四轮独立驱动电动车高速CAN网络数据分析系统设计
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时间：2010-05-06 19:13 来源：电子工程世界
伴随着电动汽车的发展，CAN总线通讯技术应用越来越广泛，它可为纯电动汽车上四轮独立驱动控制，以及刹车防抱死系统(ABS)、电子稳定装置(ESP)等主动安全系统的实现提供便利。
在设计CAN总线通信系统时，总要面临着CAN数据的诊断与分析问题，不能解决该问题，便不能完成设计。本文基于Kvaser Leaf Professional HS这一USB_CAN 工具，借助于Visual Basic环境，在PC机上开发出数据分析系统，并在该分析系统与四轮独立驱动电动车电机控制板之间实现了CAN通信。通过对CAN总线数据进行诊断分析，能够更好地完成CAN总线系统的设计。
四轮独立驱动电动车控制策略
电动车实物模型中使用的分布式四轮电子差速系统由一个中央控制器、四个电动轮控制器及CAN总线网络三个部分组成，其在电动车实物模型上的布局如图1所示。
图1 分布式四轮电子差速系统在车身上的布局
在该分布式系统中，基于四轮独立控制的电子差速算法被分为整车差速算法与转速控制算法两个部分，其中转速控制算法是针对每个电动轮转速。中央控制器与四个电动轮控制器通过CAN总线连
接成一个实时控制网络。
在该系统控制过程中，中央控制器通过A/D采样获得来自转向传感器的车辆转向角度信号和来自手柄转把中的车速设定信号，经过整车差速算法，分别获得四个车轮当前各自应有的转速，并将这一结果作为当前时刻对应车轮的转速控制设定值，通过CAN总线发送给相应的电动轮控制器。四个车轮控制器以从 CAN总线收到的转速设定值作为控制目标，使用电动转速控制算法对各自的电动轮进行控制，使各个电动轮的实际转速实时满足整车差速算法的要求，进而实现电动车辆的平顺转向。
四轮独立驱动电动车CAN控制网络
通过CAN总线，本四轮驱动电动车中央控制器将车轮的速度等设定值传送给每个车轮的控制器，同时，各电机控制器将实际转速等信息通过CAN总线反馈给中央控制器。CAN网络的拓扑结构如图2所示。
图2 CAN控制网络拓扑结构
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整个网络中共含有五个CAN节点：四个电动轮电机控制器a、b、c、d，以及一个电动车中央控制器e。
在设计应用层协议时，必须根据实际应用为总线消息编排一个合理的总线仲裁优先顺序，以改善CAN通讯的实时性。在本应用场合中，下行数据即中央控制器发给各电动轮电机控制器的控制命令，比上行数据即各电动轮电机控制器的反馈信息具有更高的优先级。此外，中央控制器发往四个车轮控制器的指令必须同步，才能为后续控制提供可靠的前提。
综合考虑以上因素，本文设计了如表1所示的CAN数据报文ID体系。
电机控制器a、b、c、d分别控制电动车左前轮、右前轮、左后轮和右后轮。中央控制器发出的CAN消息数据域结构如图3所示。
图3 中央控制器CAN消息数据域结构
中央控制器发出的ID为0x010和0x020的CAN数据，表示转速以及转矩的设定值，对应的实际值为模拟量，这里采用了16位长度的有限精度定点数表示。16位数据中高9位表示整数，低7位表示小数，即9Q7格式的定点数。对于中央控制器发出的ID为0x00F的CAN数据，发给每一个电机控制器的命令也是16位的数据，低8位表示刹车命令，高8位表示控制模式选择命令。
四个电机控制器向中央控制器反馈当前状态信息的CAN消息数据域结构如图4
所示。
图4 电机控制反馈状态信息结构
CAN总线消息的触发方式有两种：事件触发与时间触发。前者适用于发送时间上离散变化的开关状态量，如刹车命令与控制模式选择命令;后者适用于发送时间上连续变化的模拟量，如转速设定值与转矩设定值。由于本控制系统中兼有上述两类总线信息，故采用事件触发与时间触发相结合的方式来进行发送。
Kvaser Leaf Professional HS简介
Kvaser Leaf Professional是用于CAN和LIN的单通道USB接口，该设备提供了把几个接口简单接入PC的可能性，可以方便地实现同一个USB Hub上连接多个Kvaser Leaf设备，并且无需额外的连接。此外，它还具有很好的EMC(Electro Magnetic Compatibility)性能以及即插即拔的特点。同时，由于一个USB Hub 上可以连接多个设备，因此各个设备都可以由该Hub进行供电，具有很低的功耗。
Kvaser提供的库函数非常丰富，用户可以根据自己的需要调用相应的库函数，灵活地处理CAN总线数据。
创新项目：四轮独立转向四轮驱动电动汽车的研制 信息调研概况表 信息调研主题了解四轮独立转向四轮驱动电动汽车的设计方案及研发现状 项目背景研究目的 设计出适合电动汽车的底盘系统，使电动汽车底盘实现电子化、 主动化，提高电动汽车性能。 研究内容 收集并分析国内外研究现状，为设计一种四轮独立转向四轮驱 动的电动汽车方案提供信息参考和数据支持。 信息收集参考书 [1]史文库主编. 现代汽车新技术. 北京市：国防工业出版社, 2011.02. [2]胡骅，宋慧主编. 电动汽车. 北京市：人民交通出版社, 2003. [3]苗丽芬主编. 青春创想曲深圳职业技术学院学生科技创新 优秀作品集. 广州市：华南理工大学出版社, 2008. [4]吴光强主编. 汽车理论. 北京市：人民交通出版社, 2007. （摘自图书信息调研结果，列举3-4个即可。） 收集到的信息类型 （必含类型）图书、期刊论文、专利、标准、网络信息；（可选 类型）其他 使用过的检索工具 人员分工 图书：期刊：专利：标准：网络信息：其他：调研结果简单总结 本次调研共收集标准**条；专利**条……根据信息调研结果，可得出初步结论：本项 目已有少量相关技术成果，但本项目方案仍存在优势，有发展空间。
