近年來,電動自行車、電動摩托車等以電機作為主要驅(qū)動裝置的二輪車輛已經(jīng)成為我國交通體系中的重要組成部分,是電動車輛多樣化的重要體現(xiàn)。而電動助力自行車作為一種新型的高科技交通工具,以其“電動助力”的功能,在起步、爬坡和頂風(fēng)情況下達到省力騎行的效果,具有巨大的科研價值和廣闊的市場前景。助力扭矩控制算法作為電動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顯而易見的問題。因此,本文針對電動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),達到較優(yōu)的助力騎行感受。首先,根據(jù)系統(tǒng)動力學(xué)分析,建立整車縱向動力學(xué)的數(shù)學(xué)模型,同時建立踩踏力矩估算模型以及助力電機模型。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,將實際模型與名義模型的車輛運動狀態(tài)進行差異對比,通過負反饋進行助力補償,不需要對道路坡度和載重進行復(fù)雜的估算。并且通過仿真對比,驗證了該方法的有效性和優(yōu)越性。此外,依據(jù)勞斯判據(jù),在理論上驗證了該控制系統(tǒng)的穩(wěn)... 

【文章來源】：南京理工大學(xué)江蘇省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：93 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

國內(nèi)外各品牌助力款型和價格對比圖

奔觳獾降慕挪忍ち?匭藕牛?源宋?慰祭純刂頻?機輸出助力扭矩[29-30]。無力矩傳感器的助力控制系統(tǒng)是通過車速、踏頻等輸入信號，間接地估算騎行的踩踏力矩，再根據(jù)這個估計力矩，控制助力電機輸出扭矩，從而實現(xiàn)整個助力過程。如圖1.5所示，“1+1助力”方案是直接根據(jù)踩踏頻率來提供助力的[31]，當踩踏速率越高，提供的助力扭矩就越大。那么在騎行遇到上坡路況的時候，踩踏頻率會明顯不足，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，在上坡時騎行將會很費勁，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，國內(nèi)外的許多學(xué)者提出了對腳踩踏力的估算方法。Chang[33]提出了一種基于干擾觀測器來估算腳踩踏力和阻力之和的方法。Fan[34]提出通過干擾觀測器來補償外部因素的變化，以提高助力的魯棒性。孫[35]提出了一種根據(jù)踏頻和曲柄位置來估計腳踩踏力的方法。HNik[36]通過區(qū)分踩踏力與地面摩擦力矩的頻率來估測腳踏力。HSChuang[37]提出通過把腳踏力作為階躍函數(shù)進行估算。TomizukaM[38]提出將腳踏力當作成一個恒定力矩和波動力矩之和進行觀測估算。雖然上述的無力矩傳感器檢測方案在一定程度上已經(jīng)驗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，需要進行復(fù)雜建模來精確估計踩踏力矩，才能達到較好的控制效果。力矩傳感器作為的電動助力自行車的一個核心部件，它能夠?qū)崟r檢測騎行者施加在踏板上的力矩信號，系統(tǒng)控制器依據(jù)該踩踏力矩信號，實現(xiàn)助力電機的輸出扭矩控制。

Ｄ敲矗?鐨性謨齙繳掀碌纜肥保?助力扭矩會隨著踩踏力矩的增大而增大，這說明了基于力矩傳感器的電動助力自行車，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。它會在外磁場作用下，尺寸發(fā)生伸長或縮短，消除磁場后，又會恢復(fù)到原來的長度；反過來，通過外力使得物體變形發(fā)生尺寸變化，其磁場也會發(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)的電信號來檢測踩踏力矩。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，但是由于其逆磁致材料昂貴，開發(fā)難度較大，暫時沒有在國內(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踩踏力驅(qū)動中軸時使得彈性元件發(fā)生位移，利用位移與踩踏力矩的線性關(guān)系來檢測力矩。如下圖1.7所示，當大鏈盤上有力矩作用時，大鏈盤上的彈性裝置會產(chǎn)生一定的位移，而且踩踏力越大，彈簧變形越大，可通過兩個線性霍爾來估計彈簧位置變化�？墒�，該傳感器對安裝尺寸要求非常高，生產(chǎn)工藝也相當復(fù)雜，而且存在彈性元件形變一致性的問題[40]，在后續(xù)使用中可能存在安全隱患。譬如：車輛倒砸，會造成信號不對，扭矩檢測異常等情況[41]。

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
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[6]基于力矩傳感器的智能電動車控制系統(tǒng)研究[D]. 張夏棟.蘇州大學(xué) 2016
[7]自行車高架快速路建設(shè)和軌道交通換乘的整合研究[D]. 謝宇.北京交通大學(xué) 2016
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本文編號：3609456