Application of Fuzzy Control Algorithms for Electric Vehicle Antilock Braking/Traction Control Systems
P.Khatun,C.M.Bingham ,Member,IEEE ,N.Schofield,and P.H.Mellor
Abstract—The application of fuzzy-based control strategies has recently gained enormous recognition as an approach for the rapid development of effective controllers for nonlinear time-variant systems.This paper describes the preliminary research and implementation of a fuzzy logic based controller to control the wheel slip for electric vehicle antilock braking systems (ABSs).As the dynamics of the braking systems are highly nonlinear and time variant,fuzzy control offers potential as an important tool for development of robust traction control.Simulation studies are employed to derive an initial rule base that is then tested on an experimental test facility representing the dynamics of a braking system.The test facility is composed of an induction machine load operating in the generating region.It is shown that the torque-slip characteristics of an induction motor provides a con-venient platform for simulating a variety of
tire/road
driving conditions,negating the initial requirement for skid-pan trials when developing algorithms.The fuzzy membership functions were subsequently refined by analysis of the data acquired from the test facility while simulating operation at a high coefficient of friction.The robustness of the fuzzy-logic slip regulator is further tested by applying the resulting controller over a wide range of operating conditions.The results indicate that ABS/traction control may substantially improve longitudinal performance and offer significant potential for optimal control of driven wheels,especially under icy conditions where classical ABS/traction control schemes are constrained to operate very conservatively.Index Terms—Antilock braking system (ABS),braking,electric vehicle,fuzzy logic control,traction control.
I.I NTRODUCTION
F
UZZY logic,or the use of fuzzy sets,allows uncertain or inexact concepts to be represented.They derive from a grouping of elements into classes that do not possess sharply defined boundaries [1],[2].Fuzzy set theory [3],on which fuzzy controllers are based,allows imprecise and qualitative information to be expressed in a quantitative manner.Over the years,fuzzy logic techniques have been applied to a wide range of systems,with many electronic control systems in the automotive industry,such as automatic transmission,engine control and antilock braking systems (ABSs)currently being pursued,particularly in the United States.These electronically controlled automotive systems realize superior characteristics through the use of fuzzy-logic-based control,rather than traditional control algorithms [4].Moreover,since fuzzy logic
Manuscript received July 2,2002;revised May 2,2003.
P.Khatun,deceased,was with TH!NK Technologies,Ford Motor Company.C.M.Bingham and N.Schofield are with the Department.of Electronic and Electrical Engineering,University of Sheffield,S13JD Sheffield,U.K.(e-mail:c.bingham@https://www.doczj.com/doc/101808881.html,).
P.H.Mellor is with the Industrial Electronics Group,University of Bristol,Bristol,U.K.
Digital Object Identifier 10.1109/TVT.2003.815922
controllers deal with inexactness in a rigorous manner,they are effective at handling the uncertainties and nonlinearities associated with complex control systems such as traction control and antilock braking.
ABSs aim to control the wheel slip at an optimum value that can provide maximum tractive force during heavy braking.However,there are many complicating factors,especially for current IC-engined vehicles,where the brake torque at the wheel is nonlinearly related to the temperature of the brake linings,and the viscosity of the brake fluid changes with temperature and influences the rate at which brake pressure can be increased or decreased.An ABS or traction system must also be capable of coping with factors such as changes in road surfaces,ve-hicle loading,and steering.Moreover,wear patterns of braking components may disturb wheel speed sensors,and the variation in the adhesion of brake linings,brake hysteresis,tire inflation pressure,tire wear,and other external factors must be accom-modated.
The design of model-based ABS or traction control (TC)schemes (along with those designed empirically)therefore tend to be nonlinear and time varying,and are complicated by the inclusion of high-order terms in the transfer functions.Also,to-date,a feature of many TC/ABSs for commercial IC-engine vehicles is that the realizable performance is often limited by the mechanical bandwidth of the active actuation systems (typically 20Hz for ABS).
However,with the advent of electrically powered vehicles into the marketplace,the means for controlling drive-torque at much greater bandwidths is possible,with the torque produced by the electric motor being directly proportional to phase cur-rent [5].Hence,some of the difficulties attributed to mechanical systems can be inherently addressed.
A further key obstacle to the development of robust ABS/TC has traditionally been the real-time estimation of the wheel-slip versus adhesion-coefficient characteristics for different tire types and road surface conditions [6].Recent studies have investigated the application of observer/estimation schemes to obtain real-time data indirectly,with the extended Kalman filter (EKF)receiving particular attention [7].However,published material to date is primarily derived from simulation studies,with practical implementation and validation of the techniques rare.Current commercial/passenger vehicles incorporating ABS/TC systems often employ lookup tables that are based on the results of experimental trials,and have been shown to provide adequate performance under many driving situations.This technique,however,is limited by the fixed structure of the control strategy,and is often “detuned”to accommodate worst
0018-9545/03$17.00?2003IEEE
Fig.1.Wheel model [8].
case scenarios,for example,traction control in icy conditions with old tires.Consequently,suboptimal wheel-slip charac-teristics are imposed for most driving conditions.Although this constitutes the safest criteria to adopt for design purposes,it can impose conservative limits on the traction available under
higher
.The adhesion
coefficient
is highly dependent on tire characteristics
(compound,wear,aging,etc.)and road surface conditions (dry,icy,gravel,tarmac,etc.),although it can be primarily regarded as a function of the relative
slip
is the vehicle
velocity,
characteristics are shown in Fig.2.
It is clear from Fig.2that increasing slip can increase the tractive force between the tire and road surface by virtue of an increase
in
between the road
surface and the tire,and consequently,only operate within the stable region of
the
-.For example,
Table I shows typical values of slip required to obtain the max-imum adhesion coefficient for various road
conditions.
Fig.2.Example -slip characteristics for various road conditions [9].TABLE I
M AX V ALUES OF FOR V ARIOUS R OAD S URFACES
[9]
Fig.3.DSP-based experimental test facilities.
To overcome this problem,many manufacturers employ a slip-limiting control scheme to account for “worst case”con-ditions,typically icy roads.Although this constitutes the safest criteria to adopt for design purposes,it can impose conservative limits on the traction available under less severe conditions [10].A second obstacle often encountered by designers of TC/ABS schemes is the availability of appropriate test-tracks/skid-pans or other experimental rolling road facilities to evaluate proposed algorithms and provide repeatable conditions for comparative studies.
III.E XPERIMENTAL T EST F ACILITY
To develop the fuzzy control algorithms,a low-cost experi-mental test bench is employed.The test facility,illustrated in Fig.3,is composed of an electric traction drive connected to a standard three-phase induction machine,which is used to mimic the road load.
The experimental electric traction drive is a 6-kW continuous,12-kW peak rated brushless permanent magnet motor supplied via a power controller from a 72-V high-performance nickel cadmium traction battery.The power electronic controller is constructed using three independent MOSFET/IGBT H-bridges
Fig.4.Induction machine torque-slip characteristics.
[11]and is capable of full four-quadrant operation.The elec-
trical machine and power converter has a combined efficiency
of92%at rated power.In the prototype electric vehicle,the trac-
tion motor is connected to the wheels via a step-down gearstage.
