基于霍爾元件的力矩傳感控制系統(tǒng)的研究與實現(xiàn).pdf

1、目前，電動助力自行車日益受到市場的歡迎，人們在追求出行方便的同時，也特別關(guān)注健康、環(huán)保等方面的問題。智能電動自行車相比于傳統(tǒng)的電動自行車最明顯的區(qū)別就是其具有智能助力功能。傳統(tǒng)的電動自行車由于其設(shè)計的缺陷，不能實時動態(tài)地調(diào)整電機輸出功率。當(dāng)面臨某些特殊使用環(huán)境時，例如，騎行者面對風(fēng)的阻力、上坡或者其他情況時，需要用很大的人力才能實現(xiàn)平穩(wěn)行駛。此時，傳統(tǒng)的電動自行車這種方式不僅控制效果差，而且影響電機和電池的使用壽命。相反，智能電動助力自

2、行車由于能夠?qū)崟r、動態(tài)地檢測騎行者的施力狀態(tài)，并調(diào)節(jié)電機的輸出功率，從而使得騎行者在逆風(fēng)或者上坡過程中達(dá)到用力不費力的駕駛感受。
　　智能電動助力自行車的核心設(shè)備是力矩傳感器。力矩傳感器能夠檢測到騎行者用力變化所產(chǎn)生的信號，進而通過算法處理后來控制電機實現(xiàn)助力。然而，現(xiàn)有電動自行車使用的力矩傳感器存在所采集模擬信號數(shù)量少、速度慢和靈敏度低等問題，使得騎行者在騎行過程中，電機輸出功率不穩(wěn)定，助力效果不明顯。針對上述問題，論文提出一種

3、基于兩對霍爾元件的力矩傳感器設(shè)計方法。主要開展的研究工作如下:
　　(1)論文首先介紹了所設(shè)計的力矩傳感器的結(jié)構(gòu)。力矩傳感器的核心是與內(nèi)磁環(huán)與外磁環(huán)對應(yīng)的兩對霍爾元件。為了配合這兩對霍爾元件的工作，采用表面充磁的多極磁環(huán)，并增加磁導(dǎo)部，設(shè)計霍爾元件與磁導(dǎo)部之間的相對位置關(guān)系，從而增強檢測的精度。
　　(2)論文詳細(xì)分析了電動助力自行車的受力情況。在此基礎(chǔ)上分析了力矩信號轉(zhuǎn)換模型，并理論推導(dǎo)了所設(shè)計的力矩傳感器的工作原理。實驗

4、結(jié)果表明在彈簧形變一定的條件下，騎行者不同蹬踏頻率，所設(shè)計的力矩傳感器反饋的信號經(jīng)過算法處理后，所得到的歸一化時間差基本穩(wěn)定。并且，隨著形變量的不斷增加，歸一化時間差也越來越大。
　　(3)為了能夠?qū)崿F(xiàn)對電機輸出功率的智能控制，論文設(shè)計了基于PID控制算法的電機輸出功率控制模型以及相關(guān)的控制電路?？刂齐娐钒ㄐ盘柌杉?、信號處理和電機控制器電路。通過大量實驗，得到了PID控制最優(yōu)參數(shù)，實現(xiàn)了陡坡起步和平路平穩(wěn)助力效果，保證騎行者用力