自行车的电动比例助力系统改装

XX 工 学 院毕业设计说明书（论文）作 者:学 号：学 院: 机械工程学院专 业: 机械设计制造及其自动化题 目: 自行车的电动比例助力系统改装指导者： (姓 名) (专业技术职务)评阅者： (姓 名) (专业技术职务)20xx 年 5 月毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 中 文 摘 要本课题主要是一种自发电式助力电动自行车的改造方案,其结构与普通自行车相仿,也可在普通基础上改装, 通过电动车原控制器控制电机的输出，电动车具有全电动和电动加人力助动两种工作模式，其特征是在电动自行车的前轮和中轴上安装有速度传感器，前轮和中轴上的速度传感器分别将测得的速度信号送入比例助力控制器中，比例助力控制器将速度信号分析变换后向电动车原控制器输出控制信号，通过控制器控制电机的输出功率。该系统具有结构简单、控制精确、平稳、成本低的优点。比例助力控制器将速度信号分析变换后向电动车原控制器输出控制信号，再通过原控制器控制电机的输出功率。 关键词 电动车，比例助力 ，改装毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 外 文 摘 要Title The proportionally assistance system modifications of bicycle AbstractThis paper mainly carried on a spontaneous electric power electric bicycle development train of thought, By electric vehicle controller control motor output, electric cars have all electric and electric add manpower to help move two work modes, whose character is installed on the electric bicycle front and center with speed sensor, speed sensor on the front and center, respectively, will be measured the speed of the signal in proportion power controller, proportional power controller will speed signal analysis after conversion to electric controller output control signal, through the control motor output power. The system has simple structure, control precision, stability, low cost advantages. Proportion after conversion to electric power controller will speed signal analysis the original controller output control signal, again through the control motor output power. Keywords Electrombile, Proportion of power ,change ones costume 目 录1 绪论 11. 1 比例助力系统概念52 总体部件选择方案 52.1 电机选择 52.2 电池选择 102.3 改造方案选择 113 机械部分改造 143.1 测绘 143.2 加工 163.2.1 加工固定板 1632.2 加工左旋螺纹163.3 安装 173.3.1 安装固定板及电机 173.3.2 安装电池 193.3.3 接线 204 进一步改造的设想和方案 23结论 25致谢 26参考文献 2711 绪论介绍一种比例助力电动自行车的研发思路,其结构与普通自行车相仿,也可在普通基础上改装,依靠自行车自身能量的转换实现助力功能。