However,for the proposed test-bench,the brushless permanent
magnet motor is directly coupled to a2.2-kW50-Hz three-phase
six-pole induction machine,with the angular velocity of the con-
necting shaft being monitored via an optical shaft encoder inter-
face.The induction motor is connected to the utility supply via
a variac,allowing the supply voltage to be adjusted.To facilitate
the implementation of the developed control schemes,a custom
state-of-the-art digital signal-processing(DSP)hardware plat-
form has been designed,based on the TMS320C31floating-
point processor,to integrate the system control algorithms with
sensor interfaces,man–machine interfaces,monitoring,and su-
pervisory tasks.A foreground/background distribution of“non-
time-critical”and“time-critical”functions is employed to en-
sure the controller remains a high-integrity process.
The key operating principle of the proposed test facility for
TC/ABS investigations is based on the correspondence between
-
-
Fig.7.Rule map for fuzzy traction controller.
Fig.8.Membership function for induction machine torque demand.
Fig.9.Simulation results for road conditions with fuzzy logic control.
Fig.10.Simulation results for road conditions without fine“tuning”of fuzzy controller.
where
is the slip,
(a)
(b)
(c)
(d)
Fig.14.
Simulation and measured results at 33V phase voltage,which is analogous to an icy surface of =0:2.
IV .F UZZY L OGIC ABS/T RACTION C ONTROL
To address the aforementioned issues,a fuzzy-based method-ology is employed to develop control algorithms.One of the strengths of fuzzy systems is their ability to express a confidence in reasoning results.Recent studies have shown that fuzzy sys-tems are part of a universal class of approximators of continuous functions.
The key advantage of fuzzy control is that there are many instances where TRUE and FALSE or ON and OFF fail to describe a given situation.These cases require a sliding scale where variables can be measured as PARTLY ON or MOSTLY TRUE and PARTLY FALSE [4].
Traditional set theory is based on bivalent logic where an ob-ject either is a member of a set or is not.However,with fuzzy logic,an object can be a member of multiple sets with a dif-ferent degree of membership in each set.A degree of member-ship in a set is based on a scale from 0to 1,with “1”being complete membership and “0”being no membership.Hence,by applying fuzzy logic control to this discrete-time traction con-
(e)(f)
Fig.14.(Continued.)Simulation and measured results at33V phase voltage,which is analogous to an icy surface of =0:2.
trol system,an output(the torque demand)is calculated based
on the amount of membership the input signals(observed load
torque and slip,in this case)have in the configured fuzzy sets;
see Fig.5.Again,with reference to Fig.5,the depicted observer
is essentially a discrete-time filter that compares measured in-
formation at its inputs with model-based calculated data of the
observed process,to provide convergent estimates of otherwise
unmeasurable system states.In this case,observing the load
torque
account of the design of the observer for this type of system,
in the digital domain,is given in[14].Given that slip is readily
measurable,the role of the observer is to facilitate the determi-
nation of when the pushover torque(or,equivalently,
-
-
(a)
(b)
(c)
(d)
Fig.15.
Simulation and measured results between 33-and 70-V phase voltage,which models a vehicle travelling from an icy to a dry road surface.
All four rules are used for the controller and are determined from the fuzzy rule map shown in Fig.7.The four rules cover each state of input combinations (p:positive,n:negative,ps:positive small,and ns:negative small)during the braking process.The output (z:zero or pb:positive big)of the fuzzy controller is the torque demand (or,in the case of a vehicle,the tractive force).The fuzzy membership functions for the output,torque demand,are shown in Fig.8.The membership functions,shown in Fig.6,were created by experimentally testing the relationship between slip and torque of the induction machine.A fuzzy controller consists of fuzzifi-cation,rulebase,and defuzzification procedures.Fuzzification,that is,creating fuzzy inputs from crisp inputs,is accomplished using the membership functions in Fig.6(a)and (b).The fuzzy output is generated using the rulebase shown in the rulemap in Fig.7.A crisp output is generated from the fuzzy output by de-
Fig.15.(Continued.)Simulation and measured results between 33-and 70-V
phase voltage,which models a vehicle travelling from an icy to a dry road surface.
fuzzification using the membership functions shown in Fig.8.This is the basic fuzzy control algorithm for a traction control system.
V .R ESULTS
The fuzzy control scheme has been implemented with an ex-perimental setup (at 60-V phase voltage)analogous to a ve-hicle travelling on a dry road surface.Fig.9shows the simu-lated performance of the system.By comparison with classical “bang-bang”slip control schemes,where the slip is generally limited to
0.25p.u.,which
is similar to
the
0.35p.u.).
However,without fine “tuning”of the fuzzy controller,the system can be shown to be unstable at lower phase voltages (35V),analogous to a very icy road surface conditions at
surfaces (or 33-V
induction machine phase voltage),which is demonstrated by the results in Fig.14,that depict both simulated and measured data,respectively (in each case,the upper subfigure relates to sim-
ulated results while the lower corresponds to measured data).From Fig.14(b),it can be seen the demanded drive train shaft torque of 12Nm (maximum)was developed by the PM brush-less machine by connection to the induction machine load.Fur-thermore,results shown in Fig.14(c)demonstrate that the fuzzy controller’s robustness is sufficient to keep the induction ma-chine from operating in the unstable torque-slip region,espe-cially at low values of adhesion.It is notable that the measured load torque [Fig.14(d)]was derived from the measured phase current,using the
relationship ,where the
constant
-
)over a time
period of 5s,while the phase voltage is varied between 33and 70V (Fig.15).This transient is analogous to the vehicle travel-ling from an icy road surface to a dry road surface.It can be seen that operation transfers from an observed torque
(
-
-
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P.Khatun received the B.Eng.(Hons.)in integrated engineering with automo-tive studies from Sheffield Hallam University,U.K.,in1997.
She undertook research into fuzzy-based antilock braking and traction control systems in the Department.of Electronic and Electrical Engineering,University of Sheffield,U.K.She subsequently became a Product Design Engineer with TH!NK Technologies,a division of Ford Motor Company,in2001,where she remained until being fatally injured in a tragic road accident in Autumn
2002.
C.M.Bingham(M’00)received the B.Eng.degree
in electronic systems and control engineering,from
Sheffield City Polytechnic,Sheffield,U.K.,in
1989,the M.Sc.(Eng.)degree in control systems
engineering from the University of Sheffield in1990,
and the Ph.D.degree from Cranfield University,
U.K.,in1994,for research on control systems
to accommodate nonlinear dynamic effects in
aerospace flight-surface actuators.
He remained there as a Postdoctoral Researcher
until taking up a research position at the University of Sheffield.Since1998,he has been a Lecturer in the Department of Elec-tronic and Electrical Engineering,University of Sheffield.His current research interests include traction control/antilock braking systems for electric vehicles, electromechanical actuation of flight control surfaces,control of active magnetic bearings for high-speed machines,sensorless control of brushless machines,and the high-speed modeling,analysis,and design of resonant power
converters.
N.Schofield received the B.Eng.degree in electrical
power engineering and the Ph.D.degree from the
University of Sheffield,Sheffield,U.K.,in1990and
1997,respectively.
His doctoral research was on the field-weakening
of brushless permanent-magnet traction machines.
During1993–1995,he was a Senior Experimental
Officer in the Department of Electronic and Elec-
trical Engineering(EEE)before becoming a Design
Engineer in industry.From1997to2000,he was a
Postdoctoral Researcher in the Electrical Machines and Drives Research Group,Department of EEE,University of Sheffield, where he is now a Lecturer.His research interests include electromagnetic power trains for hybrid electric vehicles,aerospace actuators,and industrial applications.
