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
XX6120EV大量采用了一体化电动附件，如一体化电动空调、集成电‐液转向系统、电子真空助力器
和电控PTC采暖系统等。新增及原车12V电器利用车载DC‐DC单元和12V辅助电池并联充电，同时DC‐DC 可对辅助电池充电以维持其荷电状态。
3.2 整车控制系统结构
XX6120EV的整车控制器（VCU）是车辆整车控制系统的主控制器，通过传感器和其他控制器将
整车的运行信息反馈到整车控制器（VCU），并根据车辆行驶要求向二级控制器及有关执行器发出指令。
二级控制器由驱动电机控制器（MCU）、电池管理系统（BMS）、整车组合仪表等组成。各子系统通过CAN总线通讯以及必要的模拟信号通讯构成一个协调工作的动力总成控制网络（见图1）。
XX6120EV的整车控制器VCU，负责控制动力总成唤醒、电源(强电与弱电)、停机、驱动、能量回馈、能量管理、安全、故障诊断与失效控制等主要功能。VCU通过CAN总线及必要的模拟信号线与
其它控制器通讯，以传递信息及控制指令。VCU可由PC机上的标定程序进行在线标定。
图2 整车控制系统组成示意图
驱动电机控制系统，含逆变器或变频器等强电部分和电动机控制器MCU(含单片机系统、控制电路)等弱电部分。MCU负责电动机运行的控制(强电与弱电)，接收VCU的指令并根据自身的算法控制电动
机的工作方式、工作转速与扭矩等，采用转矩闭环的控制方式。
电池管理系统BMS，负责对动力电池组进行管理，包括电池安全、SOC算法、充放电过程控制指令、参数监测等。BMS还负责对动力电池组进行充电管理，具有BMS在线标定与监测功能。BMS通过CAN总线及状态线与其它控制器通讯，以传递信息及控制指令。
整车组合仪表的液晶显示屏(DPLY)，主要显示整车控制系统和电机、电池相关的数据，例如：电
压、电流、SOC、累计里程、温度、故障代码等。
标定与监测系统，主要用于对VCU的标定与监测，用于在线监测VCU的运行参数以及对VCU的控制参数进行在线标定优化。
3.3 整车控制系统控制策略
整车控制流程主要包含两部分，一部分是主程序流程，另一部分是中断服务程序流程。主控流程是对各个功能模块程序的有效集成，使其按照一定顺序运行以完成对车辆各种控制功能的实现。中断服务流程则是对控制部分实时性要求较高的部分进行时间触发控制，一方面保证程序的实时性，另一方面减少CPU资源的浪费。
在主控流程中主要包括功能初始化模块，CAN数据解析模块，充电控制模块，上电控制模块，故
障诊断模块、驱动电机控制模块、CAN数据打包模块。功能初始化模块用以完成对各硬件模块的初始
化；CAN数据解析模块，通过CAN接受中断实现对总线数据的接收，并将其存入相应缓存区，同时根
据CAN网络通信协议将接受数据解析成实际的物理量（例如电机转速、总线电流等）提供给其他模块
进行运算。充电控制模块，该模块对充电过程中的数据进行处理并反馈给相应显示终端，并保证车辆在充电过程中不能行驶以提高车辆安全性；上电控制模块实现了高压系统上电的时序控制；故障诊断模块综合车辆运行信息判断车辆故障状态；驱动电机控制模块实现了对电机驱动转矩、功率、以及驱动模式的控制；附件控制模块包含了PTC以及空调等的控制。CAN数据打包模块将控制命令按照通信协议打
包成CAN数据帧格式并通过实时中断发送至CAN总线。在实时中断中还包括了对加速踏板的采集以
及程序中各种计时计数控制。
XX6120EV采用具有OFF、ACC、ON、START等四个档位的钥匙，钥匙各个档位功能的处理，见表1所示。
表1 钥匙功能描述
位置钥匙档位对应的功能总线状况
OFF 不变无通信
ACC 不变无通信
ON 控制器上电控制档：VCU/BMS/MCU/LCD组合仪表、高压电动辅件上控制电，并初始化自检；MCU预充电CAN初始化，开始通信
START 上高压电档：VCU/MCU控制完成主接触器闭合，完成强电上电正常通信整车的弱电电源采用12V蓄电池供电，当钥匙从OFF档转到ON档时：
——各节点控制器接通12V电源上电，被唤醒；