信息类型图书 检索工具图书馆OPAC馆藏书目查询系统 检索式及检索结果检索项：题名关键词 检索式：电动汽车 检索结果：33条记录（如右图） （包括电动汽车原理、结构、技术、设计、测试、评价等） 检索项：题名关键词 检索式：四轮驱动 检索结果：1条记录（如右图） 信息调研详表 信息类型期刊论文 检索工具中国知网（CNKI）——期刊检索 检索式及检索结果检索项：关键词、篇名 检索式：电动汽车and(四轮转向or 全方位转向）and（四轮独立驱动or 四轮驱动） 匹配：精确 检索结果：3条记录（如右图）
电动汽车驱动电机匹配设计 目录 1 概述 (1) 2 世界电动汽车发展史 (2) 3 电驱动系统的基本要求 (5) 3.1电驱动系统结构 (5) 3.2电机的基本性能要求 (6) 4 电动汽车基本参数参数确定 (7) 4.1电动汽车基本参数要求 (7) 4.2 动力性指标 (7) 5 电机参数设计 (7) 5.1 以最高车速确定电机额定功率 (7) 5.2 根据要求车速的爬坡度计算 (8) 5.3 根据最大爬坡度确定电机的额定功率 (9) 5.4 根据额定功率来确定电机的最大功率 (9) 5.5 电机额定转速和转速的选择 (9) 6 传动系最大传动比的设计 (10) 7 电机的种类与性能分析 (11) 7.1 直流电动机 (11) 7.2交流三相感应电动机 (11)
7.3 永磁无刷直流电动机 (11) 7.4 开关磁阻电动机 (12) 8 电机的选择 (13) 9 电机其他选择与设计 (15) 9.1 电机形状位置设计 (15) 9.2 电机冷却设计 (15) 10 总结与展望 (17) 10.1 总结 (17) 10.2 问题与展望 (17) 致谢 (18) 参考文献 (19) 1.概述 汽车工业在促进世界经济飞速发展和给人们生活提供便利的同时，又展现出了其双刃剑的另一面，它将能源与环境问题推到了日益尴尬的处境。“能源、环境和安全”成为了21世纪世界汽车工业发展的3大主题。其中，能源与环境问题作为全球面临的重大挑战和制约汽车工业可持续发展的症结所在，更成为重中之重。电动汽车使用电能作为动力能源，而电能具有来源广、清洁无污染等特点。电动汽车被公认为21世纪重要的交通工具。 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，它主要以动力电池组为车载能量源，是涉及机械、电子、电力、微机控制等多学科的高科技技术产品。按照汽车行驶动力来源的不同，一般将电动汽车划分为纯电动汽车（Pure Electric Vehicle，PEV）、混合动力电动汽车（Hybrid Electric Vehicle，HEV）、插电式混合动力电动汽车（Plug-in Hybrid Electric Vehicle，PHEV）和燃料电池电动汽车（Fuel Cell Electric Vehicle，FCEV）4种基本类型。 自1881年法国电气工程师Gustave Trouve制造出首辆电动汽车开始，电动汽车经历了曲折起伏的几个发展阶段，其中的决定因素就是动力电池技术和人们
电动汽车四轮独立驱动技术 第一章：绪论 1.1 引言 内燃机汽车自20世纪初出现至今，在其自身随人类科技的进步经历了巨大的变的过程中也给人类生活和生产带来了巨大方便，为人类社会的进步做出了巨大的贡献，但其消耗日益紧缺的石油并产生大量污染物也使人类赖以生存的环境恶化。因此近年来由于环境恶化及能源紧张等问题，迫切需要开发低能耗，无污染的汽车。因此，电动汽车成为21世纪汽车技术研究的热点。 混合动力汽车与纯电动汽车是电动汽车研究的两个分支。经过近些年的发展，电动汽车技术日趋成熟，部分产品已进入商业化应用如Toyota Prius。目前，电动汽车传动系统多数在传统内燃机汽车的传动系基础上进行一些改变，进而将电动机及电池等部件加入总布置中。这种布置难以充分发挥电动汽车的优势。为使电动汽车对传统内燃机汽车形成更大的竞争优势，设计出适合电动汽车的底盘系统势在必行。而四轮独立驱动技术则可使电动汽车底盘实现电子化，主动化，大大提高电动汽车的性能。使电动汽车与传统汽车相比具有更强的竞争力。 1.2 四轮独立驱动技术的特点 电动汽车四轮独立驱动系统是利用四个独立控制的电动机分别驱动 汽车的四个车轮，车轮之间没有机械传动环节。其电动机与车轮之间可以是轴式联接也可以将电动机嵌入车轮成为轮式电机，车轮一般带有轮边减速器。这种驱
动系统与传统汽车驱动系统相比有以下特点： （一）传动系统得到减化，整车质量大大减轻。由电动机直接驱动车轮甚至两者集成为一体。这样省掉了离合器、变速器及传动轴等传动环节，传动效率得到提高，也更便于实现机电一体化。传动系质量在汽车整车质量中占有很大比重，机械传动系的消失，使汽车很好的实现了轻量化目标。另外，由于动力传动的中间环节减少，传动系的振动及噪声得到改善。甚至在采用纯电力驱动时，可实现无声行驶。这是美国海军的"RST-V"侦察车及其新一代军用"悍马"汽车采用四轮独立驱动技术的重要原因。 （二）与传统汽车相比，四轮独立驱动系统可通过电动机来完成驱动力的控制而不需要其他附件，容易实现性能更好的、成本更低的牵引力控制系统（TCS）、防抱死制动系统（ABS）及动力学控制系统（VDC）。传统汽车的TCS 与ABS系统均须对发动机与制动系进行联合控制才能达到较好性能，由于机械系统的响应较慢，且受制动器，液压管路及电磁阀的延迟等因素影响，传统内燃机汽车的ABS系统与TCS系统的实际时间延迟达50～100ms。限制了TCS系统与ABS系统的性能提高，而且增加能耗。与内燃机相比，无论在加速还是减速，电动机转矩响应都非常快且容易获得其准确值，这对TCS、ABS、VDC系统来说是非常重要的。因此电动机作为ABS、TCS及VDC系统的执行器是非常理想的。 （三）对各车轮采用制动能量回收系统，则可大大提高汽车能量利用效率，且与采用单电动机驱动的电动汽车相比，其能量回收效率也获得显著增加。这对提高电动汽车续驶里程是很重要的。 （四）实现汽车底盘系统的电子化、主动化。现代汽车驱动系统布置
