电动自行车制动力分配系统的制作方法

本发明涉及电动自行车制动力分配系统。

背景技术：

电动自行车使用电能作为动力，清洁、绿色、环保，适应了时代的发展。但是由于电动自行车只有两个车轮，稳定性不如汽车。在雨雪等特殊路况下紧急制动，电动自行车的车轮容易出现纵向滑移，甚至甩尾。此时，轮胎与地面之间的附着力较小，驾驶电动自行车存在一定的安全隐患。电动自行车刹车时，车轮转动的速度为：rω(k)，车身的实际速度为v(k)。则刹车时电动自行车的滑移率当滑移率控制在0.2左右时，车轮与地面之间的纵向与横向附着力最大，可以获得最短的制动距离，提高刹车时的安全性。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种电动自行车制动力分配系统，该电动自行车制动力分配系统克服了现有技术中的电动自行车刹车时存在安全隐患，实现了刹车的制动，在获得最短制动距离的情况下，提高刹车时的安全性。

为了实现上述目的，本发明提供一种电动自行车制动力分配系统，该电动自行车制动力分配系统包括：微处理器、速度传感器、驱动电路、轮毂电机、压力传感器和六轴陀螺仪；其中，所述驱动电路连接于所述轮毂电机，以通过控制所述轮毂电机的转速和转向调整电动自行车的行驶速度；所述速度传感器连接于所述轮毂电机，以采集当前电动自行车的行驶速度；所述压力传感器采集骑行者的压力；所述六轴陀螺仪采集电动自行车的行驶坡度；所述控制器连接于所述速度传感器、压力传感器、六轴陀螺仪和驱动电路，以根据骑行者的压力、电动自行车的行驶坡度以及当前电动自行车的行驶速度来调节所述电动自行车的行驶速度使得电动自行车的滑移率低于预设值。

优选地，该电动自行车制动力分配系统还包括：电源，所述电源电连接于所述驱动电路，以给所述驱动电路提供电源以驱动所述轮毂电机的旋转。

优选地，所述压力传感器通过模数转换器电连接于所述微处理器。

优选地，所述六轴陀螺仪为型号mpu6050的六轴陀螺仪。

优选地，所述微处理器为型号stm32f103rct6的单片机。

优选地，所述电机为三相无刷直流电机。

优选地，所述速度传感器为霍尔编码器。

通过上述技术方案，当骑行者按下手刹，触发与微处理器相连的输入模块，微处理器根据地面的摩擦系数μ(k-1)以及骑行者与电动自行车总质量mt，通过模糊推理计算出当前的pid控制器的参数kp(k)、ki(k)、kd(k)，以获得调速系统的最佳性能。并控制车轮的实时转速rω(k)＝0.8v(k)，使车辆行驶过程中轮胎的滑移率在0.2附近，获得最大的附着力与最短的制动距离。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的一种优选实施方式的电动自行车制动力分配系统的模块框图；

图2是本发明的一种优选实施方式的电动自行车制动力分配系统的受力分析图；以及

图3是本发明的一种优选实施方式的电动自行车制动力分配系统的控制器控制电机电机转速模块图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指如图2所示的上下左右。“内、外”是指具体轮廓上的内与外。“远、近”是指相对于某个部件的远与近。

本发明提供一种电动自行车制动力分配系统，该电动自行车制动力分配系统包括：微处理器、速度传感器、驱动电路、轮毂电机、压力传感器和六轴陀螺仪；其中，所述驱动电路连接于所述轮毂电机，以通过控制所述轮毂电机的转速和转向调整电动自行车的行驶速度；所述速度传感器连接于所述轮毂电机，以采集当前电动自行车的行驶速度；所述压力传感器采集骑行者的压力；所述六轴陀螺仪采集电动自行车的行驶坡度；所述控制器连接于所述速度传感器、压力传感器、六轴陀螺仪和驱动电路，以根据骑行者的压力、电动自行车的行驶坡度以及当前电动自行车的行驶速度来调节所述电动自行车的行驶速度使得电动自行车的滑移率稳定于预设值0.2。

