新型电动自行车控制系统设计研究
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摘 要：现阶段的新型电动自行车由自行车控制器、电池、蓄电池以及充电器组成，核心电动机系统部件包含直流、感应、开关磁阻以及永磁无刷4部分。文章就电动自行车控制系统组成部件以及设计进行有关分析，找到其中存在的问题，并针对其问题进行有关研究分析。
关键词：电动自行车;控制系统;电动机
社会经济快速发展，人们生活质量水平显著提升。近年来，国家提出了“节能减排”的可持续发展战略目标，而部分国家或城市早就制定了有关限制汽车尾气排放的制度和规范性标准，划分无污染排放区域，并制定有关法律方案，在一定程度上促进了具备“零排放”优势的电动自行车发展。因此，我国将电动自行车研发列入了规划之中，坚持“节能减排”理念，加强对电动自行车的研发力度。
1 现阶段电动自行车依然存在的问题
现阶段，我国电动自动车的“轻摩化”情形日益严重，对交通造成了不利影响，主要包括以下两点。
1.1 道路交通秩序管理方面
我国电动自行车属于非机动车的分类中，所以我国不同区域的交通行驶道路上，电动自行车依然和自行车一样在非机动车道中行驶。根据调查分析可知，自行车在隔离带的道路上行驶，平均车速是10 km/h。若和其他车辆混合行驶，自行车的平均车速会下降到3 km/h。所以说，电动自行车的车速不断加快，一方面使非机动车道内自行车备受干扰，路通行能力出现降低现象，产生交通阻塞。另一方面，极其容易出现交通事故，造成不可预估的后果。
1.2 道路交通事故处理方面
由于道路上的电动自行车数量不断增长，因其产生的交通事故也不断在增加，因为电动自行车在属性上定义为非机动车，所以使交通管理部门在事故处理过程中遇到重大阻碍。并且针对电动自行车以往没有相关有效性管理规定，使交管部门在事件处理上没有规范性的标准进行衡量，因此，该种现象不仅对交通管理工作造成困扰，对人们日常生活交通安全上也缺乏明确制度的保障。
2 电动自行车中存在问题的有关对策
由于对电动自行车的分类属性概念模糊，导致大多数交管部门在针对电动自行车管理层面上有着许多的困难，因此，要对电动自行车属性有着明确以及确定的划分，并制定严格的法律规范制度。我国出台了对电动自行车的明确分类，并结合其行驶速度进行明确划分，给交通管理工作提供了极大的便利性，同时在一定层面上也保障了居民日常生活交通安全。
3 新型电动自行车自动控制系统的设计
3.1 系统的结构和工作原理
电动自行车核心系统是其内部运用的调控系统，主要负责两个方面，分别是内、外部的信息处理，由此可见，该方面对控制系统的结构和信号处理能力有着更高的标准，而无刷类型的电动机就是信号驱动型系统。同时，也需要核心控制器对内外联系的有效性进行控制，以保证更好地完成核心系统工作，也为控制器核心控制调控的合理性策略制定打下基础。
系统结构部件主要由以下几方面构成，分别是电源控制器、电压控制器、电流保护器、转速、刹车系统、声控系统、光感控制等。系统的全面控制和电流系统的配合控制电源的走向由蓄电池来决定。根据对电源的输出，实现对直流电（Direct Current，DC）控制，并且获取不同的直流电压一定能得到的光感控制预警系统和驱动程序，除此之外，还有新型的驱动型单片机，结合传感器获取的输出信号数据，掌控整体脉宽调制（Pulse Width Modulation，PWM）信号的趋向，把流动变化的电流转变成驱动中电流脉冲信号，并对整体系统进行整合、分压和分流控制，保证转速能实现完美同步的控制目标[1]。
3.2 控制系统信号采样和调理电路的设计
电流检测在电流环系统控制中是重要组成部分，电动自行车在驱动状态过程中，电动机是电动状态，电流从蓄电池的正极向负极流向，而采样点的电流变成了正极。电动自行车在回收运行状态过程中，电动自行车属于发电状態，并对蓄电池进行充电，电流从蓄电池的负极向正极流向，而采样点的电流变成了负极。
通常单片机的模拟—数字（Analogue to Digital，A/D）采样模块是无法判定电流的正负极的，所以，单片机的筛选上选用某公司推广的外围接口控制器（Peripheral Interface Controller，PIC）系列的单片机，PIC单片机结构是精简指令集计算机（Reduced Instruction Set Computer，RISC），不同于普通的复杂指令集计算机（Complex Instruction Set Computer，CISC），它是电动自行车整个系统的控制核心，PIC单片机中带有的功能性特征，让它在无刷电动机上发挥了有效的作用，并能进行合理控制。该系统中的电流采样电路是就驱动和回收模式中的电流正负入手，研究双向信号调理电路，并把负电流朝着正电流方向改变，但正电流依然处于不变的状况[2]。
