电动车用双动力控制系统的制作方法

本发明创造属于电动车技术领域，尤其是涉及一种电动车用双动力控制系统。

背景技术：

在现代生活中，电动车由于其便捷、实惠等优点，成了人们短距离出行首选的交通工具；而随着人们生活水平的日益提高，骑乘电动车已经不仅仅是便捷、实惠的简单要求；舒适、耐用作为最直观的消费体验正越来越被人们所重视。

传统的双动力电动车通过其继电器触点的切换来实现高、低速度的转换，由于触点的闭合和断开属于机械运动连接，需要较长的响应时间，造成高、低速度的转换具有了一定的滞后性，造成骑行者产生较为明显的顿挫感，大大降低了骑乘的舒适性。同时，触点的闭合和断开产生的电弧和机械磨损也使继电器的使用寿命大大降低。所以如何设计一种速度转换平顺、性能稳定的电动车双动力控制器成为本领域技术人员研究的课题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明创造旨在提出一种电动车用双动力控制系统，以提供一种转换更平顺、舒适的电动车用双动力控制系统。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

电动车用双动力控制系统，包括双动力电机，以及与双动力电机连接的控制装置，所述双动力电机的高速绕组与低速绕组分别接在控制装置的高速驱动端与低速驱动端，所述控制装置通过对双动力电机转速和母线电流采样进行高速绕组与低速绕组之间的切换动作。

进一步的，所述控制装置包括微控制器、高低速绕组切换电路、相电流采样电路、母线电流采样电路、电机驱动电路、过流保护电路、电压检测电路、开关电源及ldo、转把检测电路、以及霍尔检测电路，所述电压检测电路、开关电源及ldo、转把检测电路的输出端分别连接至微控制器的输入端，微控制器的输出端通过电机驱动电路连接高低速绕组切换电路的输入端，高低速绕组切换电路还通过相电流采样电路、母线电流采样电路连接微控制器，电机驱动电路还通过过流保护电路连接微控制器，所述高低速绕组切换电路的输出端通过高速输出端和低速输出端连接至双动力电机，双动力电机还通过霍尔检测电路连接至微处理器。

进一步的，所述高低速绕组切换电路中，微控制器的输出端通过mos管接到双动力电机高速绕组，通过mos管控制电路的开通与关断。

进一步的，所述相电流采样电路、母线电流采样电路均通过运算放大器实现，母线电流采样通过实现电流闭环控制从而实现对控制器的输出功率控制。

进一步的，所述霍尔检测电路将霍尔信号通过滤波电路传送给微控制器。

进一步的，所述开关电源及ldo用于将电池电压转换成用于mos管开通电压的电压值，并将15v电压转换成5v电压供给霍尔检测电路使用，将5v电压换成3.3v电压供给微控制器及运算放大器使用。

进一步的，所述电压检测电路采用电阻分压形式，输入端为dm，输出端v_dm连接到微控制器，利用电阻分压得到微控制器端口可以承受的电压，当电池放电电压低于设定值的时候控制器停止输出。

进一步的，所述转把检测电路的转把输出电压信号经过分压电阻连接至微控制器，通过检测转把电压值实现对电机输出功率的控制。

进一步的，所述过流保护电路为运算放大器搭建的比较器电路，比较器的输入端分别连接母线电流采样电阻以及比较电压，比较器的输出端连接微控制器。

进一步的，所述微控制器为单片机。

相对于现有技术，本发明创造所述的电动车用双动力控制系统具有以下优势：

(1)本发明创造利用mos管实现高低速的转换，响应时间短，成本低，性能稳定；

(2)本发明创造设有电压检测电路，能够避免让电池过度放电而损伤的使用寿命；

(3)本发明创造的过流保护电路能够在检测到输出信号异常时保护控制器。

附图说明

构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：

图1-3是本发明创造的高低速绕组切换电路示意图；

图4-6是本发明创造的电机驱动电路示意图；

图7是本发明创造的霍尔检测电路示意图；

图8是本发明创造的单片机及其管脚标号；

图9是本发明创造的系统连接示意图；

图10是本发明创造的相电流采样电路、母线电流采样电路示意图；

图11是本发明创造的母线电流采样电阻示意图；

图12-14是本发明创造的开关电源及ldo示意图；

图15是本发明创造的电压检测电路示意图；

图16是本发明创造的转把检测电路示意图；

图17是本发明创造的过流保护电路示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。

本发明创造提供一种转换更平顺、舒适的电动车用双动力控制系统，包括微控制器、高低速绕组切换电路、相电流采样电路、母线电流采样电路、电机驱动电路、过流保护电路、电压检测电路、开关电源及ldo、转把检测电路、以及霍尔检测电路，其中，

