專利名稱：一種高爾夫球車的電動(dòng)均速控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電動(dòng)車的均速控制的技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種高爾夫球車的電動(dòng)均速控制裝置。
背景技術(shù)：
電動(dòng)助力型手推小車(如高爾夫球車、手推殘疾車等手推電動(dòng)車)使用電瓶、直流電機(jī)加控制器，以用戶手扶持掌握方向的方式工作，上面載有重物(如高爾夫球車放置多根球桿、球或其它物品，重量口達(dá)20Kg以上)，為了減少用戶的推力，通過調(diào)節(jié)速度旋鈕改變直流電機(jī)的速度高低，以便使電動(dòng)車車速與用戶步行速度一致。但這種電動(dòng)車在使用時(shí)，一旦電機(jī)的輸出力矩速度調(diào)節(jié)好后便是恒定的，當(dāng)遇到阻力大的地面(如凹坑、草地等)上策速變慢；當(dāng)遇到較光滑的地面，則車速較快，使用戶時(shí)需要加快步伐，有時(shí)需要減慢步伐或不停調(diào)節(jié)速度旋鈕，以保證車速與用戶的步伐一致，特別在下坡的情況下由于車載物體的重力作用，需要用戶需跑步跟蹤，從而給使用帶來了諸多不便。如何解決上述手推電動(dòng)車在不同路面(如凹坑、草地、下坡等)行駛時(shí)的均速控制的問題，是本領(lǐng)域的技術(shù)難題。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種在不同路面行駛時(shí)適于保持勻速的高爾夫球車均速控制裝置。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供了一種高爾夫球車的電動(dòng)均速控制裝置， 其包括用于驅(qū)動(dòng)所述高爾夫球車上的一車輪的直流電機(jī)、與一霍爾傳感器相連以采集所述直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速的中央控制器、與所述中央控制器相連的用于設(shè)定高爾夫球車的車速的車速設(shè)定電路、與所述中央控制器的PWM脈沖信號(hào)輸出端相連的PWM脈沖放大電路、以及開關(guān)電路，該開關(guān)電路的控制信號(hào)輸入端與所述PWM脈沖放大電路的脈沖信號(hào)輸出端相連， 開關(guān)電路的電源輸出端與所述直流電機(jī)的電源輸入端相連。本實(shí)用新型具有積極的效果(1)本實(shí)用新型的高爾夫球車的電動(dòng)均速控制裝置，針對(duì)電動(dòng)車下坡加速的缺點(diǎn)，利用單片機(jī)檢測電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速大小，采用適于使直流電機(jī)制動(dòng)放電的PWM驅(qū)動(dòng)電路，由單片機(jī)通過調(diào)整PWM脈沖信號(hào)的占空比，使小車輪流工作在電動(dòng)和制動(dòng)兩種狀態(tài)下自動(dòng)調(diào)整小車速度，始終保持設(shè)定的車速。(2)本實(shí)用新型中，通過檢測高爾夫球車的手推桿上的推力，自動(dòng)調(diào)整小車速度，以使車速始終與推行者的步行速度保持一致。壓力傳感器發(fā)出的力大小信號(hào)經(jīng)過放大后，送單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換，單片機(jī)根據(jù)轉(zhuǎn)換數(shù)值，發(fā)出不同脈沖寬度的PWM脈沖，脈沖經(jīng)過功率放大后驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作在相應(yīng)的轉(zhuǎn)速下。

