技术领域
[0001] 本
发明涉及
电机控制领域，特别涉及一种基于脉宽调制的
电动自行车控制方法及系统。
背景技术
[0002] 随着节能环保的提倡，
电动车作为新
能源产业发展前景可观，而作为电动车核心的
控制器，其控制策略直接影响电动车的巡航里程和使用寿命。
[0003] 电动车控制器是用来控制电动车电机的启动、运行、进退、速度、停止以及电动车的其它
电子器件的核心控制器件，它就像是电动车的大脑，是电动车上重要的部件。电动车主要包括电动自行车、电动二轮摩托车、电动三轮车、电动三轮摩托车、电动四轮车、电瓶车等。
[0004] 传统的有刷电机是内含电刷装置的将
电能转换成机械能的旋转电机。
[0005]
现有技术的缺点：效率不够高、噪音较高和启动不稳等
缺陷。
发明内容
[0006] 本发明的目的旨在至少解决上述的技术缺陷之一。
[0007] 为达到上述目的，本发明的
实施例一方面提出一种基于脉宽调制的电动自行车控制系统，包括：初始化模
块，用于初始化电动自行车的
定时器和输入输出口；检测模块，用于检测电机的输入
电流、配置
电压、霍尔状态和霍尔
信号以及电动自行车的
刹车状态；调整模块，用于通过脉宽调制的方法调整电机的PWM占空比；以及保护模块，用于出现异常状态下通过调节PWM占空比对系统进行保护，其中，所述异常状态包括电流过大、电压过低、所述电机发生堵转或
短路。
[0008] 根据本发明实施例的系统，通过脉宽调制的方法调整PWM占空比，从而改变电机的转速简化了调整步骤，同时对电机的检测防止电机或
电池损坏的情况，保证系统的正常运行，提高了安全性和可靠性。
[0009] 本发明的一个实施例中，所述系统还包括：刹车模块，用于当触发刹车事件时停止所述电机的运转；以及巡航模块，用于当转把信号值在某一值或某一区间的预设时间内不变时所述电机按照原来行驶速度转动。。
[0010] 本发明的一个实施例中，其特征在于，所述保护模块具体包括：过滤保护子模块，用于当配置电流大于预设电流值时限制电流流量；欠压保护子模块，用于当配置电压小于预设电压值时停止电机转动；堵转保护子模块，用于当发生堵转时调整电机转速；以及短路保护子模块，用于当系统发生短路时将PWM占空比为零，即关闭所有驱动。
[0011] 本发明的一个实施例中，所述过滤保护子模块进一步包括：过滤单元，用于对电流进行过滤消除干扰；第一判断单元，用于判断所述检测模块所检测的电流值是否大于预设电流值；以及第一处理单元，用于当所述检测电流值大于预设电流值时限制电流流量。
[0012] 本发明的一个实施例中，所述欠压保护子模块进一步包括：第二判断单元，用于判断所述检测模块所检测的电压值是否小于预设电压值；以及第二处理单元，用于当所述检测电压值小于预设电压值时停止电机转动。
[0013] 本发明的一个实施例中，所述堵转保护子模块进一步包括：第三判断单元，用于根据所述检测模块所检测的霍尔状态判断是否发生堵转；以及第三处理单元，用于当发生所述堵转时调整所述电机转速。
[0014] 本发明的一个实施例中，所述短路保护子模块进一步包括：第四判断单元，用于根据所述检测模块所检测的电流或电压判断是否发生短路；以及第四处理单元，用于当发生所述短路时将PWM占空比为零，即关闭所有驱动。
[0015] 本发明的一个实施例中，所述刹车模块具体包括：第五判断单元，用于判断所述检测模块是否检测到刹车行为；以及第五处理单元，用于当触发刹车事件时停止所述电机的运转。
[0016] 本发明的一个实施例中，所述巡航模块具体包括：获取单元，用于获取转把信号值；第六判断单元，用于判断转把信号值是否在某一值或某一区间的预设时间内不变；以及第六处理单元，用于当转把值在某一值或某一区间的预设时间内不变时所述电机按照原来行驶速度转动。
[0017] 为达到上述目的，本发明另一方面的实施例提出一种基于脉宽调制的电动自行车控制方法，包括以下步骤：S1：初始化电动自行车的定时器和输入输出口；S2：检测电机的输入电流、配置电压、霍尔状态和霍尔信号以及电动自行车的刹车状态；S3：通过脉宽调制的方法调整电机的PWM占空比；以及S4：出现异常状态下通过调节PWM占空比对系统进行保护，其中，所述异常状态包括电流过大、电压过低、所述电机发生堵转或短路。