P.H.Mellor is Professor of Electrical Engineering in the Department of Elec-trical and Electronic Engineering,University of Bristol,Bristol,U.K.He has held academic posts at Sheffield(1990–2000)and Liverpool(1986–1990)Uni-versities.During1998–1999,he held a Royal Society Industrial Fellowship to research and develop electric drives for automotive and aerospace applications at the TRW-Conekt research center,Birmingham.His current research includes high-efficiency electric drives and actuation systems for application in more electric aircraft and hybrid-electric vehicles.
纯电动汽车整车控制器（TAC） 项目介绍： 纯电动汽车整车控制器对新能源汽车的动力性、安全性、经济性、操纵稳定性和舒适性等都有重要影响，它是新能源汽车上的一种关键装置。在车辆行驶过程中，整车控制器通过开关输入端口、模拟量转换模块、CAN总线等硬件线路采集路况信息、驾驶员意图、车辆状态、 设备运行状态等参数，依托高速运行的 CPU和控制端口来执行预设的控制算法和管理策略，再将指令和信息等通过 CAN总线、开关输出端口等对动力系统的执行部件进行实时的、可靠的、科学的控制，以实现车辆的动力性、可靠性和经济性。 其硬件结构框图如图一所示。
tihJTJt 川“ J人 整车控制器实物图如图二所 示。 it电" * st 电 M U 电柢第iC 4- if 邨 ESlh 卜 [? ■: *■ DC IX*科电乳 ■ 1 .^ptt'AN :■' - 彝竝 tt」 7%谢洩M!* WI KX T.7*帀小
性能指标: 1）工作环境温度：-30 C—+80C 2）相对湿度：5%~93% 3）海拔高度：不大于3000m 4）工作电压：18VDC —32VDC 5）防护等级：IP65 功能指标： 1）系统响应快，实时性高 2）采用双路 CAN总线（商用车 SAE J1939协议） 3）多路模拟量采样（采样精度10位）；2路模拟量输出（精度 12位）4）多路低/高端开关输出 5）多路I/O输入 6）关键信息存储 7）脉冲输入捕捉 8）低功耗，休眠唤醒功能 该项目使用的INFINEON 的物料清单:
整车控制器(VMS, vehicle management Syetem ),即动力总成控制器。是整个汽车的核心控制部件，它采集加速踏板信号、制动踏板信号及其他部件信号，并做出相应判断后， 控制下层的各部件控制器的动作，驱动汽车正常行驶。作为汽车的指挥管理中心，动力总成控制器主要功能包括：驱动力矩控制、制动能量的优化控制、整车的能量管理、CAN网 络的维护和管理、故障的诊断和处理、车辆状态监视等，它起着控制车辆运行的作用。因此VMS的优劣直接影响着整车性能。 纯电动汽车整车控制器 (Vehicle Controller)是纯电动汽车整车控制系统的核心部件，它对汽车的正常行驶，再生能量回收，网络管理，故障诊断与处理，车辆的状态与监视等功能起着关键的作用。 与各部件控制器的动态控制相比，整车控制器属于管理协调型控制。 整个车辆系统采用一体化集成控制与分布式处理的车辆控制系统的体系结构，各部件都有 独立的控制器，整车控制器对整个系统进行能量管理及各部件的协调控制。为满足系统数 据交换量大，实时性、可靠性要求高的特点，整个分布式控制系统之间采用CAN总线进 行通讯。 整车控制器主要由控制器主芯片，Flash存储器和RAM存储器及相关电路组成，控制器主 芯片的输出与Flash存储器和RAM存储器的输入相连。 整车控制器通过 CAN总线接口连接到整车的 CAN网络上与整车其余控制节点进行信息交换和控制。 控制器硬件包括微处理器、CAN通信模块、BDM调试模块、串口通信模块、电源及保护 电路模块等。微处理器选用了Motorola公司专门为汽车电子开发的MCgS12，它具有运 算速度快和内部资源与接口丰富的特点，适合实现整车复杂的控制策略和算法。CAN通信 模块符合CAN2.0B技术规范，采用了光电隔离、电源隔离等多项抗干扰设计；BDM调试模块用于实时对控制程序进行调试、修改;串口通信模块用于对控制系统的诊断和标定；电源模块进行了二级滤波的冗余设计，保证控制器在车载12V系统供电情况下正常工作，并具短路保护功能。 CAN，全称为"Controller Area Network ”，即控制器局域网，是一种国际标准的，高性价的现场总线，在自动控制领域具有重要作用。CAN是一种多主方式的串行通讯总线，具有较高的实时性能，因此，广泛应用于汽车工业、航空工业、工业控制、安全防护等领域。 决策层控制单元是车辆智能化的关键，其收集车辆运行过程中的信息，并根据智能算法的决 策向物理器件层控制单元发送命令；动力源控制单元负责调节动力源系统部件以满足决策层控制单元的命令要求；驱动/制动控制单元则调节双向变量电机和能耗制动系统实现车辆的各种工况，如驱动控制、防抱制动等。 整车控制器功能需求： 整车控制器在汽车行驶过程中执行多项任务，具体功能包括：(1)接收、处理驾驶员的驾驶
基于纯电动汽车的整车控制器分析 发表时间：2019-09-12T11:46:14.157Z 来源：《基层建设》2019年第17期作者：丘东海[导读] 摘要：本文主要对纯电动汽车整车控制器做进一步的分析和了解。中兴智能汽车有限公司 519040 摘要：本文主要对纯电动汽车整车控制器做进一步的分析和了解。随着纯电动汽车的快速发展，整车电控系统成为一种非常重要的应用技术。纯电动汽车整车控制对整车控制系统的设计开发具有较强的指导意义。关键词：纯电动汽车；整车控制器；分析引言： 整车控制系统是纯电动汽车电控系统的三大核心技术之一，纯电动电控系统与传统汽车的控制系统相比，纯电的汽车电控系统的控制单元数量与复杂程度高出很多。电控系统是保证纯电动汽车整车功能集成和优化的核心单元，为保证纯电动汽车各部件系统在最佳工况下能够协调运行，需要制定相应的控制策略。纯电动汽车电控系统主要包括整车控制系统（简称VCU）、电池管理系统（简称BMS）、电机控制系统（简称MCU）、辅件控制系统等环节。整车控制系统确保各系统之间要协调工作，方能保证整车的稳定性和安全性，对纯电动汽车的发展意义重大。 一、整车控制系统的介绍 整车控制系统主要包括整车控制器、CAN总线通讯网络以及驾驶员意图解析系统、信息显示系统、动力驱动系统、电机控制系统、辅件控制系统等。作为纯电动汽车的核心部分，控制各个系统之间的相互配合。通过接收其他控制器发出的信号，比如驾驶员控制指令信息、加速踏板信息、制动踏板信息等，然后通过特定算法来处理这些信号，通过CAN总线通讯网络输出信号给相应的下层控制器去执行对应的动作。 整车控制策略作为VCU重要的软件部分。一套成熟、可靠的整车控制策略须包括以下部分：驾驶员解析控制策略、驱动控制策略、上下电管理控制策略、扭矩解析控制策略、辅件控制策略、能量回收控制策略、安全控制策略、故障诊断控制策略等。