【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 以及助力信號(hào)的提取上卻出現(xiàn)了魚龍混雜、五花八門的局面。歐美要求腳踏啟動(dòng) 、 腳停斷電的無轉(zhuǎn)把電動(dòng)車。日本市場(chǎng)更需要精確比例助力的電動(dòng)車。國(guó)內(nèi)外的多種現(xiàn)有方式均不能很好地解決電機(jī)力矩的精確測(cè)量，也就難以保證 精確控制以及滿足歐美國(guó)家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和用戶的需求。 對(duì)于 電動(dòng)汽車而言，電機(jī)實(shí)時(shí)力矩的檢測(cè)成為解決目前電動(dòng)汽車 運(yùn)行控制的 關(guān)鍵技術(shù)， 精確的力矩檢測(cè)是包括 車輛行駛的穩(wěn)定性控制、轉(zhuǎn)向差速控制、系統(tǒng)動(dòng)力性能優(yōu)化和節(jié)能控制 等環(huán)節(jié)的 不可缺少的依據(jù)。目前 的 檢測(cè)量為電流和速度，而實(shí)際上實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的力矩?cái)?shù)據(jù) 才是最需要的，而且 常見的控制方案中通常 在車 10 輛轉(zhuǎn)彎時(shí)，采用模型分析車輛的轉(zhuǎn)向差速控制。該模型的假設(shè)條件中有車輪純滾動(dòng)，即不考慮已發(fā)生滑移、滑轉(zhuǎn)和輪胎離開地面的運(yùn)行狀態(tài)；還有輪胎側(cè)向變形與側(cè)向力成正比，即不考慮輪胎材質(zhì)與結(jié)構(gòu)上的非線性和因垂直載荷不同造成的輪胎側(cè)向彈性系數(shù)的變化。盡管后來的方案經(jīng)過一定的改進(jìn)，電子差速控制方案在控制車輪轉(zhuǎn)速的基礎(chǔ)上以車輪滑移率為控制目標(biāo)，以驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)矩為控制變量，在保證汽車操縱穩(wěn)定性和平順性的前提下，當(dāng)汽車直線行駛時(shí)，平均分配兩驅(qū)動(dòng)輪 的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩；在汽車轉(zhuǎn)向時(shí)，對(duì)兩側(cè)車輪輸入不同轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，使兩驅(qū)動(dòng)輪的滑移率最低，確保行駛安全性。但對(duì)車輪在行駛過程中（特別是低速情況下）可能因路面凸凹不平而出現(xiàn)的打滑、空轉(zhuǎn)，以及輪胎重新觸及地面瞬間的速度、電流、轉(zhuǎn)矩控制等尚無可靠的解決方案。 而檢測(cè)出真實(shí)的力矩?cái)?shù)據(jù)就可以最大限度地解決上述問題。 如 國(guó)家和地區(qū)的相關(guān)政策和發(fā)展規(guī)劃中所述，國(guó)家鼓勵(lì)電動(dòng)車的發(fā)展、產(chǎn)業(yè)化，而其市場(chǎng)在今后的幾十年內(nèi)將有長(zhǎng)足的發(fā)展和擴(kuò)展， 以電動(dòng)自行車為例， 2021年我國(guó)產(chǎn)量達(dá)到 1920萬輛。到 2021 年，我國(guó)電動(dòng)車的產(chǎn)銷量可達(dá)到 3000 萬輛，出口量為500 萬輛 600 萬輛，實(shí)現(xiàn)工業(yè)產(chǎn)值 7001600億元。 因此，與其相關(guān)的技術(shù)問題的解決就勢(shì)在必行。特別是電動(dòng)汽車的規(guī)?；a(chǎn)已經(jīng)呼之欲出，現(xiàn)在盡快解決其中的技術(shù)關(guān)鍵就顯得非常必要和更加急迫了。 11 四、 項(xiàng)目主要研究?jī)?nèi)容 根據(jù)一些電動(dòng)車生產(chǎn)企業(yè)的要求（其中電動(dòng)自行車主要為出口要求），綜合目前國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有產(chǎn)品的主要特點(diǎn)和存在的一些問題，參考了國(guó)外比較優(yōu)秀的設(shè)計(jì)的特色部分，確定了本項(xiàng)目的主要研究?jī)?nèi)容和方向。 針對(duì)電動(dòng)車的發(fā)展趨勢(shì)，相關(guān)資料顯示，精確助力（即精確檢測(cè)電機(jī)軸的受力情況）是國(guó)外的關(guān)鍵要求， 國(guó)內(nèi)也將逐漸向這一要求靠攏。要達(dá)到這一目的，就必須準(zhǔn)確地檢測(cè)到主動(dòng)電機(jī)軸的受力，而比較多種傳感器，力矩型傳感器是最佳選擇，但在主軸安裝力矩傳感器存在諸多技術(shù)困難（如國(guó)內(nèi)外研究綜述中所描述的），如信號(hào)弱、易受外界噪聲干擾、垂直方向應(yīng)力影響測(cè)量精度、信號(hào)輸出困難等。因此，這些都將是本項(xiàng)目需要解決、克服的難題。 一方面，對(duì)比已有的各種傳感器方案，設(shè)計(jì)、選擇一種傳感器安裝方式，使其既能準(zhǔn)確、靈敏地檢測(cè)人力信號(hào)，又便于安裝，同時(shí)還要有較低的成本。 根據(jù)上述設(shè)計(jì)，進(jìn)行理論計(jì)算，仿真出傳感器受力模型，找出最佳受 力點(diǎn)，以獲取最大靈敏度和最小可測(cè)信號(hào)。 根據(jù)選擇出的傳感器及靈敏度計(jì)算結(jié)果，設(shè)計(jì)相關(guān)電路，并進(jìn)行驗(yàn)證和調(diào)試。