，所述中央控制器進入雙脈沖寬度分時輸出的工作模式，即所述中央控制器根據實時車速，先后循環輸出相應占空比的適于控制所述直流電動機處于電動狀態的PWM脈沖信號即電動脈沖和發電制動狀態的PWM脈沖信號即制動脈沖，同時比較實時車速與所述設定的車速的大小，并相應調整輸出的所述電動脈沖和制動脈沖的時間長度，直至實時車速等于所述設定的車速且輸出的所述電動脈沖或制動脈沖的時間為零。應用權利要求I所述的工作方法的手推電動車的均速控制裝置，其特點是所述PWM脈沖放大電路包括第一、第二和第三反向緩沖放電器(IC3、IC5、IC6),第一、第二反向緩沖放電器(IC3、IC5)的信號輸入端與所述中央控制器的PWM脈沖信號輸出端相連,第二反向緩沖放電器(IC5)的信號輸出端與第三反向緩沖放電器(IC6)的信號輸入端相連,第一、第三反向緩沖放電器(IC3、IC6)的信號輸出端即為所述PWM脈沖放大電路的脈沖信號輸出端；第一、第二和第三反向緩沖放電器(IC3、IC5、IC6)的信號輸出端分別經第一、第二和第三電阻(Rl、R2和R3)與一 +5V直流源相連。本發明具有積極的效果(I)本發明的手推電動車的均速控制裝置，針對電動車下坡加速的缺點，利用單片機檢測電動機轉速大小，采用適于使直流電機制動放電的PWM驅動電路，由單片機通過調整PWM脈沖信號的占空比，使小車輪流工作在電動和制動兩種狀態下自動調整小車速度，始終保持設定的車速。(2)本發明中，通過檢測手推電動車的手推桿上的推力，自動調整小車速度，以使車速始終與推行者的歩行速度保持一致。壓カ傳感器發出的力大小信號經過放大后，送單片機A/D轉換，單片機根據轉換數值，發出不同脈沖寬度的PWM脈沖，脈沖經過功率放大后驅動電機工作在相應的轉速下。


為了使本發明的內容更容易被清楚的理解，下面根據的具體實施例并結合附圖，對本發明作進一步詳細的說明，其中
圖I為直流電機的電動和制動發電原理 圖2為實施例中的與直流電機相連的開關電路的電路原理 圖3為實施例中的直流電機處于電動狀態時的電流回路示意 圖4為實施例中的直流電機處于制動發電狀態時的電流回路示意圖； 圖5為實施例中的直流電機處于電動狀態時中央控制器送至第一 VMOS開關管VT1、第二 VMOS開關管VT2的柵極上的PWM脈沖信號的波形 圖6為實施例中的直流電機處于制動發電狀態時中央控制器送至第一 VMOS開關管VT1、第二 VMOS開關管VT2的柵極上的PWM脈沖信號的波形 圖7為實施例中的手推電動車的俯視 圖8為實施例中的手推電動車的均速控制裝置的電路原理 圖9為實施例中的所述均速控制裝置中的壓力傳感器及其信號放大電路的原理 圖10為實施例中的所述均速控制裝置中的中央控制器的程序框圖。
具體實施例方式本實施例的手推電動車的均速控制裝置包括直流電機，用于驅動所述手推電動車上的一車輪；中央控制器，與一霍爾傳感器相連，以采集所述直流電機的轉速；車速設定電路，與所述中央控制器相連，用于設定手推電動車的車速；PWM脈沖放大電路，與所述中央控制器的PWM脈沖信號輸出端相連；開關電路，該開關電路的控制信號輸入端與所述PWM脈沖放大電路的脈沖信號輸出端相連，開關電路的電源輸出端與所述直流電機的電源輸入端相連；所述中央控制器根據測得的手推電動車的車速與所述車速設定電路設定的車速的大小關系，控制輸出的所述PWM脈沖信號的占空比，開關電路根據所述PWM脈沖信號的占空比及所述車速驅動所述直流電機工作在電動狀態或制動發電狀態。在所述PWM脈沖信號的作用下，開關電路的電源輸出端產生驅動電壓UAB，且所述PWM脈沖信號的占空比與所述驅動電壓Uab構成正比例關系；當所述驅動電壓Uab大于所述直流電機的反電動勢Um時，所述直流電機工作在電動狀態；當所述驅動電壓Uab小于所述直流電機的反電動勢Um時，所述直流電機工作在制動發電狀態。所述PWM脈沖放大電路包括第一、第二和第三反向緩沖放電器IC3、IC5、IC6，第一、第二反向緩沖放電器IC3、IC5的信號輸入端與所述中央控制器的PWM脈沖信號輸出端相連，第二反向緩沖放電器IC5的信號輸出端與第三反向緩沖放電器IC6的信號輸入端相連，第一、第三反向緩沖放電器IC3、IC6的信號輸出端即為所述PWM脈沖放大電路的脈沖信號輸出端；第一、第二和第三反向緩沖放電器IC3、IC5、IC6的信號輸出端分別經第一、第二和第三電阻Rl、R2和R3與一 +5V直流源相連。