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电动代步车的动力学计算分析与仿真

电动代步车的动力学计算分析与仿真

作者：郝铁生重庆大学

学位级别：硕士

随着中国逐渐进入老年化社会,为老年人而设计的一种安全、方便的电动代步车工具初见端倪,具有一定的市场开发前景。本文作为新型电动代步车研究开发项目的一部分,以多体系统动力学为理论基础,将目前先进的虚拟样机技术引入到了电动代步... 详细信息

随着中国逐渐进入老年化社会,为老年人而设计的一种安全、方便的电动代步车工具初见端倪,具有一定的市场开发前景。本文作为新型电动代步车研究开发项目的一部分,以多体系统动力学为理论基础,将目前先进的虚拟样机技术引入到了电动代步车的设计开发之中。本论文主要研究内容如下:利用ADAMS软件建立了整车的多体系统动力学模型;并对代步车在实际使用中的各种工况(转向、爬坡、加/减速、抗侧翻等能力)进行了虚拟试验,并对试验结果做出了相应的评价,预测了整车的各方面的性能;重点对该车的平顺性做了仿真试验,包括平顺性脉冲输入试验和平顺性随机输入试验,仿真效果基本符合前期设计的要求,验证了前期设计的合理性。针对课题组研究开发的新型电动代步车结构特点,本文还利用了MATLAB强大的仿真功能,在MATLAB/SIMULINK建立了该车的直流电动机驱动电子控制系统模型,并利用ADAMS和MATLAB接口技术,将整车的ADAMS多体动力学模型与MATLAB控制系统模型相结合,对代步车的驱动控制进行了联合仿真,为电动代步车的驱动电子控制系统开发提供了支撑,使得电动代步车虚拟试验更贴近实际情况,仿真数据更加准确、可靠。上述研究与实践为进一步研究开发新型的电动代步车打下了一定的基础,取得了一定效果并达到了预期目标。

关键词：电动代步车动力学联合仿真 ADAMS MATLAB

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电动代步车操作控制系统的研究与开发

电动代步车操作控制系统的研究与开发

作者：王晓军重庆大学

学位级别：硕士

作为老年人使用的电动代步车,近年来随着世界人口老年化,受到世界普遍关注,同时具有重要的市场前景。因此深入研究老年人用电动代步车,针对老年人的生活特点并利用现代机电技术研究开发新型的电动代步车具有重要的实际意义和市场价值。... 详细信息

作为老年人使用的电动代步车,近年来随着世界人口老年化,受到世界普遍关注,同时具有重要的市场前景。因此深入研究老年人用电动代步车,针对老年人的生活特点并利用现代机电技术研究开发新型的电动代步车具有重要的实际意义和市场价值。本文针对这种电动代步车的操作控制系统进行了较深入的研究分析,并研究开发了其硬件和软件,主要研究内容如下: ①研究分析了国内外电动代步车技术和现状的基础上,根据课题小组的新型电动代步车整体设计和开发要求,并结合新型电动代步车的结构特点,提出了相应的操作控制设计方案。 ②在比较国内外电动代步车操作控制用液晶显示器和键盘面板的设计方案的基础上,根据国内相关技术现状和特点,设计开发了新型电动代步车操作控制用液晶显示器和键盘面板。 ③根据新型电动代步车操作控制的要求,比较选择出合适的MCU控制芯片、温度传感器和转角传感器,并对其技术特点和参数进行了比较分析。 ④研究开发出了新型电动代步车操作控制器硬件,包括印刷板电路设计制作、相关电器元器件的选购、焊装、硬件调试。组装本电动代步车操作控制系统所有部件,研究PIC单片机开发系统MPLAB和PIC CCS编译器,编写调试各功能模块的程序代码,再整合程序,进行整体调试。 ⑤研究开发出了新型电动代步车操作控制器软件,包括液晶显示器驱动程序模块、键盘驱动程序模块、转角传感器AD采样与分析模块、操作控制系统与电机驱动控制系统的串口通讯模块(含通讯协议设计)。 ⑥在新型电动代步车样机制作的基础上,进行了其操作控制系统的实验,初步验证了该系统的有效性和可行性,并提出了进一步改进的措施和方法。上述研究与实践取得了一定效果并达到了预期目标,为更深入地研究开发新型电动代步车产品打下了很好的基础。