自行车以电池为源动力,在行车同时带动发电机发电,最终供电给电动机起助力作用。随着经济的发展,可持续发展日渐被人们所重视,依靠科技的进步,电动自行车以其“清洁、环保、便捷”等优点越来越受到人们的亲睐,赢得了广泛的市场。我国电动车市场出现迅猛发展的势头,其产品的技术和质量水平也都有了很大的进步和提升,消费者对电动自行车的认可度也在逐步提高。但目前电动车市场上产品仍然存在着结构单一,充电时间长,续航能力差等问题,再加上国家对电动自行车提出“限速令” 。面对着机遇和挑战,多数厂家开始将目光投向研发轻小型电动自行车的思路上来,但实质问题仍没有得到有效解决,目前使用的锂电池新产品,也因使用条件苛刻和成本大幅增加等因素没能大量推广,有些厂家采用增加电瓶数量的方法,虽然增大了骑行里程,但整车重量的增加又与轻小化相背离。国际市场上，很多国家（ 特别是欧美的一些国家） 要求电动自行车必须具有脚踏助力、无转把的精确比例助力控制系统，而我国大多数电动车目前还无法满足这个要求。文章介绍了目前电动车助力传感系统应用现状，提出了一种可以精确助力，且经济简便的技术思路和应用方案，并对该方案的市场运作给出了具体的操作思路。 一、比例助力系统在中国市场及国际市场实施的必要性电动自行车作为商品出现，在中国大陆已有七年了。众所周知，其主流模式为全电动驱动方式，电源一般为 36V/12Ah 配置，这主要因为在大陆市场，电动自行车不是休闲品，而是代步工具，用户花两三千元买了一辆车，若要人力蹬踏，消费者觉得不值。随着国内电动自行车产量近年连续翻番地急剧膨胀，市场开始细分，比例助力系统越来越受到消费者和厂家的青睐，具有广阔的市场空间。比例助力系统在全球市场实施的必要性主要有以下几点： 1、国际市场上，欧美都要求脚踏启动，脚停断电，没有转把的电动自行车。日本市场更需要精确比例助力的电动自行车。没有比例助力系统，产品就很难走出国门。 2、电动自行车最理想的使用方法就是人助车动，电动人行，人力电力联动，省力又省电。长时间全电动骑行或人力骑行都会感觉到累，最好的办法是比例助力骑行和全电动骑行交替使用，充分发挥各自的优点。事实上，在比例助力系统中，如果助力比合适，腿只是稍微用力，肌肉不紧张而自行车快速运转，会有一种很奇特的感觉。首先，人参与了这项运动，休闲的味道会渐渐渗透出来，可以品出一种人机合一的乐趣。全2电动骑行时，由于人坐在车上，腿基本不动，半小时一过，就会腰酸背痛。骑比例助力的车却没有这种感觉，累了还可以换成全电动，这更合乎健康人生的道理。再从安全角度上讲，在红绿灯前和上下班的车流中想全速前进不可能也不安全，这时比例助力是最佳的选择，可以大大减小交通高峰时间的事故发生率。 3、比例助力骑行可以避免电池超大电流放电，有利于延长电池寿命，而且从节电的角度讲，用比例助力启动可以省很多电，因为频繁全电动启动是最耗电的。比例助力骑行还能对电机起到保护作用。近两年，国内市场大面积使用的是低速有刷电机，这种电机价格低廉，但它的电流较高速有刷和无刷电机都要高出许多，故而续行里程要短很多。在全国第二、第三次电动自行车里程赛中续行 70-80km 的电动自行车在目前市场上已是凤毛麟角了。另外，一些高档消费者眼睛瞄上了 Ni-MH 电池电动自行车，由于其成本高，各整车厂都倾向于使用 24V/8-9Ah 的电源配置。这种配置较36V/12Ah 的铅酸电池容量要小不少，至少要短 1/3 的放电时间，全电动续行里程能达到 35km 已是上品了。如果增加了比例助力系统，人力电力合力骑行的话，则很容易将此 16 里程补回来。此外，如果 Ni-MH 电池、锂电池批量投入使用，比例助力系统减少了电机运行过程中的大电流输出，可以增加电动自行车的续行里程，部分路途较近的消费者就有可能选择 24V/12Ah 及 36V/12Ah 的电池作为电源配置，这给竞争激烈的电动自行车造型设计提供了更加广泛的遐想空间，既丰富了车种，同时又降低了成本，以及销售价格，对大家都是有益的。