電動控制器壓力測試系統(tǒng)設(shè)計

1、電動自行車控制器壓力測試系統(tǒng)設(shè)計目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc332926718 1.背景 PAGEREF _Toc332926718 h 2 HYPERLINK l _Toc332926719 2.電動控制器原理 PAGEREF _Toc332926719 h 3 HYPERLINK l _Toc332926720 2.1控制器結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc332926720 h 3 HYPERLINK l _Toc332926721 控制輸入模塊 PAGEREF _Toc332926721 h 3 HYPERLINK l _Toc332926722

2、核心控制模塊 PAGEREF _Toc332926722 h 3 HYPERLINK l _Toc332926723 2.2主體功能 PAGEREF _Toc332926723 h 4 HYPERLINK l _Toc332926724 3.壓力測試系統(tǒng)設(shè)計 PAGEREF _Toc332926724 h 5 HYPERLINK l _Toc332926725 3.1功能設(shè)計 PAGEREF _Toc332926725 h 5 HYPERLINK l _Toc332926726 3.2硬件原理設(shè)計 PAGEREF _Toc332926726 h 6 HYPERLINK l _Toc332926

3、727 3.3軟件設(shè)計 PAGEREF _Toc332926727 h 7背景電動自行車中影響質(zhì)量的關(guān)鍵部件是電機和控制器，控制器是電動自行車的大腦，它的質(zhì)量影響到電機、電源的壽命，還與行車的安全性和平穩(wěn)性關(guān)系密切。控制器的質(zhì)量由其控制特性和可靠性兩方面決定。控制特性主要指電機運轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性、調(diào)速特性和負載能力。運轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性除與電機機械和裝配質(zhì)量有一定的關(guān)系外，還與控制器、電機間的匹配及采用的控制技術(shù)和軟件設(shè)計有密切的關(guān)系。而控制器的可靠性與軟件系統(tǒng)設(shè)計、采用的元器件、電路設(shè)計、裝配質(zhì)量等因素有關(guān)?？煽啃允强刂破髦匾匦?，要提高可靠性必須有專業(yè)的測試方法對控制器的可靠性進行檢查，但是當前的測試儀

4、器大部分都是對控制器的功能進行手動的測試，缺乏自動的壓力測試系統(tǒng)，因此為了解決這個問題，而設(shè)計了電動控制器壓力測試系統(tǒng)。電動控制器原理2.1控制器結(jié)構(gòu)控制器由控制信號輸入模塊，核心處理模塊和狀態(tài)顯示模塊三大部分組成?？刂戚斎肽K制信號輸入模塊包括剎車信號，調(diào)速信號，巡航信號三個輸入信號，它們分別起到剎車、加速/減速和巡航的作用。核心控制模塊核心控制模塊的核心是單片機和控制軟件系統(tǒng)，它將手柄上的控制輸入信號轉(zhuǎn)換成對電機的控制信號控制電機的運轉(zhuǎn)，它除了完成輸出無刷直流電機運轉(zhuǎn)需要的PWN信號外，還必須完成制動斷電、欠壓保護、過流保護盒限速保護幾個功能。2.2主體功能一般來說，控制器的主體功能包含以

5、下幾個部分：PWN信號輸出直流電機的調(diào)速是通過調(diào)節(jié)脈沖波的占空比來改變定子繞組平均電壓V來實現(xiàn)的，PWM（脈寬調(diào)制）是調(diào)節(jié)其占空比的一種常用方式。常用PWM調(diào)制方式分為全橋PWM調(diào)制方式和半橋PWM調(diào)制方式。全橋PWM調(diào)制方式是指在任意一個60o區(qū)間內(nèi)，上、下橋臂的功率開關(guān)同時進行斬波調(diào)制。而半橋PWM調(diào)制方式是指在任意一個60o區(qū)間內(nèi)，只有上橋臂或下橋臂的功率開關(guān)進行斬波調(diào)制。與半橋調(diào)制方式相比，全橋調(diào)制方式降低了系統(tǒng)效率，給散熱帶來困難。因此，考慮到功率開關(guān)的動態(tài)損耗，在PWM調(diào)制方式上，控制器幾乎都采用了半橋調(diào)制方式。制動斷電 電動自行車車把上兩個鉗形制動手把均安裝有接點開關(guān)。當制動時，

