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摘要

20世纪汽车产业高速发展，资源无节制消耗，污染物的过量排放，还有受油价上涨和环保意识等因素的影响，电动自行车已成为大部分人的选择。但是，电动自行车的动力性能由驱动系统决定且续驶里程（即能量供给）受限于蓄电池的存储电量，为提高动力性能和续航里程，须对电动自行车驱动电机的特性及能量回收控制策略进行分析研究。

本文研究了电动自行车在制动过程中的能量回馈，设计了永磁无刷直流电动机在电动自行车制动过程中的能量再生反馈控制系统。从理论上分析了永磁无刷直流电动机利用位置传感器检测转子位置的方法,并对换相过程做较详细的介绍。

本文首先系统的对电动自行车的运行状态进行了分析，分别对电动自行车的运行阻力、惯性力、再生制动力以及所需要的牵引力进行了计算。根据所需要的牵引力，在本设计中也对无刷直流电动机和电池进行了选型计算。再其次，本文对电动自行车的能量反馈控制方案进行了研究，内容包括轮毂电机的调速、电动车再生制动的控制。本文着重研究并设计了永磁无刷直流轮毂电机的能量的回收。

 

关键词：电动自行车；动力性能；再生制动；电机控制；永磁无刷直流轮毂电机 

 

 

 

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摘要 I

ABSTRACT II

1  绪论 1

1.1 课题来源，目的，意义与该课题的市场前景 1

1.2 有关电动自行车的概念 1

1.2.1 什么是电动自行车 1

1.2.2 电动自行车的种类 1

1.2.3 电机 2

1.2.4 电池 2

1.2.5 控制器 3

1.3 电动自行车整车参数的设计 3

1.4 设计任务 3

1.5 研究意义 4

2 电动自行车动力性能分析 5

2.1 电动车运行方程 5

2.2 电动自行车的行驶力学 6

2.2.1 车辆模型 6

2.2.2 电动车阻力计算 7

2.2.3 空气阻力 8

2.2.4 电动车惯性力的计算 8

2.2.5 电动车的牵引力计算 9

2.3 电动自行车的动力性能 10

2.3.1 自行车基本参数介绍 11

2.4 制动系统 11

2.4.1 电动自行车刹车分类 11

2.4.2 制动力的分析与求解 11

2.4.3 手动制动器的设计 12

2.5 蓄电池的种类和结构 14

2.6 动力传动系统设计 15

2.6.1 驱动方式对两轮电动车性能的影响 15

2.6.2 电动自行车驱动系统的构成 16

2.6.3 无刷直流电动机驱动系统 16

3 电动自行车的运行控制 18

3.1 电动机的选择 18

3.1.1 直流电动机的特点 18

3.1.2 电动机容量选择的原则 19

3.1.3 电动机的发热与冷却 19

3.1.4 选择步骤： 20

3.1.5 无刷直流电动轮毂的选型计算 20

3.1.6 电动自行车的续行距离 21

3.2 无刷电动机的调速控制系统 22

3.2.1 直流电动机的机械特性 22

3.2.2 脉宽调制（PWM） 23

3.2.3 传感器 23

3.3 电动车控制系统设计 24

3.3.1 控制系统的组成 24

3.3.2 控制系统设计方案 24

4 电动自行车的能量回收 28

4.1 制动模式与能量的分析 28

4.2 能量回馈的控制策略 29

4.3 电动自行车能量的消耗评价方法 29

4.3.1 能量流分配关系及能量测量 30

4.3.2 能耗影响因素分析 30

4.4 制动效能及制动能量回收的约束条件 30

4.4.1 自行车的制动效能 30

4.5 制动能量回收控制算法 31

4.5.1 制动能量回收的约束条件 31

4.6 永磁无刷直流电机相关性能及其能量回馈制动原理 32

4.6.1 永磁无刷直流电机及其基本工作原理 32

4.6.2 直流电动机的制动方式 33

4.6.3 永磁无刷直流电机能量回馈制动原理 35

结论 39

致谢 40

参考文献 41