当然若有人坚持 36V/12Ah 的电源配置，使用高速有刷电机或无刷电机，则这种车续行里程 90km100km 属正常发挥，部分消费者正好有这种需求。二、现有助力传感系统的优缺点分析助力传感系统的设计预期效果是实现脚踏力和电动力之间保持一定的比例关系，如我们常说的助力比为 1 或 2.5 助力等。助力比为 1 助力较小，助力比为 2.5 助力就大得多。日本标准规定速度在 0-15km/h 之间的助力比例公式为： a=（P2-P1）/P1 式中：a：助力比例 P1：人力脚踏功率 P2：驱动轮输出总功率如 a=1 时，电机输出功率（P2-P1）=人力脚踏功率（P1） ，a=2.5 时，电机输出功率（P2-P1）=2.5X 人力脚踏功率（P1） 。速度在 15km/h24km 区间内。助力比例逐渐减小到 0，超过 24km/h 后，电机不再提供输出功率。现在流行的助力传染系统的工作原理是用一个力矩传感器将人力蹬踏的脚踏力转化为电压信号传送给控制器，控制器分析比较后指示电机输出相匹配的功率，这种助力系统的关键部位是力矩传感器。常见的比例助力系统主要有以下几种形式： 1、我国出口欧美市场的电动自行车助力传感器基本上都是开关型的，把3原转把取消，在中轴部分装一霍尔元件和磁钢圆盘，达到一定速度电机就开始启动启动后就全电动控制了，因此它并无精确比例一说，骑行感觉也较差。优点是价格极低，工艺简单。 2、日本力矩传感器的原理是人力脚踏后压迫中置式电机里的弹簧，产生形变，再将形变的幅度转换成力矩大小，且在电机的外沿刻有凹槽，转很小的角度就有反应，很灵敏。但这套装置对零件的材质、工艺都有很高的要求，至今，很少有国内厂家模仿过。 3、清华大学早期出口日本的力矩传感器另辟蹊径，在中轴五通内装有套筒和偏心装置，人力脚踏即产生偏心力矩。成本较日本方案要低得多，加工倒不复杂，但精度控制难，软件中要对其修正。这是国内批量最大的精确比例助力传感器商品。 4、在清华大学之后，国内有多种类型的方案出台，思路都很新颖，价格有高有低。代表性的有测中轴扭力形变的，有测链条张力的，有用光栅电路的，有将测力部件放入轮毂的，各具优点，但由于种种原因都没有普及开或正在普及过程中。三、本助力系统的技术思路现在要介绍这样一种方案，它能达到精确比例助力的效果，但成本极其低廉，工艺特别简单，除了在新车上实施之外，还能为正在中国大地上骑行的几百万辆电动自行车增加比例助力功能，而不影响原车任何现有功能的使用，变成兼有全电动和比例助力功能的新车种。在设计过程中，鉴于各整车生产厂家选用控制器都有自己的技术指标要求，且配套厂家的产品又经过长期的磨合考验，所以新比例助力系统只是在原控制器的基础上加上前轮、中轴速度传感器和控制电子线路板，仍然通过原控制器控制电机运转，市场售价远远低于其它比例助力控制器。具体原理是这样的，为了方便起见，以 0-15km/h 速度区间 1:1 比例助力为例说明，假设现车速为 12km/h，在标准测试条件下，全电动时整车平均电流为 4.0A（特别说明：现在电动车控制器几乎都采用脉宽调制技术，即PWM 技术来调节电机的速度。为阐述方便起见，这里所说的平均电流就相当于在一个周期内，与脉宽受调制的方波能量等效的直流电流的大小） ，其中空载电流为 0.4A，实际做功电机电流为 3.6A。在 1：1 助力的情况下，电机电流应为 1.8A，余下 1.8A电流做功则应由人力提供。测得 0-15km/h 区间任一瞬时速度相对应的全电动电流值，除去电机应提供的比例，余下的功率就自然由人去匹配供应，假如人力达不到相应的功率，速度就会减小，最后达到一个能匀速前进的平衡状态。当然不同车型，不同电机所得到的电流都不相同，但对具体车型，则可以用实验方法检测出来，余下的就是用数学方法进行软件修正了。此时第一推动力是人力，骑乘者希望快点就要加力蹬踩，此时瞬时速度就会提高，速度一快对应要求的电流就会增加，反之亦然。4通过软件循环检测可以保证这一过程周而复始地进行下去。电动自行车的优点是节能、环保、方便、适合中国国情。本比例助力传感器系统的优点是经济、精确、工艺简单、维修方便、适用性强，从骑行舒适性、流畅性上讲在目前国内是比较优秀的。