所述開關電路包括第一、第二 VMOS開關管VT1、VT2和第一、第二快恢復二極管D1、D2 ;所述第一、第三反向緩沖放電器IC3、IC6的信號輸出端分別與第二、第一 VMOS開關管VT2、VT1的柵極相連，第一 VMOS開關管VTl源極與一蓄電池的正極相連，第一 VMOS開關管VTl的漏極與第二 VMOS開關管VT2的源極相連，第二 VMOS開關管VT2的漏極與所述蓄電池的負極相連 ，第一 VMOS開關管VTl的漏極與源極分別與所述第一快恢復ニ極管Dl的陽極與陰極相連，第二 VMOS開關管VT2的漏極與源極分別與所述第二快恢復ニ極管D2的陽極與陰極相連；所述直流電機的負極、正極分別與所述直流電源的負極和第一 VMOS開關管VTl的漏極相連。如圖7，手推電動車的車身I的后端設有手推桿2，車速設定電路中的控制旋鈕設于該手推桿2的末端。車身I與手推桿2之間設有與所述中央控制器相連的壓カ傳感器。中央控制器上相連有ー控制開關K，用于設定中央控制器僅根據車速設定電路輸出的車速設定信號控制實時車速，或僅根據所述壓カ傳感器的輸出控制實時車速。當所述中央控制器通過該壓カ傳感器測得所述手推桿上存在推力時，增大所述PWM脈沖信號的占空比，直至測得所述手推桿上的推力為零時，保持當前的PWM脈沖信號的占空比不變；其中，PWM脈沖信號的占空比的增大幅度與所述推力成正比，具體的參數可通 過實驗得出。也可使所述占空比每次增加5-10%。當所述中央控制器通過該壓カ傳感器測得所述手推桿上存在拉カ吋，減小所述PWM脈沖信號的占空比，直至測得所述手推桿上的拉カ為零時，保持當前的PWM脈沖信號的占空比不變。其中，PWM脈沖信號的占空比的增大幅度與所述拉カ成正比，具體的參數可通過實驗得出。也可使所述占空比每次減小5-10%。所述直流電機的正極與所述第一 VMOS開關管VTl的漏極之間串聯有電流表A，該電流表A的電流方向信號輸出端與所述中央控制器的電機工作狀態檢測端相連；當電流表A輸出正電平吋，所述直流電機工作在電動狀態；當電流表A輸出負電平吋，所述直流電機工作在制動發電狀態；當電流表A輸出零電平時，所述驅動電壓Uab等于所述直流電機的反電動勢Um。所述中央控制器通過霍爾傳感器檢測手推電動車的實時車速，當實時車速高于所述車速設定電路的設定數值時，根據所述實時車速高于所述設定數值的比例，相應減小輸出的所述PWM脈沖信號的占空比(即實時車速高于所述設定數值的比例越大，相應減小的所述占空比幅度就越大，例如若所述實時車速比所述設定數值高10%，則相應減小所述占空比10%) ;1_3秒后，若測得實時車速仍然高于所述設定數值時，再次根據所述實時車速高于所述設定數值的比例，相應減小所述占空比(例如若此時的車速比所述設定數值高5%，則相應減小當前的PWM脈沖信號的占空比5%)，若此時的車速與所述設定數值的差值的絕對值在所述設定數值的2%以內，則判斷此時的實時車速等于所述車速設定電路的設定數值，則保持當前的PWM脈沖信號的占空比不變。當所述實時車速低于所述設定數值時，根據所述實時車速低于所述設定數值的比例，相應增大輸出的所述P麗脈沖信號的占空比(即實時車速低于所述設定數值的比例越大，相應增大的所述占空比的幅度就越大，例如若所述實時車速比所述設定數值低10%，則相應增大所述占空比10%) ; 1-3秒后，若測得所述實時車速仍然低于所述設定數值時，再次根據所述實時車速低于所述設定數值的比例，相應增大所述占空比，如此反復，直至所述實時車速等于所述車速設定電路的設定數值時，保持當前的PWM脈沖信號的占空比不變。當所述中央控制器通過所述電流表A測得直流電機處于制動發電狀態，且測得所述車速低于設定數值時，增大所述PWM脈沖信號的占空比，直至測得所述電流表A輸出零電平時，保持當前的PWM脈沖信號的占空比不變；然后在1-3秒內，若測得所述實時車速持續增大時，則判斷當前車輛處于下坡道上；同時，根據單位時間內的速度增量計算加速度；當測得的實時車速達到所述車速設定電路的設定數值時，根據當前的實時車速和所述加速度，相應降低所述PWM脈沖信號的占空比，以使所述直流電機工作在制動發電狀態，并使當前車輛的加速度為零。