Modelagem e Anlise do Desempenho Tcnico de bicicleta eltrica DC-motor conduz Com base em dados de teste de estrada de bicicletaResumo: Bicicletas com motor eltricas est no mercado dos EUA por cerca de duas dcadas. Com design personalizado as bicicletas eltricas permite que as questes comuns, como alto custo e peso a ser superado. Para este objetivo, as ferramentas de modelagem personalizadas so necessrios. O artigo discute a modelagem de um DC-motor eltrico de acionamento direto sistema de acionamento de bicicletas para avaliao de desempenho tcnico, onde os perfis de operao de ciclo utilizados so baseados em testes de estrada reais. explicado como os dados de medio podem ser processados e, juntamente com o modelo "normal" de uma unidade do sistema direct-dc-drive, estendendo assim abordagens comuns de modelagem. Em seguida, os diferentes perfis de equitao so analisados com a ferramenta desenvolvida. Os resultados ilustram tanto a capacidade de tais unidades de baixo custo para servir para deslocaes com fins moderados estilos de conduo e os seus limites, em vez de apoiar passeios desportivos.ndice Termos Power-assistida bicicleta, acionamento direto, a eficincia, a modelagem de avaliao de desempenho.I - IntroduoBicicletas com motor eltrico tem vindo a fazer seu caminho no mercado americano por cerca de duas dcadas. Tais bicicletas eltricas podem ser usadas para uma grande variedade de efeitos, incluindo servindo como um veculo para aplicadores da legislao ou de polcia, uma moto de guia durante as corridas e para passeios de lazer e pendulares (por exemplo, [1]-[8]). Ao projetar a bicicletas eltricas (incluindo seus sistemas de acionamento eltrico) e tentando superar os problemas comuns, tais como bicicleta de alto custo e peso, importante que a unidade seja mais eficiente ao longo de um determinado ciclo operacional; Isto leva a bicicletas eltricas projetadas como "bicicletas da cidade," "bicicletas de Morro", "bicicletas de distncia" e "bicicletas rpidas." Neste trabalho, apresentado um modelo de uma bicicleta eltrica que pode ser usado para avaliar o desempenho tcnico de um determinado sistema ambos instantaneamente e ao longo de todo ciclo de funcionamento. Uma caracterstica nica do modelo que os perfis de ciclo operacional usados como entrada so baseados em testes de estrada reais. nfase especial baseada sobre as tcnicas de acoplamento destes dados experimentais para os diferentes mdulos do modelo de carro. Por exemplo, o comando e o torque da carga so necessrios no modelo, mas apenas um valor medido por passo de tempo est disponvel. Alm disso, a velocidade foi medida, que, no modelo "convencional", uma funo do torque lquido disponvel no eixo. Tanto quanto sei os autores, esta a primeira vez que tal abordagem sobre anlise e projeto de bicicleta eltrica drives relatada na literatura. O modelo permite a investigao de:1) Parmetros de unidade instantnea (por exemplo, correntes, tenses, torques, carga de bateria, eficincia).2) Em geral desempenho tcnico da unidade ao longo de um determinado ciclo de conduo (por exemplo, eficincia, consumo de energia).3) Influncia dos parmetros das unidade diferente com-ponents sobre o desempenho tcnico e outros parmetros de sada.Em primeiro lugar, no estilo de uma reviso concisa, os diferentes elementos do modelo "convencional" so apresentados (seo II). Ento, a tcnica de simulao de carro discutida. Isso inclui o veculo de ensaio e gravao de dados, bem como o processamento de dados e a extenso do modelo para analisar o desempenho tcnico de uma unidade usando tal medida montando perfis (seo III). Aqui, dada nfase especial sobre as diferentes maneiras de usar os dados de medio como entrada para o modelo. Na prxima seo, aps um breve resumo dos quatro perfis medido a cavalo, os desempenhos de diferentes unidades do motor da c.c. analisado usando o modelo apresentado (seo IV). As vantagens e os limites das unidades tambm segundo a abordagem de modelagem so mostrados. As concluses so resumidas e as perspectivas de trabalho futuro so dadas no final (seo V).II. MODELO DE ESTRUTURA E IMPLEMENTAOA. ObjetivosO modelo projetado para a investigao de ambos o instantneo e o desempenho geral dos sistemas de movimentao de bicicleta eltrica de dc-motor de acionamento direto sob condies de pilotagem diferentes. Para esse fim, permite:1) A investigao de vrios parmetros de unidade instantnea, como a corrente do motor, tenso, torque, energia de bateria restante e eficincia do sistema.2) Em geral avaliao de desempenho da unidade sobre a conduo de um determinado ciclo, tais como consumo de energia de eficincia e total do sistema.3) Investigao da influncia de parmetros de motor, bateria e controlador sobre os parmetros de unidade diferente. Por exemplo, a resistncia interna da bateria, a indutncia do motor e resistncia. Assim, modificaes para melhor atender as demandas de bicicletas eltricas personalizados podem ser identificadas e verificadas.Consideram-se aqui, apenas bicicletas eltricas com sistemas de acionamento direto com motores de C.C. escovados. No entanto, o modelo pode ser estendido posteriormente para incluir motores dc sem escova e/ou o controle adicional a potncia de sada devido a relao de potncia necessria do homem-ao-motor de "pedelec"-tipo de bicicletas eltricas. Com "pedelec"-tipo de bicicletas eltricas, apenas uma certa pr-determinada, dependente da velocidade frao do poder de propulso de bicicleta entregue por unidade.B. EstruturaO modelo geral organizado em submodelos que so implementados como submdulos individuais. Consiste em quatro componentes principais hoje well-known de tais sistemas de movimentao (sees II-C, II-e):1) Motor eltrico.2) Prprio controlador constitudo de trs submdulos:a) transformao da demanda do usurio o dever de corre-tipo de ciclo.b) controle do switching com base no ciclo de trabalho.c) um capacitor para fornecer uma tenso dura no interruptor lanar terminal.3) Bateria.4) Sistema eletromecnico que relaciona o torque lquido e acelerao, usando uma representao simplificada do nico-roda.E de uma srie de mdulos de desempenho tcnico (seo II-F). Um esboo dos componentes eltricos, 1) para 3), e suas interaes principais mostrado na Fig. 1, o circuito equivalente da Fig. 2.