因为在上述方案中，速度和电流是以连续函数关系一一对应的，不会出现其它精确比例系统中的一旦不踩就会断电，一踩又会来电，时断时续的不良感觉，得到的应是行云流水、张驰有度、随心所欲的效果。骑乘者利用该系统可以几乎不费力地加速到 20km/h，放慢踩速，就可以平稳地降低速度，可以在任何一个速度点达到平衡状态。另外车辆的一些安全措施如刹车断电等功能都不受任何影响，故整车的安全性能得到了很好的保障。四、本系统市场开发的具体构思 1、国内市场电动自行车使用全电动功能是中国的一大特色，如要取消，市场肯定不会接受，本方案是在其基础上加上比例助力功能，两者之间切换十分方便。转把转动就是全电动功能，转把复位就是比例助力功能，无附加按钮，响应迅速。我国电动自行车安全通用技术条件中并无精确比例助力的要求，但是否精确比例助力对骑乘者来说感觉大不一样，所以本系统受到欢迎是可以理解的。考虑到各地路面状况不一，骑行者体重不同，可以在出厂时将助力比例设为连续可调，整车厂员工或销售人员都可以进行调节，甚至也可以教会用户自己调节的方法。一般说助力比例设在 22.5 之间，既能有很强的助力感，又不至于使人跟不上转速而踩空。唯一使人有疑惑的是在爬坡时，要先有较大的速度才能输出较大的电流助力，这一点可以在说明书中说明，爬坡时应同时用全电动转把、把电机的功率发挥到最大，然后辅以脚踏助力，这样爬坡效果和全电动模式下是相同的。 2、国际市场以日本市场要求的精确比例助力为例，前述的方案在爬坡时因为无调速转把无法使用，则可以在车体上固定一个装置，检测水平倾角的大小，从而调节输出电流。这样在上坡时仍然可以达到精确的比例助力，人力和电力都增加了部分功率。欧美市场也可以采用类似方法。 3、旧车改装市场市场总量约有 250 万辆以上，消费者花 100 元将原有的全电动功能的电动自行车改装成全电动和比例助力系统共存的电动自行车应该是可以接受的，扣除成本后，其收益空间足以让维修点和销售商动心。总结本文首先讨论了比例助力系统在中国及国际市场上实施的必要性，然后对现有实施方案的优缺点进行了比较分析，接着提出本方案的技术思路，重点介绍了本助力系统的实现原理及其多种优点，最后对其市场前景作了简要的分析。无论是国际国内市场新旧车市场，该系统由于其价格低廉、工艺简单、助力精确，都有它广泛的适用性，其市场前景诱人。51.1 比例助力系统的概念的概念用力矩传感器将人力脚踏的脚踏力转化为电信号床送给控制器，控制器分析比较后指示电机输出相匹配的功率。一种速度控制式比例助力电动自行车控制系统，与电动车原控制器相连，通过电动车原控制器控制电机的输出，电动车具有全电动和电动加人力助动两种工作模式，其特征是在电动自行车的前轮和中轴上安装有速度传感器，前轮和中轴上的速度传感器分别将测得的速度信号送入比例助力控制器中，比例助力控制器将速度信号分析变换后向电动车原控制器输出控制信号，通过控制器控制电机的输出功率。该系统具有结构简单、控制精确、平稳、成本低的优点。比例助力控制器将速度信号分析变换后向电动车原控制器输出控制信号，再通过原控制器控制电机的输出功率。要求电动自行车必须具有脚踏助力、无转把的精确比例助力控制系统。2 总体部件选择方案2.1 电机的选择对无刷电机而言，根据电机是否具有位置传感器，又分为有位置传感器无刷电机和无位置传感器无刷电机。对电机(7张)于无位置传感器的无刷电机，必须要先将车用脚蹬起来，等电机具有一定的旋转速度以后，控制器才能识别到无刷电机的相位，然后控制器才能对电机供电。由于无位置传感器无刷电机不能实现零速度启动，所以在2000年以后生产的电动车上用得较少。目前电动车行业内使用的无刷电机，普遍采用有位置传感器无刷电机。旋转180，线圈不动，霍耳元件感应到S极磁场，此时P1与R2截止，P2与R1导通，可以看到电流i从电池正极经过R1、线圈、P2流到电池负极。通电线圈中的A点的电流i方向是指向接线头的方向（矢量方向与i矢量方向相反），磁钢受到线圈的反作用力，一样产生向逆时针方向的旋转力矩。电动车用无刷电机的磁钢数量比较多，线圈一般有3组，每组线圈都有相应的霍耳元件(3相线圈有3个霍耳元件)，这样电机旋转时就更平稳，效率更高。当磁钢旋转时，霍耳元件感应到磁场方向变化后给出相应控制信号，无刷控制器根据此信号控制着上3路与下3路功率管的导通与截止。