車速設定電路包括電阻R4和帶旋鈕型可變電阻R5 ;通過改變電阻R5的阻止，即可調整相應的車速設定值。壓力傳感器包括金屬絲型電阻應變片R11、R12、R13和R14，與該壓力傳感器的信號輸出端相連的信號放大電路包括高輸入阻抗型運放IC7 (型號為LF356)。當壓力傳感器受壓力時，電阻應變片Rll和R13的內阻變小，R12和R14的內阻變大，運放IC7輸出負電壓；當壓力傳感器拉壓力時，電阻應變片Rll和R13的內阻變大，R12和R14的內阻變小，運放IC7輸出正電壓。所述中央控制器為單片機ICl，其采用內部具有FLASH程序存儲器和4路A/D轉換
器和4路PWM脈沖發生器的P87LPC768芯片，IC2為集成穩壓芯片7805，第一、第二和第三反向緩沖放電器IC3、IC5、IC6使用OC門電路(型號為7406)，霍爾傳感器包括可采用開關型集成霍爾電路IC4 (型號為6837)，快恢復二極管使用FR304，VMOS可采用IRF540。圖I中，第一、三象限的電機正轉和反轉是工作在電動狀態(即電機輸出正扭矩)，而第二、四象限是工作在發電制動狀態(即電機輸出負扭矩)。以采用圖2有制動的不可逆PWM驅動方式為例，Us為即蓄電池，Uil、Ui2分別為VT2和VT2的驅動電壓，如圖5所示，通過PWM脈沖放大電路輸出兩組反向的PWM脈沖信號，保證VT1、VT2不同時導通。圖3為直流電機M工作在電動狀態的電流方向，在PWM脈沖的0_tl (圖5所示)階段VTl導通，電流依次流經Us+、VT1、M和Us-，電機M處于電動狀態如圖3中回路I所示；在PWM脈沖的tl-t2 (圖5所示)階段VTl截止，電源被截斷，電樞繞組的自感電動勢使電流從續流二極管D2形成回路如圖3中回路2所示，電機M仍處于電動驅動狀態，盡管此時VT2柵極為高電平Ui2，但由于D2的嵌位作用VT2并不導通。當PWM脈沖的占空比逐漸變小(如圖6所示)，直到加在直流電機上的正向平均電壓Uab小于直流電機的反電動勢UM，此時，直流電機的電流反向流動，產生制動轉矩。圖6中的Ο-tl階段，VTl導通，直流電機工作在再生制動狀態，電流的流動如圖4中回路3所示，對電源充電；圖6的tl-t2階段，VT2導通，直流電機工作在能耗制動狀態，電流的流動如圖4中回路4所示；
當實時車速與所述設定的車速之差小于預設值時，且在控制直流電機進入制動狀態時，可能將會引起過度減小速度的情況下，可采用電動和制動分時交替驅動的工作模式(雙脈沖寬度分時輸出的工作方式)，即所述中央控制器根據實時車速，先后循環輸出相應占空比的適于控制所述直流電動機處于電動狀態的PWM脈沖信號(即電動脈沖)和發電制動狀態的PWM脈沖信號(即制動脈沖)，同時比較實時車速與所述設定的車速的大小，并相應調整輸出的所述電動脈沖和制動脈沖的時間長短，在2-3秒仍然不能滿足勻速要求時，再相應調整電動脈沖和制動脈沖的占空比(即若實時車速大于所述設定的車速，則分別減小電動脈沖的占空比，增大制動脈沖的占空比；反之，則分別增大電動脈沖的占空比，減小制動脈沖的占空比)，直至實時車速等于所述設定的車速且輸出的所述電動脈沖或制動脈沖的時間為零。
圖7為手推電動車的俯視圖，其中測定速度是使用霍爾傳感器，其包括開關型霍爾元件5和磁鐵4，霍爾元件5安裝在電機固定機身上，霍爾元件5的輸出接到單片機中斷口上(具體電路結構見圖8)，與之相對的車3的轉軸上一周均勻安裝有4個磁鐵4，這樣車輪每轉動ー圈，將產生4個中斷脈沖，轉速的檢測采用中斷計數方法，即在收到中斷信號后開始循環計數，再次收到中斷信號停止上次計數、啟動下次計數，并將兩次計數數值進行比較后確定速度的變化。上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而并非是對本發明的實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而這些屬于本發明的精 神所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發明的保護范圍之中。
權利要求