通过测量车轮与地面的摩擦系数μ(k-1)，以及骑行者与电动自行车总质量mt，经过模糊推理，实时调整pid控制器的参数kp(k)、ki(k)、kd(k)，控制电动自行车轮胎与地面之间的滑移率为0.2，获得最大的附着力与最短的制动距离，提高了车辆行驶的安全性。在公式中，s(k)为电动自行车的滑移率；rω(k)为电动自行车车轮转动的速度，v(k)为电动自行车车身的实际速度。

在本发明的一种具体实施方式中，该电动自行车制动力分配系统还包括：电源，所述电源电连接于所述驱动电路，以给所述驱动电路提供电源以驱动所述轮毂电机的旋转。

在本发明的一种具体实施方式中，所述压力传感器通过模数转换器电连接于所述微处理器。

在本发明的一种具体实施方式中，所述六轴陀螺仪为型号mpu6050的六轴陀螺仪。

在本发明的一种具体实施方式中，所述微处理器为型号stm32f103rct6的单片机。

在本发明的一种具体实施方式中，所述电机为三相无刷直流电机。

在本发明的一种具体实施方式中，所述速度传感器为霍尔编码器。

在本发明的一种优选实施方式中，本发明的电动自行车制动力分配系统包含微处理器、电源、驱动电路、轮毂电机、编码器、压力传感器、a/d转换器、输入模块以及mpu6050六轴陀螺仪组成。其中电源通过电机驱动电路与轮毂电机直接相连，微处理与电机驱动电路相连，发出pwm控制信号控制电机转速与转向。所述速度传感器与电机相连，将电机的转速信号转换成脉冲信号发送给处理器。压力传感器通过a/d转换器与微处理器相电联。mpu6050六轴陀螺仪与微处理器相电联。

在车辆行驶道路的坡度为θ，θ可由mpu6050测得。其中，-60°<θ<60°，当-60°≤θ<0°时，电动自行车上坡；当0°<θ≤60°时电动自行车下坡，θ＝0°时，电动自行车在水平路面行驶。电动自行车车自身质量mv，压力传感器采集到骑行者的质量mp，则骑行者与电动自行车总质量为mt＝mv+mp。单片机采用pwm控制方式驱动电机，当前单片机驱动信号下，电机轴输出的牵引力为f(k)，则在电动自行车行驶过程中，轮胎与路面的k时刻的摩擦系数为μ(k)，由图2可知：

f(k)+mgsinθ-μ(k)mgcosθ＝mta(k)；

电动自行车制动的第k时刻，车轮滑移率为：

式中，ω(k)为电动汽车车轮的角速度，由速度传感器测得。

v(k)为电动自行车车身速度，通过mpu6050芯片可以测得，k时刻车身在前进方向的加速度为a(k)，微处理器的采样周期为t，则有：

v(k)＝v(k-1)+a(k-1)t；

期望则须满足rω(k)＝0.8v(k)。

因此本发明专利采用调节车轮转速的方法控制电动自行车的滑移率。如图3所示，基于微处理器设计模糊pid控制器，并构建闭环调速系统。当骑行者按下手刹，触发与微处理器相连的输入模块，微处理器根据地面的摩擦系数μ(k-1)以及骑行者与电动自行车总质量mt，通过模糊推理计算出当前的pid控制器的参数kp(k)、ki(k)、kd(k)，以获得调速系统的最佳性能。并控制车轮的实时转速rω(k)＝0.8v(k)，使车辆行驶过程中轮胎的滑移率在0.2附近，获得最大的附着力与最短的制动距离。

本发明专利，结构简单，成本低廉。

通过测量车轮与地面的摩擦系数μ(k-1)，以及骑行者与电动自行车总质量mt，经过模糊推理，实时调整pid控制器的参数kp(k)、ki(k)、kd(k)，控制电动自行车轮胎与地面之间的滑移率为0.2，获得最大的附着力与最短的制动距离，提高了车辆行驶的安全性。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。