关键词：电动代步车操作控制系统 PIC16F884 RS232 人机交互接口

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电动代步车驱动板的热分析与散热优化

电动代步车驱动板的热分析与散热优化

作者：刘颖湖北工业大学

学位级别：硕士

随着电子信息技术的迅速发展,大功率、集成化的电子器件广泛地应用于电动代步车驱动板中。驱动板上电子器件的排布密集,使得热流密度增大,温度迅速升高,驱动板容易产生过热现象,而高温是造成电子器件失效的主要原因之一,严重影响了驱动... 详细信息

随着电子信息技术的迅速发展,大功率、集成化的电子器件广泛地应用于电动代步车驱动板中。驱动板上电子器件的排布密集,使得热流密度增大,温度迅速升高,驱动板容易产生过热现象,而高温是造成电子器件失效的主要原因之一,严重影响了驱动板的可靠性。因此,对驱动板进行热分析及热设计的研究是提高其可靠性的关键。本文针对驱动板上电子器件结点温度过高和多热源之间的相互影响导致器件可靠性降低等问题,采用了一种适用于驱动板热分析的有限元方法,并对驱动板进行散热优化设计,从而达到降低电路板和电子器件温度的目的。主要研究工作如下:(1)根据电动代步车的机械结构和功能要求,设计了电动代步车驱动板。通过对热分析基础理论和基本方法的分析,明确了驱动板热分析的基本类型和分析层次。利用实验数据和理论公式计算出驱动板各功率模块的功耗,并对功率模块的主要发热器件进行了散热路径分析。(2)为了进一步了解驱动板的温度分布情况,利用SolidWorks绘图软件对功率器件进行了详细地建模,并按照驱动板上电子器件的实际布局绘制了驱动板的三维模型。将驱动板三维模型导入到ANSYS进行热力学有限元分析,仿真得出各电子器件的稳态温度值。搭建驱动板温度检测实验平台,设计实验方案,利用红外测温仪获取驱动板的温度分布及其功率器件的表面温度。对比分析ANSYS仿真结果和实验测试结果,验证了本文建立的驱动板有限元仿真模型的准确性。(3)通过对驱动板散热设计方案的分析,得出了影响驱动板散热能力的主要因素,并通过仿真实验表明改变PCB结构以及对大功率器件安装散热器能够有效地降低器件的结点温度。根据提出的优化方法,对驱动板进行散热设计优化,利用仿真软件模拟出优化前与优化后的温度情况,并通过实验验证优化方案的有效性。仿真和实验结果表明本文采用的散热优化方案降低了驱动板主要功率器件的结点温度,改善了驱动板的温度分布,提高了驱动板的可靠性。

关键词：电动代步车驱动板热分析散热优化 ANSYS

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电动代步车驱动控制系统的研究与开发

电动代步车驱动控制系统的研究与开发

作者：赵海重庆大学

学位级别：硕士

电动代步车是老年人、残疾人以及家庭主妇等人群的一种较理想的代步工具,也是近年来电动车市场发展的一个分支,具有一定的消费市场。本文开发的电动代步车驱动控制系统是电动代步车产品的核心部分之一。本论文主要由直流无刷驱动电机的... 详细信息

电动代步车是老年人、残疾人以及家庭主妇等人群的一种较理想的代步工具,也是近年来电动车市场发展的一个分支,具有一定的消费市场。本文开发的电动代步车驱动控制系统是电动代步车产品的核心部分之一。本论文主要由直流无刷驱动电机的基于dsPIC30F5015单片机的控制电路设计开发和铅酸电池充电器电路的设计开发两部分组成,主要侧重于dsPIC30F5015在BLDCM控制系统中的具体应用和基于PWM的铅酸电池充电器的设计。本论文主要研究内容如下:①电动代步车技术,特别是其驱动电机控制技术的当前国内外发展状况的分析研究,并较深入阐述了具有广阔市场前景的直流无刷电机的基本组成环节、基本工作原理和运行特性。②根据电动代步车驱动控制要求和当前数字控制技术水平状况,选择并确定了电动代步车用无刷直流电机驱动控制的芯片dsPIC30F5015,并对该芯片的特点、工作原理和在直流无刷电动机控制系统中的应用方法进行了论述。③提出了基于dsPIC30F5015具有位置传感的无刷直流电机控制的设计方案,并完成了基于该方案的印刷版电路设计制作、相关电器元器件的选购与焊装、基于dsPIC30F5015集成开发环境的电动代步车驱动控制软件的设计开发,最终对该驱动控制系统的软硬件进行了调试,验证了该设计方案的可行性。④在上述研究基础上,本文进一步提出了将电池充电与电动代步车驱动控制电路合为一体的开发方案,以减少整体电子模块的体积与成本。为此,充分利用dsPIC30F5015的数字资源设计出了经济、可靠的铅酸电池充电器硬件电路。上述研究与实践为进一步研究开发新型的电动代步车打下了一定基础,取得了一定效果并达到了预期目标。