有刷电机、无刷电机的比较有刷电机与无刷电机的通电原理上的区别：有刷电机是由炭刷与换向器进行机6械换向，无刷电机是靠霍耳元件感应信号由控制器完成电子换向。有刷电机和无刷电机的通电原理不一样，其内部结构也不一样。对轮毂式电机而言，电机力矩的输出方式（是否经过齿轮减速机构减速）不一样，其机械结构也不一样。1、常见高速有刷电机的内部机械结构。这种轮毂式电机由内置高速有刷电机心、减速齿轮组、超越离合器、轮毂端盖等部件组成。高速有刷有齿轮毂式电机属于内转子电机。2、常见低速有刷电机的内部机械结构。这种轮毂式电机由炭刷、换相器、电机转子、电机定子、电机轴、电机端盖、轴承等部件组成。低速有刷无齿轮毂式电机属于外转子电机。3、常见高速无刷电机的内部机械结构。这种轮毂式电机由内置高速无刷电机心、行星摩擦滚子、超载离合器、输出法兰、端盖、轮毂外壳等部件组成。高速无刷有齿轮毂电机属于内转子电机。4、常见低速无刷电机的内部机械结构如图 2-1-1 所示。这种轮毂式电机由电机转子图 2-1-1电能通过电刷和换向器进入电枢绕组，产生电枢电流，电枢电流产生的磁场与主磁场相互作用产生电磁转矩，使电机旋转带动负载。由于电刷和换向器的存在，有刷电机的结构复杂，可靠性差，故障多，维护工作量大，寿命短，换向火花易产生电磁干扰。有刷直流电机的工作原理图如图 2-1-1 所示。在有刷电机的定子上安装有固定的主磁极和电刷，转子上安装有电枢绕组和换向器。直流电源有刷直流电机的固定部分有磁铁，这里称作主磁极;固定部分还有电刷。转动部分有环形铁芯和绕在环形铁芯上的绕组。图 2-1-1 所示的两极有刷直流电机的固定部分(定子)上装设了一对直流励磁的静止的主磁极 N 和 S，在旋转部分(转子)上装设电枢铁芯。定子与转子之7间有一气隙。在电枢铁芯上放置了由 A 和 X 两根导体连成的电枢线圈，线圈的首端和末端分别连到两个圆弧形的铜片上，此铜片称为换向片。换向片之间互相绝缘，由换向片构成的整体称为换向器。换向器固定在转轴上，换向片与转轴之间亦互相绝缘。在换向片上放置着一对固定不动的电刷 B1 和 B2，当电枢旋转时，电枢线圈通过换向片和电刷与外电路接通。有刷直流电机的种类：有刷盘式绕组电机。有刷盘式绕组电机以稀土材料粘结在一缸体上，漆包铜线绕成的盘式绕组置于缸体之内，构成转子。电机相位靠机械式换相器调整。机械式换相器是靠固定的炭制电刷与转动的铜制换相面摩擦来调整电压相位的。这种电机在使用中电刷一直在磨损，电机的寿命很难超过 2000h。同时，由于电机的转速较高，必须采取两级齿轮减速，这就带来了两个问题，一是噪声较大，二是效率损失大，经减速后的电机额定效率往往只能达到 68%72%。而电动自行车所用的蓄电池的容量是有限的，一般就是 36V/12Ah 的容量，如电机效率不高，将使电耗增加，影响续行里程。有刷印制绕组电机。有刷印制绕组电机以印制铜箔板作为绕组，电机重量减轻了。由于这种电机全部是在自动生产线上生产的，工艺有可靠保证，从而使电机的寿命提高到 3000h，噪声大幅度下降，效率提高到 72%76%。但这种电机有“嗡嗡” 的高频噪声，靠齿轮减速后效率仍不理想，有刷换相器的使用使电机寿命无法再提高。有刷压制绕组电机。这种电机通过将绕制好的铜线压制成一种新型绕组，其效率可提高到 74%78% 。噪声、寿命缺陷仍然是必须改进的问题。轮毂式有齿轮传动的有刷直流电机，由盘形电枢有刷电机和齿轮减速兼传动系统两部分构成。盘形电枢是高速转动的转子。轮毅式有齿轮传动的有刷直流电机的构造如图 2-1-2 所示。电机的转矩通过轴传递给第一级齿轮，经齿轮减速带动轮毂外壳转动。图 2-1-2有刷有齿轮毂电机的盘形电枢是薄片形，体积很小，重量特轻，安装方便。绕8组编制好之后，用树脂加玻璃纤维放进模内热压成型，在运行中由于电刷和换向器摩擦，又有齿轮啮合减速，所以有刷电机的运行声音比无刷电机声音要大。为了适应轮毂结构，将有刷电机设计成电枢放在外边作为转子，磁钢放在电机之内作为定子，多块磁钢配多个绕组，设计转速为 180r/min 左右的低速电机。图 2-1-3 所示为电机外转子中尚未经过压力整形的电枢绕组， ，在绕组以内是呈平面环状整齐排列的换向片。