——VCU、MCU、BMS初始化，程序中各个器件状态标志位置0，以达到其初始状态； ——VCU、MCU、BMS开机自检，自检完毕后发送状态信息CAN报文，VCU收到完成握手； ——故障诊断包含与强电相关的一些故障行为，如过流、电压过低或过高等。
整车控制系统的控制策略设计具体参考《XX6120EV整车控制系统控制策略设计书》。
4 整车控制器设计
根据整车控制系统控制策略的制定，XX6120EV整车控制系统的一级控制器整车控制器（VCU）需完成的主要功能见表2所示。
表2 VCU的主要功能
序号 VCU功能
1 负责整车控制器（VCU、MCU、BMS、DPLY等）的唤醒
按照驾驶员指令和传感器信号，通过控制程序的计算和逻辑判断，分别对MCU和2
BMS发出状态转换和功率、转矩需求等控制指令
3 驻车、起步、驱动、停机等车辆运行工况控制
4 接收加速踏板信号
5 接收BMS的关于动力蓄电池组状态信号（电流、电压、温度等）
6 接收MCU的关于电机、逆变器的工作状态信号（电流、电压、温度等）
7 故障诊断
8 将有关信息送至组合仪表
9 CAN、RS232通讯方式
10 监测和标定
VCU是电动汽车整车控制系统的核心控制单元，它负责协调各控制系统协同工作，为车辆的良好运
行提供完善的控制逻辑，其原理如图3所示。
图3 整车控制器控制单元
整车控制器（VCU）作为整车控制系统核心，接受各种输入信号，通过VCU计算、比较后发出控制信号控制动力系统输出动力驱动车辆前进，管理车辆制动能量回馈，整车的高压安全管理，整车车载信息及故障诊断，整车能量管理及分配，变速箱换挡控制，通过CAN总线分别对整车低压电气、高压电气、动力电池组、智能组合仪表进行通讯与控制，实现了整车信息共享。智能组合仪表能显示、存储车
辆运行时的各种参数和故障诊断信息便于车辆的运行和维护。
整车控制器通过采用兼容J1939标准的CAN总线网络通讯来保障整车的故障诊断与容错控制、能
量的优化分配、工作模式的合理切换、人性化的操纵驾驶性和舒适性。
5 整车控制器的硬件设计方案
5.1 整车控制器的硬件需求分析
整车控制器是一个多输入、多输出、数模电路共存的复杂系统，其各个功能电路相对独立。因此，
按照模块化思想设计了硬件系统的各个模块，主要包括：最小应用系统模块，电源模块，CAN通讯模块，串口通讯模块，数字量输入输出模块，模拟量输入/输出模块。
整车控制器硬件设计需求为：
采用高度集成和成熟稳定的汽车级微处理器。
共有16路通用输出接口，其中12路每路最大驱动电流3A，4路每路驱动电流500mA。
共有16路光耦隔离的输入接口。
4路模拟量输入和4路输出。
具有大容量的非易失性存储器，时刻保存整车的运行状态。
丰富的通讯接口，包含2路独立的CAN和2路独立的RS232通讯接口。
标准的ECU接口，防水防尘。
宽电源输入范围，适应12V和24V电动客车系统。
其中，整车控制器主芯片的需要资源为：
至少1路CAN，高速500K。
至少2个AD采集通道，精度0.001V，要求10位精度。
至少2个输入捕捉通道，采集PWM的脉冲个数。
至少1个PWM输出通道。
IO引脚需要30个。
20M的总线频率；
256K的FLASH；（估计值，比实际值偏大）
16K的RAM；（估计值，比实际值偏大）
潮敏等级：要求3级及以下
ESD等级：人体模式150V以上，机器模式1000V以上；
5.2 整车控制器的硬件设计要求
整车控制器在功能完善的基础上，可靠性是其质量好坏的主要技术指标。在纯电动客车整车控制器的工作环境中，电机、变频器和电池组传输的母线电流变化较大（特别是当变频器进行高频调制时），产生的空间电磁干扰很强；另外，其工作空间的温度变化范围广、振动强度大。以上种种不利因素对整
车控制器可能造成的干扰后果主要表现在下述几个方面：
——数据采集误差加大。
——控制状态失灵。
——数据受干扰发生变化。
——程序运行失常。
为保证整车控制器运行正常，此次的可靠性设计采用了元器件级可靠性设计和系统级可靠性设计相
结合的方法，具体表现在：滤波抗干扰设计、ESD设计、部件的冗余设计、系统的电磁兼容性设计等。
整车控制器的芯片选型参考《XX6120EV整车控制器芯片选型方案》。
6 整车控制器的软件设计方案
6.1 软件设计需要遵循的原则
6.1.1 合适性