目录 1、概述 (1) 1.1 电动自行车驱动控制系统设计的意义 (1) 1.2 研究现状综述 (1) 1.3 研究方法 (2) 1.3.1直流电机调速原理 (2) 1.3.2直流调速系统实现方式 (3) 2、系统总体方案论证 (4) 2.1 系统方案比较与选择 (4) 2.2 系统方案描述 (4) 3、硬件电路的模块设计 (5) 3.1控制电路设计 (5) 3.2信号处理电路设计 (6) 3.3驱动电路方案及参数描述 (7) 3.3.1 IR2110驱动电路中IGBT抗干扰设计 (8) 3.3.2 IR2110功率驱动介绍 (9) 3.3.3 H桥驱动电路原理 (10) 3.4 稳压电源设计 (10) 3.5 光电测速电路 (11) 4、系统软件设计 (12) 4.1电动机驱动和速度控制程序设计 (13) 4.2PWM调速与测速程序设计 (15) 4.2.1 PCA捕获模式 (15) 4.2.2 PCA脉宽调节模式 (16) 4.2.3 PWM调制信号接收模块 (17) 5.系统调试 (19) 6、结束语 (20) 参考文献 (21) 致 (22) 附录1 原理图 (23) 附录2 PCB图 (24) 附录3 程序清单 (25) 1、定时器程序 (25) 2、延时程序 (26) 3、LCD显示程序 (26) 4、PWM程序 (30) 5、电动机调速程序 (32) 6、主程序 (35)
电动自行车驱动控制系统设计 1、概 述 1.1 研究现状综述 20世纪70年代以来，直流电机传动经历了重大的技术、装备变革。整流器的更新换代，以晶闸管整流装置取代了习用已久的直流发电机电动机组及水银整流装置使直流电气传动完成了一次大的跃进[1]。同时，高集成化、小型化、高可靠性及低成本成为控制的电路的发展方向。使直流调速系统的性能指标大幅提高，应用围不断扩大。直流调速技术不断发展，走向成熟化、完善化、系列化、标准化，在可逆脉宽调速、高精度的电气传动领域中仍然难以替代[1]。 早期直流传动的控制系统采用模拟分离器件构成，由于模拟器件有其固有的缺点，如存在温漂、零漂电压，构成系统的器件较多，使得模拟直流传动系统的控制精度及可靠性较低[2]。随着计算机控制技术的发展，微处理器已经广泛使用于直流传动系统，实现了全数字化控制。由于微处理器以数字信号工作，控制手段灵活方便，抗干扰能力强。所以，全数字直流调速控制精度、可靠性和稳定性比模拟直流调速系统大大提高。直流传动控制采用微处理器实现全数字化，使直流调速系统进入一个崭新的阶段。采用微处理器控制，使整个调速系统的数字化程度，智能化程度有很大改观；采用微处理器控制，使调速系统在结构上简单化，可靠性提高，操作维护变得简捷，电机稳态运行时转速精度等方面达到较高水平。 现阶段，我国还没有自主的全数字化直流调速控制装置生产商，而国外先进的控制器价格昂贵，且技术转让受限，为此研究及更好的使用国外先进的控制器，吸收国外先进的数字化直流电机调速装置的优点，具有重要的实际意义和重大的经济价值。 1.2 研究方法 1.2.1直流电机调速原理 直流电动机根据励磁方式不同，直流电动机分为自励和他励两种类型。不同励磁方式的直流电动机机械特性曲线有所不同。但是对于直流电动机的转速有以下公式： T C C R C U n c r c φ φ内-= 其中：U —电压；R —励磁绕组本身的电阻；f —每极磁通(Wb)；Cc —电势常数；Cr —转矩常量[3]。由上式可知，直流电机的速度控制既可采用电枢控制法，也可采用磁场控制法。磁场控制法控制磁通，其控制功率虽然较小，但低速时受到磁极饱和的限制，高速时受到换向火花和换向器结构强度的限制[4]，而且由
电动汽车四轮独立驱动技术 一、引言 内燃机汽车自20世纪初出现至今，在其自身随人类科技的进步经历了巨大的变的过程中也给人类生活和生产带来了巨大方便，为人类社会的进步做出了巨大的贡献，但其消耗日益紧缺的石油并产生大量污染物也使人类赖以生存的环境恶化。因此近年来由于环境恶化及能源紧张等问题，迫切需要开发低能耗，无污染的汽车。因此，电动汽车成为21世纪汽车技术研究的热点。 混合动力汽车与纯电动汽车是电动汽车研究的两个分支。经过近些年的发展，电动汽车技术日趋成熟，部分产品已进入商业化应用如ToyotaPrius。目前，电动汽车传动系统多数在传统内燃机汽车的传动系基础上进行一些改变，进而将电动机及电池等部件加入总布置中。这种布置难以充分发挥电动汽车的优势。为使电动汽车对传统内燃机汽车形成更大的竞争优势，设计出适合电动汽车的底盘系统势在必行。而四轮独立驱动技术则可使电动汽车底盘实现电子化，主动化，大大提高电动汽车的性能。使电动汽车与传统汽车相比具有更强的竞争力。 二、四轮独立驱动技术的特点 电动汽车四轮独立驱动系统是利用四个独立控制的电动机分别驱动汽车的四个车轮，车轮之间没有机械传动环节。其电动机与车轮之间可以是轴式联接也可以将电动机嵌入车轮成为轮式电机，车轮一般带有轮边减速器。这种驱动系统与传统汽车驱动系统相比有以下特点： 1.传动系统得到减化，整车质量大大减轻。由电动机直接驱动车轮甚至两者集成为一体。这样省掉了离合器、变速器及传动轴等传动环节，传动效率得到提高，也更便于实现机电一体化。传动系质量在汽车整车质量中占有很大比重，机械传动系的消失，使汽车很好的实现了轻量化目标。另外，由于动力传动的中间环节减少，传动系的振动及噪声得到改善。甚至在采用纯电力驱动时，可实现无声行驶。这是美国海军的"RST-V"侦察车及其新一代军用"悍马"汽车采用四轮独立驱动技术的重要原因。 2.与传统汽车相比，四轮独立驱动系统可通过电动机来完成驱动力的控制而不需要其他附件，容易实现性能更好的、成本更低的牵引力控制系统（TCS）、防抱死制动系统（ABS）及动力学控制系统（VDC）。传统汽车的TCS与ABS系统均须对发动机与制动系进行联合控制才能达到较好性能，由于机械系统的响应较慢，且受制动器，液压管路及电磁阀的延迟等因素影响，传统内燃机汽车的ABS系统与TCS系统的实际时间延迟达50～100ms。限制了TCS系统与ABS系统的性能提高，而且增加能耗。与内燃机相比，无论在加速还是减速，电动机转矩响应都非常快且容易获得其准确值，这对TCS、ABS、VDC系统来说是非常重要的。因此电动机作为ABS、TCS及VDC 系统的执行器是非常理想的。 3.对各车轮采用制动能量回收系统，则可大大提高汽车能量利用效率，且与采用单电动机驱动的电动汽车相比，其能量回收效率也获得显著增加。这对提高电动汽车续驶里程是很重要的。 4.实现汽车底盘系统的电子化、主动化。现代汽车驱动系统布置分为前驱动、后驱动或全驱动。这两种驱动型式各有优缺点，而且对汽车行驶工况的适应性也不同。如前驱动轿车在高
