一款微型轮毂式电动清扫车整车控制电路的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一款微型轮毂式电动清扫车整车控制电路，主要包括整车控制单元和电机控制单元两部分；整车控制单元包括系统主控制器、信号采集模块及清扫机构控制开关；电机控制单元主要包括电机控制电路、功率驱动电路、三相桥式逆变电路、驱动电机、过流保护电路及转子位置检测电路。本发明采用电子差速技术实现车辆的转向控制，系统主控制器通过采集车辆运行时的相关参数，根据差速控制算法计算出每个轮毂电机的控制量，直接输出控制左右轮毂电机的转速以实现车辆稳定运行和差速转向；本发明采用的轮毂式无刷直流电动机作为驱动电机在运行时噪音极低，适合在公共场所工作；本发明高效实用、控制方便、节能环保、抗干扰能力强。
【专利说明】
一款微型轮毂式电动清扫车整车控制电路
技术领域
[0001]本发明涉及环保电动车控制系统领域，特别是一款微型轮毂式电动清扫车整车控制电路。
【背景技术】
[0002]随着我国城市化进程加快，在其发展过程中不可避免地会带来一系列城市环境卫生问题。如今人力成本不断提高，使用人力进行城市环境维护和清扫不仅工作效率低，而且增加政府财政支出。目前，国内环卫机械市场需求日益旺盛，市场前景巨大，环卫机械供不应求，尤其是能够满足狭窄道路、娱乐场馆、候车(机)厅、商场及大型楼宇等场所清扫需求的小型环卫车的发展空间巨大。
[0003]娱乐场馆、候车(机)厅、商场及大型楼宇等公共场所具有地面平坦、人员密集、人员流动性大等特点，环卫车会经常起停、转向，不便使用大型环卫机械，鉴于这些场所的垃圾主要是纸肩、灰尘等小体积垃圾，而使用人力又效率极其低下，传统环卫电动车采用普通电动机作为车辆的驱动电机，使用普通驱动电机的车辆一般米用复杂的机械传动结构，导致环卫电动车整车外形结构较大，不适合工作在娱乐场馆、候车(机)厅、商场及大型楼宇等人群密集的公共场所内。
【发明内容】
[0004]本发明是鉴于上述实际情况而发明的，本发明的目的是为了提供一种微型轮毂式电动清扫车整车控制电路，实现控制环卫电动车对狭窄道路、娱乐场馆、候车(机)厅、商场及大型楼宇等公共场所的环卫清扫。
[0005]微型轮毂式电动清扫车整车控制电路主要包括整车控制单元和电机控制单元两部分;整车控制单元包括系统主控制器、信号采集模块及清扫机构控制开关；电机控制单元主要包括电机控制电路、功率驱动电路、三相桥式逆变电路、驱动电机、过流保护电路及转子位置检测电路。
[0006]其中信号采集模块采集到的信号主要有档位、制动、避障检测、转向角、加速踏板、电机转速、电机绕组电流等。其中，档位开关包含前进、后退和空挡三个档位，档位开关使用的是互锁三联动开关，按下空挡时前进和后退档位同时弹起，档位开关的前进和后退分别连接系统主控制器的PC6、PC7引脚。制动开关、避障检测、转向角信号、加速踏板信号、电机绕组电流分别连接系统主控制器的ro2、ro6、ro6、ro5引脚。左右电机绕组电流检测信号分别连接系统主控制器的PC4、PC5引脚。
[0007]采用差速控制原理实现转向，系统主控制器实时对两驱动轮的转速进行检测；电机转速检测工作原理是:系统主控制器通过捕捉两次中断的时间间隔Δ t即可计算出电机的实际转速，本发明采用数字多路开关74LS153进行巡检外部事件捕捉输入端HM捕捉两次换相的时间间隔。左右轮转速信号连接数字多路开关的ICl和ICO引脚，系统主控制器通过控制PD5、PD7两引脚选通两路通道的信号，选中的通道信号通过IY输出到系统主控制器TO4端口。
[0008]驱动电机运行过程中会因系统不稳定而使电机运行速度与系统给定速度出现偏差的情况，本发明采用转速/电流双闭环控制原理对电机的运行速度进行调整。过电流检测电路的输出端连接至系统主控制器的PC4和PC5两端口构成左右驱动电机绕组电流检测电路。