整车控制器软件体系结构要适合于整车控制器软件的“功能性需求”和“非功能性需求”。
6.1.2 结构稳定性
详细设计阶段的工作如用户界面设计、数据库设计、模块设计、数据结构与算法设计等等，都必须
在体系结构确定之后开展的，而编程和测试则是更后面的工作，因此体系结构应在一定的时间内保持稳定。注重软件体系结构的设计，当整车控制需求发生变化时，要保证只能对软件做些程序代码本身部分
内容进行修改，不改变软件的体系结构，不得去修改软件的体系结构。
6.1.3 可扩展性
可扩展性是指软件扩展新功能的容易程度。整车控制器的软件可扩展性越好，表示整车控制器适应“变化”的能力越强，越容易软件升级换代。
6.1.4 可复用性
为使整车控制器能在不同类型的纯电动车辆及多能源系统车辆的兼容，整车控制器的体系结构需具
有良好的可复用性，软件工程要设计出一种通用的体系结构模式，只有这样体系结构才可以被复用。
6.2 软件程序基本要求说明
a) CAN通讯周期一般为20ms，初步设定程序最小执行周期为20ms。
b) 本文档中规定了主要部件及直流接触器等主要元器件的缩写名称和编号等，程序及注释要以此
名称和编号为准。
c) 需要标定的主要参数均已采用字母代号，程序中应采用相同的字母变量，以利于标定。
d) 程序中重要及难懂部分要注释清楚，一方面利于将来代码升级，另一方面利于相关工程师参与
开发与调试工作。
e) 本流程作为VCU程序的参考，程序要能够实现本流程的功能，在能够实现本流程功能的前提
下也可采用其它更优的流程。
6.3 程序中需要标定的参数
以下是初步确定的需要修改或标定的参数，这些参数均已采用字母代号表示，程序中应采用相同的
字母变量进行定义，以利于标定。
a) SOC_low—开始限制电机功率和电池电量即将耗尽报警的SOC值，初定为0.3；
b) TIME_delay—主接触器延时闭合时间，ms，初步定为300（接触器时无弹跳，需50ms，考虑到接触时弹跳等极限情况，初步定为300 ms）；
c) TEM_fstart—动力系统各部件均可正常工作时所能达到的最高温度（该温度下风扇启动），℃，初步定为45℃；
d) TEM_fstop—动力系统各部件均可正常工作时所能达到的较高温度（该温度下风扇停止），℃，初步定为40℃；
e) Tmax—限制后的电机最大转矩，N. m，初步定为为382Nm；
f)Pmax—限制后的电机最大功率，Kw，初步定为为 80KW。
7 整车控制器性能要求
为满足整车控制器在整车环境下的使用需求，需要对控制器的各方面性能有所要求。整车控制器的主要性能要求如表3所示，具体性能要求可参考《整车控制器技术条件》。该控制器采用满足汽车使用
环境温度和震动要求的高度集成汽车级微处理器，该控制器具有较宽9~36V的电源输入范围，满足整
车的低压系统电源电压波动要求，同时具有较好的通用性，适应12V和24V电动汽车系统应用。控制
器采用标准的ECU接口，具有良好的防水防尘性能。
表3 整车控制器性能
项目参数
工作电压(Vdc)9~36
寿命(万公里)>20
抗振性符合QC/T413-2002
电磁兼容性符合GB/T 17619、GB 14023 _________________________________
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
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。
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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
