一種智能型模型賽車四輪電驅動器的製作方法

2023-05-22 15:19:51 3

專利名稱：一種智能型模型賽車四輪電驅動器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及模型賽車的四輪電驅動器，尤其是採用高可靠性的無刷直流電機
的四輪驅動器，具體地說是一種採用四個無刷直流電機分別驅動四個車輪，並通過一個中 心控制器進行協調控制的模型賽車的四輪電驅動器。
背景技術：
四輪驅動是指車的前後輪都有動力，可以按行駛路面狀況不同而將動力按不同比 例分不到前後所有的四個輪子上，以提高行駛能力。在高檔模型賽車上，四輪驅動的方式已 經逐步被採用。 一般模型賽車採用電驅動的方式，可分為單電機驅動、雙電機驅動和四電機 驅動。在採用單電機和雙電機的場合，為了實現四輪驅動，都必須有附加一套機械式的分 力和傳動機構，結構比較複雜。因此四電機直接驅動成為四輪驅動的主要方式。四電機直 接驅動，就是一個電機驅動一個車輪。在這種方式下，結構簡單，但對各個電機協調控制的 要求比較高。要求電機及驅動器具有良好的性能，現在人們一般採用微型直流電機實現驅 動，但是直流電機的機械換向器和電刷影響了驅動器的可靠性，進而降低了賽車運行的可 靠性。因此迫切希望有這樣一種四輪電驅動系統，能夠滿足高品質的動態驅動要求，同時克 服直流電動機電刷等帶來的賽車運行可靠性降低等問題。
發明內容本實用新型的目的是針對大部分現有的高級模型賽車採用微型直流電機為動力
源，由於直流電機機械換向器的存在，使得整車運行可靠性降低的問題，設計了一套採用四
個微型無刷直流電動機的四輪直接驅動系統，通過控制各個電機的轉速和輸出力矩，控制
模型賽車的速度、運行方向以及動力在各個車輪上的分配。 本實用新型的技術方案是 —種基於無刷電機的模型賽車四輪電驅動器，其特徵是採用四個微型無刷電機直 接帶動車輪。每個無刷電機由各自的驅動模塊控制，驅動模塊的三條輸出線接無刷電機的 三相輸入，無刷電機上的"霍爾轉子位置信號線"連接到驅動模塊，用於無刷電機的換相。在 無刷電機驅動模塊上有速度控制信號輸入端和轉矩檢測信號輸出端。通過改變速度控制信 號的大小，可以控制電機的轉速；通過檢測轉矩檢測輸出端信號的大小，可以知道電機的實 時轉矩。在四個無刷電機及其各自的驅動模塊之上，有一中心控制器，該中心控制器由AVR mega8單片機、模擬量輸入放大電路、D/A輸出電路、晶振、遙控信號輸入接口 、程序下載接 口等構成。可在個人計算機上，用基於BASIC語言的開發平臺BASCOM-AVR來開發或修改該 單片機內部的控制程序，然後下載到中心控制器中的單片機中，這種程序開發方式簡單，使 得學過BASIC語言的中學生就可以完成單片機程序開發。參見圖l，四個無刷電機(1 4) 直接帶動車輪，無刷電機由各自的驅動模塊(5 8)控制，驅動模塊的輸出端與電機相連。 四個驅動模塊都由一個24V電池組(9)供電。中心控制器(10)對四個無刷電機及其驅動 模塊進行統一協調控制，每個無刷電機驅動模塊都從中心控制器接收速度控制信號，同時 將自身的轉矩檢測信號回送到中心控制器。中心控制器，接收遙控命令，形成基礎的車輪速 度，同時根據對驅動車輪的各個無刷電機的實際轉矩的檢測，對各個車輪的速度進行調整，
3以達到整車的高速、平穩、靈活的運行性能。 本實用新型具有以下優點 1、採用四個無刷電機直接驅動四個車輪，無刷電機的高可靠性以及連接結構的簡 單性，減小了發生故障的機率，保證了模型賽車整體運行的可靠性。 2、本智能型四輪電驅動器中有一中心控制器，該控制器協調控制各個車輪的速度 和轉矩，從而可以達到整車的高速、平穩、靈活的運行性能。 3、中心控制器的核心是AVR mega8單片機，該單片機支持在線編程。在中心控制 器的電路板上，留有一個編程下載口 ，可用基於BASIC語言的開發平臺BASCOM-AVR來開發 或修改該單片機內部的控制程序。以滿足個性化的控制要求。這種程序開發方式簡單，使 得學過BASIC語言的中學生就可以完成單片機程序開發。