图 2-1-3 所示的是放在外转子内的间隔排列着 10 块磁钢的定子，在中间的毂板上开有两个孔，电刷的刷握就设在孔的背侧，电刷带着导线被弹簧从刷握中弹出。图 2-1-3有刷电机的定子轴端套有一个螺母，其作用是防止在加工中损伤轴上的螺纹。把电刷整理好装入刷握中，然后将这一端送进图 2-3-3 所示的孔中，电刷就可以接触换向器平面，借助弹簧的弹力对换向器压紧，而磁钢正好进入外转子绕组中，只留一个很小的环形气隙。这个环形气隙的直径越大，电机产生的转矩也越大。由于有刷电机在设计中的改进，无须齿轮减速，可实现低噪声、低成本。目前很多低价位的电动自行车广泛采用了这种电机。但这种电机扭矩小，载重负荷小，爬坡能力不佳，使用时耗电较多，仍然采用机械式的电刷换相器，电机寿命问题尚未得到解决，因此中高档电动自行车均未采用这种电机本次所选用的电机额定转速还是比较快的有 3000RMB，但问题是发热量比较大，而且声音也比较响。我们分析其原因可能是一、线圈有电阻，电流流过损耗功率；二、铁芯的磁场有“ 磁滞回线 ”，电能转变的磁能有一部分继续转变为热能了；三、铁芯还有涡流，电能转变的磁能有一部分又变成电流进而又变成热能；四、机械转动部件之间有摩擦，电能转变的动能有一部分继续转变为热能了。电磁噪声首要是由气隙磁场效果于定子铁芯的径向重量所发生的。它经过磁轭向别传播，使定子铁芯发生振动变形。其次是气隙磁场的切向重量，它与电磁转矩相反，使铁芯齿部分变形振动。当径向电磁力波与定子的固有频率接近时，就会惹起共振，使振动与噪声大大加强，甚至危及电机的使用寿命。9依据电机噪声发生的分歧方法,大致可把其噪声分为三大类 :电磁噪声；机械噪声；空气动力噪声。根据电磁噪声的成因，我们可采用下列办法降低电磁噪声。尽量采用正弦绕组，削减谐波成份；选择恰当的气隙磁密，不该太高，但过低又会影响资料的应用率；选择适宜的槽共同，防止呈现低次力波；采用转子斜槽，斜一个定子槽距；定、转子磁路对称平均，迭压严密；定、转子加工与装配，应留意它们的圆度与同轴度；本次所选用电机及参数如下 2-1-4 图所示10图 2-1-42.2电池的选择锂电池的工作原理：锂离子电池电化学反应机理锂离子电池电化学反应机理锂离子电池电化学反应机理锂离子电池电化学反应机理 一个锂离子电池主要由正极、负极、电解液及隔膜组成，外加正负极引线，安全阀，PTC（正温度控制端子） ，电池壳等。虽然锂离子电池种类繁多，但其工作原理大致相同。充电时，锂离子从正极材料中脱嵌，经过隔膜和电解液，嵌入到负极材料中，放电以相反过程进行。以典型的液态锂离子为例，当以石墨为负极材料，以 LiCoO2 为正极材料时，其充放电原理为： 正极反应：LiCoO2= Li1-xCoO2 + xLi+ + xe- 负极反应：6C + xLi+ + xe- = LixC6 电池总反应： LiCoO2 + 6C =Li1-xCoO2 + LixC6 放电时发生上述反应的逆反应。 充电时， Li+从 LiCoO2 中发生脱嵌，释放一个电子，C3+被氧化为 C4 +，与此同时，Li+经过隔膜和电解液迁移到负极石墨表面，进而插入到石墨结构中，石墨结构同时得到一个电子，形成锂碳层间化合物 LixC6，放电时过程则相反，Li+从石墨结构脱插，嵌入到正极 LiCoO2 中。锂电池的正确使用方法：可随用随充。忌过度放电。待设备提示“电量不足”就应该充电；到设备都自动关机了才充电，电池已经过度放电。这会影响电池寿命。忌过度充电。充电器发出充满指示，就应该拔下充电器。现在的充电器一般都有充满自停的设计，短时间不从充电器取下电池倒也无妨，但长久把电池留在充电器上，到深夜电网电压升高，本已经停止充电的充电器，电压升高后，又会继续充电，造11成电池过充电。这会影响电池寿命。锂电池长久不用，要充电到 60%，单独存放在阴凉干燥处，并每隔 4、 5 个月进行补充充电。忌电池短路，大电流放电，对电池寿命不利。我这次所选锂电池如下图 2-2-1 所示图 2-2-1本次所选用的电池额定电压为 36V 额定电流为 10A 电机的额定功率为 250W 额定电压为 36V 算出电机的额定电流为 6.944A 从而可以算出电池在此电机工作下的工作时间为 61.7h。