电动助力车通过力矩传感器检测踏板上的力矩、车速及其变化情况获得车辆的运动状态,并以此来调节助力电机力矩输出,保证在多种路况下,骑行者可以获得良好的骑行体验。在电动助力车中,电机及其控制是决定助力自行车整体性能的关键因素,具有重要的地位。永磁无刷直流电机具有体积小、重量轻、价格便宜等诸多优点,广泛应用于助力车领域。相较于传统的无刷直流电机,无位置传感器的无刷直流电机能够进一步降低系统的体积、重量和成本,并在一定程度上提高系统的可靠性,因此,研究无刷直流电机的高性能无位置传感器控制方法,在助力车应用中具有重要的理论和实际意义。同时,助力车中助力电机的助力策略也是影响骑行体验的重要因素,相比于传统1:1助力比的助力策略,研究考虑骑行意图和骑行环境等因素在内的动态调整助力比的助力策略,能够使助力车提供更好的骑行体验,具有重要的理论和应用价值。本文即针对上述两个问题——助力车无刷直流电机高性能无位置传感器算法和动态调整助力比的新型助力策略——展开研究,内容如下:首先,给出了无刷直流电机的数学模型、基本原理以及传统无位置传感器控制方法,随后结合线反电动势法和滑模观测器法的优势,提出了一种基于改进滑模观测器的无刷直流电机无位置传感器控制方法。相比于传统方法,该方法无需构造无刷直流电机中性点,无需对反电动势过零点相位延时,具有良好的参数鲁棒性,能适应较广的调速范围且有效降低滑模振动。仿真结果表明,本文提出的无刷直流电机无位置传感器控制方法能够准确获得无刷直流电机的线反电动势及其换相点,具有良好的控制效果,满足助力车应用需求。其次,介绍了模糊控制的基本原理,并提出了基于模糊控制的考虑骑行者意图和路况环境的新型助力策略。该助力策略包括静态调节和动态调节两个部分,其中静态调节部分主要基于助力车物理参数计算实现,动态调节部分主要基于模糊控制算法实现,二者共同确定助力车的助力比。仿真结果表明,相比于传统1:1助力比策略,本文所提方法能够根据骑行者意图和路况环境动态调整助力比,帮助骑行者获得更好的骑行体验。然后,又介绍了助力车的整体控制系统和控制方法,并对运动过程中助力车整体系统进行数学建模,给出助力车助力电机选型方法。建立了助力车在多种路况环境下的仿真模型,对其工作过程进行仿真分析。仿真结果表明,本文所提出的电机控制方法和动态助力比助力策略能够在多种路况环境下,迅速响应骑行者骑行意图和路况环境变化,同时满足助力车安全性和舒适性需求,提供良好的骑行体验。最后,搭建了BLDC电机无位置传感器控制系统实验平台并对整个系统进行实验,结果验证了助力车中BLDC电机无位置传感器电流(转矩)控制策略和基于模糊控制的电动助力车助力策略的有效性。