[0009]系统主控制器主要完成信号的采集、分析、处理及控制命令的发送;系统主控制器的PBO引脚连接电机控制电路的CW_CCW引脚控制驱动电机正反转，PCl引脚连接电机控制电路的PWM引脚控制驱动电机的转速，PD3引脚通过连接7404反向器和水栗继电器控制水栗的工作，PDO和I3Dl引脚通过连接7404反向器和扫盘电机继电器控制扫盘的高低速。
[0010]电机控制电路采用TB6537作为电机控制电路的控制芯片，它是一种无转子位置传感器无刷直流电动机的专用控制芯片。电机控制芯片的OUT-UP、OUTJJN、0UT_VP、0UT_VN、01]1'_'^、01]1'_'^端口分别连接功率驱动电路的芯片11^2336的!1預1、1^1附、!1預2、1^預2、HIN3、LIN3输入端。电机控制电路的OC端连接过流保护电路的输出端，WAVE端连接转子位置检测电路的输出端。
[0011]功率驱动电路中选用的芯片IRS2336的主要作用是对来自TB6537芯片的三相六路桥式逆变电路PWM电机控制信号进行功率放大以实现对三相六路桥式电路的六个功率开关管地驱动。功率驱动电路的H01、H02、H03和L01、L02、L03分别连接三相桥式逆变电路的栅极和源极。
[0012]电机控制电路发出的三相六路桥式逆变电路PWM信号经过功率驱动电路的功率放大，控制三相桥式逆变电路中功率管的导通顺序，实现控制驱动电机转速的目的。
[0013]过电流保护电路中选择的运放元件与外围电路一起构成了一组运算放大器，用作过流检测输入。
[0014]转子位置检测电路利用反电动势法检测一个周期内转子的6个换相位置信号，转子位置检测电路的输出端连接电机控制电路TB6537的WAVE端。
[0015]本发明的优点是采用电子差速技术实现车辆的转向控制，系统主控制器通过采集车辆运行时的相关参数，根据差速控制算法计算出每个轮毂电机的控制量，直接输出控制左右轮毂电机的转速以实现车辆稳定运行和差速转向。本发明采用的轮毂式无刷直流电动机作为驱动电机在运行时噪音极低，适合在公共场所工作;本发明高效实用、控制方便、节能环保、抗干扰能力强。
【附图说明】
[0016]图1为本发明的系统结构原理图。
[0017]图2为本发明的控制电路原理图。
【具体实施方式】
[0018]如图1-2所示，本发明一款微型轮毂式电动清扫车整车控制电路主要包括整车控制单元和电机控制单元两部分。整车控制单元包括系统主控制器、信号采集模块及清扫机构控制开关。电机控制单元主要包括电机控制电路、功率驱动电路、三相桥式逆变电路、驱动电机、过流保护电路及转子位置检测电路。
[0019]其中信号采集模块采集到的信号主要有档位、制动、避障检测、转向角、加速踏板、电机转速、电机绕组电流等。其中，档位开关包含前进、后退和空挡三个档位，档位开关使用的是互锁三联动开关，按下空挡时前进和后退档位同时弹起，档位开关的前进和后退分别连接系统主控制器的PC6、PC7引脚。制动开关、避障检测、转向角信号、加速踏板信号、电机绕组电流分别连接系统主控制器的ro2、ro6、ro6、ro5引脚。左右电机绕组电流检测信号分别连接系统主控制器的PC4、PC5引脚。
[0020]制动信号负责车辆的刹车制控制，车辆的制动开关一端与系统主控制器的PB2管脚相连接，并接上拉电阻到VCC，其另一端接地，制动开关正常出于开路状态，系统主控制器检测端为高电平；当踩制动时制动开关闭合，连接系统主控制器的一端变为低电平，系统主控制器发送命令控制电机控制单元反转实现车辆制动，同时驱动轮内侧有鼓刹，亦可实现制动。