1.一種手推電動車的均速控制裝置的工作方法，其特征在于所述的均速控制裝置包括 直流電機，用于驅動所述手推電動車上的一車輪； 中央控制器，與一霍爾傳感器相連，以采集所述直流電機的轉速； 車速設定電路，與所述中央控制器相連，用于設定手推電動車的車速； PWM脈沖放大電路，與所述中央控制器的PWM脈沖信號輸出端相連； 開關電路，該開關電路的控制信號輸入端與所述PWM脈沖放大電路的脈沖信號輸出端相連，開關電路的電源輸出端與所述直流電機的電源輸入端相連； 所述中央控制器根據測得的手推電動車的車速與所述車速設定電路設定的車速的大小關系，控制輸出的所述PWM脈沖信號的占空比，開關電路根據所述PWM脈沖信號的占空比及所述車速驅動所述直流電機工作在電動狀態或制動發電狀態； 該均速控制裝置的工作方法包括 在所述PWM脈沖信號的作用下，開關電路的電源輸出端產生驅動電壓Uab，且所述PWM脈沖信號的占空比與所述驅動電壓Uab構成正比例關系； 當所述驅動電壓Uab大于所述直流電機的反電動勢Um時，所述直流電機工作在電動狀態；當所述驅動電壓Uab小于所述直流電機的反電動勢Um時，所述直流電機工作在制動發電狀態； 手推電動車的車身后端設有手推桿，車身與手推桿之間設有與所述中央控制器相連的壓力傳感器； 當所述中央控制器通過該壓力傳感器測得所述手推桿上存在推力時，增大所述PWM脈沖信號的占空比，直至測得所述手推桿上的推力為零時，保持當前的PWM脈沖信號的占空比不變； 當所述中央控制器通過該壓力傳感器測得所述手推桿上存在拉力時，減小所述PWM脈沖信號的占空比，直至測得所述手推桿上的拉力為零時，保持當前的PWM脈沖信號的占空比不變； 中央控制器上連接有一控制開關，用于設定中央控制器僅根據車速設定電路輸出的車速設定信號控制實時車速，或僅根據所述壓力傳感器的輸出控制實時車速。
2.應用權利要求I所述的工作方法的手推電動車的均速控制裝置，其特征在于所述PWM脈沖放大電路包括第一、第二和第三反向緩沖放電器(IC3、IC5、IC6),第一、第二反向緩沖放電器(IC3、IC5)的信號輸入端與所述中央控制器的PWM脈沖信號輸出端相連,第二反向緩沖放電器(IC5)的信號輸出端與第三反向緩沖放電器(IC6)的信號輸入端相連,第一、第三反向緩沖放電器(IC3、IC6)的信號輸出端即為所述PWM脈沖放大電路的脈沖信號輸出端； 第一、第二和第三反向緩沖放電器(IC3、IC5、IC6)的信號輸出端分別經第一、第二和第三電阻(Rl、R2和R3)與一 +5V直流源相連。
3.根據權利要求2所述的手推電動車的均速控制裝置，其特征在于所述開關電路包括第一、第二 VMOS開關管(VT1、VT2)和第一、第二快恢復二極管(D1、D2);所述第一、第三反向緩沖放電器(IC3、IC6)的信號輸出端分別與第二、第一 VMOS開關管(VT2、VT1)的柵極相連，第一 VMOS開關管(VTl)源極與一蓄電池的正極相連，第一 VMOS開關管(VTl)的漏極與第二 VMOS開關管(VT2)的源極相連，第二 VMOS開關管(VT2)的漏極與所述蓄電池的負極相連； 第一 VMOS開關管(VTl)的漏極與源極分別與所述第一快恢復二極管(Dl)的陽極與陰極相連，第二 VMOS開關管(VT2)的漏極與源極分別與所述第二快恢復二極管(D2)的陽極與陰極相連；所述直流電機的負極、正極分別與所述直流電源的負極和第一 VMOS開關管(VTl)的漏極相連。
全文摘要
本發明涉及一種在不同路面行駛時適于保持勻速的手推電動車的均速控制裝置的工作方法，均速控制裝置包括直流電機、與一霍爾傳感器相連的用于采集直流電機的轉速的中央控制器、車速設定電路、PWM脈沖放大電路和開關電路；中央控制器根據測得的手推電動車的車速與車速設定電路設定的車速的大小關系，控制輸出的PWM脈沖信號的占空比，開關電路根據PWM脈沖信號的占空比及車速驅動直流電機工作在電動狀態或制動發電狀態；在PWM脈沖信號的作用下，開關電路的電源輸出端產生驅動電壓UAB，且PWM脈沖信號的占空比與驅動電壓UAB構成正比例關系；當驅動電壓UAB大于直流電機的反電動勢UM時，直流電機工作在電動狀態。
文檔編號H02P7/29GK102710197SQ20121019658
公開日2012年10月3日 申請日期2011年2月25日 優先權日2011年2月25日
發明者楊龍興 申請人:江蘇技術師范學院