同時(shí)，根據(jù)國(guó)外對(duì)電動(dòng)車需求的反饋信息，將設(shè)計(jì)電路小型化、低能耗化，并根據(jù)電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，將信號(hào)處理及控制電路設(shè)計(jì)成可以置于電機(jī)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，同時(shí)考慮其電磁兼 12 容特性和高低溫（特別是高溫）情況下的工作穩(wěn)定性。 另一方面，完成上述設(shè)計(jì)及調(diào)試后，還要 按照合理的數(shù)學(xué)模型， 實(shí)現(xiàn)對(duì)車輪跳動(dòng)過程的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩控制，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車行駛的穩(wěn)定性控制 ，因此，要在現(xiàn)有模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行合理 的 改進(jìn)和完善，以獲得最佳效果 。 第三，設(shè)計(jì)中央處 理單元，以 32位 ARM單片機(jī)和 Ti的 DSP芯片為核心，統(tǒng)一處理多個(gè)電機(jī)（ 8個(gè)）同時(shí)驅(qū)動(dòng)的協(xié)調(diào)問題，使車可以協(xié)調(diào)、平穩(wěn)運(yùn)行。 再有，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車動(dòng)態(tài)參數(shù)的準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)讀取。為此，需設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車動(dòng)態(tài)運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)臺(tái)，將電機(jī)內(nèi)部的信號(hào)（力矩、溫度、電壓、電流、速度等）通過無線（或不影響正常行駛的有線）方式實(shí)時(shí)讀出，并設(shè)計(jì)、制造一套可以模擬不同路況（不同阻尼 、直線、轉(zhuǎn)彎 ）的 狀態(tài) 測(cè)試裝備，完成對(duì)電動(dòng)車從靜態(tài)到具有一定速度，從 0度 15度模擬坡度的完整測(cè)試數(shù)據(jù)，形成一整套電動(dòng)車運(yùn)動(dòng)過程數(shù)據(jù)。既能直觀、準(zhǔn)確地反映本 設(shè)計(jì)的精確助力結(jié)果，也可以為正在蓬勃興起的我國(guó)電動(dòng)車行業(yè)的控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)性能測(cè)試提供理論依據(jù)和研究基礎(chǔ)。 13 五、 項(xiàng)目技術(shù)可行性分析 已有技術(shù)基礎(chǔ) （ 1） 國(guó)內(nèi)外已有的各種信號(hào)提取方式雖然還不能完全解決前述問題，但對(duì)本項(xiàng)目的研究則是個(gè)很好的啟發(fā)和技術(shù)積淀； （ 2） 現(xiàn)有的一些仿真算法，如 ansys等，將可以成為有力的工具，幫助驗(yàn)證項(xiàng)目研發(fā)過程的各種計(jì)算和假設(shè)； （ 3） 最新的集成電路芯片（包括 MCU和 DSP芯片）使實(shí)時(shí)算法和控制成為可能。 本項(xiàng)目前期研究基礎(chǔ) 經(jīng)過兩年與電動(dòng)車廠家和傳感器廠家的合作，上述相關(guān)技術(shù)問題中的電動(dòng)自 行車部分已經(jīng)基本得到解決。其基本技術(shù)與本方案中擬用到電動(dòng)汽車控制系統(tǒng)中的技術(shù)有較強(qiáng)的相關(guān)性 。 針對(duì)電機(jī)主軸所受力矩，前期已經(jīng)做了很多分析： 下列兩幅仿真圖即為在預(yù)研過程中，對(duì)軸的受力情況的分析結(jié)果，上圖為拉應(yīng)力、下圖為扭應(yīng)力，驗(yàn)證了理論計(jì)算的結(jié)果，并以此為依據(jù)進(jìn)行了實(shí)物試驗(yàn)，符合度非常高。 14 在具體針對(duì)用戶的研究過程中， 以 某款 電動(dòng)車為樣車，在建模和仿真的基礎(chǔ)上，對(duì)其主軸所受的牽引力做了詳細(xì)的分析和測(cè)試，并取得了大量寶貴的數(shù)據(jù)，對(duì)助力信號(hào)的檢測(cè)效果已經(jīng)得到 15 廠家的基本認(rèn)可，對(duì)電機(jī)不平衡以及不同重量的騎乘 人所引起的垂直干擾的抑制也基本達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，接下來這方面的工作就是進(jìn)一步將測(cè)試結(jié)果規(guī)范化。 傳感器的選擇和受力測(cè)試也得到了合作伙伴的大力支持，利用該公司在傳感器元件方面的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，研發(fā)過程得以大大縮短，利用該公司的累積式測(cè)力機(jī)，對(duì)受力情況作了反復(fù)測(cè)試，證實(shí)了本方案精確測(cè)力的可行性。 課題主要負(fù)責(zé)人多年來從事弱信號(hào)檢測(cè)、精確計(jì)量和不同通信方式的研究，這些技術(shù)都是本項(xiàng)目研究所必須的。 本項(xiàng)目主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn) 本項(xiàng)目的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下： （ 1） 設(shè)計(jì)、選擇一種力矩傳感器，通過理論計(jì)算和力學(xué)模型仿真，找出傳感器的最佳 使 用方式及靈敏度理論值； （ 2） 設(shè)計(jì)相關(guān)電路 及信號(hào)輸出方式 ，解決目前精確信號(hào)采集遇到的關(guān)鍵難題，