微型纯电动汽车电驱动控制系统的设计与研究

【摘要】：本文在对目前多种微型电动汽车电驱动控制系统对比分析的基础上,选择直流无刷电机驱动作为研究对象,完成了一种较为实用的微型纯电动车电驱动控制系统包括硬件和软件在内的整体设计。本文的主要研究内容有: 1)设计了微型纯电动车电驱动控制系统整体方案。传统微型车主控制器通常只有电机控制器,它不仅控制电机,还作为整车控制器控制整车其它部件。而本文采用的方案是单独设计整车控制器和电机驱动控制器,这样的设计不仅增强了电机控制的稳定性和安全性,而且可以实现整车控制器软件中更多的复杂控制策略。 2)选用MC9S12系列单片机设计整车控制器。软件设计方面为了提高开发效率,主程序不再使用传统软件设计中常用的前后台程序,而是采用μC/OS-II多任务实时操作系统,模块化设计整车安全控制、信号采集处理、CAN通信、测试任务。针对城市工况,本课题提出了低速行驶下制动能量回收策略,有效地提高了回收效率。针对CAN网络失效情况下油门、刹车等基本控制问题,本文根据傅立叶变换理论,硬件上设计PWM信号转换模拟信号电路,大大提高了整机的安全系数。 3)总线通信协议采用J1939协议。使用C Sharp语言对USB-CAN测试模块软件部分进行二次开发,软件可以更加直观地显示各控制器重要参数信息。 4)对直流无刷电机进行数学建模,本文通过数学计算分析控制参数对整机性能的影响,并结合对驱动电机的需求分析、功能定义、接口设计,最终完成对无刷电机的软件和硬件设计。 5)使用了Simulink环境下电力电子系统仿真工具箱,结合工具箱中已有的电池模块、电机模块和三相全桥逆变模块,对无刷电机控制模块进行建模。在电机驱动、制动回收工况下对无刷电机及其驱动控制系统进行仿真分析。 【关键词】：微型电动汽车 电驱动 整车控制器 无刷电机控制器
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：U469.72;U463.6
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-7
• 目录7-10
• 图、表清单10-14
• 第一章绪论14-20
• 1.1 引言14
• 1.2 微型纯电动汽车研究背景及其意义14-15
• 1.3 微型电动汽车发展现状15-17
• 1.3.1 国外微型电动汽车发展现状15-16
• 1.3.2 国内微型电动汽车发展现状16-17
• 1.4 微型电动汽车电控系统发展概况17-18
• 1.5 微型电动汽车电机驱动系统概述18-19
• 1.6 本文的研究内容19-20
• 第二章电动汽车电驱动控制系统分析20-27
• 2.1 电动汽车电驱动控制系统方案20
• 2.2 整车运行状态分析20-22
• 2.3 整车控制器设计分析22-24
• 2.3.1 需求分析22-23
• 2.3.2 外部接口设计23-24
• 2.3.3 检测功能定义24
• 2.4 电机驱动控制器设计分析24-26
• 2.4.1 需求分析24-25
• 2.4.2 保护功能定义25
• 2.4.3 接口设计25-26
• 2.5 本章小结26-27
• 第三章整车控制器硬件设计27-41
• 3.1 ECU 选取27-28
• 3.2 ECU 最小系统设计28-29
• 3.3 CAN 通信模块29-34
• 3.3.1 CAN 网络概述29-30
• 3.3.2 基于SAE J1939 协议CAN 网络应用层设计30-32
• 3.3.3 控制器CAN 总线设计32-34
• 3.3.4 电路设计34
• 3.4 车速采集电路设计34-36
• 3.4.1 外设模块概述34-35
• 3.4.2 电路设计35-36
• 3.5 A/D 转换电路设计36-37
• 3.6 故障模式下D/A 输出37-39
• 3.6.1 MC9S12 系列PWM 模块概述37-38
• 3.6.2 PWM 的D/A 实现理论38
• 3.6.3 PWM 的D/A 电路实现38-39
• 3.7 RS232 串口通信硬件电路设计39-40
• 3.8 本章小结40-41
• 第四章 整车控制器控制系统软件设计41-53
• 4.1 uC/OS-Ⅱ 实时操作系统概述41
• 4.2 主程序设计分析41-43
• 4.2.1 任务分配需求分析41-42
• 4.2.2 主程序流程分析42-43
• 4.2.3 信号量设计分析43
• 4.3 硬件初始化43-44
• 4.4 中断服务程序44-46
• 4.5 系统应用程序46-50
• 4.5.1 主控制任务46-47
• 4.5.2 A/D 处理任务47-49
• 4.5.3 CAN 发送任务49-50
• 4.6 上位机软件设计50-52
• 4.6.1 软件的方案50-52
• 4.6.2 界面设计52
• 4.7 本章小结52-53
• 第五章 电机驱动控制器设计53-66
• 5.1 直流无刷电机控制原理53-56
• 5.1.1 驱动原理54
• 5.1.2 制动回收原理54-56
• 5.2 BLDC 硬件电路设计56-60
• 5.2.1 ECU 选取56-57
• 5.2.2 驱动电路设计57-58
• 5.2.3 三相全桥逆变电路58-59
• 5.2.4 A/D 转换电路59-60
• 5.3 BLDC 软件设计60-65
• 5.3.1 整机运行模式60
• 5.3.2 程序流程60-61
• 5.3.3 硬件初始化61
• 5.3.4 主程序内容61-62
• 5.3.5 中断程序62-64
• 5.3.6 保护程序64-65
• 5.4 本章小结65-66
• 第六章 无刷电机电驱动系统仿真66-75
• 6.1 直流无刷电机数学模型创建66-69
• 6.1.1 直流无刷电机的数学建模66-67
• 6.1.2 驱动模式分析67
• 6.1.3 制动回收模式分析67-69
• 6.2 逻辑换相模型设计69-71
• 6.2.1 解码器模型创建69-70
• 6.2.2 换向模型创建70-71
• 6.3 控制模型创建71-72
• 6.4 仿真结果分析72-74
• 6.5 本章小结74-75
• 第七章 总结与展望75-77
• 7.1 全文总结75-76
• 7.2 展望76-77
• 参考文献77-80
• 致谢80-81
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文81

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