為了使本實(shí)用新型的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)的具體實(shí)施例并結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，其中[0008]圖1為直流電機(jī)的電動(dòng)和制動(dòng)發(fā)電原理圖；圖2為實(shí)施例中的與直流電機(jī)相連的開關(guān)電路的電路原理圖；圖3為實(shí)施例中的直流電機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)時(shí)的電流回路示意圖；圖4為實(shí)施例中的直流電機(jī)處于制動(dòng)發(fā)電狀態(tài)時(shí)的電流回路示意圖；圖5為實(shí)施例中的直流電機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)時(shí)中央控制器送至第一 VMOS開關(guān)管 VT1、第二 VMOS開關(guān)管VT2的柵極上的PWM脈沖信號(hào)的波形圖；圖6為實(shí)施例中的直流電機(jī)處于制動(dòng)發(fā)電狀態(tài)時(shí)中央控制器送至第一 VMOS開關(guān)管VT1、第二 VMOS開關(guān)管VT2的柵極上的PWM脈沖信號(hào)的波形圖；圖7為實(shí)施例中的高爾夫球車的俯視圖；圖8為實(shí)施例中的高爾夫球車的電動(dòng)均速控制裝置的電路原理圖；圖9為實(shí)施例中的所述均速控制裝置中的壓力傳感器及其信號(hào)放大電路的原理圖；圖10為實(shí)施例中的所述均速控制裝置中的中央控制器的程序框圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)施例的高爾夫球車的電動(dòng)均速控制裝置包括直流電機(jī)，用于驅(qū)動(dòng)所述高爾夫球車上的一車輪；中央控制器，與一霍爾傳感器相連，以采集所述直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速；車速設(shè)定電路，與所述中央控制器相連，用于設(shè)定高爾夫球車的車速；PWM脈沖放大電路，與所述中央控制器的PWM脈沖信號(hào)輸出端相連；開關(guān)電路，該開關(guān)電路的控制信號(hào)輸入端與所述PWM脈沖放大電路的脈沖信號(hào)輸出端相連，開關(guān)電路的電源輸出端與所述直流電機(jī)的電源輸入端相連；所述中央控制器根據(jù)測得的高爾夫球車的車速與所述車速設(shè)定電路設(shè)定的車速的大小關(guān)系，控制輸出的所述PWM脈沖信號(hào)的占空比，開關(guān)電路根據(jù)所述PWM脈沖信號(hào)的占空比及所述車速驅(qū)動(dòng)所述直流電機(jī)工作在電動(dòng)狀態(tài)或制動(dòng)發(fā)電狀態(tài)。在所述PWM脈沖信號(hào)的作用下，開關(guān)電路的電源輸出端產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)電壓Uab，且所述 PWM脈沖信號(hào)的占空比與所述驅(qū)動(dòng)電壓Uab構(gòu)成正比例關(guān)系；當(dāng)所述驅(qū)動(dòng)電壓Uab大于所述直流電機(jī)的反電動(dòng)勢Um時(shí)，所述直流電機(jī)工作在電動(dòng)狀態(tài)；當(dāng)所述驅(qū)動(dòng)電壓Uab小于所述直流電機(jī)的反電動(dòng)勢 時(shí)，所述直流電機(jī)工作在制動(dòng)發(fā)電狀態(tài)。所述PWM脈沖放大電路包括第一、第二和第三反向緩沖放電器IC3、IC5、IC6，第一、第二反向緩沖放電器IC3、IC5的信號(hào)輸入端與所述中央控制器的PWM脈沖信號(hào)輸出端相連，第二反向緩沖放電器IC5的信號(hào)輸出端與第三反向緩沖放電器IC6的信號(hào)輸入端相連，第一、第三反向緩沖放電器IC3、IC6的信號(hào)輸出端即為所述PWM脈沖放大電路的脈沖信號(hào)輸出端；第一、第二和第三反向緩沖放電器IC3、IC5、IC6的信號(hào)輸出端分別經(jīng)第一、第二和第三電阻Rl、R2和R3與一 +5V直流源相連。