要能够符合驾驶员的操作需求，具备智能化的安全控制，从而保证车上人员的安全，提升汽车性能，提高纯电动汽车的续驶里程。 二、整车控制器的功能 VCU作为上层控制单元负责协调动力系统各个部件的运行，根据驾驶员操作信号进行驾驶意图解析、根据各部件和整车工作状态进行整车时序逻辑控制、安全管理和能量分配决策，向各部件控制器发送控制指令，并向仪表等显示设备输出整车电控系统状态信息。各部件控制器根据其指令控制相应部件，驱动汽车正常行驶。概括起来整车控制系统就是实现：（1）上下电管理，（2）驾驶员意图识别，（3）动力系统的扭矩解析控制，（4）能量回收管理，（5）辅件控制管理，（6）整车网络管理，（4）车辆状态监视和故障诊断及保护。整车控制器技术水平直接影响整车的动力性、经济性及安全性，是电动汽车的关键技术。 三、整车控制器的组成 VCU作为纯电动汽车控制系统最核心的部件，其承担了数据交换、安全管理、驾驶员意图解析、能量流管理的任务。VCU的功能划分如图1所示。 （1）数据交换层。该层对直接馈入整车控制器的物理量信息（如驾驶员的操作反馈的信息和其它执行部件的工作状态信息）进行采样处理，并通过I/O、D/A和PWM，提供对显示单元、继电器等的控制信号。（2）安全故障管理层车辆出现故障时，故障只体现在数据交换层。在检测出故障后，该层会做出相应的处理，在保证车辆安全性的条件下，给出执行部件可供使用的范围，以尽可能满足驾驶员的驾驶意图。（3）驾驶员意图解释层驾驶员的所有与驾驶操作相关的操作信号都直接进入整车控制器，整车控制器对采集的信息进行处理分析，计算出驱动系统的目标转矩和车辆行驶时的需求功率来实现驾驶员的驾驶意图。（4）能量流管理层，该层的主要工作是能量源之间进行需求功率分配。 四、整车控制器的硬件设计 （1）微控制器模块：本设计采用主从芯片设计，主从芯片之间进行校验，确保主芯片工作状态正常，主控制芯片选用SPC5606，是整车控制器的控制核心，包括主控制芯片（微控制器）及其外围电路，负责数据的运算及处理，也是控制方法实现的载体；（2）电源模块：为各输入和输出模块提供电源，并对蓄电池电压进行监控，与微控制器相连；（3）信号处理模块：用于模拟和数字量输入信号的调理，包括模拟量信号处理和数字量信号处理，其一端与传感器或开关相连，另一端与微控制器相接； （4）功率驱动模块：用于驱动多个继电器或系统状态指示灯，包括低端驱动和PW M驱动两部分，与微控制器通过I/O相连，另一端与被控继电器（低端驱动）或指示灯（PW M驱动）相接，微处理器可通过SPI总线进行故障诊断；（5）通讯模块：整车控制器与其他设备相连的接口，包括两路CAN总线、一路FlexRay总线、一路LIN总线及一路RS232总线，其中CAN总线是整车控制器最重要的对外通讯接口。整车控制器的整体硬件框图，如图2所示。
纯电动汽车整车控制器硬件电路开发与设计 摘要：纯电动汽车整车控制器作为纯电动汽车控制系统的核心部件，直接影响 着整车的动力性、经济性和可靠性。 关键词：纯电动汽车；整车控制器硬件；电路开发；设计 引言：纯电动汽车是由多个子系统构成的一个复杂系统，各子系统几乎都通 过其控制单元（ECU）来完成各自功能和目标。为了满足整车动力性、经济性、 安全性和舒适性的目标，各系统还必须彼此协作，优化匹配。因此，必须要有一 个整车控制器来管理协调电动汽车中的各个部件。整车控制器通过采集驾驶员的 操作信息与汽车状态，进行分析与运算，通过 CAN 总线对网络信息进行管理和调度，并针对车型的不同配置，进行相应的能量管理，实现整车驱动控制、能量优 化控制、制动回馈控制和网络管理等。 1纯电动汽车电控系统组成及工作原理 1.1 电控系统组成 纯电动汽车电控系统主要由整车控制器（VCU）、驱动电机及其控制器、动 力电池及BMS、电转向助力及其控制器、电空压机及其控制器、DC/DC、操控面 板等组成。 1.2 工作原理 纯电动汽车以动力电池作为全车的动力源，为各个高压用电设备提供动力。 其中：电空压机为整车提供气源；转向助力泵为整车提供转向助力；DC/DC将动 力电池的高压电转化为低压电，提供给车载低压设备使用；整车控制器负责采集 和处理信号，控制驱动电机工作，实现整车正常行驶与制动。 2 整车控制器的功能模块组成及工作原理 2.1 工作原理 整车控制器（VCU）作为纯电动汽车的核心部件，通过读取和处理驾驶员的 驾驶操作指令，与电机驱动系统、电池管理系统（BMS）及其它控制单元进行交互，使车辆按驾驶期望行驶。另外，还可动态监测系统故障，根据故障的紧急程 度作出相应的保护，例如紧急情况下可切断高压系统以保证车辆行驶安全等。 2.2功能模块组成 整车控制器主要由微控制器模块、电源模块、开关量输入和输出模块、模拟 量输入和输出模块、频率量的输入和输出模块、CAN总线模块、存储模块等组成。 2.2.1 微控制器模块 微控制器（MCU）是整车控制器的核心，它负责信号的采集和处理、逻辑运 算以及控制的实现等。本文选用的是DSP芯片TMS320F28335，该芯片在性价比、功耗、运算能力、存储空间、CAN通讯方面等均有很好的表现，完全可以满足整 车控制器的需要。微控制器模块主要包括：电源电路、时钟电路、复位电路、存 储电路，JTAG接口电路等。1）电源电路：选用的是TPS767D301-Q1，该芯片是 专业的汽车级芯片，其输入电压为2.7～10 V，一路输出固定电压3.3 V，另一路 输出可调电压，每路最大输出电流为1 A [3] 。本文通过降压电路将24 V转换为5 V，再通过TPS767D301-Q1将5 V转为DSP芯片所需的3.3 V和1.9 V。2）时钟电路：TMS320F28335 时钟频率为150MHz，由外部时钟信号通过DSP内部的PLL倍 频得到。3）复位电路：为方便调试，增加了复位按钮，当按下复位按钮后，会 产生一个低电平脉冲输入到DSP的复位引脚中。4）JTAG接口电路： TMS320F28335通过JTAG接口与仿真器连接，实现DSP的在线编程和调试。
现代汽车技术与汽车竞赛 摘要：新技术促进了汽车竞赛的发展，给汽车竞赛注入了新的血液，使汽车竞赛不仅仅是比较车手的技术还要有技术做后盾；同时汽车竞赛又要求参与者技术的不断革新，反作用于汽车技术，使其不断进步。 关键字：F1、汽车技术、发动机、底盘、轮胎、风洞技术 正文： 汽车自上个世纪末诞生以来，已经走过了风风雨雨的一百多年。从卡尔.本茨造出的第一辆三轮汽车以每小时18公里的速度，跑到现在，竟然诞生了从速度为零到加速到100公里/小时只需要三秒钟多一点的超级跑车。随着汽车技术的发展，汽车竞赛也就应运而生了。比如我们熟知的F1方程式，以改装房车为参赛车辆的比赛,勒芒24小时耐力赛,达喀尔拉力赛,WRC等等。其中可以说F1是汽车赛事中最盛大的赛事，也是级别最高的汽车竞赛。同时汽车技术也不断进步。 汽车技术包含： （一）汽车的动力性（1）汽车的最高车（2）汽车的加速（3）汽车的上坡能力 （二）汽车的燃料经济性 （三）汽车的制动性（1）制动效能（2）制动效能的恒定性
