电动自行车调速系统的设计.doc

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电动自行车调速系统的设计

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培养单位：

内蒙古民族大学

专业：

机械制造与制动化

学生：

王海静

指导教师：

李理

摘要

近年来虽然国家的经济快速发展，但发展的背后也出现了许多的问题，资源的过度开采，环境污染严重，城市交通拥堵等一系列的现实问题摆在了我们的面前。

我们人人都要行动起来节能减排，要付诸于实际的行动，不能够只喊出来了，面对城市的用度和雾霾，电动自行车是城市出行不错的交通工具的选择，尤其是在中短途的出行，不仅节能环保而且价格比较适合大多数的居民。

本文主要是对电动自行车的调速系统的设计，分为两套方案进行的调速，第一套方案是基于单片机的电动机的调速方案，通过单片机控制电路，调节永磁无刷电机的输出功率，从而调节了电动自行车的速度。

第二套方案是通过变速器调节，改变传动比，使电动自行车的速度发生变化。

结合两套方案的实施，使电动自行车更能够让大家接受和喜欢，有效地减少了其他比较耗能的交通工具的出行和城市的交通压力。

关键字：

电动自行车永磁无刷电动机ATmaga8单片机无级式变速器

ABSTRACT

Althoughthecountry'srapideconomicdevelopmentinrecentyears,butbehinddevelopmentalsoappearedmanyproblems,theoverexploitationofresources,environmentalpollutionisserious,theurbantrafficcongestionandsoonaseriesofrealisticprobleminfrontofus.Wealltakeaction,energysavingandemissionreductiontointopracticalaction,can'tjustshoutout,facingthecitycapabilityandfoghaze,electricbicycleisthetransportationofurbantravelisgoodchoice,especiallyinZhongDuanTutravel,energyconservation,environmentalprotectionandthepriceisnotonlysuitableformostoftheresidents.

Thispaperisthedesignofspeedcontrolsystemforelectricbikes,speedcontrolcanbedividedintotwosetsofscheme,thefirstsetofsolutionsismotorspeedcontrolschemebasedonsinglechipmicrocomputer,throughthesingle-chipmicrocomputercontrolcircuit,adjusttheoutputpowerofpermanentmagnetbrushlessmotor,soastoregulatethespeedofelectricbicycle.Adjustment,thesecondisthroughthetransmissionchangethetransmissionratio,makethechangespeedofelectricbicycle.Combinedwiththeimplementationofthetwosetsofscheme,makeelectricbicyclemorecanletpeopletoacceptandlike,effectivelyreducetheothercomparisonoftransportationenergyconsumptionoftravelandtrafficofthecity.

Keyword：

electricbicyclePermanentmagnetbrushlessmotorATmaga8SinglechipmicrocomputerSteplesstransmission

目录

关键字

第一部分概述

一、课题的研究背景

1.市场的需求

2.国外电动自行车的发展状况

3.我国的电动自行车的发展状况

二、电动自行车的结构和部件要求

1.电动自行车的结构

2.电动自行车对电动机的要求

3.电动自行车对蓄电池的要求

三、本论文的结构

第二部分永磁无刷直流电机调速系统的设计

一、电动自行车的各类电机简单介绍

二、ATMmega8单片机的介绍

三、永磁无刷直流电机调速的电路设计

1．总体规划

2．电动机的速度的测量

3．电动机的速度调节

4．控制电路的整体设计

5．系统软件的控制

第三部分变速器的设计

一、各类变速器的简单介绍

1.变速器的分类

2.变速器对电动自行车必要性

二、无级变速器的原理

三、电动自行车变速器的设计

第一部分概述

一、课题的研究背景

1.市场的需求

随着经济社会的快速的发展，城镇化的形成和城市框架的拉大，在公共交通不完善，交通拥堵的今天，自行车已经不能够满足出行的要求，尤其是人们的出行的距离的增加，迫切的需要一种替代的交通工具，电动自行车是一个不错的选择，节能环保不堵心。

电动车是在世纪之交产生的，并且数量呈直线上升的趋势，得到了市场的广泛认同。

2.国外电动自行车的发展状况

在国外电动自行车主要是轻松代步和休闲健身的工具，但总体来说电动车的潜在的市场很大，并且呈迅速扩大的趋势。

国外发展电动自行车较早的国家日本、德国以及一些欧洲国家。

日本是轻型电动自行车的发源地，也是电动自行车发展最早的国家，其最早的消费群体是高龄妇女，现在随着人们环保意思的提高和政府节能减排政策的实施，消费群体快速的扩大，因此其电动车数量也将继续的快速增加。

美国正处于轻型电动自行车的发展的初级阶段，消费对象主要集中于45岁以上的群体政府的一些工作人员，据其专家估计，在1999年时有6.5万辆，但较上上一年增长了400%，可以看出美国电动自行车的增长势头迅猛。

欧洲国家是轻型电动车最成熟的国家，每年的消费量可达到300到400万辆，目前西欧国家面临的人口老龄化，越来越多的老年人成为电动自行车的主要消费群体，不久的将来可能会被更多的消费人群接受的。