所述開關(guān)電路包括第一、第二 VMOS開關(guān)管VT1、VT2和第一、第二快恢復(fù)二極管 D1、D2 ；所述第一、第三反向緩沖放電器IC3、IC6的信號(hào)輸出端分別與第二、第一 VMOS開關(guān)管VT2、VT1的柵極相連，第一 VMOS開關(guān)管VTl源極與一蓄電池的正極相連，第一 VMOS開關(guān)管VTl的漏極與第二 VMOS開關(guān)管VT2的源極相連，第二 VMOS開關(guān)管VT2的漏極與所述蓄電池的負(fù)極相連；第一 VMOS開關(guān)管VTl的漏極與源極分別與所述第一快恢復(fù)二極管Dl的陽極與陰極相連，第二 VMOS開關(guān)管VT2的漏極與源極分別與所述第二快恢復(fù)二極管D2的陽極與陰極相連；所述直流電機(jī)的負(fù)極、正極分別與所述直流電源的負(fù)極和第一 VMOS開關(guān)管VTl的漏極相連。如圖7，高爾夫球車的車身1的后端設(shè)有手推桿2，車速設(shè)定電路中的控制旋鈕設(shè)于該手推桿2的末端。車身1與手推桿2之間設(shè)有與所述中央控制器相連的壓力傳感器。 中央控制器上相連有一控制開關(guān)，用于設(shè)定中央控制器僅根據(jù)車速設(shè)定電路輸出的車速設(shè)定信號(hào)控制實(shí)時(shí)車速，或僅根據(jù)所述壓力傳感器的輸出控制實(shí)時(shí)車速。當(dāng)所述中央控制器通過該壓力傳感器測得所述手推桿上存在推力時(shí)，增大所述 PWM脈沖信號(hào)的占空比，直至測得所述手推桿上的推力為零時(shí)，保持當(dāng)前的PWM脈沖信號(hào)的占空比不變；其中，PWM脈沖信號(hào)的占空比的增大幅度與所述推力成正比，具體的參數(shù)可通過實(shí)驗(yàn)得出。也可使所述占空比每次增加5-10%。當(dāng)所述中央控制器通過該壓力傳感器測得所述手推桿上存在拉力時(shí)，減小所述PWM脈沖信號(hào)的占空比，直至測得所述手推桿上的拉力為零時(shí)，保持當(dāng)前的PWM脈沖信號(hào)的占空比不變。其中，PWM脈沖信號(hào)的占空比的增大幅度與所述拉力成正比，具體的參數(shù)可通過實(shí)驗(yàn)得出。也可使所述占空比每次減小5-10%。所述直流電機(jī)的正極與所述第一 VMOS開關(guān)管VTl的漏極之間串聯(lián)有電流表A，該電流表A的電流方向信號(hào)輸出端與所述中央控制器的電機(jī)工作狀態(tài)檢測端相連；當(dāng)電流表 A輸出正電平時(shí)，所述直流電機(jī)工作在電動(dòng)狀態(tài)；當(dāng)電流表A輸出負(fù)電平時(shí)，所述直流電機(jī)工作在制動(dòng)發(fā)電狀態(tài)；當(dāng)電流表A輸出零電平時(shí)，所述驅(qū)動(dòng)電壓Uab等于所述直流電機(jī)的反電動(dòng)勢UM。所述中央控制器通過霍爾傳感器檢測高爾夫球車的實(shí)時(shí)車速，當(dāng)實(shí)時(shí)車速高于所述車速設(shè)定電路的設(shè)定數(shù)值時(shí)，根據(jù)所述實(shí)時(shí)車速高于所述設(shè)定數(shù)值的比例，相應(yīng)減小輸出的所述PWM脈沖信號(hào)的占空比(即實(shí)時(shí)車速高于所述設(shè)定數(shù)值的比例越大，相應(yīng)減小的所述占空比幅度就越大，具體參數(shù)可通過實(shí)驗(yàn)得出)；1_3秒后，若測得實(shí)時(shí)車速仍然高于所述設(shè)定數(shù)值時(shí)，再次所述實(shí)時(shí)車速高于所述設(shè)定數(shù)值的比例減小所述占空比，如此反復(fù)，直至所述實(shí)時(shí)車速等于所述車速設(shè)定電路的設(shè)定數(shù)值時(shí)，保持當(dāng)前的PWM脈沖信號(hào)的占空比不變。