所述高低速绕组切换电路包括连接到双动力电机低速绕组的开关电路和连接到高速绕组的开关电路。

所述连接到双动力电机低速绕组的开关电路是由单片机输出端口pb11控制自举电路来开关mos管qat1，qat2，qat3，qat4，qbt1，qbt2，qbt3，qbt4，qct1，qct2，qct3，qct4实现。

所述连接到双动力电机高速绕组的开关电路是由单片机输出端口pb10控制自举电路来开关mos管qat5，qat6，qat7，qat8，qbt5，qbt6，qbt7，qbt8，qct5，qct6，qct7，qct8实现。

所述使用的mos管为n沟道mos管，在mos管gs端施加12v电压mos管导通，将mos管两端电压降到0v时mos管关断。所述连接到双动力电机低速绕组的开关电路的自举电路，单片机输出端口pb11通过电阻rt5控制g1(npn)三极管qt25开通，qt25开通后三极管qt27(pnp)导通，12v电源通过qt27后分别经过dt7,dt8,dt9给自举电容ct1,ct2,ct3充电，ct7,ct8,ct9主要功能是高频振荡吸收作用。ct1,ct2,ct3中的电荷通过光电耦合器tlp291供给mos管qat1，qat2，qat3，qat4，qbt1，qbt2，qbt3，qbt4，qct1，qct2，qct3，qct4开通。

所述连接到双动力电机高速绕组的开关电路的自举电路，单片机输出端口pb10通过电阻rt7控制g1(npn)三极管qt26开通，qt27开通后三极管qt27(pnp)导通，12v电源通过qt28后分别经过dt10,dt11,dt12给自举电容ct4,ct5,ct6充电，ct10,ct11,ct12主要功能是高频振荡吸收作用。

ct4,ct5,ct6中的电荷通过光电耦合器tlp291供给mos管qat5，qat6，qat7，qat8，qbt5，qbt6，qbt7，qbt8，qct5，qct6，qct7，qct8开通。

本发明创造所用微控制器为单片机，单片机及其管脚标号如图8所示，单片机是控制器的主控器件，负责输出数字控制信号及检测数字输入信号和模拟输入信号。单片机管脚的26、27、28、29、30、31是数字输出管脚，连接到如图4、图5、图6的电机驱动电路。单片机管脚的18、40、41是数字信号检测管脚，电机的霍尔信号经过如图7电路后输入到单片机的18、40、41管脚。单片机管脚的21、22是输出控制信号，连接到高低速绕组切换电路，其中管脚22是连接到如图2低速绕组控制电路的控制管脚，管脚21是连接如图3高速绕组控制电路的控制管脚。

如图9所示，系统中双动力电机的高速绕组与低速绕组分别接在控制器的高速驱动端与低速驱动端，高速绕组与低速绕组之间的切换动作由控制器通过对双动力电机转速和控制器母线电流采样来判断实现，系统连接线示意图所示。

如图4图5图6所示为双动力控制器硬件部分功能，金属-氧化物半导体场效应晶体管(简称mos管)的开通与关断，v1a,v2a,v3a,v4a,v5a,v6a,v1b,v2b,v3b,v4b,v5b,,v6b,v1c,v2c,v3c,v4c,v5c,v6c为mos管，其中v1a,v2a,v5a并联使用作为控制器三相六桥臂的a相上桥臂，v3a,v4a,v6a并联使用作为控制器a相下桥臂，类似v1b,v2b,v5b与v3b,v4b,v6b分别为b相得上下桥臂，v1c,v2c,v5c与v3c,v4c,v6c分别为c相的上下桥臂。控制器通过霍尔检测电路检测霍尔变化顺序，按照霍尔的变化顺序给出相应的开关信号控制电机电流走向实现电机平滑转动。

c202.c203.c204.c026.c207是100v/470uf电容，用于吸收mos管在开关过程中由电路中寄参数引起的冲击电压以及给电机运行提供能量。c4a,c4b,c4c是100v/0.1uf高频吸收电容，吸收mos管在开关过程中产生的高频震荡，以免干扰自身电路或其他电子设备的正常工作。

霍尔检测电路如图7所示，sa,sb,sc为电机霍尔信号，此信号为高低电平。电机霍尔信号经过硬件滤波处理后得到信号_sa,_sb,_sc传送给mcu使用，用于驱动电机运行。