基于中颖SH79F081的电动自行车控制器设计 摘要:方波驱动的无刷直流电机由于力矩大, 运行可靠, 在电动车控制器中广泛应用, 方波驱动最大的缺点在于换相时的电流突变引起的转矩脉动, 导致噪声较大, 但好的控制策略可以大大改善换相噪声. 电动车控制器设计的难点在于电流控制, 本文就电动车控制器设计的一些关键地方加以描述. 关键词:电动车控制器直流无刷电机换相同步整流 概述 电动自行车上使用的电机普遍采用永磁直流电机. 所谓永磁电机, 是指电机线圈采用永磁体激磁, 不采用线圈激磁的方式. 这样就省去了激磁线圈工作时消耗的电能, 提高了电机机电转换效率, 这对使用车载有限能源的电动车来讲, 可以降低行驶电流, 延长续行里程. 永磁直流电机按照电机的通电形式来分, 可分为有刷电机和无刷电机两大类, 有刷电机由于采用机械换相装置导致可靠性和寿命降低, 因此逐渐退出电动车市场. 无刷电机又可分为有传感器和无传感器两类, 对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, 所以现在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. 有位置传感器永磁直流无刷电机按照内部传感器的安装位置不同, 又可分为60度电机和120度电机. 在120°的霍尔信号中, 不可能出现二进制000和111的编码,
所以在一定程度上避免了因霍尔零件故障而导致的误操作. 因为霍尔组件是开漏输出, 高电平依靠电路上的上拉电阻提供, 一旦霍尔零件断电, 霍尔信号输出就是111. 一旦霍尔零件短路, 霍尔信号输出就是000, 而60°的霍尔信号在正常工作时这两种信号均会出现, 所以一定程度上影响了软件判断故障的准确率. 因此目前市面马达已经逐渐舍弃60°相位的霍尔排列. 2. 永磁直流电机基本原理 2.1. 主回路电路 1.
纯电动汽车整车控制器的设计 发表时间：2019-07-05T11:27:03.790Z 来源：《电力设备》2019年第4期作者：王坚 [导读] 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。 （柳州五菱汽车工业有限公司广西柳州 545007） 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 （一）整车控制器结构设计 整车控制器的硬件结构根据其基本的功能需求进行设计，如图1所示。支持芯片正常工作的微控制器最小系统是整车控制器的核心，基础的信号处理模块，CAN通信与串口通信组成的通信接口模块，以及LCD显示等其他模块分别作为它的各大功能模块。 图1 整车控制器硬件结构图 （二）整车控制器硬件设计 从功能上可以把整车控制器分为6个模块。 1）微控制器模块：本设计选用美国德州仪器公司TI的数字信号处理芯片TMS320F2812为主控芯片，负责数据的运算及处理，控制方法的实现，是整车控制器的控制核心。此芯片运算速度快，控制精度高的特点基本满足了整车控制器的设计需求。TMS320F2812的最小系统主要由DSP主控芯片、晶振电路、电源电路以及复位电路组成。 2）辅助电源模块：由于整车控制器的控制系统中用到多种芯片，所以需要设计辅助电源电路为各个芯片提供电源，使其正常工作，因此输出电平有多种规格。采用芯片LM317、LM337可分别产生+5V和－5V的供电电压。 3）信号调理模块：输入整车控制器的踏板信号是1～4.2V模拟电压信号，TMS320F2812的12位16通道的A/D采样模块输入的信号范围为0～3.0V，因此需要对踏板输入的模拟电压信号进行相应的调理运算，以满足DSP的A/D采样电平要求。选用德州仪器的OPA4350轨至轨运算放大器，在输入级采用RC低通滤波电路与电压跟随电路以滤除干扰信号，减小输入的模拟信号失真。开关信号先经RC低通滤波电路滤除高频干扰，再作为电压比较器LM393的正端输入，电压比较器的负端输入接分压电路，将LM393的输出引脚外接光耦芯片，在起到电平转换作用的同时，进一步隔离干扰信号，提高信号的安全性与可靠性。 4）通讯模块：TMS320F2812具有一个eCAN模块，支持CAN2.0B协议，可以实现CAN网络的通讯，但是其仅作为CAN控制器使用。选用3.3V单电源供电运行的CAN发送接收器SN65HVD232D，其兼容TMS320F2812的引脚电平，用于数据速率高达1兆比特每秒（Mbps）的应
单片机原理与应用 课程设计报告 电动车控制器 专业班级：电气工程及其自动化xxx班姓名： 时间： 2010.3.3—3.19 指导教师：xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 2010年 3 月19日
