《電動車智慧型報警防盜無刷控制器》是北京中科三環高技術股份有限公司、南京泰高科技發展有限公司和南京大陸鴿高科技股份有限公司於2006年6月16日申請的專利，該專利的申請號為2006100854534，公布號為CN1876454，授權公布日為2006年12月13日，發明人是徐亞南、沈明華、孫愛梅，該發明屬於電動車技術領域。
《電動車智慧型報警防盜無刷控制器》包括防盜信號發生電路、霍爾信號處理電路、含微電腦的控制電路、電機驅動電路，控制電路中的微電腦工作步驟為：1）檢測防盜信號發生電路是否輸入防盜狀態信號，如是則進行以下步驟，如否則按常規相序輸出驅動控制信號；2）監測霍爾信號處理電路是否輸入電機轉動信號，如是則進行以下步驟，如否則繼續該步驟；3）以與常規相反的相序輸出驅動控制信號。因此可以在被盜時使電機驅動電路產生反力矩，迫使電機鎖死，直至外力矩消失，從而有效防止車輛被盜。
2009年，《電動車智慧型報警防盜無刷控制器》獲得第六屆江蘇省專利項目獎優秀獎。
（概述圖為《電動車智慧型報警防盜無刷控制器》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：電動車智慧型報警防盜無刷控制器
- 公布號：CN1876454
- 公布日：2006年12月13日
- 申請號：2006100854534
- 申請日：2006年6月16日
- 申請人：北京中科三環高技術股份有限公司、南京泰高科技發展有限公司、南京大陸鴿高科技股份有限公司
- 地址：北京市海淀區白石橋路3號友誼賓館迎賓樓D座
- 發明人：徐亞南、沈明華、孫愛梅
- 分類號：B60R25/04（2006.01）
- 代理機構：南京蘇科專利代理有限責任公司
- 代理人：何朝旭
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
隨著電動腳踏車、助力車的普及，此類電動車的防盜成為人們關注的問題。據了解，2006年6前電動車主要的防盜措施依然是安裝各種防盜鎖具。雖然這些防盜鎖具日漸巧妙，例如出現了200420108845.4中國專利公開的電子控制防盜鎖等具有較高技術含量的防盜鎖具，增加了撬鎖的難度，但只要鎖具被破壞，車輛依然有可能被盜。
申請號為02261079.0名稱為《一種控制電動腳踏車腳蹬連臂的防盜報警裝置》公開了另一種較新的防盜設計思路，可以通過對電動車驅動電機的控制加強防盜效果，但該設計只能控制有刷電機，控制電路較複雜，需要藉助繼電器控制，可靠性不理想。
申請號為200510061427.3的發明專利申請公開了一種電動車用無刷電機控制器，該控制器主要由內設控制電路板的箱體，置於箱體上的固定式集成接線連線埠等構成，控制電路板上設有調速值處理電路、巡航值處理電路、剎車信號處理電路、中央處理器、霍爾解碼與處理邏輯門電路、功率管驅動電路、功率管輸出電路、剎車燈驅動電路、喇叭驅動電路、雙重過流保護電路等，具有實現速度閉環方式的巡航、靜音啟動、柔性電制動與反充電、雙重過流保護、自我防盜報警等多種功能，適用於以無刷直流電機為驅動力的電動腳踏車的控制。但分析可知，實施時需要藉助下橋臂全開的方式“抱死”電機（即電剎車），而並非真正鎖死電機，即將電機的三相繞組通過下橋臂完全打開直接短接。此時，推動電機產生的主力矩大小和推動該電機的轉速成正比。只要推車速度不足夠快，儘管存在一定阻力，但仍可將車推走。如果強行拖車，電機繞組之間產生大電流，長時間可引發起火。
發明內容
專利目的
