专利名称：一种用于电动自行车的电动助力转向控制系统及其方法
技术领域：
本发明属于电动自行车控制系统，特别是涉及ー种用于电动自行车的电动助力转向控制系统及其方法。
背景技术：
电动自行车作为ー种新型的交通工具，以零排放无污染、低噪音、低能耗、方便快捷等优点得到了迅速的发展，保有量逐年上升，但是由其引发的交通事故也大幅度攀升。究其原因，除了超速行驶、占道行驶等违法行为外，还有ー些自身结构性能上存在的缺陷。针对电动自行车由于两轮触地的结构不稳定性和转向轻便导致其行驶稳定性差这ー缺点，借鉴汽车电子助力转向控制，实现适合电动自行车的EPS，可以提高其转向操纵稳定性及行驶安全性，減少交通事故。
发明内容
本发明的目的是针对现有电动自行车控制系统的不足，提供ー种用于电动自行车的电动助力转向控制系统及其方法。用于电动自行车的电动助力转向控制系统包括转向手把、转向输入轴、转矩传感器、減速机构、转向输出轴、转向轮、车速传感器、电子控制装置、助力电机及电磁离合器；转向手把、转向输入轴与转矩传感器顺次相连，助力电机、电磁离合器、减速机构、转向输出轴、转向轮与车速传感器顺次相连；所述电子控制装置包括相连接的助力特性控制器和电流控制器，控制装置接收转矩传感器和车速传感器信号，通过控制助力电机及电磁离合器实施电动助力转向功能。用于电动自行车的电动助力转向控制方法是由车速传感器检测到的车速信号和转矩传感器检测到的驾驶员施加的转向转矩信号输入到电子控制装置，根据电子控制装置中的助力特性控制器进行正向助力和反向助力控制，产生助力电机目标电流，助力电机目标电流与电机反馈电流的偏差值通过电流控制器处理后控制助力电机产生助力转矩；
在实际车速K不大于标定车速K3时，实施正向助力，助力特性控制器根据驾驶员施加的转向转矩ァ及实际车速K，确定助力电机目标电流/的大小；电流控制器根据该目标电流/与电机反馈电流的偏差值控制助力电机输出的助力转矩的大小，助力转矩随着驾驶员施加的转向转矩的增大而增大，采用曲线型助力；此外，实际车速越大，正向助力越小；正向助力特性曲线只标有三个标定车速らV2, V3,当实际车速为两个标定车速中间值时，取标定车速较大正向助力较小的助力特性曲线，当实际车速为标定车速K1, V2中间值时，采用标定车速V2对应的助力特性曲线；
在实际车速达到标定车速K4吋，当驾驶员施加的转向转矩变化率A r大于阀值A T1,并且驾驶员施加的转向转矩r超过阀值rb时，开启反向助力；每个实际车速对应的反向助力启动的转矩阀值和转矩变化率阀值都不同，转矩阀值和转矩变化率阀值都随着实际车速增加而变小，且达到标定车速K6后，转矩阀值变为0 ;当实际车速为两个标定车速中间值吋，取标定车速较大反向助力较大的助力特性曲线，当实际车速为标定车速y4, v5中间值时，采用标定车速K5对应的助力特性曲线。本发明是以汽车电动助力转向系统为參考，针对电动自行车所设计的特色化助力转向系统，现有电动自行车上还未装配此系统，相对于传统电动自行车，增加了车速传感器、转矩传感器、助力电机、电子控制装置、电磁离合器、減速机构等。电动自行车根据车速传感器和转矩传感器的检测信号，决定助力电机的旋转方向和电流大小，从而完成实时控制助力转向。提出了新颖的电动自行车助力控制方法，依据车速、驾驶员施加的转向转矩及转矩变化率选取不同的助力特性，低速行驶时进行正向助力控制，中高速行驶时进行反向助力控制。特别是在电动自行车中高速行驶时，依据设定的转向转矩阀值及转矩变化率阀值开启反向助力控制，可以防止由于驾驶员施加的转向转矩过大或转向过急等引起的电动自行车的侧滑或侧翻，提高行驶安全性。
图1是用于电动自行车的电动助力转向控制系统结构正面示意 图2是用于电动自行车的电动助力转向控制系统结构侧面示意 图3是本发明的控制原理 图4是本发明的助力特性曲线图中:转向手把1、转向输入轴2、转矩传感器3、减速机构4、转向输出轴5、转向轮6、驾驶员施加的转向转矩信号7、车速传感器8、车速信号9、电子控制装置10、电流控制信号
11、电机反馈电流12、助力电机13、电磁离合器14、电磁离合器控制信号15、助力特性控制器16、目标电流17、电流控制器18、助力转矩19。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。參考图1和图2，用于电动自行车的电动助力转向控制系统包括转向手把1、转向输入轴2、转矩传感器3、减速机构4、转向输出轴5、转向轮6、车速传感器8、电子控制装置
10、助力电机13及电磁离合器14 ;转向手把1、转向输入轴2与转矩传感器3顺次相连，助力电机13、电磁离合器14、减速机构4、转向输出轴5、转向轮6与车速传感器8顺次相连；所述电子控制装置10包括相连接的助力特性控制器16和电流控制器18，控制装置10接收转矩传感器3和车速传感器8信号，通过控制助力电机13及电磁离合器14实施电动助力转向功能。參考图3和图4，用于电动自行车的电动助力转向控制方法是由车速传感器8检测到的车速信号9和转矩传感器3检测到的驾驶员施加的转向转矩信号7输入到电子控制装置10，根据电子控制装置10中的助力特性控制器16进行正向助力和反向助力控制，产生助力电机目标电流17，助力电机目标电流17与电机反馈电流12的偏差值通过电流控制器18处理后控制助力电机13产生助力转矩19 ；