关键词：电动代步车直流无刷电机驱动控制充电器 dsPIC30F5015

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电动代步车续航能力提升的控制方法研究

电动代步车续航能力提升的控制方法研究

作者：夏正乔湖北工业大学

学位级别：硕士

电动代步车因其结构简单、操作方便等特点被老年人广泛应用,其发展也比较迅速。针对电动代步车的续航研究能为环保节能做出一定贡献,具有重要意义。本文通过分析电动代步车续航能力的影响因素,提出使用DC/DC(直流/直流)变换器和能量回... 详细信息

电动代步车因其结构简单、操作方便等特点被老年人广泛应用,其发展也比较迅速。针对电动代步车的续航研究能为环保节能做出一定贡献,具有重要意义。本文通过分析电动代步车续航能力的影响因素,提出使用DC/DC(直流/直流)变换器和能量回收来提升电动代步车的续航能力。本文主要研究工作如下:(1)对电动代步车的续航里程进行了计算,分析出影响电动代步车续航能力的因素。针对这些因素提出了几种提高电动代步车续航能力的方法。经过对比分析,最终选择通过对电动代步车的驱动方式进行优化和对电动代步车制动能量进行回收,来提高电动代步车的续航能力。(2)由于传统驱动方式中三相全桥电路采用HWM-LN(上桥臂脉宽调制、下桥臂持续导通)的调制方式会导致驱动电路和电机产生大量损耗,本文设计了基于DC/DC变换器的无刷直流电机驱动系统。对DC/DC变换器进行了分析,选取交错并联两相双向半桥电路作为双向DC/DC变换器;阐述了两相双向半桥电路的工作方式,提出使用同步整流技术减小该电路的损耗;无刷直流电机驱动系统中的三相全桥电路采用HN-LN(只换相、不进行脉宽调制)方式;设计了无刷直流电机的调速策略。通过仿真试验证明,该方法可以有效的减小开关损耗和电机铁耗。(3)为了对电动代步车的制动能量进行回收,分析了几种电动代步车制动方式,选择了能量回馈制动方式;比较了能量回馈制动中全桥调制和半桥调制的优缺点,选择半桥调制方式作为能量回馈制动的调制方式;阐述了半桥回馈制动的过程,提出使用同步整流技术减小二极管续流损耗;总结了回馈制动的限制条件,选择使用制动电流恒定方式作为电动代步车能量回馈制动的控制策略。(4)为验证基于DC/DC变换器的无刷直流电机驱动系统和电动代步车能量回馈制动对电动代步车续航能力的提升效果,设计了以STM32F103RCT6为主控芯片的硬件电路和软件流程图。通过对比试验可知,在蓄电池为8.8A.h和行驶速度为6km/h时,本文所述方法比传统驱动方式的续航里程高12.7%,验证了本文所述方法的有效性。

关键词：电动代步车续航研究 DC/DC变换器同步整流技术回馈制动

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电动代步车故障诊断与容错控制方法研究

电动代步车故障诊断与容错控制方法研究

作者：杨柳合肥工业大学

学位级别：硕士

随着新能源技术的不断发展和人口老年化趋势日益明显,越来越多的人开始关注和使用电动代步车。电动代步车作为一种专门为老年人和残障人士设计的代步工具,具有便利舒适、节能环保等优点。但是,电动代步车在行驶过程中,如果发生故障,此... 详细信息