四轮驱动电动汽车驱动方式控制系统设计 摘要 作为电动汽车行业新颖的发展方向，四轮驱动电动汽车由于其理想的控制特性和良好的应用前景，受到学术和工程界的普遍关注，已经成为研究热点。首先，根据整车参数和动力性的要求，计算出电机的功率、转速等主要指标，选定轮毂式无刷直流电机型号并进行简单的动力匹配。再根据不同工况，选择适合电动汽车的驱动方式，构建四轮独立驱动电动车的驱动方式控制的系统模型。其次，根据电动汽车行驶路面的路况和所处的工况，采用一定的控制策略和驱动策略，由切换电动机的工作状态，使电动汽车既可以在不同的工况（例如启动、爬坡及转弯）选择适应的驱动方式，又可以在不同等级的路面下（例如城市路面、高速公路）选择最佳的驱动方式，即做到电动汽车的即时四驱，从而最大程度地发挥电动汽车驱动方式控制的优点。最后，本文通过建立数学模型，并利用matlab进行软件仿真，来对轮毂电机驱动力模型、整车模型以及控制策略模型这些模型进行仿真试验。以上研究表明：四轮驱动是一种理想可行的驱动方案；本文建立的仿真模型合理实用。 关键词：四轮驱动；驱动方式控制；不同工况；轮毂式无刷直流电机
DESIGN OF DRIVING FORMS CONTROL SYSTEM OF FOUR-WHEEL DRIVE ELECTRIC VEHICLE ABSTRACT The four-wheel drive(4WD) EV is one of the developing directions for further EV. Because of its perfect controlling performance and good application prospect in engineering, 4WD EV have been getting universal attention by both academicians and engineers.It also has become a research hotspot of research.Firstly,according to the requirements of the vehicle parameters and power performance,we need to calculate main indicators such as the motor power, rotational speed, and select the model for wheel-hub brushless DC motor. According to different working condition, we should choose suitable driving forms for EV, and build up the model of driving control system about four-wheel independent drive EV.Then,according to EV working condition of pavement, we need to adopt certain control strategy and drive strategy.By switching the working state of the motor, 4WD EV can not only work in different conditions (such as starting, climbing and turning) to choose adapted drive forms, but also under different levels of the road (such as urban roads, highways) to choose the best way of driving.Which achieve the real-time four-wheel drive for EV, so as to maximize the advantages of EV driving forms control.Finally,by establishing the mathematical models and using MATLAB to simulation,we can set up the simulation models for driving force models of wheel-hub motor, vehicle models and control strategy models. Above research shows that the 4WD is a kind of ideal and feasible driving form; the simulation models in this paper is reasonable and practical. Key words：Four-wheel drive;The control of driving forms;Different working conditions;Wheel brushless DC motor
