專利名稱：一種電動車的電氣制動控制方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電動車，尤其涉及電動車的安全保護(hù)，特別是一種電動車的電氣制動控制方法及裝置。
背景技術(shù)：
電動自行車以其騎行輕便快速、結(jié)構(gòu)簡單可靠、使用清潔、無噪音、無氣體污染等特點，成為當(dāng)前城市代步工具的上佳選擇。但是電動自行車的速度較普通自行車快，而大多數(shù)的電動自行車受其結(jié)構(gòu)的限制及制造商考慮到制造成本，目前依舊采用普通自行車的制動系統(tǒng)。因為在同等制動力的情況下，其制動距離基本與速度的平方成正比，因此電動自行車的制動距離遠(yuǎn)大于普通自行車的制動距離，從而降低電動自行車騎行的安全性。為此目前在電動自行車行業(yè)內(nèi)，在無刷電機中有采用所謂的“EABS”或“柔性EABS”電氣輔助制動系統(tǒng)。此類制動系統(tǒng)對提高電動自行車的安全性起到了一定的積極作用。但從此類系統(tǒng)的設(shè)計思想和具體的實施方法上，還存在一些明顯的不足。如所謂的“EABS”系統(tǒng)，單純考慮讓電機快速制停，而沒有考慮到整車及所載人和物對整個制動過程的影響，因此采用了通常在反抗性負(fù)載中很少采用的反接制動的方法，并且在具體實施時并未對電動機的最大電流予以限制。對于這種方法，存在以下幾個問題(1)在控制不精確的情況下，有可能造成電動機反轉(zhuǎn)；(2)即使控制精確，可使電動機快速停轉(zhuǎn)，但整車及所載人和物在制動初期所具有的動能并未被完全轉(zhuǎn)換，故此時會發(fā)生如側(cè)滑等不安全問題；(3)由于未對電動機的最大電流予以限制，在制動初期電動機的最大電流會達(dá)到兩倍的啟動電流(遠(yuǎn)大于電動機的額定電流)，如此大的電流會造成電機的永久磁鐵退磁、電機繞組過熱、驅(qū)動MOS管受浪涌電流沖擊，從而降低電機性能、縮短電機和驅(qū)動MOS管的使用壽命。而對于所謂的“柔性EABS”系統(tǒng)，采用了相當(dāng)于將電機繞組直接短接的方式。這種方法克服了上述(1)的電動機反轉(zhuǎn)、(2)的發(fā)生側(cè)滑的兩個問題，但還存在(3)的沖擊電流大的問題和制動開始時有較大的沖擊力的問題。此外以上兩種方法一般僅適用于無刷電機電動車，對于有刷電機電動車一般未采用任何的電氣制動措施。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了解決以上問題，提供一種電動車的電氣制動控制方法及裝置。
根據(jù)能量守恒定律，電動車的制動過程實際上就是將電動車整車及所載人和物在制動開始時的動能轉(zhuǎn)換為其他形式的功或能的過程。對普通的電動車來說，整個制動鏈有以下環(huán)節(jié)組成(1)閘皮與車輪或輪轂的摩擦力所做的功(包含閘皮磨損所做的功)；(2)輪胎與地面的滑動摩擦力(或打滑)所做的功；(3)輪胎形變所做的功；(4)車輛的其他阻力和空氣阻力等所做的功。正常情況下(3)、(4)所做的功占的比例很小，可以忽略不計，閘皮與車輪或輪轂的摩擦力(1)所做的功與閘皮與車輪或輪轂的摩擦力的大小及閘皮與車輪或輪轂的相對位移量有關(guān)，當(dāng)閘皮與車輪或輪轂的摩擦力不是很大的情況下，閘皮與車輪或輪轂存在相對位移時摩擦力做功，可以吸收動能；若閘皮與車輪或輪轂的摩擦力很大(大于輪胎與地面的滑動摩擦力)以致閘皮與車輪或輪轂不存在相對位移(即抱死)，則摩擦力不做功，無法吸收動能，所有的動能將由輪胎與地面的滑動摩擦力(2)所做的功來轉(zhuǎn)換，顯然這是不安全的。由此可見，無限制地加大閘皮與車輪或輪轂的摩擦力是不可取的。而在同樣情況下減小閘皮與車輪或輪轂的摩擦力就意味者會延長制動距離，也會降低安全性。