《電動車智慧型報警防盜無刷控制器》提出一種可以在防盜狀態下切實鎖定電機的電動車智慧型報警防盜無刷控制器。
該發明進一步的目的是：提出一種能夠在剎車時產生電制動效果同時可以向電池產生回流電流的電動車智慧型報警防盜無刷控制器，從而合理利用能量，延長電池壽命。
技術方案
《電動車智慧型報警防盜無刷控制器》包括防盜信號發生電路、霍爾信號處理電路、含微電腦的控制電路、電機驅動電路，所述防盜信號發生電路的信號輸出端接微電腦的防盜信號檢測端，所述霍爾信號處理電路中的霍爾器件固定在電機轉子附近，其信號輸出端接微電腦的霍爾信號採樣端，所述控制電路微電腦的三相控制信號輸出端分別接電機驅動電路對應的各相驅動電路的受控端；所述微電腦在停車後的防盜控制步驟如下：
1）檢測防盜信號發生電路是否輸入防盜狀態信號，如是則進行以下步驟，如否則按常規相序輸出驅動控制信號；
2）監測霍爾信號處理電路是否輸入電機轉動信號，如是則進行以下步驟，如否則繼續該步驟；
3）以與常規相反的相序輸出驅動控制信號。
當車主採取如閉合鎖車開關之類的簡單動作，在停車之後使防盜信號發生電路發出處於防盜狀態信號，控制電路便處於對霍爾信號處理電路進行監測的狀態。此時，如果強行推車，電機受外力矩作用，輸出霍爾信號發生變化，則微電腦將改變輸出相序，控制電機驅動電路產生反力矩驅動，迫使電機鎖死，直至外力矩消失。這樣，即使推車速度不快，同樣會產生反力矩，有效防止車輛被盜。如果強行拖車，電機繞組之間不會產生大電流，因此可以避免發生其它意外。
為了達到以上進一步的目的，《電動車智慧型報警防盜無刷控制器》的電動車智慧型報警防盜無刷控制器還包括剎車信號發生電路，所述剎車信號發生電路的信號輸出端接微電腦的對應連線埠，所述電機驅動電路的各相驅動電路中分別含有構成電機繞組內部回流的開關控制迴路，所述微電腦在車輪行進後的制動控制步驟如下：
1）檢測剎車信號發生電路是否輸入剎車信號，如是則進行以下步驟，如否則按常規相序輸出驅動控制信號；
2）停止向電機驅動電路輸出換相驅動信號，向各相驅動電路的開關控制迴路輸出通斷控制信號。
當電機處於快速平穩旋轉狀態後，控制電路接收到剎車信號，微電腦將停止輸出換相信號，切斷電機供電，同時通過輸出通斷控制信號，使電機繞組之間互相以一定頻率通斷，在電機繞組內部形成回流，從而實現良好的電制動。此外，以一定頻率通斷電機繞組可以減小電制動時的衝擊電流，保護電機驅動電路中功率場效應管等器件和電機。與此同時，還可產生脈衝電流回流至電池，有效清除電池的鈍化物，有效的延長電池壽命。
附圖說明
圖1是《電動車智慧型報警防盜無刷控制器》一個實施例的電路框圖。
圖1
圖2是與圖1框圖對應的電路原理圖。
圖2
權利要求
1.《電動車智慧型報警防盜無刷控制器》特徵在於：包括防盜信號發生電路、霍爾信號處理電路、含微電腦的控制電路、電機驅動電路，所述防盜信號發生電路的信號輸出端接微電腦的防盜信號檢測端，所述霍爾信號處理電路中的霍爾器件固定在電機轉子附近，其信號輸出端接微電腦的霍爾信號採樣端，所述控制電路微電腦的三相控制信號輸出端分別接電機驅動電路對應的各相驅動電路的受控端；所述微電腦在停車後的防盜控制步驟如下：
1）檢測防盜信號發生電路是否輸入防盜狀態信號，如是則進行以下步驟，如否則按常規相序輸出驅動控制信號；
2）監測霍爾信號處理電路是否輸入電機轉動信號，如是則進行以下步驟，如否則繼續該步驟；
3）以與常規相反的相序輸出驅動控制信號。
