电动自行车控制器的设计

第一章绪论

1.1 课题的研究意义

电动自行车在上世纪60年代就开始研制，然而生不逢时。上煎纪90年代，在环保和节能潮流游的推动下，电动自行车再次展现出新的生机。电动自行车的出现和普及，缓解了城市的交通压力，绘人们的出行带来了极大的方便，具有良好的社会意义。它的作用主要表现在以下几个方面：

1、为人们提供一种灵活机动的出行交通工具

随着改革开放的深入，几乎所有城市都在规划市政蓝图，市区范围迅速向农村伸展，城市的交通压力越来越大；同时农村“村村通公路"政策的实施，使人们出行里程明显增加。因此合适的交通工具的出现反映了这种市场需求， 90年代初燃油助力车的火爆旺销现象就是这种供求关系的证明。

国外人们出行普遍选择小汽车，而在中国，只有少数人才能买的起小汽车，而绝大多数人还不具备买小汽车的经济能力。同时燃油价格的飞速上涨，停车库位的紧张也阻碍了人们对小汽车的购买力。摩托车曾一度成为人们理想的出行工具，但我国城市道路的严重不足，一般城市很难大量接纳卡车、轿车甚至摩托车，很多城市都已经“禁摩”。电动自行车具有摩托车的优点，速度、外观、乘载货物都能与摩托车相媲美，且轻便灵活、价格适中、嗓音低，在行进过程中基本不会发生交通堵塞的情况。因此在摩托车受限制的情况下，从市政、交通、收入等客观现状来看，选择电动自行车出行是市民比较理想的交通王具之一。

2．节能环保，缓解能源紧张问题

能源紧张、环境污染、大气污染已是全球性的问题，而我国尤为严重，人口占世界20％，石油储藏量仅占l.8％，目前社会经济高速发展，对石油能源需求很大，电动自行车“以电代油"，是未来交通的发展方向。

如果以电动自行车代替摩托车，可以做如下计算：一辆摩托车的l00公里油耗以2公升计算，年平均行驶l万公里，以8年寿命计算，每辆摩托车的总油耗为l.184吨。全国年产1000万辆电动自行车，就为社会带来的油料节约高达量1184万吨。

每辆摩托车年耗油200公升，汽油以每公升4元计算，8年期内的总能源支出为6400元；电动自行车每百公里电耗约1.2度，年行驶l万公里，总电量为120度，每度电以O．5元计算，则8年内的总支出为480元，仅为摩托车油费支出的7.5％，节约费用高达5920元，以年产lOOO 万辆计算，电动自行车为人民群众节约能源支出总值达592亿元。

燃油尾气是大气污染的主要因素，尤其是燃油机动车辆的尾气排放。电动自行车采用电能驱动，不产生任何有害气体，这是小汽车和摩托车无法比拟的。

计算一辆摩托车的尾气排放情况，以较高水平的欧II标准限值保守估算，每公里有害物质净值排放分别为：一氧化碳5.5克，碳氢化合物1.2克，氮氧化合物O.3克，仅此三项合计为7克。年行驶1万公里，则排放有害物质净值70千克，8年寿命则总排放560千克。由此可以，以电动自行车车代替摩托车的环境收益巨大。以2005年为例，全国总产量若为1000万辆，则其环境总效益为：“减少有害物质总排放560万吨”。

3．电动自行车产业潜在市场巨大

中国发展电动车具有独特的有利条件。其中，一个非常重要的因素是市场。中国人口众多，具有世界最庞大的自行车市场。目前自行车拥有量为4亿多辆，如把10％的自行车换成电动自行车，就需4000万辆电动自行车，以每辆均价500元计算，就是60个亿，这是一个巨大的市场。

1999年5月国家质量技术监督局发布了《电动自行车通用技术条件》国家标准，为电动

自行车规模化生产提供了条件，经过2003、2004年连续两年的快速发展，中国电动自行车行业呈现出一片欣欣向荣的景象。2005年全行业电动自行车产销量在1200万辆左右，对比2004年增长率在15％-20％左右，销售规模达到150亿元。从全球市场上看日本雅马哈、本田、三洋、松下等知名公司纷纷进入电动自行车行业且日益扩大生产规模；德、英、奥、意、美等国著名的自行车厂商和公司在也纷纷加入。可以说，电动自行车产业有着非常广阔的应用前景。

1.2 电动自行车的现状

目前我国市场上国产电动自行车的品种规格较多，驱动多数用有刷或无刷的轮式直流电机，工作电压为24V、36V和48V，功率在150W～400W之间；蓄电池一般用的是免维护铅酸电池，容量为12AH，充电时间在3～8小时之间，充电一次行驶里程约50km，车速低于20km／h，爬坡能力在4度以下；车型有简易型和豪华型，车重约35kg，载重量约70kg，百公里耗电量1KW左右。

1.2.1 电动自行车的构成

电动自行车主要由四个部分组成：车架、电源(蓄电池)、电机和控制器。车架部分不作讨论，其他部分介绍如下：

1．电源(蓄电池)

电源为电动自行车动力系统及控制系统提供能量。蓄电池的电能容量、伏安特性、寿命等质量因素对整个动力系统有非常大的影响阳1。目前电动自行车用蓄电池基本是经济实惠的铅酸电池。大多数电动自行车采用48V12AH、36V12AH铅酸电池，24V12AH的电池由于续行里程较短，选择得比较少。环保效能更好的镍氢电池和锂电池则因为成本较高，导致配载这两种电池的电动自行车售价偏高。

如果其成本有所下降，进而降低车的售价，那么以配载锂电池与镍氢电池为主的电动自行车将会大面积普及。燃氢电池、纳米碳管蓄能高、寿命长、性能优良但成本高昂，随着科技的发展，它们将是未来电动自行车动力源的发展方向。

2.电机．

电气技术发展到今天，各种电机的生产控制技术已经相当成熟，电动自行车电机有多种可以选择，但普遍选择的还是有刷直流电动机和无刷直流电动机(BLDCM)。采用这两种电机的原因在于它们的控制方法简单，整车成本相对低廉，控制性能可以满足自行车要求。无刷直流电动机控制稍复杂，但因没有电刷而在寿命、安全方面优于有刷直流电机。电动自行车电机的驱动方式有：轮毂式驱动、中置式驱动和悬挂式驱动。市场上电动自行车以轮毂驱动为主，而轮毂驱动又以后轮驱动为好，前轮驱动性能相对较差。绝大多数电动自行车采用的是直流轮毂电机，它们为外转子式，这样定子可以固定在轴承上，非常适用于电动车的驱动。3．控制器

控制器是无刷直流电动机正常运行并实现各种调速伺服功能的指挥中心，它主要完成以下几个功能：

(1)对转子位置检测器输出的信号、PWM调制信号、刹车信号等进行逻辑综合，为驱动电路提

供各开关管的斩波信号和选通信号，实现电机的正反转和停车控制。