基于单片机的电动车控制器 一．设计要求 （一）基本功能 1.显示：实时显示电瓶的电量；车速 2.线性调速功能： 要求采用传统的手把调速方式（通过线性霍尔传感器），此处对霍尔器件的电压处理要求利用压频转换来代替A/D转换。 3.具备完善的保护功能： 如过载保护、欠压保护、短路保护和防飞车等功能。 （二）扩展功能 1．可增加实时的总里程显示 2．速度具有一定的记忆功能 二．计划完成时间三周 1．第一周完成软件和硬件的整体设计，同时按要求上交设计报告一份。 2．第二周完成软件的具体设计和硬件的制作。 3．第三周完成软件和硬件的联合调试。
目录 1引言 (1) 2总设计方案 (1) 2.1设计思路 (1) 2.2单片机介绍 (1) 2.3设计框图 (1) 3设计原理分析 (2) 3.1硬件设计 (2) 3.1.1最小系统 (2) 3.1.2时速控制电路 (3) 3.1.3驱动电路 (4) 3.1.4过流、欠压保护电路 (4) 3.1.5刹车保护 (4) 3.1.6显示电路 (5) 3.2软件设计 (5) 3.2.1主程序流程 (5) 4结束语 (6) 参考文献 (7) 符录1 (8) 符录2 (9)
基于单片机控制的电动车控制器 电气072班李占业 摘要：本系统由单片机系统、显示系统、驱动系统和数模转换系统组成。通过按键来控制单片机，通过P1口输出的具有时序的方波作为电动车的控制信号，使电动车的里程与转速发生变化，达到对电动车控制的目的。该设计具有结构简单、可靠性高、使用方便、可以实现较复杂的控制、具有较大的灵活性和适应性等特点。 关键词：电动车单片机ADC0809 A44E 1 引言 电动车控制器是用来控制电动车电机的启动、运行、进退、速度、停止以及电动车的其它电子器件的核心控制器件，它就象是电动车的大脑，是电动车上重要的部件。微型计算机的出现给人类生活带来了根本性的变化，使现代科学研究发生了质的飞跃，单片机技术的出现给现代生活带来了一次新的技术革命。本设计主要是设计一个由单片机控制的电动车控制器系统，操作者可通过系统的按钮控制电动车的旋转速度电量和里程。同时为了可以直观的看出电动车的运行状态，其旋转速度和当前电量可以在数码管上显示出来。 2 总体设计方案 2.1 设计思路 根据电动车的工作原理可以知道，电动车控制器是通过霍尔速度转把采集信号，然后通过数模转换将信号传给单片机，利用单片机控制输出用改变功率管控制信号PWM的方法来控制电动车的转速，用霍尔元件A44E安装在车轮上，车轮每转一圈霍尔器件就会给单片机一个脉冲，单片机根据这个脉冲的频率来计算车速并用数码管显示出来，另外为了保护电池当电池电压下降到一定程度的时候要有警示电路（用普通发光二极管警示）。并且要设计配套的刹车保护、欠压保护、过流保护等保护电路。 2.1.1 单片机的选用 单片计算机即单片微型计算机。（Single-Chip Microcomputer ）,是集CPU ,RAM ,ROM ,定时，计数和多种接口于一体的微控制器。随着科学技术的发展，越来越多的智能化产品都用到了单片机。他体积小，成本低，功能强，广泛应用于智能产品和工业自动化上。而51 单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。本设计选用常见的AT89S51。 2.1.2 电动车电机的选用 目前电动车电机普遍采用永磁直流电机。所谓永磁电机，是指电机线圈采用永磁体激磁，不采用线圈激磁的方式。这样就省去了激磁线圈工作时消耗的电能，提高了电机机电转换效率，这对使用车载有限能源的电动车来讲，可以降低行驶电流，延长续行里程。本设计也选用此永磁直流电机。 2.1.3设计框图
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
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