第３６卷第４期ＶｂＩ３６Ｎｏ．４ 河北工业大学学报 ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＨＥＢＥＩＬｒＮＩＶＥＲＳＩ下ｒＯＦ’ｒＥＣＨＮＯＬｏＧＹ ２００７年８月 Ａｕｇｕｓｔ２００７ 文章编号：１００７?２３７３（２００７）０４．００２６－０７ 四轮独立驱动电动汽车的稳定性控制及其最优动力分配法 贺鹏１，堀洋一２ （Ｉ东京大学电气系．东京都东京市１５３．８５０５：２东京大学生产技术研究所．东京都东京市１５３．８５０５） 摘要提出了一种用于四轮独立驱动的电动汽车的稳定性综合控制方法．该控制系统中的上位控制器利用前馈、 反馈协调控制的２自由度控制方法采确定使得电动汽车横向和侧向稳定运动所需的总控制量．在基于上位系统确 定的所需总控制量的前提下，下住控制器由过自由度控制法，来分配各个电马达的驱动力，从而完成最优动力分 配．通过对轮胎一电机－车辆这一于系统的控制来达到上位控制嚣所需要的稳定控制总量，采实现对车辆的侧向运 动稳定控奔Ｊ．仿真结果说明了所迷方法的有效性． 关键词电动汽车；独立驱动；稳定性控制；动力分配 中图分类号Ｕ４６９．７２文献标识码Ａ ＳｔａｂｉｌｉｔｙＣｏｎｔｒｏｌａｎｄＯｐｔｉｍｕｍＦｏｒｃｅＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｆｏｒ４－ｗｈｅｅｌ－ ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ—ｄｒｉｖｅｎＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ ＨＥＰｅｎ９１，ＨＯＲＩＹｏｉｃｈｉ２ （１ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＴｈｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｏｋｙｏ，Ｔｏｋｙ０１５３—８５０５，Ｊ＂ａｎ；２ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＳｃｉｅｎｃｅ，Ｔｈｅ ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｏｋｙｏ，Ｔｏｋｙｏ１５３?８５０５．Ｊｅｐａｎ） ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｉｓｐａｐｅｒｉｓｃｏＢｃｅｆｅｄｗｉｔｈｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｙａｗｓｔａｂｉｌｉｔｙｃｏｎｔｒｏｌｓｔｉａｔｅｇｙｆｏｒ４一ｗｈｅｅｌ—ｄｒｉｖｅＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ（４ＷＤ Ｅｖ）ＴｈｅｓｔｒａｔｅｇｙｃｏｎｓｉｓｔｓｏｆｄｏｕｂＭｃｏｎｔｒｏｌｌｏｏｐｓ．Ｔｈｅｈｉｇｈｅｒｃｏｎｔｒｏｌｌｏｏｐ，ｗｈｉｃｈＵＳｅＳ２－ＤＯＦｃｏｎ￡Ｉ：ｏｌｍｅｌｈｏｄｔｏｓｐｅｃｉ母 ｅｏｎｔｒｏｌｅｒｉｅｃｔｏｒｓｗｈｉｃｈａＲｒｅｑｕｉｒｅｄｆｏｒｋｅｅｐｉｎｇＥＶｙａｗｓｔａｂｉｌｉｔｙＴｈｅｌｏｗｅｒｅｏｎｔｒｏｌｌｏｏｐ．ｗｈｉｃｈｉｓｕｓｅｄｔＯｄｅｔｍｍｉｎｅ ｃｏｎｔｒｏｌｉｎｐｕｔｓｆｏｒｆｏｕｒｄｒｉｖｉｎｇｍｏｔｏｒｓｂｙｏｐｔｉｍｕｍｆｏｒｃｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｉｓｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄｂｙｏｐ－ ｔｉｍａｌｒｅｄｕｎｄａｎｃｙｃｏｎｔｒ０１．ＴｈｅｓｕｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｈａｎｄｌｉｎｇｓｔａｂｉｌＪｔｙｏｆｔｈｉｓ４ＷＤＥＶｉｓｉｍｐｒｏｖｅｄｂｙｐｒｏｐｏｓｅｄ ｓｔｒａｔｅｇｙ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｗｈｅｎｔｈｅＥＶｄｒｉｖｅｓｉｎａｃｎｆｉｃａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓｅｌｅｃｔｒｌｃｖｅｈｉｃｌｅ：ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｍｄｒｉｖｅ；ｙａｗｓｔａｂｉｌｉｔｙｃｏｎｔｒｏｌ；ｆｏｒｃｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ０引言 近年来，电动汽车的驱动系统被不断的革新改进．为了能够得 到更好的操安性，侧向稳定性和更强的驱动马力，很多电动汽车采 用四轮完全制动或者驱动的模式．除此之外，传统的汽车底盘结构 也得到了变革．例如，直接把电动马达安装在电动汽车的车轮里 面，而不使用主变速箱，传动轴和差分器等零件总成，就可以直接 驱动电动车．这种马达被称为Ｉｎ．Ｗｈｅｅｌ．Ｍｏｔｏｒ．可以相互独立的控 制这些电动马达来完成电动车的制动或者驱动“’“． 图１所示的电动汽车是“东京大学三月号ＩＩ”，它的各个车轮 里面分别嵌装有驱动电马达．从车辆控制的角度来讲，一些在普通 内燃机汽车上较难实现的控制方法，可以在“东京大学－＿－：ｑ号１Ｉ” 这类结构的电动车上容易的完成．例如，ＡＢＳ，ＴＣＳｆｆｆｌＶＳＣ＇籍．图№１．“ｅ。翟誓：＝≥耄：篡嚣紊ｒ 收稿Ｅｌ期：２００６－１１－２４ 作者简介：贺鹏（１９７３一）．男（汉族），博士生 万方数据
电动汽车驱动控制系统设计 摘要 驱动系统是电动汽车的心脏，也是电动汽车研制的关键技术之一，它直接决定电动汽车的性能，本文根据异步电动机矢量控制理论，结合电动汽车的实际要求，研究设计基于无速度传感器矢量控制的电动汽车驱动系统。矢量控制通过坐标变换将定子电流矢量分解为转子磁场定向的两个直流分量并分别加以控制，从而实现异步电动机磁通和转矩的解耦控制，已达到直流电动机的控制效果。最后，在Matlab环境中建立了仿真系统，验证了无速度传感器矢量控制系统原理应用于电动汽车驱动系统的可行性。 关键词：电动汽车；驱动系统；异步电动机；无速度传感器矢量控制