Figura 1: Viso geral de trs mdulos eltricos e suas principais interaes

Figura 2: Circuito equivalente do sistema.O modelo implementado usando o pacote de software disponvel comercialmente Simulink do MATLAB. Todos os parmetros so definidos globalmente.C. O modelo do motor incluindo equao mecnica.O motor, incluindo a equao de mecnica so modelados da maneira hoje bem estabelecido, consistindo de:1) O circuito eltrico equivalente (1-3), com a tenso de armadura, corrente, resistncia, indutncia Va, Ia, Ra e La, a tenso inversa dada poro produto da inversa constante kv e rotor , o torque eltrico Te de velocidade e torque constante ke.e2) O circuito equivalente mecnico (4):onde Tnet, J e B so o torque lquido, inrcia e coeficiente de amortecimento, respectivamente.O bloco correspondente mostrado na Fig. 3.

Figura 3: Modelo bloco do motor incluindo equao mecnica (fluxo do motor constante).D. Modelo de controladorO controlador controla o fluxo de energia da fonte de bateria para o motor. O mdulo de modelo de controlador composto por trs sub-mdulos (Fig. 4):1) A transformao da demanda do usurio para o controle do interruptor (Fig. considerando13:O controlador controla o comutao do switch que conecta os terminais do motor, a tenso da bateria Vbatt ou zero tenso. O comando de torque dado pelo riderTcmd transformado de corrente correspondente e comparado com a corrente de armadura. O erro controlado para se tornar zero com um controlador de PWM proporcional Integral (PI). A sada Dof o controlador assume os valores 0 ou 1.2) O controle do interruptor (Fig. alnea:A tenso instantnea lance Vcmd e atual Icmd resultantes de torque comando Tcmd e o ponto real de funcionamento do motor so obtidas da sada da controllerD, a tenso de armadura Va e armadura ia atual. A tenso de comando Vcmd usada para controlar o motor (Fig. 3), Considerando que o atual Icmd necessria para calcular a tenso entre a tenso capacitor de reforo.3) Um capacitor para fornecer uma tenso dura no interruptor lanar terminal (Fig. 4(c)):A tenso do capacitor Vc obtida por integrao do capacitor atual que a diferena entre a bateria e lanar as correntes Ibatt e Icmd.E. Modelo de bateriaO bloco do modelo de bateria compreende a tenso da bateria Vbatt e a resistncia interna da bateria Rb. temperatura e carga de dependncia no considerada. A tenso da bateria interage com a tenso do capacitor, e a bateria atual obtida a partir da queda de tenso atravs da resistncia interna da bateria (Fig. 5)

F. Mdulos de desempenho tcnico.Os seguintes parmetros so investigados com os mdulos de desempenho tcnico:1) PowerPin de entrada eltrica instantnea.2) PowerPmech de sada mecnica instantnea.3) Entrada de energia (produo de energia da bateria) Win (acumulado desde o incio da conduo do ciclo).4) Capacidade da bateria Wbatt0.5) Bateria restante energia Wbatt(t).6) Unidade instantnea eficincia .7) Mdia eficincia movimentao sobre conduo de ciclo de ave.As equaes que estes sete aspectos de execuo so simples e bem estabelecido. Portanto, nem todos os mdulos de desempenho tcnico so mostrados na Fig. 6.Para a realizao dos blocos desempenho tcnico, so utilizados vrios blocos se-execuo. Isto necessrio para prevenir a ocorrncia de nmeros indefinidos, causados por divises por zero. Por exemplo, no incio de uma simulao (t = 0), a menos que inicializado, caso contrrio, a potncia eltrica de entrada pino e a potncia mecnica de sada Pmech so zero e clculo da eficincia resultaria em um nmero indefinido. Usando o bloco de execuo se, isso evitado como