[发明专利]一种自适应电助力单车扭矩控制方法及控制系统

说明书

本发明公开了一种自适应电助力单车扭矩控制系统，可以运行自适应电助力单车扭矩控制方法，包括：踩踏力矩获取模块，阻力矩获取模块，驱动轮输出扭矩计算模块，链轮输出扭矩计算模块，参考模型计算模块，被控对象计算模块，自适应率计算模块。本发明通过参考模型与驱动轮输出扭矩的乘积和驱动轮角速度的差值判断骑行工况，根据骑行工况选择不同的自适应率系数的增益，可以快速提供力矩，提供输出。

技术领域

本发明涉及助力单车控制技术领域，具体涉及一种自适应电助力单车扭矩控制方法及控制系统。

背景技术

传统的电动助力自行车控制系统主要分为无力矩传感器的控制系统和有力矩传感器的控制系统，其中无力矩传感器的控制系统使用较广，其控制原理为，使用霍尔元件测量骑行者的踩踏速度，通过助力比来计算电机的输出扭矩；有力矩传感器的控制系统则直接依据骑行者的踩踏力度来计算电机的输出扭矩，采用这种控制方式的控制系统，电机的输出扭矩对人的踩踏力有较强的跟随性。但在传统的无力矩传感器的控制系统方案中，通过估算踩踏力信号来控制电机输出扭矩，导致系统有较大的延时，无法获得较好的跟随性；在有力矩传感器的控制系统方案中，电机输出需要复杂的建模分析，对电机控制器的主控芯片要求较高，且无法保证整个系统的稳定性。

发明内容

本发明提供了一种自适应电助力单车扭矩控制系统及控制方法，以解决现有技术中传统有力矩传感器的控制方案对电机控制器的主控芯片要求较高，且无法保证力矩稳定跟随的问题。

本发明提供了一种自适应电助力单车扭矩控制方法，包括：起动过程、骑行过程；

所述起动过程包括如下步骤：

步骤A1：预设最短起动时间，预设起动力矩；

步骤A2：当踩踏力矩持续时间大于最短起动时间，且踩踏力矩持续时间内的平均踩踏力矩大于起动力矩时，进入骑行过程；

所述骑行过程包括如下步骤：

步骤S1：预设有效力矩；

步骤S2：获取踩踏力矩、链轮输出扭矩、阻力矩，建立被控对象模型、参考模型；

步骤S3：根据踩踏力矩、链轮输出扭矩计算驱动轮输出扭矩；

步骤S4：根据链轮输出扭矩与阻力矩的差值、被控对象模型，计算后轮电机需要调整的驱动轮角速度；

步骤S5：根据参考模型与驱动轮输出扭矩的乘积和驱动轮角速度的差值获取骑行工况，根据骑行工况选择自适应率中自适应率系数的增益值，根据自适应率系数的增益值、驱动轮角速度、参考模型、驱动轮输出扭矩更新自适应率；

步骤S6：根据更新后的自适应率、驱动轮输出扭矩计算链轮当前需要提供的链轮输出扭矩，链轮根据当前需要提供的链轮输出扭矩提供扭矩。

进一步地，所述被控对象模型的传递函数为：

其中，J为实际车辆模型中外部因素影响下的等效转动惯量。

进一步地，所述驱动轮角速度的计算公式为：

其中，T_t为驱动轮输出扭矩，T_d为阻力矩，G_p(s)为被控对象模型的传递函数。

进一步地，所述参考模型的传递函数为：

其中，J_f为前轮的转动惯量，J_r为后轮的转动惯量，r为车轮半径，M为为电助力单车与骑行者的总质量。

进一步地，所述自适应率计算方法为：