近年來(lái),電動(dòng)自行車、電動(dòng)摩托車等以電機(jī)作為主要驅(qū)動(dòng)裝置的二輪車輛已經(jīng)成為我國(guó)交通體系中的重要組成部分,是電動(dòng)車輛多樣化的重要體現(xiàn)。而電動(dòng)助力自行車作為一種新型的高科技交通工具,以其“電動(dòng)助力”的功能,在起步、爬坡和頂風(fēng)情況下達(dá)到省力騎行的效果,具有巨大的科研價(jià)值和廣闊的市場(chǎng)前景。助力扭矩控制算法作為電動(dòng)助力自行車最核心的控制策略,直接影響著騎行的舒適度。在遇到上坡路你況或者載重變化的情況下,需要如何提供助力是一個(gè)顯而易見(jiàn)的問(wèn)題。因此,本文針對(duì)電動(dòng)助力自行車提出了一種自適應(yīng)的助力扭矩控制算法,使得車輛在載重變化和道路坡度干擾下,仍能維持穩(wěn)定的車輛行駛狀態(tài),達(dá)到較優(yōu)的助力騎行感受。首先,根據(jù)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析,建立整車縱向動(dòng)力學(xué)的數(shù)學(xué)模型,同時(shí)建立踩踏力矩估算模型以及助力電機(jī)模型。其次,本文提出了應(yīng)用于助力自行車的扭矩控制算法,以改善坡度及載重干擾情況下的助力性能。該算法是基于模型追蹤控制,將實(shí)際模型與名義模型的車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行差異對(duì)比,通過(guò)負(fù)反饋進(jìn)行助力補(bǔ)償,不需要對(duì)道路坡度和載重進(jìn)行復(fù)雜的估算。并且通過(guò)仿真對(duì)比,驗(yàn)證了該方法的有效性和優(yōu)越性。此外,依據(jù)勞斯判據(jù),在理論上驗(yàn)證了該控制系統(tǒng)的穩(wěn)... 

【文章來(lái)源】：南京理工大學(xué)江蘇省 211工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：93 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

國(guó)內(nèi)外各品牌助力款型和價(jià)格對(duì)比圖

奔觳獾降慕挪忍ち?匭藕牛?源宋?慰祭純刂頻?機(jī)輸出助力扭矩[29-30]。無(wú)力矩傳感器的助力控制系統(tǒng)是通過(guò)車速、踏頻等輸入信號(hào)，間接地估算騎行的踩踏力矩，再根據(jù)這個(gè)估計(jì)力矩，控制助力電機(jī)輸出扭矩，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)助力過(guò)程。如圖1.5所示，“1+1助力”方案是直接根據(jù)踩踏頻率來(lái)提供助力的[31]，當(dāng)踩踏速率越高，提供的助力扭矩就越大。那么在騎行遇到上坡路況的時(shí)候，踩踏頻率會(huì)明顯不足，不能提供足夠的助力。這種助力控制方法，與助力車的定義背道而馳，在上坡時(shí)騎行將會(huì)很費(fèi)勁，是一種偽助力的控制系統(tǒng)[32]。圖1.5“1+1助力”方案所使用的具有磁片和霍爾元件的輪盤為了能夠更好地估算踩踏力矩，國(guó)內(nèi)外的許多學(xué)者提出了對(duì)腳踩踏力的估算方法。Chang[33]提出了一種基于干擾觀測(cè)器來(lái)估算腳踩踏力和阻力之和的方法。Fan[34]提出通過(guò)干擾觀測(cè)器來(lái)補(bǔ)償外部因素的變化，以提高助力的魯棒性。孫[35]提出了一種根據(jù)踏頻和曲柄位置來(lái)估計(jì)腳踩踏力的方法。HNik[36]通過(guò)區(qū)分踩踏力與地面摩擦力矩的頻率來(lái)估測(cè)腳踏力。HSChuang[37]提出通過(guò)把腳踏力作為階躍函數(shù)進(jìn)行估算。TomizukaM[38]提出將腳踏力當(dāng)作成一個(gè)恒定力矩和波動(dòng)力矩之和進(jìn)行觀測(cè)估算。雖然上述的無(wú)力矩傳感器檢測(cè)方案在一定程度上已經(jīng)驗(yàn)證了其方案的可行性，但是由于車輛行駛路況是復(fù)雜多變的，需要進(jìn)行復(fù)雜建模來(lái)精確估計(jì)踩踏力矩，才能達(dá)到較好的控制效果。力矩傳感器作為的電動(dòng)助力自行車的一個(gè)核心部件，它能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)騎行者施加在踏板上的力矩信號(hào)，系統(tǒng)控制器依據(jù)該踩踏力矩信號(hào)，實(shí)現(xiàn)助力電機(jī)的輸出扭矩控制。

Ｄ敲矗?鐨性謨齙繳掀碌纜肥保?助力扭矩會(huì)隨著踩踏力矩的增大而增大，這說(shuō)明了基于力矩傳感器的電動(dòng)助力自行車，能夠在上坡路況下也盡量省力，騎行非常舒適。目前市場(chǎng)上的助力車主要采用的幾款力矩傳感器，主要是中軸型、轉(zhuǎn)矩位移型、后軸勾爪型。（1）中軸型力矩傳感器中軸型力矩傳感器采用一種逆磁致伸縮材料。它會(huì)在外磁場(chǎng)作用下，尺寸發(fā)生伸長(zhǎng)或縮短，消除磁場(chǎng)后，又會(huì)恢復(fù)到原來(lái)的長(zhǎng)度；反過(guò)來(lái)，通過(guò)外力使得物體變形發(fā)生尺寸變化，其磁場(chǎng)也會(huì)發(fā)生相應(yīng)改變。該現(xiàn)象被稱為逆磁致伸縮效應(yīng)[39]。中軸型力矩傳感器如圖1.6所示，作用在中軸上的扭矩會(huì)使得其上面的逆磁致伸縮材料的磁質(zhì)特性發(fā)生變化，輸出相應(yīng)的電信號(hào)來(lái)檢測(cè)踩踏力矩。在日本歐洲等地區(qū)，中軸型力矩傳感器已經(jīng)逐漸成熟，日本雅馬哈、松下早在90年代就開(kāi)始研發(fā)此類力矩傳感器。該力矩傳感器集成于中軸上，提高了系統(tǒng)的整體性，其精度高、靈敏性強(qiáng)，但是由于其逆磁致材料昂貴，開(kāi)發(fā)難度較大，暫時(shí)沒(méi)有在國(guó)內(nèi)普及。圖1.6中軸型力矩傳感器（2）轉(zhuǎn)矩位移型力矩傳感器轉(zhuǎn)矩位移型力矩傳感器主要是通過(guò)踩踏力驅(qū)動(dòng)中軸時(shí)使得彈性元件發(fā)生位移，利用位移與踩踏力矩的線性關(guān)系來(lái)檢測(cè)力矩。如下圖1.7所示，當(dāng)大鏈盤上有力矩作用時(shí)，大鏈盤上的彈性裝置會(huì)產(chǎn)生一定的位移，而且踩踏力越大，彈簧變形越大，可通過(guò)兩個(gè)線性霍爾來(lái)估計(jì)彈簧位置變化�？墒�，該傳感器對(duì)安裝尺寸要求非常高，生產(chǎn)工藝也相當(dāng)復(fù)雜，而且存在彈性元件形變一致性的問(wèn)題[40]，在后續(xù)使用中可能存在安全隱患。譬如：車輛倒砸，會(huì)造成信號(hào)不對(duì)，扭矩檢測(cè)異常等情況[41]。

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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