电动代步车续航能力提升的控制方法研究

摘要

电动代步车因其结构简单、操作方便等特点被老年人广泛应用，其发展也比较迅速。针对电动代步车的续航研究能为环保节能做出一定贡献，具有重要意义。本文通过分析电动代步车续航能力的影响因素，提出使用DC/DC（直流/直流）变换器和能量回收来提升电动代步车的续航能力。本文主要研究工作如下： （1）对电动代步车的续航里程进行了计算，分析出影响电动代步车续航能力的因素。针对这些因素提出了几种提高电动代步车续航能力的方法。经过对比分析，最终选择通过对电动代步车的驱动方式进行优化和对电动代步车制动能量进行回收，来提高电动代步车的续航能力。 （2）由于传统驱动方式中三相全桥电路采用H_PWM-L_ON（上桥臂脉宽调制、下桥臂持续导通）的调制方式会导致驱动电路和电机产生大量损耗，本文设计了基于DC/DC变换器的无刷直流电机驱动系统。对DC/DC变换器进行了分析，选取交错并联两相双向半桥电路作为双向DC/DC变换器；阐述了两相双向半桥电路的工作方式，提出使用同步整流技术减小该电路的损耗；无刷直流电机驱动系统中的三相全桥电路采用H_ON-L_ON（只换相、不进行脉宽调制）方式；设计了无刷直流电机的调速策略。通过仿真试验证明，该方法可以有效的减小开关损耗和电机铁耗。 （3）为了对电动代步车的制动能量进行回收，分析了几种电动代步车制动方式，选择了能量回馈制动方式；比较了能量回馈制动中全桥调制和半桥调制的优缺点，选择半桥调制方式作为能量回馈制动的调制方式；阐述了半桥回馈制动的过程，提出使用同步整流技术减小二极管续流损耗；总结了回馈制动的限制条件，选择使用制动电流恒定方式作为电动代步车能量回馈制动的控制策略。 （4）为验证基于DC/DC变换器的无刷直流电机驱动系统和电动代步车能量回馈制动对电动代步车续航能力的提升效果，设计了以STM32F103RCT6为主控芯片的硬件电路和软件流程图。通过对比试验可知，在蓄电池为8.8A.h和行驶速度为6km/h时，本文所述方法比传统驱动方式的续航里程高12.7%，验证了本文所述方法的有效性。

目录

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第1章 绪论

1.1 课题来源

1.2 课题研究背景及意义

1.3 电动代步车续航研究现状

1.4 本文主要研究内容

第2章 电动代步车续航能力影响因素分析

2.1 电动代步车驱动系统结构

2.2 影响电动代步车续航能力的因素

2.2.1 电动代步车续航里程分析

2.2.2电动代步车续航能力的影响因素

2.3 提高电动代步车续航能力的方法

2.4 本章小结

第3章 续航能力提升的驱动方式分析

3.1 无刷直流电机驱动系统结构设计

3.1.1 驱动系统结构设计

3.1.2 双向DC/DC 变换器的拓扑结构

3.1.3 拓扑结构的选取

3.2 驱动系统工作方式

3.2.1 单相双向半桥电路工作原理

3.2.2 基于同步整流技术的单相双向半桥电路工作原理

3.2.3 两相双向半桥变换器工作方式

3.2.4 三相全桥电路换相方式

3.3 驱动系统速度调制策略

3.4 驱动系统仿真试验

3.5 本章小结

第4章 电动代步车能量回馈制动控制

4.1 电动代步车能量回馈制动分析

4.2 半桥斩波回馈制动过程

4.3 同步整流半桥斩波回馈制动

4.4 回馈制动的控制策略

4.5 本章小结

第5章 系统硬件和软件设计及续航能力验证

5.1系统硬件设计

5.1.1 电源电路

5.1.2 主控电路

5.1.3 DC/DC变换器电路

5.1.4 三相全桥电路

5.1.5 电流检测电路

5.1.6 霍尔检测电路

5.2系统软件设计

5.2.1 主程序

5.2.2 中断子程序

5.3 续航能力验证及结果分析

5.4 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

附录