3.3 无刷直流电动机的结构及原理
在20世纪，电动机作为机电能量的转换装置，已经随着国民经济的发展在各个领域广泛应用，主要包括同步电动机、异步电动机与直流电动机3种。由于3种电动机的优缺点均很明显，在工农业生产中大多数均采用三相异步电动机。20世纪30～60年代，很多专家致力于研究以电子换相代替电刷机械换相的直流无刷电动机，由于直流无刷电动机结构简单、运行可靠、维护方便，在医疗器械、仪器仪表、化工、轻纺等方面日益普及。
随着科学技术的不断发展和完善，材料科学也得到了重大的突破，随之而生的是一种新型技术—永磁无刷电机。其自诞生以来，就一直备受社会关注，并被广泛地应用于直流电机的不同种类换相装置过程中，不但具备大量的优势特性，还能保留原有技术具备的特性，真正实现了“鱼我所欲也，熊掌亦我所欲也”，在有关领域受到热烈欢迎。 现阶段，国内生产的电动自行车的种类各式各样，驱动系统通常也是由无刷和有刷两种类型的电机组成，工作电压在24～46 V，在正常功率范疇内。正常工作过程中，严格按照行业内规范的电流标准，针对电压最小的24 V电动自行车，将直流机其额定电流值减小，主要由本机、传感器和电子电路开关3部分组成，并且传感器需要在电机转轴上完整连接工作。在位置传感器中的定子得到一定程度的通电阶段后，要使电流以及转子在两种磁极中造成的磁场上因磁极有异而出现旋转反映，导致磁场信号转化成电信号，并供应开关线路，为每个相绕维持固定顺序提供重要性的保障。定子内导通的电流实际上是随着变化顺序而变化，开关内中的导入电流大概是与转子角度一起同步进行的，因此，在整体系统中它具备一直换向的特征。
若把光感器件看作成A，B，C这3种器件并平分360°，同时，均匀地分布在电机中，能利用遮光板在转轴上做协调工作，在一定程度上使光线没有改变的照射到相关器件上，所以必须要结合光感元件被照射的固定幅度，来对转子的位置进行主要判定。比如工作内容实际上要从n极转向到a位置上，在通过传感器获得回馈信号数据，保证电流具备良好的流通作用。同时，要在流入流出两个方向上设定好必有的磁场，并把磁场和因电磁场而出现的力矩做相反工作此来造成转子的逆旋转从n级转到b处位置，b需要环绕才能接通电流，导致V2晶体元件的开关被切断，最后会出现应有的磁场和正确的转轴角度。若想实现逆向环绕电磁场转动力矩，就要把磁场的两极做互相转变工作，把n级调整到新的位置，设想那个新位置是c，并且一直使上一个位置再被取代之后保证能替换到最新的位置上，如此循环，电动机就能实现高效运作，为电动自行车控制系统日后的正常运作以及安全行驶提供了重要的保障。尤其是在电场和磁场的实验中，为了能达到换相的重要性目标，在运作工作中由于钉子每组内部都具有气隙，也使磁场的旋转的量化特性得到了关键保障。旋转一周是360°，因此，平均分成3种类型的磁场，在不同的角度情况上能出现3种不同类型的电磁场状态，在一定层面上使3种磁场状态中的每一个都能出现120°的平均角度[3]。
4 结语
单片机在电动自行车控制系统中是重要的核心组成部分之一，对整个系统应做相关有效性的整体控制，通过对换相、速度以及位置多层面的监控系统的运用，对PWM的调控机制提供了重要性的保障。同时，由于专用驱动型芯片的使用让整体系统有了一定程度的优化，也让外部系统设施数量出现了减少的效果。合理运用WTBO15系统，对增强系统的安全性以及流畅性有着重要的作用，既在使用上有合理的性价比，又能节约生产成本，还增强了电动自行车行业的竞争能力，满足消费者实惠的需求，增强了电动自行车的智能化以及便捷作用，为人们日常生活交通出行上，提供了巨大的便利[4]。
[参考文献]
[1]韦凌翔，廖明军，王志远，等.典型信号控制交叉口左转电动自行车通行空间交通特性研究及宽容设计方法[J].盐城工学院学报（自然科学版），2019（1）：45-50.
[2]张宏杰，马运亮，魏才柱，等.基于滑模变结构控制的电动自行车控制系统设计[J].南通职业大学学报，2018（4）：83-86，90.
[3]谭武龙，丘志敏.一种便携式电动自行车的设计[J].中国资源综合利用，2018（10）：171-174.
[4]张天龙，周广军，殷姣，等.电动自行车充电口缺陷风险分析[J].标准科学，2018（8）：135-136.
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