一種摩託車發動機電動換擋控制器的製作方法

2023-09-10 02:19:55

本實用新型屬於摩託車的電氣系統領域，具體涉及一種摩託車發動機電動換擋控制器。

背景技術：

目前，摩託車發動機主要是採用12V鉛酸蓄電池供電，並使用與加、減擋按鈕連接的4個繼電器組合的方式來實現換擋控制。這種換擋方式存在如下問題：（1）在實際使用過程中，駕駛人會頻繁地執行換擋操作，而繼電器本身有使用次數限制，頻繁的使用會使繼電器容易損壞，從而導致發動機故障；（2）繼電器組合方式無法控制電池輸出電流的大小，致使發動機換擋機械部件長期、頻繁受到高強力衝擊，從而導致發動機機械磨損嚴重、壽命縮短；（3）繼電器組合方式無法控制電池過度放電，致使電池壽命縮短，影響摩託車壽命。

技術實現要素：

本實用新型的目的是提供一種可靠性高的摩託車發動機電動換擋控制器，以在實現換擋的同時避免影響發動機換擋機械部件和電池的使用壽命。

本實用新型所述的摩託車發動機電動換擋控制器，包括母線電壓採樣模塊、母線電流採樣模塊、擋位狀態信號檢測模塊、H橋驅動模塊、控制模塊、加擋信號檢測模塊、減擋信號檢測模塊和與電池相連且給各個模塊供電的開關電源模塊，所述母線電壓採樣模塊的輸入端接電池、輸出端與控制模塊的電壓採樣信號輸入端相連，母線電流採樣模塊的輸入端與H橋驅動模塊的電流反饋接口相連、輸出端與控制模塊的電流採樣信號輸入端相連，擋位狀態信號檢測模塊的輸入端與摩託車發動機的擋位狀態信號輸出端相連、輸出端與控制模塊的擋位狀態信號輸入端相連，加擋信號檢測模塊的輸入端與摩託車的加擋按鈕相連、輸出端與控制模塊的加檔信號輸入端相連，減擋信號檢測模塊的輸入端與摩託車的減擋按鈕相連、輸出端與控制模塊的減擋信號輸入端相連，控制模塊的換擋控制信號輸出端與H橋驅動模塊的控制端相連，H橋驅動模塊的輸入端接電池、輸出端與摩託車發動機中的直流電機相連。母線電壓採樣模塊用於實時採集當前供電電池的電壓值，母線電流採樣模塊用於實時採集當前供電電池的輸出電流，擋位狀態信號檢測模塊用於實時檢測摩託車發動機的當前擋位狀態，加擋信號檢測模塊用於採集摩託車的加擋信號，減擋信號檢測模塊用於採集摩託車的減擋信號，H橋驅動模塊用於驅動摩託車發動機中的直流電機，直流電機帶動換擋機械部件執行換擋動作，控制模塊用於對前述行車時的輸入信號進行處理判斷，並發出對H橋驅動模塊的控制信號。

上述摩託車發動機電動換擋控制器還包括顯示模塊，該顯示模塊的輸入端與控制模塊的顯示信號輸出端相連。顯示模塊用於顯示異常狀態（比如電池欠壓、電池輸出電流過流或者控制模塊故障等）。

其工作過程為：

打開摩託車鑰匙開關，開關電源模塊開始工作，母線電壓採樣模塊實時採集當前供電電池的電壓值並發送給控制模塊，母線電流採樣模塊實時採集當前供電電池的輸出電流並發送給控制模塊，擋位狀態信號檢測模塊實時檢測摩託車發動機的當前擋位狀態並發送給控制模塊，當駕駛者執行換擋操作（即按下加擋按鈕或者減擋按鈕）時，加擋信號檢測模塊或者減擋信號檢測模塊採集到加擋信號或者減擋信號並發送給控制模塊，控制模塊處理加擋信號或者減擋信號、電池電壓信號、電池輸出電流信號、發動機的當前擋位狀態信號，並控制H橋驅動模塊驅動摩託車發動機中的直流電機，直流電機帶動換擋機械部件執行換擋動作。

優選的，所述母線電壓採樣模塊包括電阻Rv1、Rv2、Rv3、Rv4，電容Cv1和二極體D1；電阻Rv1的一端接電池的正極、另一端接二極體D1的陰極，二極體D1的陽極接地，電阻Rv2的一端接二極體D1的陰極，電阻Rv2的另一端接電阻Rv3的一端、電容Cv1的一端和電阻Rv4的一端，電阻Rv3的另一端接地，電容Cv1的另一端接地，電阻Rv4的另一端接控制模塊的電壓採樣信號輸入端。