（3）制动时方向的稳定性 （四）汽车的操纵性和稳定性 （五）汽车的行驶平顶性 （六）汽车的通过性 （七）其他使用性能（1）操纵轻便性（2）机动性 （3）装卸方便性 （八）容量等等技术。 汽车技术的革新使汽车多种多样，能满足各种需求，使人们使用来更加和谐。 F1赛车（FIA Formula One Grand Prix Championship），中文全称为“一级方程式锦标赛”，是英文Formula Grand Prix的简称，目前这项比赛的正式全名为——“FIA Formula One World Championship”(一级方程式赛车世界锦标赛)。因为影响范围广，知名度高，与世界杯足球赛，奥林匹克运动会，并称为“世界三大运动”。“F”是FORMULA的缩写，即方程式；“1”的解释有很多，可以理解为顶尖车手，顶级赛事，奖金等等。事实上，数学上的方程式并无“精确”的意思。Formula在数学领域意为方程式，这也是翻译错误的原因。而在F1中，本意为“规格”，即统一规格的赛车，因级别最高，所以称F1。 F1赛车是世界上最昂贵、速度最快、科技含量最高的运动，是商业价值最高，魅力最大，最吸引人观看的体育赛事。包含了以空
纯电动汽车整车控制器的设计 摘要：随着社会的发展与科技的进步，各个城市的汽车使用户喷井式增加。传 统的内燃机汽车消耗石油，排出大量废气，使得城市的空气质量不断下降。纯电 动汽车由于不使用传统化石能源，对环境不造成污染，受到人们的青睐。随着科 技的进步，电动汽车的核心技术不断地革新与突破，逐渐完善的城市基础设施提 供了有利的帮助，电动汽车已经成为潜力股，逐步取代传统汽车变为可能。本文 从汽车结构出发，结合整车信息传输过程，设计了整车控制器的软硬件结构。 关键词：纯电动汽车；整车控制器；硬件设计；软件设计 纯电动汽车作为新能源汽车的一种，以其清洁无污染、驱动能源多样化、能 量效率高等优点成为现代汽车的发展趋势。整车控制器（vehicle control unit，VCU）作为纯电动汽车整车控制系统的中心枢纽，主要实现数据采集和处理、控 制信息传递、整车能量管理、上下电控制、车辆部件控制和错误诊断及处理、车 辆安全监控等功能。国外在纯电动汽车整车控制器的产品开发中，积极推行整车 控制系统架构的标准化和统一化，汽车零部件厂商提供硬件电路和底层驱动软件，整车厂只需要开发核心应用软件，有利的推动了整车行业的快速发展。虽然国内 各大汽车厂商基本掌握了整车控制器的设计方案，开发技术进步明显，但是对核 心电子元器件、开发环境的严重依赖，所以导致了整车控制器的国产化水平较低。本文以复合电源纯电动汽车作为研究对象，针对电动汽车应有的结构和特性，对 整车控制器的设计和开发展开研究。 一、整车控制系统分析与设计 （一）整车控制系统分析 复合电源纯电动汽车整车控制系统主要由整车控制器、能量管理系统、整车 通信网络以及车载信息显示系统等组成。首先纯电动汽车整车控制器通过采集启动、踏板等传感器信号以及与电机控制器、能量管理系统等进行实时的信息交互，获取整车的实时数据，然后整车控制器通过所有当前数据对驾驶员意图和车辆行 驶状态进行判断，从而进入不同的工况与运行模式，对电机控制系统或制动系统 发出操控命令，并接受各子控制器做出的反馈。 保障纯电动汽车安全可靠运行，并对各个子控制器进行控制管理的整车控制器，属于纯电动汽车整车控制系统的核心设备。整车控制器实时地接收传感器传 输的数据和驾驶操作指令，依照给定的控制策略做出工况与模式的判断，实现实 时监控车辆运行状态及参数或者控制车辆的上下电，以整车控制器为中心通信节 点的整车通信网络，实现了数据快速、可靠的传递。 （二）整车控制系统设计 复合电源的结构设计，选择了超级电容与DC/DC串联的结构，双向DC/DC跟 踪动力电池电压来调整超级电容电压，使两者电压相匹配。为了车辆驾驶运行安全，同时为了更好地使超级电容吸收纯电动汽车的再生制动能量，在复合电源系 统中动力电池与一组由IGBT组成双向可控开关，防止了纯电动汽车处于再生制动状态时，动力电池继续供电，降低再生制动能量的吸收效率。 整车CAN通信网络设计，由整车控制器（VCU）、电机控制器（motor control unit，MCU）、电池管理系统（battery management system，BMS）、双向DC/DC控制器以及汽车组合仪表等控制单元（Electronic Control Unit，ECU）组成 了复合电源纯电动汽车的整车通信网络。 二、整车控制器硬件设计及软件设计
课程单元教学设计任课教师：科目纯电动汽车整车控制系统检修授课班级：
一、知识一、任务导入 假如你是北汽新能源4S店的一名车辆维修人员，需要对某待维修 的车辆进行整车状态参数读取，请问你会正确使用故障诊断仪进行 数据流读取吗? 二、容及过程设计 教师活动 1、电动汽车整车控制系统的作用 1.1控制系统的基本概念 控制系统一般包括传感器、控制器和执行元件。传感器采集信 息并转换成电信号发送给控制器，控制器根据传感器的信息进行运 算、处理和决策，并向执行元件发送控制指令以完成某项控制功能。 1.1.2北汽EV160纯电动汽车整车控制系统的组成 北汽EV160纯电动汽车的整车控制系统结构如图所示，按照各 部件的功能，可以将整车控制系统分为动力电池系统、充电系统、 驱动电机系统、传动系统、电动助力转向系统、制动系统等。该车 的主要高压部件，都集中在了汽车前机舱，如电机控制器、高压控 制盒DC/DC变换器、车载充电机、驱动电机等。 教 师： 引 出 话 题 教 师： 板 书、 展 示、 解 说、 提 问 提 问、 启 发 比 喻 多 媒 体 展 示、 互 动 步骤教学容教师、 学生 活动 教 学 方 法 与 手 段 时 间 分 配
二、 技能 一、技能训练项目及组织 2、实训组织 1）分两组，每次一组组，其他学生完成布置作业 2）实习、学习指导（教师分工 （1）一位教师负责实训室进行操作示 （2）另一位教师负责指导完成相关学习任务 3、使用设备 教师： 示演 示
4、安全和纪律要求 1、穿好工作服、讲究仪容仪表 2、服从安排，遵守纪律，讲究秩序 3、不允许擅自乱动设备 5、学习评估 按学校要求评估
研修班毕业论文 电动汽车电池管理系统应用与分析 授课老师：邓亚东 专业：车辆工程 姓名：石琪 完成日期：2017年6月15日
摘要 随着社会的发展以及能源、环保等问题的日益突出，纯电动汽车以其零排放，噪声等优点越来越受到世界各国的重视，被称作绿色环保车。作为发展电动车的关键技术之一的电池管理系统（ＢＭＳ），是电动车产业纯的关键。，以锂电池为动力的电动自行车、混合动力汽车、电动汽车、燃料电池汽车等受到了市场越来越多的关注。我国对电动车的发展极为重视，早在1992年就把电动车的开发发展列入国家的“八五”重点科技攻关项目，对电池管理系统以及充电机系统进行了长期深入的研究开发，在BMS方面取得很大的突破，与国外水平也较为接近，研制产品在纯电动和混合动力电动车上得到大量使用。但电池管理技术还并不成熟，电动汽车的发展及产业化，对动力蓄电池管理系统将具有巨大的市场需求，同时技术上也将提出更高的要求。 关键词：BMS 纯电动汽车动力电池锂电池 can通讯单片机