双动力相线绕组切换电路如图1图2图3所示，ia+,ib+,ic+是控制器输出，ia+通过mos管qat5,qat7,qat6,qat8接到双动力电机高速绕组的a端，通过mos管qat1,qat3,qat2,qat4接到低速绕组的a端。ib+通过mos管qbt5,qbt7,qbt6,qbt8接到双动力电机高速绕组的b端，通过mos管qbt1,qbt3,qbt2,qbt4接到低速绕组的b端。ic+通过mos管qct5,qct7,qct6,qct8接到双动力电机高速绕组的c端，通过mos管qct1,qct3,qct2,qct4接到低速绕组的c端。以上mos管的作用还是控制电路的开通与关断，o1,o2,o3,o4,o5,o6是mos管开关控制信号。当o1,o2,o3为高电平时低速绕组接通开始工作，o4,o5,o6为高电平时候高速绕组接通开始工作，需要注意的是o1,o2,o3不可与o4,o5,o6同时为高电平。如果同时为高不仅会导致电机工作异常，还有可能引起mos管损坏。

双动力控制器采样相电流与母线电流通过运算放大器实现，如图10所示，u6a,u5b,u5a分别对应a,b,c三相的相电流采样，采取的是mos管ds两端的电压，当相电流流过mos时，由于mos管内阻的存在，根据欧姆定律流过的电流值乘以mos管的导通阻抗即为mos管ds两端的电压，此电压连接到运放的输入端，经过运算放大电路处理后连接到单片机的11、12、13管脚，单片机由此可实时检测相电流的大小，其中u6a连接到如图4所示并联mos管v3a、v4a、v6a两端，采集的是a相的相电流，u5b是连接到如图5所示并联mos管v3b、v4b、v6b两端，采集的是b相的相电流。u5a是连接到如图6所示并联mos管v3c、v4c、v6c两端，采集的是c相的相电流。u4b是母线电流采样，采样电路连接到如图11所示采样电阻上，采样电阻上的电压经过u4b放大处理后连接到单片机管脚14，单片机通过检测此数值实现对母线电流的控制，母线电流采样是为了实现电流闭环控制从而实现对控制器的输出功率控制。

双动力控制器中电源电路，双动力控制器中mcu与运算放大器的工作电压是3.3v,mos管开通使用的电压是15v,电机霍尔供电电压是4.3v，而电动车的电池电压一般在36v-72v,具体由客户选择，所以双动力控制器中使用的sd4938开关电源芯片将电池电压转换成15v电压用于mos管开通电压电路如图12所示。在使用78l05线性电源将15v电压转换成5v电压电路如图13所示，供给电机霍尔和转把霍尔使用，5v电压经过az1117转换成3.3v电压电路如图14所示，供给mcu以及运算放大器使用。图中c2,c17,c21均为0.1uf的高频滤波电容用于滤除高频干扰。

电池电压采样电路如图15所示，输入是dm，输出是v_dm连接到如图8所示单片机管脚15，电池电压采样电路采用电阻分压形式，因为单片机端口最高可承受的输入电压是5v,部分端口最高输入电压只有3.3v,而电池电压将远超过单片机端口的承受能力，所以将电池电压利用电阻分压原理得到一个单片机端口可以承受的电压进行检测，电池电压的检测是避免让电池过度放电而损伤的使用寿命，当电池放电电压低于设定值的时候控制器停止输出。

转把电压采样电路如图16所示，电动车转把电压是一个线性的霍尔信号，转把霍尔的工作电压是由控制器的5v电压串联一个二极管得到的4.3v电压，ts转把的输出电压信号，当转把转动后此电压信号值会在0.8v-3.7v之间线性变化，此信号经过分压电阻连接到如图8所示的单片机管脚17，通过检测转把电压值实现对电机输出功率的控制。r71的作用是防止转把电压负极线虚焊或者掉落而导致转把电压不受控，从而避免电机转动不受控造成危险。

双动力控制器的过流保护电路如图17所示，是使用运算放大器搭建的比较器电路，比较器的输入信号是igeneratrix，igeneratrix是通过母线电流值乘以如图11所示的采样电阻计算出来的电压信号，如图17所示的u4a的3脚同向输入端的值是3.3v经分压电阻r1、r2分压得到，u4a的反向输入端的信号即为igeneratrix，当反向输入端信号igeneratrix值高于比较器设置的阈值时比较器输出电压由3.3v跳变成0v，如图8所示的单片机管脚25实时检测比较器的输出信号，当检测到电压为0v时候立刻关闭单片机管脚26-31的输出，保护控制器。

以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。