優選的，所述母線電流採樣模塊包括電阻Rc1、Rc2、Rc3、Rc4、Rc5、Rc6、Rc7、Rc8、Rc9、Rc10，電容Cc1、Cc2、Cc3、Cc4和運放U1*A、U1*B；電阻Rc1的一端接地、另一端接運放U1*A的反向輸入端，電阻Rc2的一端接運放U1*A的反向輸入端、另一端接運放U1*A的輸出端；電阻Rc3的一端接電源VCC、另一端接運放U1*A的同向輸入端，電阻Rc4的一端與電容Cc2的一端都接H橋驅動模塊的電流反饋接口，電容Cc2的另一端接地，電阻Rc4的另一端接運放U1*A的同向輸入端，運放U1*A的負電源端接地、正電源端接電源VCC和電容Cc1的一端，電容Cc1的另一端接地，電阻Rc5的一端接運放U1*A的輸出端、另一端接運放U1*B的同向輸入端，電阻Rc6的一端與電容Cc3的一端都接控制模塊的平均電流採樣信號輸入端、電容Cc3的另一端接地，電阻Rc6的另一端接運放U1*B的同向輸入端，電阻Rc7的一端接地、另一端接運放U1*B的反向輸入端，電阻Rc8的一端接電源VCC、另一端接運放U1*B的反向輸入端，電阻Rc9的一端、電阻Rc10的一端與電容Cc4的一端都接控制模塊的過流採樣信號輸入端，電阻Rc9的另一端接運放U1*B的輸出端，電阻Rc10的另一端接地，電容Cc4的另一端接地。

優選的，所述檔位狀態信號檢測模塊包括電阻Rf1、Rf2，電容Cf1和二極體Df1；電阻Rf1的一端與電容Cf1的一端都接控制模塊的擋位狀態信號輸入端，電容Cf1的另一端接地，電阻Rf1的另一端接二極體Df1的陽極，二極體Df1的陰極接摩託車發動機的擋位狀態信號輸出端，電阻Rf2的一端接電源VCC、另一端接二極體Df1的陽極。

本實用新型具有如下效果：

（1）控制模塊根據當前擋位狀態信號以及加擋或者減擋信號，控制H橋驅動模塊驅動摩託車發動機中的直流電機，直流電機帶動換擋機械部件執行換擋動作，從而實現了換擋。

（2）通過母線電流採樣模塊實時採集電池輸出電流並發送給控制模塊，控制模塊根據摩託車發動機換擋機械部件的實時負載情況，控制H橋驅動模塊的輸出PWM波佔空比，動態調節電池輸出電流，避免了出現因電池瞬間輸出很大的電流而造成發動機換擋機械部件的衝擊磨損，延長了發動機換擋機械部件的使用壽命。

（3）通過母線電壓採樣模塊實時採集電池的電壓並發送給控制模塊，當電池電壓接近欠壓點時，控制模塊通過動態調整H橋驅動模塊的輸出PWM佔空比，在保證換擋成功的同時降低電池輸出電流，避免電池進入過放電狀態，延長了電池的使用壽命。

附圖說明

圖1為本實用新型的電路結構圖。

圖2為本實用新型中的母線電壓採樣模塊的電路原理圖。

圖3為本實用新型中的母線電流採樣模塊的電路原理圖。

圖4為本實用新型中的擋位狀態信號檢測模塊的電路原理圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型作詳細說明。

如圖1所示的摩託車發動機電動換擋控制器，包括母線電壓採樣模塊1、母線電流採樣模塊2、擋位狀態信號檢測模塊3、H橋驅動模塊4、控制模塊5、加擋信號檢測模塊6、減擋信號檢測模塊7、與電池10相連且給各個模塊供電的開關電源模塊8（對應於各個模塊中的電源VCC）和顯示模塊9。控制模塊5採用意法半導體（STMicroelectronics）生產的8位單片機STM8S003K3，H橋驅動模塊4、加擋信號檢測模塊6、減擋信號檢測模塊7以及開關電源模塊8的具體電路為現有技術，H橋驅動模塊4中採用功率MOS管，其沒有使用次數限制，且可靠性比繼電器更高。

母線電壓採樣模塊1包括電阻Rv1、Rv2、Rv3、Rv4，電容Cv1和二極體D1；電阻Rv1的一端接電池10的正極（即VB）、另一端接二極體D1的陰極，二極體D1的陽極接地，電阻Rv2的一端接二極體D1的陰極，電阻Rv2的另一端接電阻Rv3的一端、電容Cv1的一端和電阻Rv4的一端，電阻Rv3的另一端接地，電容Cv1的另一端接地，電阻Rv4的另一端接控制模塊5的電壓採樣信號輸入端（即控制模塊5的ADC引腳Vbus）。