本發(fā)明提供一種電動車的電氣制動控制方法，利用附加的電氣制動，將部分動能轉(zhuǎn)變成電能進(jìn)行利用或直接轉(zhuǎn)換成熱能消耗掉，從而加快動能的轉(zhuǎn)換，達(dá)到縮短制動距離，提高安全性的目的；同時為了能吸收盡可能多的動能而又不損害電機和驅(qū)動功率MOS管，應(yīng)用可控恒流源來消耗能量。其特征是電機通過整流模塊為裝置提供電能；以剎車手柄開關(guān)控制制動控制模塊的開關(guān)，進(jìn)而控制恒流調(diào)節(jié)模塊的工作與否；以恒流調(diào)節(jié)模塊控制能耗模塊能耗量的大小，在一定范圍內(nèi)保證電機繞組流過恒定的電流，提供恒定的制動轉(zhuǎn)矩；以能耗模塊來消耗電機通過整流模塊提供的電能能量，達(dá)到縮短制動距離，提高安全性的目的。
本發(fā)明還提供一種電動車的電氣制動控制裝置，其特征是由D1～D6六個二極管組成三相整流橋，A、B、C三點分別接無刷電機的三個繞組或A、B、C中的任意兩點接有刷電機的繞組，整流橋輸出V+和V-為裝置提供電源；由光耦U1、三極管Q1、電阻R0組成一個電子開關(guān)作為制動控制模塊，IN1、IN2兩點接電氣制動控制信號，有電壓時電子開關(guān)接通，無電壓時電子開關(guān)斷開，以控制恒流調(diào)節(jié)模塊的工作與否；由二極管D0、三極管Q2、Q3、電阻R1、R2、R3組成一個恒壓源作為恒流調(diào)節(jié)模塊，改變R2、R3的比值即可改變恒壓源輸出(G點)的電壓，從而控制能耗模塊的能耗電流；由電阻R10和電容C10組成一個積分電路，減小制動開始時的沖擊，使制動更平穩(wěn)；由功率MOS管Q10、負(fù)載LD10、功率MOS管Q11、負(fù)載LD11……組成能耗模塊，一個功率MOS管和一個負(fù)載(燈泡)組成一個基本能耗模塊，整個裝置可根據(jù)需要配置若干個基本能耗模塊，其中燈泡可直接作為剎車指示燈，G1點的電壓越高，每個基本能耗模塊的能耗就越大。
本發(fā)明與已有技術(shù)相對照，效果是積極且明顯的。本發(fā)明在不改變現(xiàn)有電動車控制器和機械剎車系統(tǒng)的前提下，應(yīng)用電氣制動技術(shù)，顯著提高電動車的制動效果，同時在回收的電能中提取一部分用于剎車指示，從而提高了電動車的安全性和延長機械剎車系統(tǒng)的使用壽命。本發(fā)明既適用于無刷電機也適用有刷電機，既適用于新車配套也適用各類舊車改裝。對于不同功率的電機，只需配置與之相應(yīng)的基本能耗模塊數(shù)即可。


附圖1是一種電動車的電氣制動控制方法的能量流向和控制示意圖。
附圖2是一種電動車的電氣制動控制裝置的優(yōu)選實施例的電氣原理圖。
具體實施例方式下面通過具體的實施例并結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