2.3 改造方案的选择方案一原始自行车如下图 2-3-1 所示：12图 2-3-1A、改装时加一个控制电机转速控制器，控制电机转速；B、改装时增加的直流电源安装在菒轮挡泥瓦的上方，保险叉前方的位置（无保险叉的指改车商标处的前方） ；C、改装时增加的直流电动机及减速部分为一个整体安装在中轴之上或之下的位置，安装在中轴之下时其形状尺寸应适应放置在链条主动轮和左脚蹬之间的位置，不影响链条主动轮和左脚蹬的转动；D、改装时增加一个与小轮车链条从动轮内部结构（棘轮构造）相同的但外周为齿轮状的新增从动轮，安装在后轮左侧且与后轮同轴心；E、改装时增加一根传动轴用外周加轴承或轴套的方式使其能轴向转动的固定自行车左侧中轴与后轴连结架的上方或下方位置，一端与电动机减速输出端连结，另一端与新增从动轮相吻合转动；F、改装时增加一个检测骑车人驱动自行车后轮转动速度的检测轮，该轮与链条或链条主动轮、从动轮其中之一相吻合转动；G、改装时增加的电子调速器的控制电位器转动轴上加装齿轮，该齿轮的转动是经检测轮，离心装置、被动连杆、恢复弹簧、调节螺杆共同实现的，并组成一个相互连结的整体，安装在接近链条的位置，而利于检测轮的受外力转动。方案二(1)安装飞轮第一步，取下后轮如图 2-3-2，把轮轴向飞轮方向移动 0.5cm 或更换较长的轮轴。13图 2-3-2第二步取出螺纹圈（即图所示 2-3-3） ，旋入自行车原有飞轮，并把减速飞轮和自行车飞轮用链条轴链接一起（这里要注意，二个飞轮应同向链接） 。第三步套入两根链条（一根为自行车原有链条，一根为电机链条） ，将车轮装回车架。图 2-3-3第四步调整踏脚链轮，卸下自行车挡泥板，并拆开踏脚轴心，把踏脚整体推至最右边装回固紧。（此步骤可省略）第五步归位固紧。（紧固后，飞轮离自行车三角支架应有 2 毫米左右间距，不要让飞如图 2-3-4 轮与车架间无空隙）图 2-3-414(2)安装电机： 第一步取出电机及电机支架，并把电机固定在支架上（不要固紧，以便调整）。 第二步套上链条后，电机机架直板紧靠自行车三角支架往右上推，直至链条绷紧，用紧固环和螺丝稍微固紧。注意，紧固环钻有螺纹是为方便设计的，固紧时请一定再加螺母和弹垫辅助固紧。图 2-3-5第三步小心调整电机位置，使电机链轮与减速飞轮处在同一平面上。电机板设计时预留了较大的螺丝孔，以适应不同的车型，只要仔细调整，一般都能调整到位的。第四步紧固电机支架及电机如图 2-3-5。 3 机械部分改造步骤3.1 测绘根据自行车后轮部分尺寸我们设计出了 2 块不同形状的固定。板如下图 3-1-1所示15图 3-1-1163.2 加工3.2.1 加工固定板电火花线切割加工（Wire cut Electrical Discharge Machining，简称 WEDM），有时又称线切割。其基本工作原理是利用连续移动的细金属丝（称为电极丝）作电极，对工件进行脉冲火花放电蚀除金属、切割成型。它主要用于加工各种形状复杂和精密细小的工件，例如冲裁模的凸模、凹模、凸凹模、固定板、卸料板等，成形刀具、样板、电火花成型加工用的金属电极，各种微细孔槽、窄缝、任意曲线等，具有加工余量小、加工精度高、生产周期短、制造成本低等突出优点，已在生产中获得广泛的应用，目前国内外的电火花线切割机床已占电加工机床总数的 60以上。切割步骤将 2 张固定板图形在切割机中画出来程序自动生成，再用固定销将板原材料固定在机床上，注意一定要夹紧，在切割过程由于切割力支撑板的力度不够板会发生倾斜所以我们用夹子夹住 2 端从而使被切割板固定，根据所绘图形切割出固定板。遇到的问题：-切割的过程中由于没有用夹具夹牢使板的切割有一点点小的误差但这对板的安装没有影响。3.2.2 加工左旋螺纹用如下图 3-2-2 所示工具在后轮轴端面上用手工制造一段左旋螺纹，早制造的过程中我遇到了一点点麻烦就是在做螺纹第一道的时候犹豫工具没摆成水平，导致刻螺纹的时候不是水平的，最终导致齿轮也不够水平，偏了一点点，但这点偏差对齿轮的安装没有太大影响。