ABSTRACT Driving system is the heart of EV and one of the key parts of the vehicle that determines the performance of the EV directly. According to the control technique、the method of induction motor drive system and based on the factual requirement of EV, the speed sensorless vector control was designed in this article. By transforming coordinate, the stator current is decomposing two DC parts which orientated as the rotator magnetic field and controlled respectively, So magnetic flux and torque are decoupled. It controls the asynchronous motor as a synchronous way. Finally, intimation system is established in the environment of Matlab to validate these control arithmetic. The system proved its enormous practical value of application. Key words: EV; Drive system; Induction motor; speed sensorless vector control
新能源电动汽车电驱动 系统 标准化工作室编码[XX968T-XX89628-XJ668-XT689N]
现代电动汽车电驱动系统主要由四大部分组成：驱动电机、变速器、功率变换器和控制器。驱动电机是电气驱动系统的核心，其性能和效率直接影响电动汽车的性能。驱动电机和变速器的尺寸、重量也会影响到汽车的整体效率。功率变换器和控制器则对电动汽车的安全可靠运行有很大关系。 电驱动系统的由以下几个部分组成： 1．电动汽车驱动电机 选用小型轻量的高效电机，对目前电池容量较小、续驶里程较短的电动汽车现状显得尤为重要。早期电动汽车驱动电机大部分采用他励直流电机(DCM)。直流电机驱动系统改变输入电压或电流就可以实现对其转矩的独立控制，进行平滑调速，具有良好的动态特性，并且有成本低、技术成熟等优点。但是，直流电机的绝对效率低，体积、质量大，碳刷和换向器维护量大，散热困难等缺陷，使其在现代电动汽车中应用越来越少。随着电力电子技术、大规模集成电路和计算机技术的发展以及新材料的出现和现代控制理论的应用，机电一体化的交流驱动系统显示了它的优越性，如效率高、能量密度大、驱动力大、有效的再生制动、工作可靠和几乎无需维护等，使得交流驱动系统开始越来越多地应用于电动汽车中。目前在电动汽车中，主要采用永磁同步电机(PMSM)驱动系统、开关磁阻电机(SRM)驱动系统和异步感应电机(肼)驱动系统。 永磁同步电机(PMSM)是一种高性能的电机，具有体积小、重量轻、结构简单、效率高、控制灵活的优点，在电动汽车上得到了广泛的应用，是当前电动汽车用电动机的研发热点，是异步感应电机的最有力的竞争对手。目前，由日本研制的电动汽车主要采用这种电机，如Honda公司的EV Plus、Nissan公司的Altra和Toyota公司的RAV4及Prius车型等。但是，永磁电机的磁钢价格较高，磁性能受温度振动等因素的影响，有高温退磁等问题。 开关磁阻电机(SRM)是由磁阻电机和开关电路控制器组成的机电一体化新型调速电机。开关磁阻电机工作时，依次使定子线圈中的电流导通或截止，电流变化形成的磁场吸引转子的凸出磁极从而产生转矩。开关磁阻电机结构简单，成本较低，可靠性高，起动性能和调速性能好，控制装置也比较简单。然而在实际应用中，开关磁阻电动机存在着转矩波动大、噪声大、需要位置检测器等缺点，所以目前应用开关磁阻电机的驱动系统仍然很少，主要以Chloride公司的“Lucas”电动汽车为代表。 异步感应电机(M)具有结构简单、坚固、成本低、可靠性高、转矩脉动小、噪声小、转速极限高、无需位置传感器及免维护等特点，因而在电动汽车驱动电机领域里，是应用很广泛的一种无换向器电机。近年来，由IM驱动的电动汽车几乎都采用矢量控制和直接转矩控制。美国以及欧洲研制的电动汽车多采用这种电动机。 异步电机的矢量控制调速技术也比较成熟，其电驱动系统具有良好的性能，因此被较早地应用于电动汽车，目前仍然是电动汽车驱动系统的主流产品。迄今为止，美国“Impact’’系列、“ETX．2”型，日本“Cedric"、“OTwn"、“FEV"型，德国 “T4”、“190’’型等电动汽车均采用异步感应电机。异步电机的最大缺点是驱动电路复杂，效率比永磁电机和开关磁阻电机低，特别是在轻载运行时效率更低。因此，如何进一步提高异步电机的运行效率，己经成为人们关注的重要课题。 2．变速器