如附圖2所示，由二極管D1～D6組成三相整流橋，其中A、B、C三點分別接無刷電機的三個繞組或A、B、C中的任意兩點接有刷電機的繞組，整流橋輸出V+和V-為整個裝置提供電源。
由光耦U1、三極管Q1、電阻R0組成一個電子開關(guān)作為制動控制模塊，IN1、IN2兩點接電氣制動控制信號，IN1、IN2間有電壓時光耦U1導(dǎo)通使三極管Q1導(dǎo)通，三極管Q1發(fā)射極的電位近似等于V+，電子開關(guān)接通；IN1、IN2間無電壓時光耦U1截止使三極管Q1截止，三極管Q1發(fā)射極的電位近似等于V-，電子開關(guān)斷開；電阻R0為U1截止時提供一個漏電流的通路，以保證三極管Q1可靠截止。
由二極管D0、三極管Q2、Q3、電阻R1、R2、R3組成一個恒壓源作為恒流控制模塊，其工作原理在電子開關(guān)Q1導(dǎo)通時，當(dāng)輸入電壓V+↑→G點電壓↑→Q2基極電壓↑→Q2發(fā)射結(jié)電壓↑→Q2基極電流↑→Q2集電極電流↑→R1壓降↑→Q3基極電壓↓→Q3發(fā)射極(G點)電壓↓，G點電壓保持不變；當(dāng)輸入電壓V+↓→G點電壓↓→Q2基極電壓↓→Q2發(fā)射結(jié)電壓↓→Q2基極電流↓→Q2集電極電流↓→R1壓降↓→Q3基極電壓↑→Q3發(fā)射極(G點)電壓↑，G點電壓保持不變；改變R2、R3的比值即可改變恒壓源輸出G點的電壓。
由電阻R10和電容C10組成一個積分電路，當(dāng)裝置收到制動控制信號→光耦U1導(dǎo)通使三極管Q1導(dǎo)通→恒流控制模塊工作→G點電壓達(dá)到設(shè)定值，由于電容C10兩端的電壓不能突變，所以此時G1的電壓仍為零，能耗模塊不工作；隨后通過電阻R10對電容C10充電，電容C10兩端的電壓逐漸升高，G1的電壓也逐漸升高使能耗模塊的能耗電流也逐漸升高，因此減小了制動開始時的沖擊，使制動更加平穩(wěn)。
由功率MOS管Q10、Q11、Q12和燈泡LD10、LD11、LD12等組成能耗模塊，一個功率MOS管和一個燈泡組成一個基本能耗模塊，整個裝置可根據(jù)電機功率不同配置若干個基本能耗模塊，其中燈泡可直接作為剎車指示燈；設(shè)計時將功率MOS管的工作區(qū)域設(shè)定在放大區(qū)(能耗工作時)和截止區(qū)(能耗不工作時)；功率MOS管是一種電壓控制電流源，當(dāng)其工作于放大區(qū)時，柵極電壓越高，漏極電流越大，柵極電壓為恒定值時，漏極電流也為恒定值，故可通過調(diào)整R2、R3的比值來改變每個基本能耗模塊能耗電流的大?。划?dāng)柵極電壓為零時，漏極電流也為零，功率MOS管工作在截止區(qū)。
本發(fā)明具體的工作過程描述如下電動車的電氣制動控制裝置的A、B、C三點分別接無刷電機的三個繞組或A、B、C中的任意兩點接有刷電機的繞組，V+和V-間的電壓由電機繞組上的電壓經(jīng)由二極管D1～D6組成的三相整流橋整流后提供；IN1和IN2間接電氣制動控制信號。電動車正常行駛時，接在IN1和IN2間的電氣制動控制信號為零，此時光耦U1截止→三極管Q1截止→三極管Q3截止→G點電壓為零→功率MOS管Q10、Q11、Q12均截止，整個裝置不消耗電能；電動車需要制動時，在IN1和IN2間加上電氣制動控制信號電壓，此時光耦U1導(dǎo)通→三極管Q1飽和導(dǎo)通→三極管Q3進(jìn)入放大區(qū)，經(jīng)R2、R3及三極管Q2、二極管D0的調(diào)整，使G點和G1點電壓達(dá)到一個固定值→功率MOS管Q10、Q11、Q12均進(jìn)入放大區(qū)(此時功率MOS管的漏極電流基本與V+和V-的大小無關(guān))→燈泡點亮。