[0018] 根据本发明实施例的方法，通过脉宽调制的方法调整PWM占空比，从而改变电机的转速简化了调整步骤，同时对电机的检测防止电机或电池损坏的情况，保证系统的正常运行，提高了安全性和可靠性。
[0019] 本发明的一个实施例中，所述方法还包括：S5：当触发刹车事件时停止所述电机的运转；以及S6：当转把信号值在某一值或某一区间的预设时间内不变时所述电机按照原来行驶速度转动。
[0020] 本发明的一个实施例中，所述步骤S4具体包括：S41：当配置电流大于预设电流值时限制电流流量；S42：当配置电压小于预设电压值时停止电机转动；S43：当发生堵转时调整电机转速；以及S44：当系统发生短路时将PWM占空比为零，即关闭所有驱动。
[0021] 本发明的一个实施例中，所述步骤S41进一步包括：S411：对电流进行过滤消除干扰；S412：判断检测电流值是否大于预设电流值；以及S413：当所述电流值大于预设电流值时限制电流流量。
[0022] 本发明的一个实施例中，所述步骤S42进一步包括：S421：判断检测电压值是否小于预设电压值；以及S422：当所述检测电压值小于预设电压值时停止电机转动。
[0023] 本发明的一个实施例中，所述步骤S43进一步包括：S431：根据所检测的霍尔状态判断是否发生堵转；以及S432：当发生所述堵转时调整所述电机转速。
[0024] 本发明的一个实施例中，所述步骤S44进一步包括：S441：根据所述检测模块所检测的电流或电压判断是否发生短路；以及S442：当发生所述短路时将PWM占空比为零，即关闭所有驱动。
[0025] 本发明的一个实施例中，所述步骤S5具体包括：S51：判断是否检测到刹车行为；以及S52：当触发刹车事件时停止所述电机的运转。
[0026] 本发明的一个实施例中，所述步骤S6具体包括：S61：获取转把信号值；S62：判断转把信号值是否在某一值或某一区间的预设时间内不变；以及S63：当转把值在某一值或某一区间的预设时间内不变时所述电机按照原来行驶速度转动。
[0027] 本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
[0028] 本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0029] 图1为根据本发明一个实施例的基于脉宽调制的电动自行车控制系统的结构
框图；
[0030] 图2为根据本发明一个实施例的保护模块的结构框图；
[0031] 图3为根据本发明一个实施例的过滤保护子模块的结构框图；
[0032] 图4为根据本发明一个实施例的欠压保护子模块的结构框图；
[0033] 图5为根据本发明一个实施例的堵转保护子模块的结构框图；
[0034] 图6为根据本发明一个实施例的短路保护子模块的结构框图
[0035] 图7为根据本发明另一个实施例的基于脉宽调制的电动自行车控制系统的结构框图；
[0036] 图8为根据本发明一个实施例的基于脉宽调制的电动自行车控制方法的
流程图；以及
[0037] 图9为根据本发明另一个实施例的基于脉宽调制的电动自行车控制方法的流程图。
具体实施方式
[0038] 下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
[0039] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”、“第六”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”、“第三”、“第四”、“第五”、“第六”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0040] 图1为本发明实施例的基于脉宽调制的电动自行车控制系统的结构框图，如图1所示，根据本发明实施例的基于脉宽调制的电动自行车控制系统包括初始化模块100、检测模块200、调整模块300和保护模块400。