电动车无刷电机控制器软件设计详解作者:谢渊斌原作发表在《电子报2007年合订本》下册版权保留，转帖请注明出处本文以MICROCHIP公司所生产的PIC16F72为基础说明软件编程方面所涉及的要点，此文所涉及的源程序均以PIC的汇编语言为例。由于软件不可避免需与硬件相结合，所以此文可能出现硬件电路图或示意图。本文适合在单片机编程方面有一定经验的读者，有些基础知识恕不一一介绍。我们先列一下电动车无刷马达控制器的基本要求：功能性要求：1.电子换相2.无级调速3.刹车断电4.附加功能a.限速b.1+1助力c.EBS柔性电磁刹车d.定速巡航e.其它功能(消除换相噪
音，倒车等)安全性要求：1.限流驱动2.过流保护3.堵转保护3.电池欠压保护4.节能和降低温升5.附加功能(防盗锁死，温升限制等)6.附加故障检测功能从上面的要求来看，功能性要求和安全性要求的前三项用专用的无刷马达驱动芯片加上适当的外围电路均不难解决，代表芯片是摩托罗拉的MC33035，早期的控制器方案均用该集成块解决。但后来随着竞争加剧，很多厂商都增加了不少附加功能，一些附加功能用硬件来实现就比较困难，所以使用单片机来做控制的控制器迅速取代了硬件电路芯片。但是硬件控制和软件控制有很大的区别，硬件控制的反应速度仅仅受限于逻辑门的开关速度，而软件的运
行则需要时间。要使软件跟得上电机控制的需求，就必须要求软件在最短的时间内能够正确处理换相，电流限制等各种复杂动作，这就涉及到一个对外部信号的采样频率，采样时机，信号的内部处理判断及处理结果的输出，还有一些抗干扰措施等，这些都是软件设计中需要再三仔细考虑的东西。PIC16F72是一款哈佛结构，精简指令集的MCU，由于其数据总线和指令总线分开，总共35条单字指令，0-20M的时钟速度，所以其运算速度和抗干扰性能都非常出色，2K 字长的FLASH程序空间，22个可用的IO 口，同时又附加了3个定时/计数器，5个8位AD口，1个比较/捕捉/脉宽调制器，8个
2005005 电动汽车能量回馈的整车控制 张 毅,杨 林,朱建新,冒晓建,卓 斌 (上海交通大学汽车电子研究所,上海 200030) [摘要] 以4种典型循环工况为例对电动汽车进行能量分析,设计了基于常规汽车制动系统的整车能量回馈控制方式,研究了控制策略,完成了车辆道路试验与标定优化。试验表明,整车能量回馈控制方式与控制策略安全、可靠,且柔顺性良好;利用能量回馈技术,蓄电池能量消耗可减少10%,能有效延长电动汽车的一次充电续驶里程。 关键词:电动汽车,能量回馈,控制策略 The Control Strategy of Energy Regeneration for Electric Vehicle Zhang Yi,Yang Lin,Zhu Jianxin,Mao Xiaojian&Zhuo Bin Instit ute of A utomotive Elect ronic Technology,S hanghai Jiaotong U niversity,S hanghai200030 [Abstract] The energy consumption in four typical vehicle testing cycles(FTP,HWEFT,ECE2EUDC and J P1015)is analyzed for EV.Based on the traditional vehicle braking system,a new regenerative braking scheme and its control strategy are designed.The road testing,calibration and optimization are performed.T est results show that the control scheme and strategy is safe,https://www.doczj.com/doc/941185672.html,ing the regenerating scheme,the energy consumption of battery can re2 duce by10percent and the driving range of EV in one charge can increase effectively. K eyw ords:Electric vehicle,E nergy regeneration,Control strategy 原稿收到日期为2003年12月29日,修改稿收到日期为2004年3月8日。 