6、開關(guān)被推押閉合或被斷開，而改變了原來的開關(guān)狀態(tài)。這個變化形成信號傳送到控制電路中，電路根據(jù)預設(shè)程序發(fā)出指令，立即切斷基極驅(qū)動電流，使功率截止，停止供電。因而，既保護了功率管本身，又保護了電動機，也防止了電源的浪費。欠壓保護當放電最后階段，在負載狀態(tài)下，電源電壓已經(jīng)接近“放電終止電壓”，控制器面板（或儀表顯示盤）即顯示電量不足，引起騎行者的注意，計劃自己的行程。當電源電壓已經(jīng)達到放終時，電壓取樣電阻將分流信息反饋入比較器，保護電路即按預先設(shè)定的程序發(fā)出指令，切斷電流以保護電子器件和電源。 過流保護 由于短路、超載或其他原因可能引起電流超過電流上限的情況，電流超限對電機、電源盒電路一系列元器件都可

7、能造成損傷，甚至燒毀，這是絕對應(yīng)當避免的?？刂齐娐分?，必須具備這種過電流的保護功能，在過流時經(jīng)過一定的延時即切斷電流限速保護車速超過某一預定值時，電路停止供電不予助力。對電動型電動自行車而言，統(tǒng)一規(guī)定車速為20km/h，車用電動機在設(shè)計時，額定轉(zhuǎn)速就已經(jīng)設(shè)定好了，控制電路也已經(jīng)設(shè)好。電動自行車只能在不超過這個速度狀態(tài)下運行。 壓力測試系統(tǒng)設(shè)計3.1功能設(shè)計壓力測試的就是通過模擬控制器長時間的工作狀態(tài)來檢查控制器可靠性和穩(wěn)定性，因此壓力測試系統(tǒng)包含下列功能：人機交互人機交互的功能完成測試人員與測試系統(tǒng)的交互，負責將設(shè)置模型和參數(shù)輸入測試系統(tǒng)，包括總共測試時間，運行多長時間剎車，然后又開始重新運行

8、，加速與減速設(shè)置，固定速度設(shè)置，設(shè)置測試結(jié)果和打印測試結(jié)果控制信號模擬為了讓控制器進行工作，需要模擬電動車上的控制信號輸入到控制器，控制信號輸入模塊負責輸出，剎車信號，調(diào)速信號，巡航信號和霍爾信號，測試系統(tǒng)通過持續(xù)間斷的輸入這些信號來模擬電動車的實際工作狀態(tài)電機模擬模擬電機的功能主要用于測試功率輸出管的可靠性，通過采用等價電阻的形式的來模擬電機的負載，該模塊的功能不負責產(chǎn)生霍爾信號，霍爾信號通過控制信號模擬模塊輸出電池模擬電池模擬模塊負責模擬電動車上的電池組，為控制器提供動力，在測試系統(tǒng)中主要模擬電池組的兩種狀態(tài)，一種是電池組電壓充足情況，控制器驅(qū)動電機正常工作，另一種是欠壓保護狀態(tài)，此時控制

9、器應(yīng)該切斷電池組供電，保護電池組過分放電。3.2硬件設(shè)計測試系統(tǒng)的硬件包括單片機、存儲器、電池模擬模塊、電機模擬模塊和主機通信模塊幾個部分。單片機系統(tǒng)單片機采用intel 8031系統(tǒng)，外擴4K RAM作為運行數(shù)據(jù)存儲區(qū)，16K ROM作為程序存儲區(qū)，P0.0-P0.7作為數(shù)據(jù)和地址復用通道，P2.0-P2.6作為地址選擇通道。與主機采用P3.0,P3.1作為串口通信口，接收主機對測試參數(shù)的設(shè)置和測試結(jié)果數(shù)據(jù)的返回。P1口作為單片機的I/O口使用，P1.0產(chǎn)生剎車信號輸出到控制器，當控制器接收到剎車信號后，輸出到模擬電機上的電壓應(yīng)該降為0，P1.1產(chǎn)生調(diào)速信號輸出到控制器，控制器加到電機模擬模

10、塊上Ua、Ub和Uc上的PWM的占空比應(yīng)該做出相應(yīng)的變化；P1.2產(chǎn)生巡航信號，當控制器接收到巡航信號時，它的輸出功率保持恒定功率勻速行駛，控制器輸出到Ua、Ub和Uc上的PWM占空比應(yīng)該基本穩(wěn)定；P1.3，P3.4，P3.5模擬產(chǎn)生電機的霍爾信號，它通過檢查Ua、Ub和Uc上的電壓變化轉(zhuǎn)換而成。電機模擬模塊電機模擬模塊通過采用等效電阻的方式來模擬負載，用于測試功率管的可靠性，霍爾信號則通過單片機檢測Ua，Ub和Uc上的電壓變化來轉(zhuǎn)換生成。電池模擬模塊電池模擬模塊負責給控制器提供電源，它完成兩個功能，一個是模擬電池組的正常工作電壓，另一個則是模擬欠壓情況下的電壓。當模擬電池組正常工作時，三態(tài)門