[0041] 具体地，初始化模块100用于初始化电动自行车的定时器和输入输出口。为定时器赋初值，并设置输入输出口。
[0042] 检测模块200用于检测电机的输入电流、配置电压、霍尔状态和霍尔信号以及电动自行车的刹车状态。系统上电经初步检测之后，进入正常运行。在运行过程中检测模块200实时检测电机的输入电流和配置电压、霍尔状态、霍尔信号以及电动自行车的刹车状态，并将检测到的信息发送到对应的保护模块进行对比处理。
[0043] 调整模块300用于通过脉宽调制的方法调整电机的PWM占空比。
[0044] 在本发明的一个实施例中，霍尔的信号线传递电机里面磁
钢相对于线圈的
位置，根据三个霍尔的信号控制器能获知此时应该如何给电机的线圈供电。霍尔信号传递给控制器，控制器通过粗线给电机线圈供电，电机旋转，磁钢与线圈发生转动，霍尔感应出新的位置信号，控制器粗线又给电机线圈重新改变电流方向供电，电机继续旋转。在其过程中，通过对
半导体开关器件的导通和关断，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲，用这些脉冲来代替
正弦波或其他所需要的
波形，并按照一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，从而调整PWM占空比。
[0045] 保护模块400用于出现异常状态下进行保护，其中，异常状态包括电流过大、电压过低或电机发生堵转。
[0046] 图2为根据本发明一个实施例的保护模块的结构框图。如图2所示，保护模块400包括：过滤保护子模块410、欠压保护子模块420、堵转保护子模块430和短路保护子模块440。
[0047] 过滤保护子模块410用于当配置电流大于预设电流值时限制电流流量。
[0048] 图3为根据本发明一个实施例的过滤保护子模块的结构框图。如图3所示，过滤保护子模块410包括：第一判断单元411和第一处理单元412。
[0049] 第一判断单元411用于判断检测模块所检测的电流值是否大于预设电流值。
[0050] 第一处理单元412用于当检测电流值大于预设电流值时限制电流流量。
[0051] 在本发明的一个实施例中，每个PWM周期都进行限流计算。首先进入定时中断1后，计算得到占空比的中心位置，再开启定时中断4通过检测模块200检测电流反馈值。由第一判断单元411根据检测模块200对电流的检测，当检测到的电流值大于
阈值时第一处理单元411限制电流流量，即减小PWM占空比。
[0052] 根据本发明实施例的系统，通过输入电流的检测调整电机转速，提高了系统运行的安全性，保证电机的使用寿命同时可以节约能源。
[0053] 图4为根据本发明一个实施例的欠压保护子模块的结构框图。如图4所示，欠压保护子模块420包括：第二判断单元421和第二处理单元422。
[0054] 第二判断单元421用于判断检测模块所检测的电压值是否小于预设电压值。
[0055] 第二处理单元422用于当检测电压值小于预设电压值时停止电机转动。
[0056] 在本发明的一个实施例中，由第二判断单元421根据检测模块200对输入电压的检测，当检测到的电压值小于阈值时欠压计数器加1，否则清零，当计数器的计数值超过阈值时，第二处理单元422停止电机的运转，即将PWM占空比清零。
[0057] 在本发明的一个实施例中，设置电压检测端口为AD输入端口，检测到的电压值与预置量比较，如果小于预置值，则欠压计数器加1，否则清零，当欠压计数器达到欠压条件发生的值时，进行欠压保护，现象是电机停止运转。
[0058] 根据本发明实施例的系统，通过配置电压的检测调整电机转速，提高了电池使用的寿命，同时提高了系统的
稳定性。
[0059] 图5为根据本发明一个实施例的堵转保护子模块的结构框图。如图5所示，堵转保护子430包括：第三判断单元431和第三处理单元432。