随着新能源技术的不断发展和人口老年化趋势日益明显,越来越多的人开始关注和使用电动代步车。电动代步车作为一种专门为老年人和残障人士设计的代步工具,具有便利舒适、节能环保等优点。但是,电动代步车在行驶过程中,如果发生故障,此时系统状态将会变得不可控,由于驾驶者处理突发状况的能力较弱,可能会进一步造成人员伤亡和财产损失。因此,如何将容错控制技术应用于电动代步车系统具有重要的研究意义。本文以电动代步车系统为研究对象,针对系统可能发生的参数故障以及传感器故障,分别设计了鲁棒容错控制方法与主动容错控制方法,以维持电动代步车系统在故障发生时的稳定性。具体的工作内容为:首先,针对电动代步车系统的参数故障,提出了一种基于滑模控制理论和极限学习机的鲁棒容错控制方法。基于电动代步车系统的键合图模型推导得到系统的微分方程模型,设计了一种电动代步车系统的滑模控制律以实现代步车速度跟踪,但是普通滑模控制并不能维持系统在参数故障下的控制性能。为了解决这个问题。考虑参数故障下的电动代步车系统微分方程模型,设计了一种基于极限学习机积分滑模的鲁棒容错控制律,利用极限学习机对滑模控制律中用来补偿未知参数故障的控制项进行实时估计,从而保证系统在发生参数故障时的稳定性。利用电动代步车实验平台验证了所提出方法的有效性。其次,设计了一种基于键合图理论的鲁棒故障检测和故障隔离方法,利用双重因果关系和线性分式变换建立电动代步车系统的不确定性双重因果关系诊断键合图模型,通过分析模型节点的因果关系构造区间自适应阈值和集合故障特征矩阵进行故障诊断。利用电动代步车实验平台对所提出的方法进行了验证,实验结果表明,相对于传统的键合图故障诊断方法,区间自适应阈值和故障特征矩阵提高了系统故障检测与故障隔离性能。最后,针对电动代步车系统的传感器故障,提出一种基于鲁棒故障检测和传感器故障重构的主动容错控制方法。根据区间解析冗余关系推导包含参数不确定性的系统微分方程模型,进而设计一种基于快速终端滑模的速度跟踪策略。利用神经网络观测器对传感器故障进行重构,基于故障重构结果对传感器反馈信号进行矫正。当检测到系统发生了传感器故障,系统的反馈信号将由传感器故障信号切换至矫正后的传感器信号。利用电动代步车实验平台对所提出的方法进行验证,实验结果表明,本文设计的主动容错控制方法可以在系统发生传感器故障时保证系统的稳定运行。

关键词：电动代步车容错控制极限学习机神经网络观测器滑模控制

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电动代步车线控转向系统的研究与开发

电动代步车线控转向系统的研究与开发

作者：郑国章重庆大学

学位级别：硕士

电动代步车是老年人、残疾人以及家庭主妇等人群的一种较理想的代步工具,也是近年来电动车市场发展的一个分支,具有一定的消费市场。本文开发的电动代步车线控转向系统是一种新型电动代步车产品的核心部分之一。本论文在研究开发独立后... 详细信息

电动代步车是老年人、残疾人以及家庭主妇等人群的一种较理想的代步工具,也是近年来电动车市场发展的一个分支,具有一定的消费市场。本文开发的电动代步车线控转向系统是一种新型电动代步车产品的核心部分之一。本论文在研究开发独立后轮直流电机驱动控制系统的基础上,借鉴车辆线控转向技术和方法,探讨了电动代步车线控转向系统的结构设计方法、控制技术,并进行了相应的软硬件开发和调试,主要研究内容如下:①总结论述了电动代步车发展过程及状况以及线控转向技术在车辆工程领域的应用,阐明了开发电动线控转向系统的必要性;②探讨了电动代步车线控转向系统的基本结构、工作原理和方法;③建立电动代步车线控转向系统的数学模型,得出系统的动力学方程和线控转向方程式。④研究开发了独立后轮直流电机PWM驱动电子控制系统,并完成了相应的印刷版电路设计制作、相关电器元器件的选购与焊装、基于dsPIC30F6010集成开发环境的电动代步车驱动控制软件的设计开发,最终对该驱动控制系统的软硬件进行了调试,初步验证了线控技术在电动代步车中应用的可行性。上述研究与实践为进一步研究开发新型的电动代步车打下了一定基础,取得了一定效果并达到了预期目标

关键词：电动代步车线控转向直流电机 dsPIC30F6010 PWM控制

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电动代步车的结构设计分析与开发

电动代步车的结构设计分析与开发

作者：王盛学重庆大学

学位级别：硕士

电动代步车是老年人、残疾人以及家庭主妇等人群的一种较理想的代步工具,也是近年来电动车市场发展的一个分支,具有一定的消费市场。本文在分析国内外现有电动休闲车和电动轮椅车设计状况和优缺点的基础上,提出了一种兼有两种车型优点... 详细信息