3.我国的电动自行车的发展状况

作为一种绿色廉价的交通工具，电动自行车比较适合现阶段中国发展的国情，自从新世纪以来，强烈的市场需求使电动车产业在中国得到了快速的发展，也带动了相关的科技产品的快速的发展。

目前国内的电动自行车主要有两种：

一种是通过手动控制的形式地称为“手动控制电动自行车”，另一种是智能型的电动自行车。

随着我国国内的环境问题受到政府的重视，人民生活水平的提高，由于城市化过快的建设导致其范围的逐步的扩大，城市的严重拥堵，因此电动自行车成为了大多数人群的交通工具和不可替代的革命性的交通工具，给百姓带来方便的同时也对国内经济产生了积极的影响。

根据有关部门的调查，假如有1000万辆自行车，有1%的人换成电动自行车，根据单价为2500元，共计2.5亿，全国自行车的目前拥有量约为4亿量，如果有1%换为电动车，就产生100亿的消费额，从拉动消费来看，发展电动自行车对我国的就业和国家税收都非常的有利。

二、电动自行车的结构和部件要求

1.电动自行车的结构

电动自行车一般由动力、传动、行车、操纵制动和电器仪表五部分组成。

动力部分由蓄电池和电动机组成的，动力部分是电动自行车最重要的组成部分，它的好坏直接关系着电动自行车的寿命和稳定性。

传动部分主要是由变速器及其相关构件组成，主要是将动力源机械能传递给驱动轮和改变车速。

行车部分包括由车架、两轮、车座和减速器等组成的，其主要使电动车构成一个整体和支撑全车的总重量，将传动部分的扭矩转换成自行车的牵引力。

操纵制动部分是由车把、制动装置和电机调速电路等组成的，通过操纵部分调节车速和方向。

电器仪表是提示电动自行车的车速和电量的装置，保证车主及时了解行驶速度和调整，判断电量是否在有效的行程的范围内。

2.电动自行车对电动机的要求

虽然电动自行车的结构不是很复杂，但是对驱动系统的要求还是比较严格的，要求电动自动机的瞬时功率大，过载能力强，加速性能好，使用寿命长等特点，另外还需要其运行的噪声低，可靠性高，便于维修和保养，而且电动机要有很宽的调速范围。

电动自行车的电动机应能够在减速时实现能量的转换，将机械能转换为电能并回馈与蓄电池，使其能量达到最佳的利用率。

3.电动自行车对蓄电池的要求

蓄电池是电动自行车的动力部件中的关键部分，其性能的优良直接影响整个车的性能，蓄电池一般要有较高的比能量，容量大的意义十分的重要，在一次充电后可以使车的行程更长，而且还可以使电动自行车工作在“浅循环”的状态，良好的循环寿命和工艺也是相当的重要。

三、本论文的结构

本论文在第一部分中首先在课题的研究背景中对国际和国内的电动自行车的发展情况做了描述，说明课题的研究是有意义的；其次对电动自行车的结构和主要的部件要求做了简要的说明。

第二部分主要是电动自行车永磁无刷直流电动机的调速设计和相应部件的介绍。

第三部分主要是通过无级变速器对电动自行车的调速系统的设计。

第二部分永磁无刷直流电机调速系统的设计

一、电动自行存的各类电机的介绍

目前电动自行车的使用的电机主要有三种形式，

（1）有刷高速盘形电机，这种电机有电刷，电刷的寿命比较长，易更换保养，有减速器，效率较高，过载爬坡能力强，启动力矩大，但有噪声。

（2）无刷低速电动机，该电机无电刷，无减速器，具有免维护，无噪声的优点，但是控制器较复杂，电机控制线较多，启动电流大，过载上坡能力较差。

（3）有刷低速电机，该电机有刷无减速器，结构简单，成本低，但是效率较低，上坡和过载能力差。

现在市面上大多数是永磁无刷电机，由于该电机在出厂是内部自带有霍尔传感器，可以将电机的转速信号反馈出来，直流永磁无刷电机本质上是通过调节电压实现转速的调节的，但大多数情况下，出厂的时候厂家一般会固化这类控制器在电机上，对外只留有控制端接口。

控制人员不需要了解其内部结构，这样一来它的调速就比较容易了。

二、ATMmega8单片机的介绍

ATMmrga8是MATEL公司推出的一款新型AVR高级的单片机，也是一种非常特殊的单片机，它的芯片内集成了较大量的存储器和丰富强大的硬件接口电路，由于采用了小引脚封装，所以其价格比较低，它承袭了AT90所有的特点的基础上，增加了接口的功能，其稳定性和抗干扰能了更强了，才用了低功耗的CMOS工艺生产，所以更加省电。

AVR单片机的核心是将32个工作寄存器和丰富的指令集联结在一起，所有的工作寄存器都和AUL算数逻辑单元直接的连接。

实现了在一个时钟周期内执行的一条指令同时访问两个独立的寄存器的操作，因此代码的利用率很高，使大部分的指令在一个时钟周期内完成。

三、永磁无刷直流电机调速的电路设计

1．总体规划

如下图，永磁无刷直流电动机的调速系统是由单片机