在实际车速K不大于标定车速K3时，实施正向助力，助力特性控制器16根据驾驶员施加的转向转矩r及实际车速K，确定助力电机目标电流/的大小；电流控制器18根据该目标电流/与电机反馈电流的偏差值控制助力电机输出的助力转矩的大小，助力转矩随着驾驶员施加的转向转矩的增大而增大，采用曲线型助力；此外，实际车速越大，正向助力越小；正向助力特性曲线只标有三个标定车速K1, V2, V3,当实际车速为两个标定车速中间值时，取标定车速较大正向助力较小的助力特性曲线，当实际车速为标定车速K1, V2中间值时，采用标定车速V2对应的助力特性曲线；
在实际车速达到标定车速K4吋，当驾驶员施加的转向转矩变化率A r大于阀值A T1,并且驾驶员施加的转向转矩r超过阀值rb时，开启反向助力；实际车速、驾驶员施加的转向转矩及其变化率三个条件，其中任何ー个条件不满足都不会开启反向助力；设定转矩阀值Th的目的是当实际车速较低吋，驾驶员施加低于转矩Tb的小幅快速转向并不会引起电动自行车行驶不稳，此エ况下不启动反向助力；每个实际车速对应的反向助力启动的转矩阀值和转矩变化率阀值都不同，转矩阀值和转矩变化率阀值都随着实际车速増加而变小，且达到标定车速K6后，转矩阀值变为O ;当实际车速为两个标定车速中间值时，取标定车速较大反向助力较大的助力特性曲线，当实际车速为标定车速匕，V5中间值时，采用标定车速K5对应的助力特性曲线。电子控制装置还向电磁离合器发出电磁离合器控制信号，以实现辅助动力传递的通断。所述的助力电机产生的助力转矩经过减速机构减速增扭后，在输出上实现与驾驶员施加的转向转矩的叠加，共同控制转向轮转向。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.ー种用于电动自行车的电动助力转向控制系统，其特征在于包括转向手把(I)、转向输入轴(2)、转矩传感器(3)、减速机构(4)、转向输出轴(5)、转向轮(6)、车速传感器(8)、电子控制装置(10)、助力电机(13)及电磁离合器(14);转向手把(I)、转向输入轴(2)与转矩传感器(3)顺次相连，助力电机(13)、电磁离合器(14)、減速机构(4)、转向输出轴(5)、转向轮(6)与车速传感器(8)顺次相连；所述电子控制装置(10)包括相连接的助力特性控制器(16)和电流控制器(18)，控制装置(10)接收转矩传感器(3)和车速传感器(8)信号，通过控制助力电机(13)及电磁离合器(14)实施电动助力转向功能。
2.ー种使用如权利要求1所述系统的用于电动自行车的电动助力转向控制方法，其特征在于由车速传感器(8)检测到的车速信号(9)和转矩传感器(3)检测到的驾驶员施加的转向转矩信号(7)输入到电子控制装置(10)，根据电子控制装置(10)中的助力特性控制器(16)进行正向助力和反向助力控制，产生助力电机目标电流(17)，助力电机目标电流(17)与电机反馈电流(12)的偏差值通过电流控制器(18)处理后控制助力电机(13)产生助力转矩(19)； 在实际车速K不大于标定车速K3时，实施正向助力，助力特性控制器(16)根据驾驶员施加的转向转矩r及实际车速K，确定助力电机目标电流/的大小；电流控制器(18)根据该目标电流/与电机反馈电流的偏差值控制助力电机输出的助力转矩的大小，助力转矩随着驾驶员施加的转向转矩的增大而増大，采用曲线型助力；此外，实际车速越大，正向助力越小；正向助力特性曲线只标有三个标定车速K1, V2, K3，当实际车速为两个标定车速中间值时，取标定车速较大正向助力较小的助力特性曲线，当实际车速为标定车速K1, V2中间值时，采用标定车速V2对应的助力特性曲线； 在实际车速达到标定车速K4吋，当驾驶员施加的转向转矩变化率A f大于阀值A T1,并且驾驶员施加的转向转矩r超过阀值rb时，开启反向助力；每个实际车速对应的反向助力启动的转矩阀值和转矩变化率阀值都不同，转矩阀值和转矩变化率阀值都随着实际车速增加而变小，且达到标定车速K6后，转矩阀值变为0 ;当实际车速为两个标定车速中间值吋，取标定车速较大反向助力较大的助力特性曲线，当实际车速为标定车速匕，V5中间值时，采用标定车速K5对应的助力特性曲线。
全文摘要
本发明公开了一种用于电动自行车的电动助力转向控制系统及其方法。转向手把、转向输入轴与转矩传感器顺次相连，助力电机、电磁离合器、减速机构、转向输出轴、转向轮与车速传感器顺次相连；所述电子控制装置包括相连接的助力特性控制器和电流控制器，控制装置接收转矩传感器和车速传感器信号，通过控制助力电机及电磁离合器实施电动助力转向功能。本发明可以在电动自行车低速行驶时进行正向助力控制，中高速行驶时进行反向助力控制，根据电动自行车的运行工况改善其转向操纵稳定性和行驶安全性。特别是可以防止由于驾驶员施加的转向转矩过大或转向过急等引起的电动自行车的侧滑或侧翻，提高行驶安全性。
文档编号B62K21/00GK103112540SQ20131005667
公开日2013年5月22日 申请日期2013年2月22日 优先权日2013年2月22日
发明者朱绍鹏, 俞小莉, 邱斌斌, 吴志军, 刘孝龙 申请人:浙江大学