详解电动汽车传动系统原理、传动方式及拓扑构架设计 随着现代汽车电子技术的发展，新能源汽车、电动汽车的出现无疑给整个行业注入了一股新鲜而且充满挑战性的血液。凭借可以减少很多废弃物、有害气体的排放，对整个社会的生活环境都有很大的改善效果，得到社会及国家的高度的重视，具有很好的发展前景。下面我们就来从电动车的结构引入到电动汽车传动系统，并分析它的工作原理、传动方式、优势等，并简单的列举一些成功的应用案例。电动汽车和普通的汽车不同，它是用车载电源提供行驶的动力，用电机来驱动车轮的运动，而不是用点火装置来提供向前运动的力。我们知道，电动汽车主要是由电力驱动及控制系统、驱动力传动系统、工作装置等各个部分组成。它的工作原理是蓄电池中提供恒定的电流输出，这些恒定的电路通过电力调节器进行一次转换成可以驱动电动机的合适的电流和电压，从而可以驱动整个动力传动系统的正常运行，经过他们之间相互的作用最终给汽车提供可以运行的动力汽车可以正常的行驶。由此可见，电动汽车传动系统的有效性和安全性直接影响着整个系统的运行。电动汽车传动系统原理是直接将电动机的驱动转矩传给汽车的驱动轴。汽车传动轴在采用电动轮驱动时，由于它是靠车载电源提供动力源驱动电动机因而可以实现带负载启动，无需离合器;也正是因为是车载电源可以提供恒定的电流，中间会有电路控制的环境来实现驱动电机的方向和转速的控制，所以不需要倒档和差速器。若采用无级调速，就可以实现自动控制，无需变速器。电动汽车传动系统的传动方式主要有三种：(1)电机+传动轴+后桥(2)电机+变速箱+后桥(3)电机+磁力变矩器+后桥以目前的变速箱技术成熟度而言，除了传统车的变速箱外还没有一款真正成熟的适用于电动汽车的产品，最可靠和适用的传动方式还是电机+传动轴+后桥的直驱方案。当然在具体的设计时，我们需要更具实际情况来设计，包括电机的位置、电源的位置、驱动负载的能力、行驶速度要求、稳定性等这些都需要综合的来考虑。了解车辆效率损失分配即从发动机输出的功率消耗在不同汽车部件上的量及比例。这对改善车辆总体的传动效能非常有用，以达到适当配置资源，改善性能的目的。各种损失，使用安装在车辆适当位置的传感器进行测定。电动汽车传动系统拓扑构架设计汽车动力传动系统采用传统的内燃机和电动机作为动力能源，通过混合使用热能和电能两套系统开动汽车。在低速小功率运行时可以关闭发动机，采用电动机驱动;而高速行驶时用内燃机驱动;通过发动机和电动机的协同工作模式，将车辆在制动时产生的能量转化为电能，并积蓄起来成为新的驱动力量.从而在不同工况下都能达到高效率。一般上有串联式、并联式、混联式和复合式4种布置形式。(1)串联式—下图中采用的电力电子装置只有电机控制器,电池和辅助动力装置都直接并接在电机控制器的入口，属于串联式，车辆的驱动力只来源于电动机。 (2)并联式—下图中是典型的并联式动力系统结构，通常在电池和电机控制器之间安装了一个DC/DC变换器,电池的端电压通过DC/DC变换器的升压或降压来与系统直流母线的电压等级进行匹配。车辆的驱动力由电动机及发动机同时或单独供给。(3)混联式----采用四轮驱动、前后轮分别与不同的驱动系相连，后轮驱动有发动机、后置电机、发电机、变速器等组成，前轮驱动由前置电机、发电机组成。由于它使用不同的驱动方式，所以整个电动汽车传动系统既分离又相关联，可以更好的控制。下图就是一个简单的混联式的拓扑构架。同时具有串联式、并联式驱动方式。(4)复合式---改结构主要集中于双轴混合动力系统中，前轴和后轴独立驱动，前轮和后轮之间没有任何驱动抽或转电力主动型的设计，这种独立的驱动，让传动系统各个部件在运行过程中相互独立控制，因此可以有更好的传输能力。要让整个系统可以更好的运行，除了结构设计方面需要注意之外，还有一个就是电动汽车传动系统的参数设计也需要合理的匹配，这些参数对传动结构的性能影响也是很大的。这一方面的知识，小编在这边文章就不具体介绍了。总结能源问题和环境污染问题是现在社会日益突出的问题，深受国家的重视。因此寻找新能源汽车可以减少废气排放，让能源可以更好的利用在汽车电子设计行业是当务之急。电动汽车正是因为具有上面
电动汽车驱动控制系统设计
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电动汽车驱动控制系统设计 摘要 驱动系统是电动汽车的心脏，也是电动汽车研制的关键技术之一，它直接决定电动汽车的性能，本文根据异步电动机矢量控制理论，结合电动汽车的实际要求，研究设计基于无速度传感器矢量控制的电动汽车驱动系统。矢量控制通过坐标变换将定子电流矢量分解为转子磁场定向的两个直流分量并分别加以控制，从而实现异步电动机磁通和转矩的解耦控制，已达到直流电动机的控制效果。最后，在Matlab环境中建立了仿真系统，验证了无速度传感器矢量控制系统原理应用于电动汽车驱动系统的可行性。 关键词：电动汽车；驱动系统；异步电动机；无速度传感器矢量控制
ABSTRACT Driving system is the heart of EV and one of the key parts of the vehicle that determines the performance of the EV directly. According to the control technique、the method of induction motor drive system and based on the factual requirement of EV, the speed sensorless vector control was designed in this article. By transforming coordinate, the stator current is decomposing two DC parts which orientated as the rotator magnetic field and controlled respectively, So magnetic flux and torque are decoupled. It controls the asynchronous motor as a synchronous way. Finally, intimation system is established in the environment of Matlab to validate these control arithmetic. The system proved its enormous practical value of application. Key words: EV; Drive system; Induction motor; speed sensorless vector control