圖1是本實用新型的總體結構框圖。 圖2是中心控制器與無刷電機驅動器的信號連接示意圖。 圖3是中心控制器內部的結構框圖。 圖4是無刷電機驅動模塊與無刷電機的連接示意圖。
具體實施方案
以下結合附圖和實施實例對本實用新型作進一步的說明 如圖1及圖2所示。 一種智能型模型賽車四輪電驅動器，它主要由直接帶動車輪 的四個無刷電機(1 4)，四個無刷電機的驅動模塊(5 8)，電池組(9)，中心控制器(10) 等組成。四個電機驅動模塊(5 8)的輸出端分別與四個無刷電機(1 4)相連，四個電 機驅動模塊(5 8)的直流輸入端與電池組(9)相連。由一個中心控制器協調控制四個車 輪的運動，中心控制器由AVRmega8單片機(Ul) 、 D/A輸出電路(U2)、模擬量輸入放大電路 (U3)、晶體振蕩器(U4)、遙控指令接收電路(U5)、在線編程下載接口 (U6)等幾部分組成。 四個電機驅動模塊(5 8)的速度指令信號輸入端與中心控制器(9)中的"D/A輸出電路 (U2)"相連，四個電機驅動模塊的轉矩檢測信號輸出端與中心控制器中的"模擬量輸入放大 電路(U3)"相連。可通過程序下載接口，修改中心控制器內部的程序。 本實用新型採用四隻無刷電機直接驅動四個車輪，無刷電機的型號為JBDC12-01。 每個無刷電機由各自的驅動模塊控制，驅動模塊的型號為JXBLD06。在無刷電機驅動模塊上 有速度控制信號輸入端和轉矩檢測輸出端。電驅動器在中心控制器的控制下工作，中心控 制器主要由AVRmega8單片機、模擬量輸入信號放大電路、D/A輸出電路、晶振、遙控信號接 收電路、程序下載接口等部分組成。各個無刷電機驅動模塊上的轉矩檢測輸出信號通過中 心控制器中的"模擬輸入信號放大電路"放大，然後經過Mega8單片機的A/D引腳輸入單片 機，單片機依據電機的實時轉矩，判斷如何調整各個車輪的轉速，從而合理地分配各個車輪 的動力，實現全時四輪驅動。單片機得出的車輪轉速控制命令信號通過D/A轉換電路發送 到各個無刷電機的驅動模塊。 本實用新型的中心控制器中的"模擬輸入信號放大電路"採用運算放大器晶片 TL084構成，該晶片有4路獨立的運放單元，均連接成跟隨器的方式，從而可保證了良好的輸入阻抗匹配。 本實用新型採用的D/A轉換電路採用Texas Instruments公司的晶片TLC7528以 及運放TL084構成。 本智能型模型賽車四輪電驅動器可以實現的功能有 (1)驅動模型賽車起動、前進、停車。
(2)控制模型賽車無級平滑加速、減速。 (3)根據遙控指令，在各種複雜彎道上，驅動模型賽車高速前進、加速、減速以及其 它難度動作。 (4)根據遙控指令，控制模型賽車倒車，以及在倒車的過程中完成一系列難度動 作。
本實用新型的工作過程如下 中心控制器接收到遙控起動指令後，同時向每個無刷電機控制模塊，發送速度控 制命令信號，開始時速度控制命令信號較小，控制電機低速啟動，完成賽車的起步，隨後逐 漸加大速度控制命令信號，以達到遙控指令要求的基本轉速。當賽車起動後，每個無刷電機 的轉矩通過驅動模塊得到實時檢測，並通過驅動模塊上的轉矩檢測輸出端發送給中心控制 器，由中心控制器按照全時四輪驅動的要求在四個車輪分配動力。如果在彎道運行，遙控器 會發出相應的指令，中心控制器將根據指令，調整彎道內外側車輪的速度，完成彎道行駛。
權利要求一種智能型模型賽車四輪電驅動器，其特徵是它採用四個無刷電機直接帶動四個車輪，每個無刷電機與各自的驅動模塊相連，每個驅動模塊上有速度控制信號輸入端和轉矩檢測信號輸出端，各驅動模塊通過這些信號與中心控制器相連。
2. 根據權利要求1所述的智能模型賽車四輪電驅動器，其特徵是所述的中心控制器由 AVRmega8單片機(U1)、D/A輸出電路(U2)、模擬量輸入放大電路(U3)、晶體振蕩器(U4)、遙 控指令接收電路(U5)、在線編程下載接口 (U6)組成，四個電機驅動模塊的速度指令信號輸 入端與中心控制器中的D/A輸出電路(U2)相連，四個電機驅動模塊的轉矩檢測信號輸出端 與中心控制器中的模擬量輸入放大電路(U3)相連，AVRmega8單片機分別與D/A輸出電路 (U2)、模擬量輸入放大電路(U3)、晶體振蕩器(U4)、遙控指令接收電路(U5)、在線編程下載 接口 (U6)相連。
3. 根據權利要求1或2所述的智能模型賽車四輪電驅動器，其特徵是在中心控制器的 電路板上，留有編程下載口 ，可在個人計算機上用基於BASIC語言的開發平臺BASCOM-AVR 來開發或修改該單片機內部的控制程序，然後下載到中心控制器中的單片機中。
專利摘要本實用新型提供了一種智能型模型賽車四輪電驅動器，該四輪電驅動器採用四個無刷電機直接帶動四個車輪，每個無刷電機由各自的驅動模塊控制，每個驅動模塊上有速度控制信號輸入接口和轉矩檢測信號輸出接口。有一個中心控制器協調控制四個無刷電機的工作，該中心控制器由AVRmega8單片機、D/A輸出電路、模擬量輸入放大電路、晶體振蕩器、遙控指令接收電路、在線編程下載接口等幾部分組成。四個電機驅動模塊的速度指令信號輸入端與中心控制器中的「D/A輸出電路」相連，四個電機驅動模塊的轉矩檢測信號輸出端與中心控制器中的「模擬量輸入放大電路」相連。可通過程序下載接口，修改中心控制器內部的程序。在模型賽車運行的過程中，中心控制器實時檢測各個車輪驅動電機的轉矩，通過調整各自的轉速，完成整車動力在四輪的分配，實現平穩的賽車行駛狀態。
文檔編號A63H29/22GK201519469SQ20092004339
公開日2010年7月7日 申請日期2009年7月10日 優先權日2009年7月10日
發明者李樂之, 李慶之 申請人:李慶之;李樂之