1 前言 电动汽车采用了新型的汽车动力,如何充分提 高车辆行驶能量效率,进而延长车辆续驶里程,是电 动汽车需要解决的一个关键问题。能量回馈是解决 该问题的主要技术措施。 能量回馈包括车辆制动能量回馈与车辆滑行能 量回馈两种。此时,驱动电机按发电机运行,将车辆 行驶动能转化为电能,可以起到3个作用:辅助制 动;回收能量给动力蓄电池充电,从而延长车辆续驶 里程;在车辆有供热需求时,直接利用这部分电能供 热取暖。 能量回馈制动与电动汽车其它电气制动方式 (主要有能耗制动、反接制动[1])比较,无须改变系 统硬件结构,回馈电流可柔性控制,可使制动效果与 能量回收效果综合最佳。因此,能量回馈是最适合 电动汽车的电气制动方式,其关键是能量回馈的过 程控制。电动汽车的能量回馈控制由整车控制与电 机控制交互作用而实现,作者在电动汽车制动能量 分析的基础上,设计一种能量回馈的整车控制方式, 并进行相应控制策略的研究。 2 制动能量分析 为了进行电动汽车能量回馈控制,需首先探明 其在各种用途中的制动能量回馈潜力。作者分别以 美国F TP工况、高速公路HFET工况、欧洲城市循 环ECE2EUDC工况和日本J P10154种循环工况为 例,进行制动能量的分析。 4种循环工况的驱动与制动能量如图1所示, 可见在这4种循环工况中,制动能量都占了不小的 比例,其中J P1015工况为2517%,ECE2EUDC工况 为18%,HFET工况为6%,F TP为25%。 回馈能量还与制动方式和回馈系统各环节的效 率因子有关[2]。电动汽车的制动方式包括:电气制2005年(第27卷)第1期 汽 车 工 程 Automotive Engineering 2005(Vol.27)No.1
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。
毕业设计说明书 题目：电动自行车控制器设计 英文题目;Design of electric bicycle controller
目录 摘要 (2) 英文摘要 (2) 第一章引言 (3) 1.1电动自行车的意义及发展状况 (3) 1.1.1自行车的历史背影及意义 (3) 1.1.2 电动自行车的优点 (4) 1.1.3电动自行车的发展前景 (4) 第二章控制器系统的分析 (5) 2.1 智能控制器的系统框图 (5) 2.2 系统主要硬件介绍 (6) 2.2.1 无刷直流电动机 (6) 2.2.2 AT89C51 (8) 2.2.3 MC14585B和CD4040B (9) 2.3 系统具体实现方法 (10) 2.3.1 无刷直流电动机的调速 (11) 2.3.2 测速电路 (13) 2.3.3 速度预置与显示 (14) 2.3.4 电机驱动电路 (15) 2.3.5 无刷直流电动机及控制器的保护 (16) 第三章系统软件设计 (18)
第四章结束语 (20) 参考文献 (21) 附录 (22) 摘要 电动自行车用于轻便灵活，节能环保，价格适中而得到人们的广泛使用，成为人们短途出行的理想交通工具。同时中国具有庞大的自行车市场，电动自行车产业在中国有着非常广阔的应用前景，因此发展电动自行车具有良好的社会意义和客观的经济效益 基于单片机系统为核心的，以无刷直流电动机驱动的电动自行车智能控制器的设计方案。该系统包括PWM控制方案、速度测量和显示方案、刹车控制方案和电路保护方案等。本设计主要是以单片机为核心，特别采用软硬件相结合的方式，可以极提高系统的安全性和可靠性。 关键词：电动自行车；智能控制；脉冲宽度调制；单片机；电机保护 Abstrac t Electric bicycle for portable and flexible, energy-saving environmental protection, moderate in price and are widely used in people, an ideal vehicle for the people in the travel. At the same time, China has a huge market of bicycle, electric bicycle industry