几种常用电动汽车的驱动系统的比较及永磁同步电动机的相对优势 2012年1月30日 电动汽车用永磁同步电机的发展分析 彭海涛，何志伟，余海阔 (华南理工夫学电力学院，广州510640) 摘要：简要的比较了几种常用电动汽车的驱动系统，并指出了永磁同步电动机的优势。在各类驱动电机中，永磁同步电机能量密度高，效率高、体积小、惯性低、响应快，有很好的应用前景，介绍了电动车驱动用永磁同步电机的目前研究状况以及目前的研究热点和发展趋势。关键词：电动汽车；永磁同步电机；弱磁控制；控制策略；应用 中圈分类号：TM351, TM341 文献标志码：A 文章编号：1001—6848[2010)06-0078-04 O引言 电动汽车具有低噪声、零排放、高效、节能及能源多样他和综合利用等显著优点，成为各国开发的主流。电动汽车的发展有赖于技术的进步，尤其是需要进一步提高其驱动系统的性能。电动汽车对其驱动系统的要求是转矩控制能力良好，转矩密度高，运行可靠性及在整个调速范围内的效率尽可能高，从而保证车辆具有良好的动力性能和操控性，同时在车载动力电池未能取得突破的情况下，延长车辆的续驶里程。研究并开发出高水平的电机驱动控制系统，对提高我国电动汽车驱动系统水平及电动汽车的产业化具有重要意义[2]。 随着永磁材料性能的提高和成本的降低，永磁同步电动机以其高效率、高功率因数和高功率密度等优点，正逐渐成为电动汽车驱动系统的主流电机之一。 1电动汽车用电动机及驱动系统比较 电气驱动系统作为现代电动汽车的核心，主要包括：电动机、功率电子元器件及控制部分。评价电动车的电气驱动系统实质上主要就是对不同电动机及其控制方式进行比较和分析。目前正在应用或开发的电动车用电动机主要有直流电动机(DCM)、感应电动机(IM)、永磁电动机(PM)、开关磁阻电动机(SRM)网类。下面分别对几种电气驱动系统进行简要分析和说明，其总体比较见表l。 1.1直流电动机驱动系统 在电动汽车领域最早使用的就是直流电动机。直流电动机结构简单，易于控制，具有良好的电磁转矩控制特性，但是由于采用机械换向结构，维护困难，并产生火花，容易对无线电产
电动汽车四轮独立驱动技术综述 摘要：在能源与环境的双重压力下,电驱动车辆已经成为当前汽车工业的发展趋势,其中四轮独立驱动技术更是成为当前相关领域的研究热点。通过对电动汽车四轮独立驱动技术领域的关键技术的描述，如电动轮驱动电机及驱动系统、电子差速控制技术、整车控制技术进行分析，了解和深化对电动汽车的认识。 关键词：电动汽车，驱动电机，电子差速控制，整车控制 0引言 随着能源问题的突显和人们环境保护意识的加强，混合动力汽车(HEV)、燃料电池汽车(FCEV)、纯电动汽车(EV)等新能源汽车已经开始受到越来越多的关注。在这种大背景下，具有无污染、零排放特点的纯电动汽车被公认为是最具有发展前途的交通工具之一[1]。以驱动电机为原动机的电动汽车，在驱动形式的多样性上有较大优势。其中，把电机直接安装在轮毂上，对整车进行驱动的四驱动方式称为四轮独立驱动(Four-wheel Independent Drive)，简称4WD，因其简洁的整车结构、高效传动、以及能借助微控制器实时控制技术直接控制各电动轮实现差速转向和驱动防滑等突出优点，成为电动汽车发展的一个独特方向[2]。目前率先进入到商业运行的电动车辆多是在传统内燃机汽车底盘结构上进行改造，以中置电机取代发动机作为车辆动力源。由于机械传动系统结构未发生改变，这种形式电动车辆难以充分发挥电机驱动应有的各种技术优势。随着电机技术的发展和线控技术的应用，以轮毂电机为驱动系统的底盘结构成为电动汽车新的发展方向[3]。本文通过对电动汽车四轮独立驱动技术领域的关键技术的描述，如电动轮驱动电机及驱动系统、电子差速控制技术、整车控制技术，了解和深化对电动汽车的认识。 1国内外研究现状 1.1国外电动汽车研究现状 轮毂电机车辆平台自身具有的线传控制特征，使整车布置和控制系统设计具有很大的柔性，这些优势得到了各国汽车厂商和研发机构的认同并都展开了相关的研究。不过受到安全法规的限制，现在与整车安全相关的线控技术还无法应用到量产车型当中。因此，目前对基于轮毂电机平台的线控电动汽车的研究主要还是处于概念车的开发和实验室研究阶段。 丰田汽车公司从上世纪九十年代末开始进行轮毂电机驱动的纯电动车的开发，重点研究基于传统汽车底盘的轮毂电机电动汽车走向实用化的关键技术，如
纯电动汽车驱动系统设计及仿真毕业设计
纯电动汽车驱动系统设计及仿真 学院 专业 年级班别 学号 学生姓名 指导教师 2015年 6 月
摘要 随着环境污染的加剧和资源的日益短缺，纯电动汽车（EV）凭借能源利用率高、环境污染小的特点得到广泛关注和快速发展，成为当前研制取代内燃机汽车的首选车型，其发展前景广阔。作为纯电动汽车核心部件之一，驱动系统直接决定了纯电动汽车整车性能优劣,目前我国的纯电动汽车存在的主要问题是续航里程少和动力能源电池成本高，基于此种情况，对驱动系统进行合理设计，是提高电动汽车的动力性能和增加续航里程的有效手段，所以文章对纯电动汽车驱动系统进行设计研究。 本文首先分析了纯电动汽车的特点，包括无污染、噪声低、结构简单、能源效率高且多样化等。然后分析了纯电动汽车驱动系统的整体结构和工作原理，并以某普通普及车型为基础，对驱动系统进行设计改善。先确定相应动力参数目标，然后根据整车参数进行理论计算，参考相应手册和市场上的部件，选择合适的驱动系统结构装置，如电机、蓄电池的类型和相关参数。最后利用车辆系统仿真软件ADVISOR（Advanced Vehicle Simulator）对纯电动汽车进行动力性能仿真实验。首先建立了仿真模型，包括选择传动系统类型、设置参数、设计控制策略，然后选择仿真工况进行加速性能和爬坡性能的仿真，最后得到仿真性能结果图表,包括仿真参数图、参数仿真报告、能源消耗图、虚拟回放。基于符合初始设计技术要求的参数，利用ADVISOR里的AUTOSIZE软件模块进行参数优化，然后对得到的优化参数值进行仿真，进一步分析纯电动汽车驱动系统仿真动力性能，确定最优参数。 关键词：纯电动汽车、驱动系统、结构参数、动力学、仿真