52单片机电动自行车控制器的设计+无刷直流电机控制(8)
图13 电子换相程序
3.2.2 巡航程序模块
电动车根据进入巡航功能方式不同，可以分手动巡航和自动巡航。手动巡航的实现只需要按下巡航按钮，电动车就进入巡航模式。自动巡航的实现应满足当霍尔调速手柄的输入电压值在设定的参考值之间，并且保持输入的电压值至少5秒（可以由程序设定），电动车即可进入自动巡航模式，按照进入自动巡航前的速度继续行驶。此时松开调速手柄，电动车仍然可以按照电机巡航前的速度运行，只有在重新获取与之前相差超过设定值的调速电压才会自动退出巡航模式，执行新获取的调节信号。在软件设计中，调速手柄产生的模拟电压经采样变换后，如果调速手柄产生的电压值在程序设定的时间范围内没有较大的变化，电动车就自动进入巡航状态。
3.2.3 中断服务模块
中断处理的过程为：进入中断服务子程序后，先关闭系统总中断，防止更高优先级的中断进入，同时保存中断现场。之后根据不同状态位进入相应的中断服务子程序并执行，相关的中断服务执行结束后应恢复现场，同时清除相应的中断标志位。在退出中断服务的同时打开系统总中断，为接收下一次中断做好准备。
图14 中断服务程序流程图
定时中断服务子程序是系统软件的核心，完成整体电路的所有功能[13]。定时中断服务子程序不断扫描以获取外部输入的各种信号，如刹车信号、巡航信号等。同时实时检测电源电压和电机相电流，假如获取得到的检测值超出设定值，进入相应的保护子程序。中断服务程序流程图如图14所示。
3.2.4 柔性电子刹车模块
柔性电子刹车（EABS）是目前用在汽车上比较成熟的一个重要的安全保护功能，EABS的性能可以体现出控制器的技术含金量，也是使电动自行车鹤立鸡群的一大优点。EABS在电动自行车上作为传统机械刹车的辅助措施，平时正常骑行中优先采用电子刹车，当遇到紧急情况时电子刹车、刹车片刹车同时进行，使机械刹车片寿命延长的同时，还增强了刹车效果，从而降低事故发生的概率[14]。EABS的理论依据是能量反馈制动原理，进入EABS时，先关断所有大功率MOS管，然后使所有上桥大功率MOS管导通，且只采用上桥PWM波脉宽调制方式，使PWM波的占空比从100％迅速减小至0。输出PWM波占空比的减弱速度决定了刹车的柔度，减小速度越快，刹车越急，柔度越硬；减小速度越慢，刹车越缓，柔度越柔。为了使电机绕组中的电流不发生突变引起保护电路工作，当按下刹车键时，可以把正常骑行时的占空比逐渐缓慢地减为0，之后关闭全桥，然后再开通上桥。其流程图如图15所示。
图15 柔性刹车部分流程图
3.2.5 保护模块
欠压保护电路通过对电池电压进行采样，当电池电压下降到设定值时关闭PWM波输出，使蓄电池不会因过放而造成不必要的损伤。对电源电压进行采样转换之后，欠压时欠压标志位置为1，并发出欠压警报；同时开始定时，欠压警报满5秒之后停机。过流保护电路可以对MOS管进行保护，将电机最大相电流限制在设定范围之内，当检测获取到的电流超过设定值时关闭驱动MOS管，防止MOS管上大电流流过时产生不可恢复的损坏。过流保护是控制器整体安全保护的最后一道防线，过流保护采样电阻采用康铜丝，当系统瞬间电流超过最大设定保护电流值而保护服务子程序来不及反应时，烧断康铜丝以起到保护作用。在电机运行时，系统还对电机进行“速度-电流”控制，控制器根据采样计算判断电机相电流与电机速度是否保持在设定范围内。如果在相关设定范围内，控制器控制电机车速主要以不超过最大电流设定值为依据；如果电机相电流与电机速度超出相关范围时，即使得到的电机相电流远没有达到最大限流设定值，控制器也对电机减小电流，然后再次判断电机转速与电机电流的相关性；如果仍然不满足相关性要求，控制器进一步减小电流。这样控制器每否定一次相关性判断，电机相电流就减小一次，直到控制器停止驱动电机。堵转是指由于程序中速度给定值设置较高，此时控制器有PWM波输出，但是电机由于电子换相顺序紊乱而无法正常运行，在两个相位之间来回转动的现象[15]。由于没有按照正确顺序进行电子换相，换相电流难以释放，因此该相的相电流较大。如果缺失堵转保护电路设计，控制器很容易因电流过大而产生大量热量，从而导致控制器烧毁。加入堵转保护设计以后，当速度设定值较高而电机又无法正常转动的状态持续1秒（可由程序设定）时，关闭系统PWM波输出。只有当将速度给定归零重新设定后，电机才会再次运行。