Abstract with the oil price, the energy shortage, the increasingly serious urban environment pollution, an alternative to oil development of new energy use more and more attention by governments. In the new energy system, battery systems is one of the indispensable important component. In recent years, with the lithium battery powered electric bicycle, hybrid cars, electric vehicles, fuel cell automobile, by the market more and more attention. The development of electric vehicle in China, a great importance in early 1992, the development of the electric car in national development of "five-year" key torch-plan projects of battery management system, and charging machine system for the long-term in-depth research development, in BMS gained great breakthrough, and foreign level also approaches, the research products in pure electric and hybrid electric vehicle got a lot of use. But battery management technology is still not mature, electric vehicles and the development of industrialization of motive battery management system, with the huge market demand, but technology will also put forward higher request. Keywords:BMS pure electric vehicle power battery lithium batteries can communication microcontroller
电动汽车电机控制器 一、电机控制器的概述 根据GB/T18488.1-2001《电动汽车用电机及其控制器技术条件》对电机控制器的定义，电机控制器就是控制主牵引电源与电机之间能量传输的装置、是由外界控制信号接口电路、电机控制电路和驱动电路组成。 电机、驱动器和电机控制器作为电动汽车的主要部件,在电动汽车整车系统中起着非常重要的作用,其相关领域的研究具有重要的理论意义和现实意义。 二、电机控制器的原理 图1汽车电机控制器原理图 电机控制器作为整个制动系统的控制中心，它由逆变器和控制器两部分组成。逆变器接收电池输送过来的直流电电能，逆变成三相交流电给汽车电机提供电源。控制器接受电机转速等信号反馈到仪表，当发生制动或者加速行为时，控制器控制变频器频率的升降，从而达到加速或者减速的目的。 三、电机控制器的分类 1、直流电机驱动系统 电机控制器一般采用脉宽调制(PWM)斩波控制方式，控制技术简单、成熟、成本低，但效率低、体积大等缺点。 2、交流感应电机驱动系统 电机控制器采用PWM方式实现高压直流到三相交流的电源变换，采用变频调速方式实现电机调速，采用矢量控制或直接转矩控制策略实现电机转矩控制的快速响应。 3、交流永磁电机驱动系统 包括正弦波永磁同步电机驱动系统和梯形波无刷直流电机驱动系统，其中正弦波永磁同步电机控制器采用PWM方式实现高压直流到三相交流的电源变换，采用变频调速方式实现电机调速；梯形波无刷直流电机控制通常采用“弱磁调速”方式实现电机的控制。由于正弦波永磁同步电机驱动系统低速转矩脉动小且高速恒功率区调速更稳定，因此比梯形波无刷直流电机驰动系统具有更好的应用前景。
4、开关磁阻电机驱动系统 开关磁阻电机驱动系统的电机控制一般采用模糊滑模控制方法。目前纯电动汽车所用电机均为永磁同步电机，交流永磁电机采用稀土永磁体励磁，与感应电机相比不需要励磁电路，具有效率高、功率密度大、控制精度高、转矩脉动小等特点。 四、电动控制器的相关术语 1、额定功率：在额定条件下的输出功率。 2、峰值功率：在规定的持续时间内，电机允许的最大输出功率。 3、额定转速：额定功率下电机的转速。 4、最高工作转速：相应于电动汽车最高设计车速的电机转速。 5、额定转矩：电机在额定功率和额定转速下的输出转矩。 6、峰值转矩：电机在规定的持续时间内允许输出的最大转矩。 7、电机及控制器整体效率：电机转轴输出功率除以控制器输入功率再乘以100%。
电动汽车控制系统设计设计
摘要 在当前全球汽车工业面临金融危机和能源环境问题的巨大挑战的情况下，发展电动汽车，利用无污染的绿色能源，实现汽车能源动力系统的电气化，推动传统汽车产业的战略转型，在国际上已经形成了广泛共识。 本课题以电动汽车他励电机控制器为例，以实现电动汽车的加、减速，起、制动等基本功能以及一些特殊情况下的处理。以开发出高可靠性、高性能指标、低成本并且具有自主知识产权的电动汽车电机驱动控制系统为目的。主要包括硬件电路板的设计，以及驱动系统的软件部分的仿真调试。 在驱动系统硬件设计中，这里主控制芯片采用ATMEL公司的ATmega64芯片。功率模块采用多MOSFET并联的方 37
式，有效的节约了成本。电源模块采用基于UC3842的开关电源电路。选用IR 公司的IR2110作为驱动芯片，高端输出驱动电流可到1．9A，低端输出驱动电流可到2.3A，能够提供7个MOSFET并联时驱动电流。对于电流检测模块，本文没有采用电流传感器或者是康铜丝,而是采用了一种基于MOSFET管压降的电流检测电路，这种方式即节约了成本也保证了检测精度。 驱动系统的软件设计中，主要实现的功能为：开关量的检测处理，故障检测，串口通讯，励磁、电枢控制，报警功能等。针对他励电机电动汽车的控制特性，提出了节能控制算法和最大转矩控制算法，用于提高电动汽车的续航里程和加速性能。 他励直流电动机驱动系统能够很 37
好的运行在电动汽车上，性能可靠、结构简 单，并且节约了成本，使电动汽车的性价比大大提高，有利于电动汽车的普及。 关键词：电动汽车，ATmega64，他励直流电机，PID模糊控制 37
汽车新能源应用技术 学院： 姓名： 学号：
电动汽车锂动力电池组热管理系统设计流程 摘要:纯电动汽车的动力来源于电池组，因此整车性能依赖于锂动力电池组的性能。而锂动力电池性能受环境温度的影响很大，锂动力电池组热管理的目的是控制电池组的温度和实现电池组温度均匀分布，电池组热管理系统的研究与开发对于电动汽车的安全可靠运行有着非常重要的意义。本文首先分析了温度对电池组性能和寿命的影响，概括了电池组热管理系统的功能，介绍了电池组热管理系统设计的一般流程和采用的方法。主要包括电池的选型、最优工作温度范围的确定、电池组的确定、电池生热机理研究、热物性参数的获取、电池组热场计算、传热介质的选择、散热结构的设计、保温加热结构的设计、温度控制策略的设计、软硬件的设计等。 