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
目录 摘要 (1) 第一章绪论 1.1纯电动汽车在国内的发展状况 (3) 1.2 国外电动汽车发展现状 (3) 1.3 本课题的任务和主要工作 (4) 第二章他励电动机的控制理论基础 2．1他励直流电动机的调速与制动 (5) 2．1．1直流电动机电枢电动势和电磁转矩 (5) 2．1．2 他励直流电动机的机械特性 (6) 第三章系统的硬件设计 3．1系统硬件的整体设计方案 (10) 3．2主控制器MCU的介绍 (10) 3．2．1 MCU的选择 (10) 3．2．2 ATmega64的特性与内部结构 (11) 3．3开关电源模块 (12) 3．4电流检测模块 (13) 3．5驱动电路的设计 (16) 3．6电压检测电路 (17) 3．7温度检测电路 (18) 3．8加减速踏板信号检测电路 (19) 3．9 开关量输入信号 (20) 3．10蜂鸣器报警电路 (20) 3．11通讯模块电路设计 (21) 3．12硬件抗干扰的设计 (22) 3．13本章小结 (23) 第四章系统的软件设计 4.1 电动汽车的控制策略研
电动车控制器原理及设计
摘要：电动车控制器如同电动车的大脑，是电动车的重要组成部件，它控制着电动车的启动、运行、速度、进退、停止以及电动车的其他电子器件。直流电机、电力电子、数字电子、模拟电子、单片机等学科的相关知识在电动车控制器中都有所体现。本文先从控制器在电动车中的功能入手，进而研究其运行的原理。在这一过程中，回顾大学四年之所学，以达融会贯通之目的。 关键词：控制器功能原理专业知识
一、电动车控制器的功能 (4) 1、概述 (4) 2、控制器的具体功能 (5) 二、电动车控制器的原理 (7) 1、控制器控制系统原理 (7) 2、控制器内部电路 (8) ①PWM（pulse width modulation）电路 (9) ②电机驱动电路 (11) ③霍尔电路 (11) ④稳压电源电路 (13) ⑤蓄电池放电指示电路 (13) ⑥蓄电池过放电保护电路 (14) ⑦电机过流保护电路 (14) ⑧制动保护电路 (15)
一、电动车控制器的功能 1、概述 电动车控制器是用来控制电动车电动机的启动、运行、进退、速度、停止以及电动车的其他电子器件的核心控制器件，它就像电动车的大脑，是电动车上的重要部件。电动车从目前来看主要包括电动自行车、电动二轮摩托车、电动三轮车、电动三轮摩托车、电动四轮车等，电动车控制器也因为不同的车型而有不同的性能和特点。 电动车控制器以功率大小可以分为大功率、中功率、小功率三类。电动自行车使用小功率，三轮车和电摩托使用中功率和大功率的。从使用的直流电机类型来看，可分为有刷和无刷两大类。 图1-1 -1控制器外观
图1-1-2 控制器内部器件布置 2、控制器的具体功能 随着电动车应用的推广和发展，对控制器功能的要求越来越高，越来越多元化。目前流行的电动车大都采用直流电机，对直流电机调速的控制方式主要为PWM（pulse width modulation脉宽调制）。因而电动车控制器的核心是脉宽调制器。一款完善的电动车控制器一般要具备以下功能 1、速度调节 2、电机过流保护 3、电瓶欠压保护 4、刹车断电 5、电量显示 具体包括以下功能：防飞车、巡航（自动、手动）、助力、反充电功能、柔性EABS刹车功能、防盗、欠压保护、过载保护功能、自动识别相位、转堵保护功能、分档式行驶功能、零启动功能、低噪声控制功能、短路保护功能、 ◆防飞车 转手把到任意位置，然后观点电源锁或关掉开关，手把保持不动，打开电源锁或电源，电机保持不转；放开手把，然后转动手把，电机开始转动。 ◆自动巡航 维持调速转把到任意位置并保持不变，几秒（一般为8秒）钟后，电机进入巡航状态，即维持原来的速度自动巡航，刹车断电后，退出巡航状态。 ◆手动巡航 骑行时，按一下巡航按钮（触发式，接地有效），进入巡航状态，巡航按钮或刹车断电后，退出巡航状态。 ◆助力 在电动车上装助力发生器，当人踩踏板时，根据人踩踏板时的速度，控制器自动控制电