[0021 ]环卫车的避障检测是环卫车遇到障碍物导致驱动电机堵转时系统主控制器采取自我保护的方式，本发明采用行程开关来检测除雪板是否遇到障碍物。当车辆前方的除雪板遇到障碍物不能前行时，除雪板的可滑动推杆此时往回收缩，同时推杆上的压缩弹簧收缩，并迫使行程开关闭合，接近开关连接的系统主控制器PD6引脚检测低电平，系统主控制器控制电机反转倒车。当车辆后退避开障碍物后，随着压缩弹簧复位将除雪板推杆复位，行程开关触点也随之分离，系统主控制器关断转速及档位信号的输出，等待下一个控制车辆运行的命令。
[0022]本发明转向角信号检测传感器采用的是电位计，其输出电压大小的不同反映车辆的转向要求，其信号输出端连接系统主控制器的PB6引脚(10位ADC通道)，系统主控制器根据接收到的转向角度信号以及其他工况参数控制驱动电机转速以实现两驱动轮的差速控制，继而完成环卫电动车的转向。
[0023]汽车在不平整的路面行驶或者转向时，其左、右轮在同一时间内所滚过的路程会有一定的差距，传统汽车是通过安装车轴上的驱动桥将转矩合理地分配给左、右两个驱动车轮，实现车辆的机械差速转向。本设计采用电子差速控制原理实现车辆的转向。电子差速控制系统通过软件控制左、右驱动电机转速的方式实现车辆的转向或崎岖路面上的行驶。环卫车运行过程中，系统主控制器对两驱动轮车速进行实时检测。驱动电机转速检测工作原理是:系统主控制器通过捕捉两次中断的时间间隔At即可计算出电机的实际转速，本发明采用数字多路开关74LS153进行巡检外部事件捕捉输入端TO4捕捉两次换相的时间间隔。左右轮转速信号连接数字多路开关的ICl和ICO引脚，系统主控制器通过控制PD5JD7两引脚选通两路通道的信号，选中的通道信号通过IY输出到系统主控制器HM端口。
[0024]驱动电机运行过程中会因系统不稳定而使驱动电机运行速度与系统给定速度出现偏差的情况，本发明采用转速/电流双闭环控制原理对驱动电机的运行速度进行调整。过电流检测电路的输出端连接至系统主控制器的PC4和PC5两端口构成左右驱动电机绕组电流检测电路。
[0025]系统主控制器主要完成信号的采集、分析、处理及控制命令的发送。系统主控制器的PBO引脚连接电机控制电路的CW_CCW引脚控制驱动电机正反转，PCl引脚连接电机控制电路的PWM引脚控制驱动电机的转速，PD3引脚通过连接7404反向器和水栗继电器控制水栗的工作，PDO和I3Dl引脚通过连接7404反向器和扫盘电机继电器控制扫盘的高低速。
[0026]电机控制电路采用TB6537作为电机控制电路的控制芯片，它是一种无转子位置传感器无刷直流电动机的专用控制芯片。电机控制电路的OUT-UP、OUTJJN、0UT_VP、0UT_VN、01]1'_'^、01]1'_'^端口分别连接功率驱动电路的芯片11^2336的!1預1、1^1附、!1預2、1^預2、HIN3、LIN3输入端。电机控制电路的OC端连接过流保护电路的输出端，WAVE端连接转子位置检测电路的输出端。
[0027]功率驱动电路中选用的芯片IRS2336的主要作用是对来自TB6537芯片的三相六路桥式逆变电路PWM电机控制信号进行功率放大以实现对三相六路桥式电路的六个功率开关管地驱动。功率驱动电路的H01、H02、H03和L01、L02、L03分别连接三相桥式逆变电路的栅极和源极。
[0028]电机控制电路发出的三相六路桥式逆变电路PWM信号经过功率驱动电路的功率放大，控制三相桥式逆变电路中功率管的导通顺序，实现控制驱动电机转速的目的。
[0029 ]过电流保护电路中选择的运放元件与外围电路一起构成了一组运算放大器，用作过流检测输入。
[0030]转子位置检测电路利用反电动势法检测一个周期内转子的6个换相位置信号，转子位置检测电路的输出端连接电机控制电路TB6537的WAVE端。
[0031]以上所述为本发明的最佳适用实例，但本发明不局限于上述实例，任何在本发明披露的技术范围或同等构思、改变等均在本发明的保护范围。