17图 3-2-23.3 安装3.3.1 安装固定板及电机安装：先将电机安装在第一块板上，将后轮拆了，安装电机，将如图 3-1-1-1所示左旋左旋齿轮按照所刻螺纹安装在后轮轴上尽量使左旋齿轮与链条与后轮轴垂直为了使其在工作时链条不至于掉了。图 3-1-1-1安装后如下图 3-1-1-2 所示：18图 3-1-1-2安装二：大体与安装-位置相同，电机齿轮的位置与一相同不同的是板的位置与板的形状，所选板为第二块板，安装后如下图 3-1-1-3 模型所示：19图 3-1-1-33.3.2 安装电池第一步先用冲击钻在保险杆的前方钻 2 个 5 毫米的孔，找来 2 个直径 5mm 的螺丝将电池外壳固定在保险杆上固定后如图 3-1-1-4 所示：图 3-1-1-4203.3.3 接线机械部分安装完成了剩下的就是电的部分。按照控制器上的相应接线口的电线顺序排列，顺序安装。红线接红线，黑线接黑线，两个相应接口的颜色相同的线对准。控制器上的较粗的两条蓝红线接电源。红线接正极另两条蓝黄线接电机。在电池与电机之间我安装一个控制电机转速的调速控制器，用来调节电机的转速。接线后如上图所示。为了安全起见我们安装了一个开关按钮用来控制电路的通断，按钮及调速控制器线路如下图 3-1-1-5 所示：21负极正极正极负极 图 3-1-1-5这样自行车改装就基本完成了。下面 3-1-1-6 是由第一块固定板建模的图形：22图 3-1-1-6实物完成后整体图如下图 3-1-1-7 所示：图 3-1-1-7第二块板建模图形如下图 3-1-1-8 所示：23图 3-1-1-8说明：由于时间原因第二块板实物没做出来，这边只能拿建模的图形进行参考。总结：第方案安装后发现电机链条与自行车刹车螺帽相碰到，阻碍电机与自行车后轮的传动。我只能调节固定板的的位置使其它们不相碰，在调节后这一问题得到解决。还有就是固定板挡住了自行车后轮刹车的调节螺丝，影响了刹车皮与轮间的调节，要解决这一问题的唯一办法就是重新做一块固定板位置和尺寸都必须改变。综合考虑后我选择了第二块板，因此选择了第二块板。4 进一步改造的设想和方案由于时间的原因本次改造的针对机械的部分比较多，没有完全达到课题所要求的比例助力系统驱动的改造方案，现初步的是完全由电池提供的电力控制电机，通过控制器调节电机的转速。所以在此我提出了一个方案。在设计过程中，鉴于各整车生产厂家选用控制器都有自己的技术指标要求，且配套厂家的产品又经过长期的磨合考验，所以新比例助力系统只是在原控制器的基础上加上前轮、中轴速度(Tempo)传感器和控制电子线路板，仍然通过原控制器控制电机运转，市场(Rialto)售价远远低于其它比例助力控制器。具体原理是这样的，为了方便起见，以 0-15km/h 速度 (Tempo)区间 1:1 比例助力为例说明，假设现车速为 12km/h，在标准测试条件下，全电动时整车平均电流为 4.0A（特别说明：现在电动车控制器几乎都采用脉宽调制技术，即 PWM 技术来调节电机的速度(Tempo)。为阐述方便起见，这里24所说的平均电流就相当于在一个周期内，与脉宽受调制的方波能量等效的直流电流的大小） ，其中空载电流为 0.4A，实际做功电机电流为 3.6A。在 1：1 助力的情况下，电机电流应为 1.8A，余下 1.8A 电流做功则应由人力提供。测得 0-15km/h 区间任一瞬时速度(Tempo)相对应的全电动电流值，除去电机应提供的比例，余下的功率就自然由人去匹配供应，假如人力达不到相应的功率，速度(Tempo)就会减小，最后达到一个能匀速前进(Forward)的平衡状态。25结 论几 个 月 的 毕 业 设 计 就 快 要 结 束 了 ， 在 这 段 时 间 里 ， 我 觉 得 我 的 专 业 知 识 、 查 找资 料和独立思考的能力有了一定的提高，也从中学会了遇到困难时应当如何去解决，这对我走进社会从事工作有着重要的影响。通过本次毕业设计，不仅培养了我正确的设计思想，同时锻炼了我们综合运用知识的能力。本文详细讲述了自行车改装的方案及所需要的零部件，并对一种改造方案进行了改造。由于时间的原因机械部分改造部分已完成，但电的部分完成的还没达到预想的效果，还需进一步的进行改造。相信在答辩的时候将会有一步全新的靠比例助力系统驱动的自行车展现在老师的面前。