11、處于高阻態(tài)，當模擬欠壓時，三態(tài)門導通，通過調(diào)整電阻的大小讓加到電阻兩端的電壓達到電池組非正常電壓的狀態(tài)。3.3軟件設(shè)計測試人員、測試控制主機、單片機和控制器的時序關(guān)系測試控制主機軟件設(shè)計功能設(shè)計單項測試單項測試測試人員可以選擇重點關(guān)注的項進行測試，包括常見剎車測試、加速測試、減速、電池欠壓保護測試、過載保護測試五個單項測試，測試人員可以輸入測試次數(shù)和測試時間，來對控制器進行壓力測試和可靠性進行測試。綜合壓力測試測試人員可以根據(jù)測試模型設(shè)置測試項目、測試順序和測試持續(xù)時間，比如按照加速減速剎車欠壓保護過載保護順序，每分鐘切換測試信號，持續(xù)測試1天。測試模版管理測試模版管理包括模版的新建、修改和刪

12、除幾個功能，模版的用途就是講常用的測試模型保持下來，根據(jù)需要復用測試模型，減少每次定義測試設(shè)置參數(shù)的時間。輸出測試報告測試系統(tǒng)自動輸出測試報告，包括測試項目、測試順序、信號頻率、每項測試次數(shù)、測試結(jié)果、測試持續(xù)時間等。測試人員可以根據(jù)需要查詢測試過程中，測試失敗的前項測試項目和測試時間，進行問題回溯。串行通信設(shè)置測試主機與單片機采用串口進行通信，主機將測試參數(shù)通過串口設(shè)置到單片機，單片機將測試結(jié)果通過串行口返回到主機界面設(shè)計界面設(shè)計采用windows風格的圖形界面。單片機軟件設(shè)計主流程功能設(shè)計加速測試控制器通過調(diào)整PWM的占空比來改變電機Ua、Ub和Uc上的電壓來控制電機的速度，電壓越大速度就

13、愈大，反之就越小。開始測試的時候檢查Ua、Ub和Uc上電壓是否都為零，如果不為零，調(diào)用剎車程序?qū)⑺俣冉禐榱?，并且確保電壓控制功能沒有啟動，在1分鐘內(nèi)平均每間隔5秒鐘持續(xù)4秒輸入加速信號，然后檢查Ua、Ub和Uc上的電壓與上次電壓比較，在沒有達到設(shè)定的最大值前，電壓一直在增加則測試通過，反之測試失敗，將結(jié)果返回主機。減速測試開始測試的時候檢查Ua、Ub和Uc上電壓是否都為零，如果不為零，調(diào)用剎車程序?qū)⑺俣冉禐榱悖⑶掖_保電壓控制功能沒有啟動，然后調(diào)用加速程序，在1分鐘內(nèi)持續(xù)輸入加速信號，將速度加到一定的初始值，在1分鐘內(nèi)平均每間隔5秒鐘持續(xù)4秒輸入減速信號，然后檢查Ua、Ub和Uc上的電壓與上次電壓比較，在沒有達到零之前，電壓一直在降低則測試通過，反之測試失敗，將結(jié)果返回主機。剎車測試確保電壓控制功能沒有啟動，調(diào)用加速程序，在1分鐘內(nèi)持續(xù)輸入加速信號，將速度加到一定的初始值，然后持續(xù)2秒輸出剎車信號，檢查Ua、Ub和Uc上電壓是否都為零，如果均為零則通過則測試通過，反之測試失敗，將結(jié)果返回主機。欠壓保護測試確保電壓控制功能沒有啟動，調(diào)用加速程序，在1分鐘內(nèi)持續(xù)輸入加速信號，將速度加到一定的初始值，然后在P2.7上輸出導通信號，此時加到控制上電壓將降到欠壓狀態(tài)，控制器應(yīng)該啟動欠壓保護動作，檢查Ua、Ub和Uc上電壓是否都為零，如果均為零則通過則測試通過，