[0060] 第三判断单元431用于根据检测模块所检测的霍尔状态判断是否发生堵转。
[0061] 第三处理单元432用于当发生堵转时调整电机转速。
[0062] 在本发明的一个实施例中，第三判断单元431根据检测模块200对实时对霍尔状态的检测，并将相邻的多个状态进行比较当相邻的多个状态与正常状态不一样时判断发生堵转状态。如果堵转状态在预设时间内没有解除，则第三处理单元432将调整电机转速直至停止转动。
[0063] 根据本发明实施例的系统，通过对霍尔状态的检测调整电机转速，提高了系统运行的安全性，保证电机的使用寿命同时可以节约能源。
[0064] 图6为根据本发明另一个实施例的短路保护子模块的结构框图。如图6所示，短路保护子模块440包括第四判断单元441和第四判断单元442。
[0065] 第四判断单元441用于根据检测模块所检测的电流或电压判断是否发生短路。
[0066] 第四处理单元442用于当发生短路时将PWM占空比为零，即关闭所有驱动。
[0067] 在本发明的一个实施例中，第四判断单元441通过检测模块200对
电路和电压的检测以及短路发生时电压和电流的变化判断是否发生短路。当发生短路时，第四处理单元442将PWM占空比为零，即关闭所有驱动。
[0068] 图7为根据本发明另一个实施例的基于脉宽调制的电动自行车控制系统的结构框图。如图7所示，基于脉宽调制的电动自行车控制系统还包括刹车模块500和巡航模块600。
[0069] 刹车模块500用于当触发刹车事件时停止电机的运转。
[0070] 在本发明的一个实施例中，刹车模块500包括：第五判断单元和第五处理单元。
[0071] 第五判断单元用于判断检测模块是否检测到刹车行为。
[0072] 第五处理单元，用于当触发刹车事件时停止电机的运转。
[0073] 在本发明的一个实施例中，第五判断单元根据检测模块200对刹车状态的检测判断刹车状态和程度，并根据刹车程度由第五处理单元调整电机的运转。
[0074] 巡航模块600用于当转把信号值在某一值或某一区间不变时电机按照原来行驶速度转动。
[0075] 在本发明的一个实施例中，巡航模块600包括：获取单元、第六判断单元和第六处理单元。
[0076] 获取单元用于获取转把信号值。
[0077] 第六判断单元用于判断转把信号值是否在某一值或某一区间的预设时间内不变。
[0078] 第六处理单元用于当转把值在某一值或某一区间的预设时间内不变时电机按照原来行驶速度转动。
[0079] 在本发明的一个实施例中，在一个时间段内对转把进行数次检测，并通过获取单元获取其检测的转把值。再计算相邻两个转把值的差值，然后求其差值的和的同时转把计数器加1。当计数器的数值大于预设值且转把的差值也大于阈值时，通过第六处理单元保持行驶速度。
[0080] 根据本发明实施例的系统，通过对转把的检测判断用户的行驶状态，提高了系统的智能性方便了用户。
[0081] 图8为本发明实施例的基于脉宽调制的电动自行车控制方法的流程图。如图8所示，根据本发明实施例的基于脉宽调制的电动自行车控制方法，包括以下步骤：
[0082] S101，初始化电动自行车的定时器和输入输出口。
[0083] 具体地，为定时器赋初值，并设置输入输出口。
[0084] S102，检测电机的输入电流、配置电压、霍尔状态和霍尔信号以及电动自行车的刹车状态。
[0085] 具体地，系统上电经初步检测之后，进入正常运行。在运行过程中检测模块200实时检测电机的输入电流和配置电压、霍尔状态、霍尔信号以及电动自行车的刹车状态，并将检测到的信息发送到对应的保护模块进行对比处理。
[0086] S103，通过脉宽调制的方法调整电机的PWM占空比。
[0087] 具体地，霍尔的信号线传递电机里面磁钢相对于线圈的位置，根据三个霍尔的信号控制器能获知此时应该如何给电机的线圈供电。霍尔信号传递给控制器，控制器通过粗线给电机线圈供电，电机旋转，磁钢与线圈发生转动，霍尔感应出新的位置信号，控制器粗线又给电机线圈重新改变电流方向供电，电机继续旋转。在其过程中，通过对