2.根據權利要求1所述電動車智慧型報警防盜無刷控制器，其特徵在於：還包括剎車信號發生電路，所述剎車信號發生電路的信號輸出端接微電腦的對應連線埠，所述電機驅動電路的各相驅動電路中分別含有構成電機繞組內部回流的開關控制迴路，所述微電腦在車輪行進後的制動控制步驟如下：
1）檢測剎車信號發生電路是否輸入剎車信號，如是則進行以下步驟，如否則按常規相序輸出驅動控制信號；
2）停止向電機驅動電路輸出換相驅動信號，向各相驅動電路的開關控制迴路輸出通斷控制信號
3.根據權利要求2所述電動車智慧型報警防盜無刷控制器，其特徵在於：所述電機驅動電路包括三相逆變驅動電路，其中每相由上橋臂電路和下橋臂電路構成，所述上橋臂電路由第一開關三極體和串接的第一MOS管組成，所述下橋臂電路由第一級的第二開關三極體以及第二級的兩三極體和與第二級輸出串接的第二的MOS管組成，所述上、下橋臂電路的公共輸出端接無刷電機的對應繞組。
4.根據權利要求3所述電動車智慧型報警防盜無刷控制器，其特徵在於：所述微電腦的上橋臂驅動控制端別接電機驅動電路中各相的上橋臂電路受控端；所述微電腦的的下橋臂驅動控制端分別接電機驅動電路中各相的下橋臂電路受控端。
5.根據權利要求4所述電動車智慧型報警防盜無刷控制器，其特徵在於：所述微電腦的脈寬調製控制端分別通過脈寬調製電路的三路與非門電路，與主晶片下橋臂驅動控制端的下橋臂驅動控制信號分別進行邏輯“與”後，分別接電機驅動電路中各相的下橋臂電路受控端。
6.根據權利要求5所述電動車智慧型報警防盜無刷控制器，其特徵在於：所述控制器輸出串列信號連線多功能儀表。
7.根據權利要求6所述電動車智慧型報警防盜無刷控制器，其特徵在於：所述防盜信號發生電路由穩壓管、第一電阻、電容並聯後與第二電阻串聯組成，輸入端接電池，輸出端接微電腦的防盜信號檢測端。
實施方式
實施例一
該實施例的電動車智慧型報警防盜無刷控制器如圖1所示，主要由控制電路、防盜信號發生電路、霍爾信號處理電路、電機驅動電路、電機電流檢測電路、電池電壓檢測電路、轉速設定電路、以及脈寬調製電路構成。
其中，控制電路以型號為PIC16F73的微電腦主控晶片U1為核心，該主控晶片的輸入端分別接防盜信號發生電路FD、霍爾信號處理電路，以及剎車信號輸入電路SC、調速信號輸入電路TS，助力信號電路ZL。控制輸出端分別經脈寬調製電路和電機驅動電路接三相無刷電機。此外，報警信號輸出端接報警電路BJ，顯示信號輸出端接含有電量、反充電、欠壓、騎行狀態顯示的顯示盤IC2。電機驅動電路的反饋端經過流保護電路接主控晶片U1對應連線埠。
如圖2所示，防盜信號發生電路由穩壓管Z4、第一電阻R33、電容C05並聯後與第二電阻R32串聯組成，輸入端接電池，輸出端接主控晶片U1的防盜信號檢測端7腳，用以指示處於防盜狀態；
霍爾信號處理電路包括固定在電機轉子附近的三隻霍爾器件，各霍爾器件分別經串聯的反向器（型號為74HC04）U2A和U2B、U2C和U2D、U2E和U2F接主控晶片U1的霍爾信號採樣端26、27、28腳，用以監測電機的轉動；
電機電流檢測電路由型號為LM358的積體電路U3A以及周圍器件構成，用以檢測電機電流，從而實現過流保護；
電池電壓檢測電路由接主控晶片U13腳的電阻R22、R23組成，用以檢測電池電壓，從而實現欠壓保護、電量顯示和欠壓顯示；