电动代步车是老年人、残疾人以及家庭主妇等人群的一种较理想的代步工具,也是近年来电动车市场发展的一个分支,具有一定的消费市场。本文在分析国内外现有电动休闲车和电动轮椅车设计状况和优缺点的基础上,提出了一种兼有两种车型优点的轴距可调式新型电动代步车的设计方案,并利用现代设计理论和分析技术对该方案进行了结构设计和分析,主要研究内容如下:①代步车国内外现状分析与研究,特别是对现有电动休闲车和电动轮椅车结构优缺点的讨论,在此基础上提出了一种滑管式轴距可调的新型电动代步车设计方案;②对电动代步车的现代三维设计开发技术进行了讨论与分析,在此基础上采用Pro/E对上述新型电动代步车设计方案进行了结构设计和建模,对整车几何特性、物理特性与设计参数、各种运动工况进行了分析计算和校核、对关键零部件进行了选用与分析;③采用ANSYS有限元分析技术对上述电动代步车的整体结构进行静动强度、刚度及固有频率、振型分析和计算,特别对上述轴距可调的滑管式结构接触有限元分析与计算;④在上述设计与分析基础上,制作出了一种滑管式轴距可调的新型电动代步车样车,进行了相关校核与评价,初步验证了上述设计方案的可行性。上述研究与分析为新型电动代步车的设计开发打下了一定的基础,取得了一定效果并达到了预期目标。

关键词：电动代步车轴距可调设计开发有限元分析接触

电动代步车无位置传感器轮毂电机控制系统的研究与开发

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电动代步车无位置传感器轮毂电机控制系统的研究与开发

作者：许永亮重庆大学

学位级别：硕士

为老年人及残疾人的生活通行提供方便的电动代步车产品,近年来受到极大的关注,其背景在于世界各国普遍出现的人口老龄化问题。对老年人及残疾人群体生活通行的照顾,是人类现代文明的体现,也是实现社会和谐的重要方面。因此开发结构简单... 详细信息

为老年人及残疾人的生活通行提供方便的电动代步车产品,近年来受到极大的关注,其背景在于世界各国普遍出现的人口老龄化问题。对老年人及残疾人群体生活通行的照顾,是人类现代文明的体现,也是实现社会和谐的重要方面。因此开发结构简单、操作方便、安全可靠、性价比高的电动代步车具有重要的现实意义和市场前景。本文针对电动代步车的核心部件-轮毂电机控制器进行了研究,探讨了无位置传感器轮毂电机控制器的设计和实现方法。结合电动代步车的机械系统结构特点,采用控制成本较低、集成化程度较高的整体式控制方式,汲取现有电动代步车控制技术的开发经验,设计出性能安全稳定、操作方便灵敏的轮毂电机控制系统。其主要研究内容如下:①由于无位置传感器轮毂电机在低速时,反电动势BEMF(Back Electromotive Force, BEMF)比较小不容易检测,本文采用了“三段式”起动方法,并对其转子定位、外同步加速和外同步到自同步的转换进行了比较深入的分析。②本文详细分析了“反电动势法”控制技术,深入研究了端电压过零点检测方法,结合该控制系统不仅设计了端电压过零点检测电路,而且分析了检测电路滤波环节导致的转子位置误差,并在软件中对其进行补偿。③设计开发了基于dsPIC30F的无位置传感器轮毂电机控制系统的各功能模块电路,包括:电源模块电路、轮毂电机功率逆变模块电路、轮毂电机功率驱动模块电路、反电动势过零点检测模块电路、电机保护模块电路、转角传感器接口电路、按键及液晶模块电路等,同时介绍了PCB设计中的抗干扰技术。④采用比例-积分-微分(Proportional-Integral-Derivative, PID)算法对控制系统进行了优化,基于其软件集成开发环境MPLAB IDE、编程工具C30和在线仿真器MCD2,完成了无位置传感器轮毂电机控制系统软件编程,并进行了多次调试试验。本文针对高性价比的电动代步车轮毂电机控制系统进行了大量研究工作,不仅理论分析严谨充分,而且又有实际的应用背景,具有一定的工程参考价值,并且拥有自主知识产权,为电动代步车产品的后续研究打下了较好的基础。

关键词：电动代步车轮毂电机无位置传感器反电动势法 dsPIC30F