當(dāng)所述實(shí)時(shí)車速低于所述設(shè)定數(shù)值時(shí)，根據(jù)所述實(shí)時(shí)車速低于所述設(shè)定數(shù)值的比例，相應(yīng)增大輸出的所述PWM脈沖信號(hào)的占空比；1-3秒后，若測得所述實(shí)時(shí)車速仍然低于所述設(shè)定數(shù)值時(shí)，再次根據(jù)所述實(shí)時(shí)車速低于所述設(shè)定數(shù)值的比例，相應(yīng)增大所述占空比， 如此反復(fù)，直至所述實(shí)時(shí)車速等于所述車速設(shè)定電路的設(shè)定數(shù)值時(shí)，保持當(dāng)前的PWM脈沖信號(hào)的占空比不變。當(dāng)所述中央控制器通過所述電流表A測得直流電機(jī)處于制動(dòng)發(fā)電狀態(tài)，且測得所述車速低于設(shè)定數(shù)值時(shí)，增大所述PWM脈沖信號(hào)的占空比，直至測得所述電流表A輸出零電平時(shí)，保持當(dāng)前的PWM脈沖信號(hào)的占空比不變；然后在1-3秒內(nèi)，若測得所述實(shí)時(shí)車速持續(xù)增大時(shí)，則判斷當(dāng)前車輛處于下坡道上；同時(shí)，根據(jù)單位時(shí)間內(nèi)的速度增量計(jì)算加速度； 當(dāng)測得的實(shí)時(shí)車速達(dá)到所述車速設(shè)定電路的設(shè)定數(shù)值時(shí)，根據(jù)當(dāng)前的實(shí)時(shí)車速和所述加速度，相應(yīng)降低所述PWM脈沖信號(hào)的占空比，以使所述直流電機(jī)工作在制動(dòng)發(fā)電狀態(tài)，并使當(dāng)前車輛的加速度為零。車速設(shè)定電路包括電阻R4和帶旋鈕型可變電阻R5 ；壓力傳感器包括金屬絲型電阻應(yīng)變片R11、R12、R13和R14，與該壓力傳感器的信號(hào)輸出端相連的信號(hào)放大電路包括高輸入阻抗型運(yùn)放IC3 (型號(hào)為LF356)。所述中央控制器為單片機(jī)ICl，其采用內(nèi)部具有FLASH程序存儲(chǔ)器和4路A/D轉(zhuǎn)換器和4路PWM脈沖發(fā)生器的P87LPC768芯片，IC2為集成穩(wěn)壓芯片7805，第一、第二和第三反向緩沖放電器IC3、IC5、IC6使用OC門電路(型號(hào)為7406)，霍爾傳感器包括可采用開關(guān)型集成霍爾電路IC4 (型號(hào)為6837)，快恢復(fù)二極管使用FR304，VMOS可采用IRFM0。圖1中，第一、三象限的電機(jī)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)是工作在電動(dòng)狀態(tài)(即電機(jī)輸出正扭矩)， 而第二、四象限是工作在發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)(即電機(jī)輸出負(fù)扭矩)。以采用圖2有制動(dòng)的不可逆PWM驅(qū)動(dòng)方式為例，化為即蓄電池，Uil、Ui2分別為 VT2和VT2的驅(qū)動(dòng)電壓，如圖5所示，通過PWM脈沖放大電路輸出兩組反向的PWM脈沖信號(hào)， 保證VT1、VT2不同時(shí)導(dǎo)通。圖3為直流電機(jī)M工作在電動(dòng)狀態(tài)的電流方向，在PWM脈沖的(Ttl (圖5所示)階段VTl導(dǎo)通，電流依次流經(jīng)化+、VT1、M和Us-，電機(jī)M處于電動(dòng)狀態(tài)如圖3中回路1所示； 在PWM脈沖的tl、2 (圖5所示)階段VTl截止，電源被截?cái)?，電樞繞組的自感電動(dòng)勢使電流從續(xù)流二極管D2形成回路如圖3中回路2所示，電機(jī)M仍處于電動(dòng)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，盡管此時(shí) VT2柵極為高電平Ui2，但由于D2的嵌位作用VT2并不導(dǎo)通。