電機驅動電路實質為三相逆變驅動電路，其中每相由上橋臂電路和下橋臂電路構成，上橋臂電路由第一開關三極體（例如Q1）和串接的第一MOS管（例如T1）組成，下橋臂電路由第一級的第二開關三極體（例如Q4）以及第二級的兩三極體（例如Q2、Q3）和與第二級輸出串接的第二的MOS管（例如T1）組成，上、下橋臂電路的公共輸出端接無刷電機的對應繞組；主控晶片U1的上橋臂驅動控制端18、17、16腳分別接電機驅動電路中各相的上橋臂電路受控端AT、BT、CT；同時主控晶片U1的下橋臂驅動控制端11、14、15腳分別通過與非門電路（其中包括U4A、U4B、UAC）接電機驅動電路中各相的下橋臂電路受控端AB、BB、CB。
工作時，主控晶片根據當前輸入的電機三相霍爾信號，判別對應的輸出邏輯，輸出相應的上、下橋臂開關信號，使電機驅動電路上、下橋臂的MOS管按照電機正常運轉的要求通斷，從而使無刷電機正常運轉。轉速設定信號接入主控晶片後，該晶片的內部程式可以根據設定信號的電壓值大小控制脈寬調製信號的占空比，從而控制電機的運轉速度。助力信號接入主控晶片後，判斷為正轉時，按固定占空比輸出脈寬調製信號，控制電機運轉。
脈寬調製電路由三路型號74HC10的與非門電路U4A、U4B、U4C組成，主控晶片U1的PWM（脈寬調製）控制端13腳信號分別通過U4A、U4B、U4C與主晶片下橋臂驅動控制端11、14、15腳的下橋臂驅動控制信號進行邏輯“與”處理後分別接電機驅動電路中各相的下橋臂電路受控端AB、BB、CB；轉速設定電路由電阻R26組成；主控晶片U1的報警輸出端25腳接由R18構成的報警電路；圖2中的DQ1、DQ2構成電源電路。
以上微電腦主控晶片在停車後的防盜控制步驟為：
1）檢測防盜信號發生電路是否因觸發一個開關而輸入防盜狀態信號，如是則進行以下步驟，如否則按常規相序輸出驅動控制信號。
2）監測霍爾信號處理電路是否輸入電機轉動信號，如是則進行以下步驟，如否則繼續該步驟；
3）以與常規相反的相序輸出驅動控制信號。
而在主控晶片以常規相序輸出驅動控制信號，使無刷電機帶動車輪行進後，微電腦主控晶片的制動控制步驟為：
1）檢測剎車信號發生電路是否輸入剎車信號，如是則進行以下步驟，如否則按常規相序輸出驅動控制信號；
2）停止向電機驅動電路輸出換相驅動信號，向各相驅動電路的開關控制迴路輸出通斷控制信號。
通常停車時，將開關閉合則發出信號，經降壓後至主控晶片，說明此時車輛處於防盜狀態。防盜信號的發生也可以通過脈衝信號發生器、震盪信號發生器等發出。
當電動腳踏車等停放進入防盜狀態的信號輸入到主控晶片後，如果有人強行推車，電機受外力矩作用，通過霍爾信號處理電路反映到主控晶片，控制電路將改變輸出相序，控制電機驅動電路產生一個反力矩驅動，使電機鎖死，直至外力矩消失，同時電機鎖死信號經主控晶片輸出至報警電路，報警器發出報警信號，從而有效防盜。
而當車輛行進中，控制器控制電機處於快速平穩旋轉狀態時，主控晶片如接收到剎車信號，將停止輸出換相信號，切斷電機供電，同時主控晶片通過脈寬調製電路向三相下橋臂輸出脈寬調製PWM信號，使電機繞組之間互相以一定頻率通斷，在電機繞組內部形成回流，從而實現良好的電制動。由於以一定頻率通斷電機繞組可以減小電制動時的衝擊電流，因此可以保護MOS功率場效應管和電機。此時還將產生平均電流為5A的脈衝電流回流至電池，對電池鈍化物的起到清除作用，有效延長電池壽命。
另外，由於速度設定信號連線主控晶片，當控制器控制電機處於快速平穩旋轉狀態時如撤銷速度信號，主控晶片停止輸出換相信號切斷電機供電，使電動車處於滑行狀態，主控晶片通過輸出三相下橋PWM信號，使電機端電壓大於電池電壓，並建立脈衝充電模式，從而實現將電機動能回饋到電池電能的反充電功能。
由於助力信號連線主控晶片，當接收到正向助力信號時，控制器以一定的占空比驅動電機，實現腳控制及助力騎行的功能。當接收到反向助力信號時，控制器無輸出，從而避免出現誤動作。