這時整個系統(tǒng)的動能不斷地通過電機轉(zhuǎn)換成電能，又不斷地通過燈泡LD10和功率MOS管Q10、燈泡LD11和功率MOS管Q11及燈泡LD12和功率MOS管Q12等轉(zhuǎn)換成光和熱能消耗掉，使整個系統(tǒng)的動能迅速減少，車速迅速下降，起到附加電氣制動的作用。
權(quán)利要求
1.一種電動車的電氣制動控制方法，其特征是電機通過整流模塊為裝置提供電能；以剎車手柄開關(guān)控制制動控制模塊的開關(guān)，進(jìn)而控制恒流調(diào)節(jié)模塊的工作與否；以恒流調(diào)節(jié)模塊控制能耗模塊能耗量的大小，在一定范圍內(nèi)保證電機繞組流過恒定的電流，提供恒定的制動轉(zhuǎn)矩；以能耗模塊來消耗電機通過整流模塊提供的電能能量。
2.一種電動車的電氣制動控制裝置，其特征是由六個二極管組成三相整流橋作為整流模塊，對無刷電機的三個繞組或有刷電機的繞組的感應(yīng)電動勢整流為裝置提供電源；由光耦U1、三極管Q1、電阻R0組成一個電子開關(guān)作為制動控制模塊，控制恒流調(diào)節(jié)模塊的工作與否；由二極管D0、三極管Q2、Q3、電阻R1、R2、R3組成一個恒壓源作為恒流調(diào)節(jié)模塊，控制能耗模塊的能耗電流；由電阻R10和電容C10組成一個積分電路，減小制動開始時的沖擊，使制動更平穩(wěn)；由功率MOS管Q10、負(fù)載LD10、功率MOS管Q11、負(fù)載LD11……組成能耗模塊，消耗電機通過整流模塊提供的電能。
3.如權(quán)利要求2所述的一種電動車的電氣制動控制裝置，其特征是由一個功率MOS管和一個負(fù)載組成一個基本能耗模塊，整個裝置可根據(jù)需要配置若干個基本能耗模塊。
4.如權(quán)利要求2所述的一種電動車的電氣制動控制裝置，其特征是基本能耗模塊的負(fù)載由燈泡擔(dān)當(dāng)，并直接作為剎車指示燈。
全文摘要
一種電動車的電氣制動控制方法及裝置。其特征是電機通過整流模塊為裝置提供電能；以剎車手柄開關(guān)控制制動控制模塊的開關(guān)，進(jìn)而控制恒流調(diào)節(jié)模塊的工作與否；以恒流調(diào)節(jié)模塊控制能耗模塊能耗量的大小，在一定范圍內(nèi)保證電機繞組流過恒定的電流；以能耗模塊來消耗電機通過整流模塊提供的電能能量，達(dá)到縮短制動距離，提高安全性的目的。本發(fā)明在不改變現(xiàn)有電動車控制器和機械剎車系統(tǒng)的前提下，應(yīng)用電氣制動技術(shù)，顯著提高電動車的制動效果，同時在回收的電能中提取一部分用于剎車指示，從而提高了電動車的安全性和延長機械剎車系統(tǒng)的使用壽命。本發(fā)明既適用于無刷電機也適用有刷電機，既適用于新車配套也適用各類舊車改裝。
文檔編號B60L7/00GK101062661SQ200710040998
公開日2007年10月31日 申請日期2007年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月22日
發(fā)明者史幼迪 申請人:史幼迪