當(dāng)PWM脈沖的占空比逐漸變小(如圖6所示)，直到加在直流電機(jī)上的正向平均電壓^小于直流電機(jī)的反電動(dòng)勢UM，此時(shí)，直流電機(jī)的電流反向流動(dòng)，產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。圖6中的(Ttl階段，VTl導(dǎo)通，直流電機(jī)工作在再生制動(dòng)狀態(tài)，電流的流動(dòng)如圖4中回路3所示， 對(duì)電源充電；圖6的tl、2階段，VT2導(dǎo)通，直流電機(jī)工作在能耗制動(dòng)狀態(tài)，電流的流動(dòng)如圖 4中回路4所示；當(dāng)實(shí)時(shí)車速與所述設(shè)定的車速之差小于預(yù)設(shè)值時(shí)，且在控制直流電機(jī)進(jìn)入制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，可能將會(huì)引起過度減小速度的情況下，可采用電動(dòng)和制動(dòng)分時(shí)交替驅(qū)動(dòng)的工作模式 (雙脈沖寬度分時(shí)輸出的工作方式)，即所述中央控制器根據(jù)實(shí)時(shí)車速，先后循環(huán)輸出相應(yīng)占空比的適于控制所述直流電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)的PWM脈沖信號(hào)(即電動(dòng)脈沖)和發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)的PWM脈沖信號(hào)(即制動(dòng)脈沖)，同時(shí)比較實(shí)時(shí)車速與所述設(shè)定的車速的大小，并相應(yīng)調(diào)整輸出的所述電動(dòng)脈沖和制動(dòng)脈沖的時(shí)間長短，在2-3秒仍然不能滿足勻速要求時(shí)，再相應(yīng)調(diào)整電動(dòng)脈沖和制動(dòng)脈沖的占空比(即若實(shí)時(shí)車速大于所述設(shè)定的車速，則分別減小電動(dòng)脈沖的占空比，增大制動(dòng)脈沖的占空比；反之，則分別增大電動(dòng)脈沖的占空比，減小制動(dòng)脈沖的占空比)，直至實(shí)時(shí)車速等于所述設(shè)定的車速且輸出的所述電動(dòng)脈沖或制動(dòng)脈沖的時(shí)間為零。圖7為高爾夫球車的俯視圖，其中測定速度是使用霍爾傳感器，其包括開關(guān)型霍爾元件5和磁鐵4，霍爾元件5安裝在電機(jī)固定機(jī)身上，霍爾元件5的輸出接到單片機(jī)中斷口上(具體電路結(jié)構(gòu)見圖8)，與之相對(duì)的車3的轉(zhuǎn)軸上一周均勻安裝有4個(gè)磁鐵4，這樣車輪每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，將產(chǎn)生4個(gè)中斷脈沖，轉(zhuǎn)速的檢測采用中斷計(jì)數(shù)方法，即在收到中斷信號(hào)后開始循環(huán)計(jì)數(shù)，再次收到中斷信號(hào)停止上次計(jì)數(shù)、啟動(dòng)下次計(jì)數(shù)，并將兩次計(jì)數(shù)數(shù)值進(jìn)行比較后確定速度的變化。上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本實(shí)用新型所作的舉例，而并非是對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無需也無法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而這些屬于本實(shí)用新型的精神所引伸出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之中。