关键词：电动汽车；电池组；热管理系统；设计流程 Abstract: The power of pure electric vehicle is from the battery pack,so the vehicle performance depends on the performance of lithium-ion power battery,the lithium power battery performance is much affected by the environment temperature.The purpose of lithium power battery thermal management is to control the temperature of the battery and battery temperature uniform distribution.Battery thermal management system research and development for safe and reliable operation of the electric vehicles has very important significance.This paper first analyzes the influence of temperature on the battery performance and life,summarizes the function of the battery thermal management system,introduces the general process and methods of the design of battery thermal management system.Mainly includes the selection of the battery,the determination of the optimal operating temperature range, battery heating mechanism research, thermal physical property parameters,battery thermal field calculation, the selection of the heat transfer medium,heat insulation structure design, structure design of heating,the design of the temperature control strategy, software and hardware design, etc. Keywords: EV;battery pack;thermal management system;design flow
电动汽车用整车控制器总体设计方案
目次 1 文档用途 (1) 2 阅读对象 (1) 3 整车控制系统设计 (1) 3.1 整车动力系统架构 (1) 3.2 整车控制系统结构 (2) 3.3 整车控制系统控制策略 (3) 4 整车控制器设计 (4) 5 整车控制器的硬件设计方案 (5) 5.1 整车控制器的硬件需求分析 (5) 5.2 整车控制器的硬件设计要求 (6) 6 整车控制器的软件设计方案 (7) 6.1 软件设计需要遵循的原则 (7) 6.2 软件程序基本要求说明 (7) 6.3 程序中需要标定的参数 (7) 7 整车控制器性能要求 (8)
整车控制系统总体设计方案 1 文档用途 此文档经评审通过后将作为整车控制系统及整车控制器开发的指导性文件。 2 阅读对象 软件设计工程师 硬件设计工程师 产品测试工程师 其他相关技术人员 3 整车控制系统设计 3.1 整车动力系统架构 如图1所示，XX6120EV纯电动客车采用永磁同步电机后置后驱架构，电机○3通过二挡机械变速箱○4和后桥○5驱动车轮。车辆的能量存储系统为化学电池（磷酸铁锂电池组○8），电池组匹配电池管理系 统（Battery Management System，简称BMS）用以监测电池状态、故障报警和估算荷电状态（State of Charge，简称SOC）等，电池组提供直流电能给电机控制器○2通过直-交变换和变频控制驱动电机运转。 整车控制器○1（Vehicle Control Unit，简称VCU）通过CAN（Control Area Network）和其它控制器联接，用以交换数据和发送指令。该车采用外置充电机传导式充电，通过车载充电插头利用直流导线联接充电 机○9，充电机接入电网。 ○1整车控制器○2电机控制器○3交流永磁同步电机○4变速箱○5驱动桥 ○6车轮○7电池管理系统○8磷酸铁锂动力电池组○9外置充电机○10电网连接插座 图1 整车动力系统架构简图
1. Tesla目前推出了两款电动汽车，Roadster和Model S，目前我收集到的Roadster的资料较多，因此本回答重点分析的是Roadster的电池管理系统。 2. 电池管理系统（Battery Management System, BMS）的主要任务是保证电池组工作在安全区间内，提供车辆控制所需的必需信息，在出现异常时及时响应处理，并根据环境温度、电池状态及车辆需求等决定电池的充放电功率等。BMS的主要功能有电池参数监测、电池状态估计、在线故障诊断、充电控制、自动均衡、热管理等。我的主要研究方向是电池的热管理系统，因此本回答分析的是电池热管理系统 (Battery Thermal Management System, BTMS). 1. 热管理系统的重要性 电池的热相关问题是决定其使用性能、安全性、寿命及使用成本的关键因素。首先，锂离子电池的温度水平直接影响其使用中的能量与功率性能。温度较低时，电池的可用容量将迅速发生衰减，在过低温度下（如低于0°C）对电池进行充电，则可能引发瞬间的电压过充现象，造成内部析锂并进而引发短路。其次，锂离子电池的热相关问题直接影响电池的安全性。生产制造环节的缺陷或使用过程中的不当操作等可能造成电池局部过热，并进而引起连锁放热反应，最终造成冒烟、起火甚至爆炸等严重的热失控事件，威胁到车辆驾乘人员的生命安全。另外，锂离子电池的工作或存放温度影响其使用寿命。电池的适宜温度约在10~30°C 之间，过高或过低的温度都将引起电池寿命的较快衰减。动力电池的大型化使得其表面积与体积之比相对减小，电池内部热量不易散出，更可能出现内部温度不均、局部温升过高等问题，从而进一步加速电池衰减，缩短电池寿命，增加用户的总拥有成本。 电池热管理系统是应对电池的热相关问题，保证动力电池使用性能、安全性和寿命的关键技术之一。热管理系统的主要功能包括：1）在电池温度较高时进行有效散热，防止产生热失控事故；2）在电池温度较低时进行预热，提升电池温度，确保低温下的充电、放电性能和安全性；3）减小电池组内的温度差异，抑制局部热区的形成，防止高温位置处电池过快衰减，降低电池组整体寿命。 2. Tesla Roadster的电池热管理系统 Tesla Motors公司的Roadster纯电动汽车采用了液冷式电池热管理系统。车载电池组由6831节18650型锂离子电池组成，其中每69节并联为一组（brick），再将9组串联为一层（sheet），最后串联堆叠11层构成。电池热管理系统的冷却液为50%水与50%乙二醇混合物。 图 1.(a)是一层（sheet）内部的热管理系统。冷却管道曲折布置在电池间，冷却液在管道内部流动，带走电池产生的热量。图 1.(b)是冷却管道的结构示意图。冷却管道内部被分成四个孔道，如图 1.(c)所示。为了防止冷却液流动过程中温度逐渐升高，使末端散热能力不佳，热管理系统采用了双向流动的流场设计，冷却管道的两个端部既是进液口，也是出液口，如图 1(d)所示。电池之间及电池和管道间填充电绝缘但导热性能良好的材料（如Stycast 2850/ct），作用是：1)将电池与散热管道间的接触形式从线接触转变为面接触；2)有利于提高单体电池间的温度均一度；3)有利于提高电池包的整体热容，从而降低整体平均温度。
纯电动汽车新技术-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