半导体开关器件的导通和关断，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形，并按照一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，从而调整PWM占空比。
[0088] S104，出现异常状态下通过调节PWM占空比对系统进行保护，其中，异常状态包括电流过大、电压过低、电机发生堵转或短路。
[0089] 对异常状态的保护包括：过滤保护、欠压保护、堵转保护和短路保护。
[0090] 当配置电流大于预设电流值时限制电流流量进行过滤保护。在本发明的一个实施例中，每个PWM周期都进行限流计算。首先进入定时中断1后，计算得到占空比的中心位置，再开启定时中断4检测电流反馈值。当检测到的电流值大于阈值时限制电流流量，即减小PWM占空比。
[0091] 根据本发明实施例的方法，通过输入电流的检测调整电机转速，提高了系统运行的安全性，保证电机的使用寿命同时可以节约能源。
[0092] 当配置电压小于预设电压值时停止电机转动进行欠压保护。首先，实时检测配置电压并将所检测到的电压与预设电压值进行比较。当检测的配置电压小于阈值时，欠压计数器加1，否则清零。当计数器的计数值超过阈值时，停止电机的运转，即将PWM占空比清零进行欠压保护。
[0093] 根据本发明实施例的方法，通过配置电压的检测调整电机转速，提高了电池使用的寿命，同时提高了系统的稳定性。
[0094] 当发生堵转时调整电机转速进行堵转保护。霍尔
传感器实时检测霍尔信号，并将相邻的多个状态进行比较当相邻的多个状态与正常状态不一样时判断发生堵转状态。如果堵转状态在预设时间内没有解除，则将调整电机转速直至停止转动。
[0095] 根据本发明实施例的方法，通过对霍尔状态的检测调整电机转速，提高了系统运行的安全性，保证电机的使用寿命同时可以节约能源。
[0096] 当系统发生短路时将PWM占空比为零。通过对电路和电压的检测以及短路发生时电压和电流的变化判断是否发生短路。当发生短路时将PWM占空比为零，即关闭所有驱动。
[0097] 图9为根据本发明另一个实施例的基于脉宽调制的电动自行车控制方法的流程图。如图9所示，根据本发明实施例的基于脉宽调制的电动自行车控制方法，包括以下步骤：
[0098] S201，初始化电动自行车的定时器和输入输出口。
[0099] S202，检测电机的输入电流、配置电压、霍尔状态和霍尔信号以及电动自行车的刹车状态。
[0100] S203，通过脉宽调制的方法调整电机的PWM占空比。
[0101] S204，出现异常状态下通过调节PWM占空比对系统进行保护，其中，异常状态包括电流过大、电压过低、电机发生堵转或短路。
[0102] S205，当触发刹车事件时停止电机的运转。根据刹车状态的检测判断刹车状态和程度，并根据刹车程度由调整电机的运转直至停止。
[0103] S206，当转把信号值在某一值或某一区间不变时电机按照原来行驶速度转动。首先获取转把信号值，然后判断转把信号值是否在某一值或某一区间的预设时间内不变。当转把值在某一值或某一区间的预设时间内不变时电机按照原来行驶速度转动。
[0104] 在本发明的一个实施例中，在一个时间段内对转把进行数次检测，并获取其检测的转把值。再计算将相邻两个转把值的差值，然后求其差值的和的同时转把计数器加1。当计数器的数值大于预设值且转把的差值也大于阈值时，取一个平均速度进行行驶。
[0105] 根据本发明实施例的方法，通过对转把的检测判断用户的行驶状态，提高了系统的智能性方便了用户。
[0106] 应当理解，本发明的方法实施例中的描述与系统实施例中的各个模块和单元的具体操作过程相同，此处不再详细描述。
[0107] 尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、
修改、替换和变型。