權(quán)利要求1.一種高爾夫球車的電動(dòng)均速控制裝置，其特征在于包括用于驅(qū)動(dòng)所述高爾夫球車上的一車輪的直流電機(jī)、與一霍爾傳感器相連以采集所述直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速的中央控制器、 與所述中央控制器相連的用于設(shè)定高爾夫球車的車速的車速設(shè)定電路、與所述中央控制器的PWM脈沖信號(hào)輸出端相連的PWM脈沖放大電路、以及開關(guān)電路，該開關(guān)電路的控制信號(hào)輸入端與所述PWM脈沖放大電路的脈沖信號(hào)輸出端相連，開關(guān)電路的電源輸出端與所述直流電機(jī)的電源輸入端相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高爾夫球車的電動(dòng)均速控制裝置，其特征在于所述 PWM脈沖放大電路包括第一、第二和第三反向緩沖放電器(扣3、扣5、扣6)，第一、第二反向緩沖放電器(IC3、IC5)的信號(hào)輸入端與所述中央控制器的PWM脈沖信號(hào)輸出端相連，第二反向緩沖放電器(IC5)的信號(hào)輸出端與第三反向緩沖放電器(IC6)的信號(hào)輸入端相連，第一、第三反向緩沖放電器(IC3、IC6)的信號(hào)輸出端即為所述PWM脈沖放大電路的脈沖信號(hào)輸出端；第一、第二和第三反向緩沖放電器(IC3、IC5、IC6)的信號(hào)輸出端分別經(jīng)第一、第二和第三電阻(R1、R2和R3)與一+5V直流源相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高爾夫球車的電動(dòng)均速控制裝置，其特征在于所述開關(guān)電路包括第一、第二 VMOS開關(guān)管(VT1、VT2)和第一、第二快恢復(fù)二極管(D1、D2);所述第一、第三反向緩沖放電器(IC3、IC6)的信號(hào)輸出端分別與第二、第一 VMOS開關(guān)管(VT2、VT1) 的柵極相連，第一 VMOS開關(guān)管(VTl)源極與一蓄電池的正極相連，第一 VMOS開關(guān)管(VTl) 的漏極與第二 VMOS開關(guān)管(VT2)的源極相連，第二 VMOS開關(guān)管(VT2)的漏極與所述蓄電池的負(fù)極相連；第一 VMOS開關(guān)管(VTl)的漏極與源極分別與所述第一快恢復(fù)二極管(Dl)的陽極與陰極相連，第二 VMOS開關(guān)管(VT2)的漏極與源極分別與所述第二快恢復(fù)二極管(D2)的陽極與陰極相連；所述直流電機(jī)的負(fù)極、正極分別與所述直流電源的負(fù)極和第一 VMOS開關(guān)管(VTl)的漏極相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高爾夫球車的電動(dòng)均速控制裝置，其特征在于高爾夫球車的車身后端設(shè)有手推桿，車身與手推桿之間設(shè)有與所述中央控制器相連的壓力傳感ο
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種在不同路面行駛時(shí)適于保持勻速的高爾夫球車的電動(dòng)均速控制裝置，其包括用于驅(qū)動(dòng)所述高爾夫球車上的一車輪的直流電機(jī)、與一霍爾傳感器相連以采集所述直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速的中央控制器、與所述中央控制器相連的用于設(shè)定高爾夫球車的車速的車速設(shè)定電路、與所述中央控制器的PWM脈沖信號(hào)輸出端相連的PWM脈沖放大電路、以及開關(guān)電路，該開關(guān)電路的控制信號(hào)輸入端與所述PWM脈沖放大電路的脈沖信號(hào)輸出端相連，開關(guān)電路的電源輸出端與所述直流電機(jī)的電源輸入端相連。
文檔編號(hào)B60L15/20GK201989628SQ20112004774
公開日2011年9月28日 申請(qǐng)日期2011年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月25日
發(fā)明者楊龍興 申請(qǐng)人:江蘇技術(shù)師范學(xué)院