研究生课程考核论文 （适用于课程论文、提交报告） 科目：发动机现代技术概论教师：周恩序 姓名：尤敏学号： 20140713221 专业：车辆工程领域类别：（专业硕士） 上课时间： 2014 年 9 月至2014 年 11 月 考生成绩： 卷面成绩平时成绩课程综合成绩阅卷评语： 阅卷教师 (签名) 重庆大学研究生院制
电动汽车轮毂电机技术 【摘要】随着社会的快速发展，汽车领域所面临的能源紧缺和环境污染两大问题受到了高度重视，电动汽车的开发和应用已经成为研究热点。由于布局更为灵活，不需要复杂的机械传动系统，轮毂电机越来越受到人们的关注。再生制动系统在电动汽车的能量利用和续航里程等方面有着重要的作用，是电动汽车领域的一项关键的节能技术，再生制动系统的研究对电动汽车的应用有着重要的意义。超级电容可以进行短时大电流充放电，而且充放电循环次数可达上万次，故能很好的解决电动汽车制动能量回收的问题。 【关键词】电动汽车；轮毂电机；再生制动；超级电容 1.研究背景 随着石油等不可再生资源的日渐减少，大气环境越来越差，电动汽车以其低污染、低能耗等优势为各个国家及各大汽车厂商所青睐。然而电动汽车现在主要面临的问题有：续驶里程短、充电时间长等。所以动力电池技术、驱动电机技术和电子控制系统技术为电动汽车目前面临的主要技术问题。轮毂电机驱动电动汽车以其结构简单、能量利用率高等优点成为汽车发展的新宠儿。汽车在制动过程中车辆的动能一直没有被很好的利用，大都被转换为热量耗散掉了。特别是在市区等复杂的城市工况下，红绿灯较多，车速较低，制动频繁，制动能量回收的意义显得尤为明显。目前车辆的制动能量回收技术主要有飞轮储能制动能量回收、液压储能制动能量回收和电化学能储能制动能量回收等。而电化学储能制动能量回收因为其能量主要以电能的形式流动，构造简单，控制方便，具有很好的发展前途。电动汽车中的蓄电池与驱动电机结构为电化学储能制动能量回收提供了方便。超级电容作为一种全新的储能元件的出现，具有十分重要的意义。超级电容有着蓄电池所不具备的优点。超级电容的充放电速率要比电池快的多，功率密度要比蓄电池大得多。利用超级电容可以迅速的回收制动过程中产生的能量。 2.轮毂电机技术 轮毂电机驱动电动汽车因为独特的特点，越来越受到人们的关注，许多汽车企业已经将其列为公司发展规划当中。由此可见，轮毂电机技术正逐步被人们所重
现代电动汽车技术复 习资料
第一章绪论 1.电动汽车的定义：电动汽车是指汽车行驶的动力全部或部分来自电机驱动系统的汽车，它主要以动力电池为车载能源，是涉及机械、电子、电力、微机控制等多学科集成的高科技产品。 2.电动汽车的优点：尾气排放少、能源广泛化、能量效率高、运行费用低、系统可控性好。 3．发展电动汽车目前存在的主要问题：初始成本高；续驶里程短,载质量小；基础设施投入大；蓄电池的比能量和能量密度比燃油低得多。 4.电动汽车分为纯电动汽车、混合动力电动切换、插电式混合动力汽车、燃料电池电动汽车。 5.一般发展电动汽车的技术路径是：近期—混合电动汽车；中期—纯电动汽车；远期—燃料电池电动汽车。 第二章纯电动汽车 1.纯电动汽车的定义：是指利用动力电池作为储能动力源，通过电池向电机提供电能，驱动电机运转，从而推动汽车前进的一种新能源汽车。 2.纯电动汽车的优点： （1）零排放、零污染、噪声小； （2）结构简单、维修方便； （3）行驶平稳、乘坐舒适、安全性好及驾驶简单轻便； （4）可使用多种能源、机械结构多样化等。 3.纯电动汽车的缺点： （1）低的电池能量密度。 （2）过重的电池组。 （3）有限的续驶里程与汽车动力性能。 （4）电池组昂贵的价格及有限的循环寿命。 （5）汽车附件的使用受到限制。 4. 从电气构成角度，纯电动汽车可分纯电动汽车系统可分为三个子系统：电动机驱动子系统、能源子系统和辅助子系统。 1）电动机驱动子系统包括：由车辆控制器、功率转换器（电力电子变换器）、电机、机械传动装置和驱动车轮组成。 2）能源子系统 由能源、能量管理单元和能量的燃料供给单元构成。 3）辅助子系统 由功率控制单元、车内气候控制单元和辅助电源组成。 5.整车控制器：整车控制器是整个纯电动汽车的核心控制部件，它采集加速踏板信号、制动踏板信号及其他部件信号，并做出相应判断后，控制下层的各部件控制器的动作，驱动汽车正常行驶。作为汽车的指挥管理中心，动力总成控制器主要功能包括：驱动力矩控制、制动能量的优化控制、整车的能量管理、CAN网络的维护和管理、故障的诊断和处理、车辆状态监视等，它起着控制车辆运行的作用。
电动汽车整车控制系统介绍 本文主要探讨纯电动汽车整车控制系统功能及研发流程。根据用途,整个电气系统可分为动力系统、能源系统、底盘电子控制系统、照明指示系统、仪表显示系统、辅助系统、整车综合控制系统、空调系统和舒适性安全系统等子系统。其中很多功能模块都需要和整车综合控制系统相关。整车电气系统列出如表1所示。 整车综合控制系统根据驾驶员的操作指示(油门、刹车等),综合汽车当前的状态解释出驾驶员的意图,并根据各个单元的当前状态作出最优协调控制。 1 整车控制器系统配置 整车控制器与整车其他电气系统连接如图1所示。整车控制器通过CAN总线与电池ECU、电机ECU、电源分配ECU、ABS系统、中控门锁、仪表显示系统连接。与其余的电气系统通过IO端口连接(也可使用CAN通讯)。下面分别对各电气单元的功能要求分别叙述。 1.1 动力系统提供整车的动力输出,其核心是驱动电机和电机驱动ECU 电机驱动ECU通过CAN总线与整车综合控制器通讯。应能提供电机转速、转矩、功率、电压、电流、水温、工作模式等参数。并应该能接受整车控制器发来的控制命令。 1.2 能源系统包括电池、电池管理单元和电源分配系统 与整车控制器通讯的有电池管理ECU和电源分配ECU。 电池管理ECU对电池进行充放电管理及保护。它应能提供电池组总电压、电流、单体电池电压、温度、剩余电量、电池健康状态、故障类型等信息。 电源分配ECU应能提供各个子电源的电压、电流和工作温度以及故障类型等信息。 1.3 ABS系统应能提供各个车轮的转速、液压系统状态、各个制
动阀的状态以及自身的工作状态等信息 1.4 中控门锁,应提供各车门状态等信息 1.5 仪表显示系统,应向整车控制系统提供所显示信息的全部内容 1.6 照明指示系统,可以通过CAN总线来控制,也可以通过IO来指示照明指示系统的运行状态 1.7 转向助力、制动助力、变速箱需提供档位位置、液压压力、工作状态等信息 可以是简单的开关量也可以用CAN总线通讯。 1.8 驾驶员的油门踏板和制动踏板经信号调理后接入到整车控制器内 2 整车控制器详细功能 纯电动汽车的整车控制器的主要功能包括:汽车驱动控制、制动能量的优化控制、整车的能量管理、CAN网络的维护和管理、故障的诊断和处理、车辆状态监视、行车记录等。整车控制器功能框图如图2所示。整车控制器通过CAN总线和IO端口来获得如加速踏板开度、电池SOC、车速等信息,并根据这些信息输出不同的控制动作。 下面分别介绍各部分实现的具体功能。 2.1 汽车驱动控制 根据司机的驾驶要求、车辆状态等状况,经分析和处理,向电机控制器发出指令,满足驾驶工况要求。包括启动、前进、倒退、回馈制动、故障检测和处理等工况。 2.2 整车能量优化管理 通过对电动汽车的电机驱动系统、电池管理系统、传动系统以及其它车载能源动力系统(如空调)的协调和管理,以获得最佳的能量利用率。 2.3 网络管理 整车控制器作为信息控制中心,负责组织信息传输,网络状态监控,网络节点管理等功能,网络故障诊断和处理。