手動速度設定信號維持8S後或者主控晶片接收到手動點動按鈕給出定速信號，主控晶片即鎖定改狀態的占空比，保持電機運行進入巡航工作模式。
控制器輸出串列信號連線多功能儀表，當騎行狀態發生改變時，主控晶片將狀態數據通過數據線和時鐘線傳遞至儀表，儀表即以通過顯示相應的發光二極體，顯示電動車當前的工作狀態。改變以往一線一燈一信號的模式，增加反充電、助力騎行、巡航騎行等功能。使用戶更加方便直觀的了解整車的工作狀態。
綜上所述，該實施例的智慧型報警防盜無刷控制器具有以下優點：
1.防盜信號發生器的控制通過一個開關—即電源鎖的檔位進行控制，當停車時，將電源鎖打至防盜檔—即防盜信號發生器開關閉合，則防盜信號經防盜電路降壓後至單片機，此時車輛處於防盜狀態。
2.智慧型報警防盜無刷控制器以無刷電機的霍爾信號為報警輸入信號。電動車進入防盜狀態時，如果強行推動整車，電機受外力矩作用發生轉動，電機的霍爾信號發生變化，單片機採集到霍爾信號發生變化，則通過單片機改變輸出相序，控制電機驅動電路同步產生一個反力矩驅動，從而使電機鎖死，直至外力矩消失。與此同時將電機鎖死信號經單片機輸出至報警電路，報警器發出報警信號。
3、電動車進入防盜狀態時，如搬動或敲打整車，與控制器相連線的震動感測器發出通斷信號給單片機，單片機採集到通斷信號，輸出控制信號至報警電路，報警器發出報警信號。
4.剎車信號連線至單片機，當控制器控制電機處於快速旋轉狀態時接受到剎車信號，在切斷電機供電的同時，通過改變三相繞組電流的相序來改變電機的轉向，在電機繞組內部形成回流，使得電機的運行狀態由電動轉到制動，從而實現良好的電制動；其中制動採用了先進的再生制動，再生制動可以將能量反饋到電池而不是消耗掉，通過再生制動能量回饋，對電池進行反充電，延長電動車的續駛里程，增加10-20％的續駛路程。
5.速度設定信號連線單片機，當控制器控制電機處於快速平穩旋轉狀態時撤銷速度信號，停止向電機供電，使電動車處於滑行狀態，單片機通過改變控制模式，使電機端電壓大與電池電壓，並建立脈衝充電模式，從而實現將電機動能回饋到電池電能的反充電功能。
6.助力信號連線單片機，當接收到正向助力信號時，控制器以一定的占空比驅動電機，實現腳踩控制及電助力混合騎行的功能。當接收到反向助力信號時，控制器無輸出，以免出現誤動作。
7.手動速度設定信號維持8S後或者手動按鈕給出定速控制信號，單片機採集到此狀態發出控制信號即以該工作狀態保持電機運行進入巡航工作模式。
8、新型多功能顯示儀表有電量、助力、轉向、定速、自（反）充電功能，通過發光二極體指示不同使用功能；另外，該儀表還有前大燈（含轉向燈）、轉剎把、多功能控制開關、控制器、儀表電源、電子喇叭接口，完成與控制器、電池（電源）的通訊，實現設計功能。
9.控制器輸出串列信號通過通訊線纜與多功能儀表連線，多功能儀表的發光二極體相應的點亮或熄滅，顯示電動車當前的工作狀態。改變以往一線一燈一信號的模式，增加反充電、助力騎行、巡航騎行等功能，特別是採用藍色高亮度發光二極體指示反充電功能，在電動車行業是第一家，既指示反充電功能又指示電剎車功能。使用戶更加方便直觀的了解整車的工作狀態。
10.上述功能的創新在電動腳踏車的整體套用上，無需改變整車的配置，僅更換該新型控制顯示系統，即可使電動腳踏車具備電子防盜、電制動、反充電、助力騎行、巡航騎行等功能，達到了升級換代的目的，使得電動車作到高智慧型化。
榮譽表彰
2009年，《電動車智慧型報警防盜無刷控制器》獲得第六屆江蘇省專利項目獎優秀獎。