母線電流採樣模塊2包括電阻Rc1、Rc2、Rc3、Rc4、Rc5、Rc6、Rc7、Rc8、Rc9、Rc10，電容Cc1、Cc2、Cc3、Cc4和運放U1*A、U1*B；運放U1*A、U1*B採用德州儀器（Texas Instruments）生產的雙運放LM2904，電阻Rc1的一端接地、另一端接運放U1*A的反向輸入端（即第2腳），電阻Rc2的一端接運放U1*A的反向輸入端（即第2腳）、另一端接運放U1*A的輸出端（即第1腳）；電阻Rc3的一端接電源VCC、另一端接運放U1*A的同向輸入端（即第3腳），電阻Rc4的一端與電容Cc2的一端都接H橋驅動模塊4的電流反饋接口（即DRV_L），電容Cc2的另一端接地，電阻Rc4的另一端接運放U1*A的同向輸入端（即第3腳），運放U1*A的負電源端（即第4腳）接地、正電源端（即第8腳）接電源VCC和電容Cc1的一端，電容Cc1的另一端接地，電阻Rc5的一端接運放U1*A的輸出端（即第1腳）、另一端接運放U1*B的同向輸入端（即第5腳），電阻Rc6的一端與電容Cc3的一端都接控制模塊5的平均電流採樣信號輸入端（即控制模塊5的ADC引腳Ibus_avg）、電容Cc3的另一端接地，電阻Rc6的另一端接運放U1*B的同向輸入端（即第5腳），電阻Rc7的一端接地、另一端接運放U1*B的反向輸入端（即第6腳），電阻Rc8的一端接電源VCC、另一端接運放U1*B的反向輸入端（即第6腳），電阻Rc9的一端、電阻Rc10的一端與電容Cc4的一端都接控制模塊5的過流採樣信號輸入端（即控制模塊5的I/O引腳Ibus_p），電阻Rc9的另一端接運放U1*B的輸出端（即第7腳），電阻Rc10的另一端接地，電容Cc4的另一端接地。

檔位狀態信號檢測模塊3包括電阻Rf1、Rf2，電容Cf1和二極體Df1；電阻Rf1的一端與電容Cf1的一端都接控制模塊5的擋位狀態信號輸入端（即控制模塊5的I/O引腳MCU ShiftSig0），電容Cf1的另一端接地，電阻Rf1的另一端接二極體Df1的陽極，二極體Df1的陰極接摩託車發動機的擋位狀態信號輸出端（即IN ShiftSig0），電阻Rf2的一端接電源VCC、另一端接二極體Df1的陽極。

加擋信號檢測模塊6的輸入端與摩託車的加擋按鈕相連、輸出端與控制模塊5的加檔信號輸入端相連，減擋信號檢測模塊7的輸入端與摩託車的減擋按鈕相連、輸出端與控制模塊5的減擋信號輸入端相連，控制模塊5的換擋控制信號輸出端與H橋驅動模塊4的控制端相連，H橋驅動模塊4的輸入端接電池10、輸出端與摩託車發動機中的直流電機11相連，顯示模塊9的輸入端與控制模塊5的顯示信號輸出端相連。

其工作過程為：

打開摩託車鑰匙開關，開關電源模塊8開始工作，母線電壓採樣模塊1實時採集當前供電電池10的電壓值並發送給控制模塊5，母線電流採樣模塊2實時採集當前供電電池10的輸出電流並發送給控制模塊5，擋位狀態信號檢測模塊3實時檢測摩託車發動機的當前擋位狀態並發送給控制模塊5；當駕駛者按下加擋按鈕進行加擋時，加擋信號檢測模塊6採集到加擋信號發送給控制模塊5，控制模塊5根據當前擋位狀態以及加擋信號控制H橋驅動模塊驅動摩託車發動機中的直流電機11，直流電機11帶動換擋機械部件實現加擋，當由空擋加到最高擋後，加擋操作不再生效；當駕駛者按下減擋按鈕進行減擋時，減擋信號檢測模塊7採集到減擋信號發送給控制模塊5，控制模塊5根據當前擋位狀態以及減擋信號控制H橋驅動模塊驅動摩託車發動機中的直流電機11，直流電機11帶動換擋機械部件實現減擋，當由最高擋減到空擋後，減擋操作不再生效；控制模塊5根據摩託車發動機換擋機械部件的實時負載情況，控制H橋驅動模塊的輸出PWM波佔空比，動態調節電池輸出電流；當電池電壓接近欠壓點時，控制模塊5通過動態調整H橋驅動模塊的輸出PWM佔空比，在保證換擋成功的同時降低電池輸出電流，避免電池進入過放電狀態；當電池欠壓、電池輸出電流過流或者控制模塊故障時，通過顯示模塊9可顯示這些故障。

另外，本實用新型中控制模塊5具有多個A/D口和I/O口，可以通過編寫程序代碼實現客戶多種個性定製化功能。當客戶需要個性定製功能時，通過電腦編寫應用程式下載到控制模塊5內即可實現個性功能定製。