【主权项】
1.一款微型轮毂式电动清扫车整车控制电路，其特征在于:主要包括整车控制单元和电机控制单元两部分;整车控制单元包括系统主控制器、信号采集模块及清扫机构控制开关；电机控制单元主要包括电机控制电路、功率驱动电路、三相桥式逆变电路、驱动电机、过流保护电路及转子位置检测电路。2.如权利要求1所述的一款微型轮毂式电动清扫车整车控制电路，其特征在于:其中信号采集模块采集到的信号主要有档位、制动、避障检测、转向角、加速踏板、电机转速、电机绕组电流;信号采集模块的档位开关包含前进、后退和空挡三个档位，档位开关使用的是互锁三联动开关，按下空挡时前进和后退档位同时弹起，档位开关的前进和后退分别连接系统主控制器的PC6、PC7引脚；制动开关、避障检测、转向角信号、加速踏板信号、电机绕组电流分别连接系统主控制器的TO2、PD6、PB6、引脚；左右电机绕组电流检测信号分别连接系统主控制器的PC4、PC5引脚。3.如权利要求1所述的一款微型轮毂式电动清扫车整车控制电路，其特征在于:采用差速控制原理实现转向，系统主控制器实时对两驱动轮的转速进行检测；系统主控制器通过捕捉两次中断的时间间隔At即可计算出电机的实际转速，本发明采用数字多路开关74LS153进行巡检外部事件捕捉输入端TO4捕捉两次换相的时间间隔；左右轮转速信号连接数字多路开关的ICl和ICO引脚，系统主控制器通过控制H)5、PD7两引脚选通两路通道的信号，选中的通道信号通过IY输出到系统主控制器TO4端口。4.如权利要求1所述的一款微型轮毂式电动清扫车整车控制电路，其特征在于:系统主控制器主要完成信号的采集、分析、处理及控制命令的发送;系统主控制器的PBO引脚连接电机控制电路的CW_CCW引脚控制驱动电机正反转，PCl引脚连接电机控制电路的PffM引脚控制驱动电机的转速，PD3引脚通过连接7404反向器和水栗继电器控制水栗的工作，PD(^PH)I引脚通过连接7404反向器和扫盘电机继电器控制扫盘的高低速。5.如权利要求1所述的一款微型轮毂式电动清扫车整车控制电路，其特征在于:电机控制电路的OUT-UP、0UT_UN、0UT_VP、0UT_VN、0UT_WP、0UT_WN端口分别连接功率驱动电路的HIN1、LIN1、HIN2、LIN2、HIN3、LIN3输入端；电机控制电路的OC端连接过流保护电路的输出端，WAVE端连接转子位置检测电路的输出端。6.如权利要求1所述的一款微型轮毂式电动清扫车整车控制电路，其特征在于:功率驱动电路的主要作用是对来自电机控制电路的三相六路桥式逆变电路PWM电机控制信号进行功率放大以实现对三相六路桥式电路的六个功率开关管地驱动;功率驱动电路的H01、H02、H03和L01、L02、L03分别连接三相桥式逆变电路的栅极和源极。7.如权利要求1所述的一款微型轮毂式电动清扫车整车控制电路，其特征在于:电机控制电路发出的三相六路桥式逆变电路PWM信号经过功率驱动电路的功率放大，控制三相桥式逆变电路中功率管的导通顺序，实现控制驱动电机转速的目的。8.如权利要求1所述的一款微型轮毂式电动清扫车整车控制电路，其特征在于:过流保护电路中选择的运放元件与外围电路一起构成了一组运算放大器，用作过流检测输入。9.如权利要求1所述的一款微型轮毂式电动清扫车整车控制电路，其特征在于:转子位置检测电路的输出端连接电机控制电路的WAVE端，利用反电动势法检测一个周期内转子的6个换相位置信号。
【文档编号】B60L15/20GK106042975SQ201610406334
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月12日
【发明人】曾洁, 张先令, 曾奕哲
【申请人】大连交通大学