純電動(dòng)汽車整車控制器設(shè)計(jì)

I 純電動(dòng)汽車整車控制器設(shè)計(jì) 摘要 ： 當(dāng)今世界由于環(huán)境問題和能源問題日益突出，使用電動(dòng)汽車已經(jīng)成為了趨勢，電動(dòng)車行業(yè)輪轂電機(jī)的使用已經(jīng)非常廣泛，但是電動(dòng)汽車控制器的研發(fā)和使用尚未完善，本課題設(shè)計(jì)內(nèi)就是以輪轂電機(jī)為動(dòng)力的電動(dòng)汽車整車控制器。 本課題對純電動(dòng)汽車控制系統(tǒng)分析和研究，對整車控制器輸入輸出信號(hào)的類型和功能來明確整車控制器的設(shè)計(jì)要求及控制器的設(shè)計(jì)要求 本課題首先選定片為純電動(dòng)汽車控制器 ,使用軟件 純電動(dòng)汽車的整車控制器的硬件進(jìn)行設(shè)計(jì)。然后結(jié)合分層設(shè)計(jì)思路 和模塊化設(shè)計(jì)思路，對純電動(dòng)汽車的整車控制器的軟件架構(gòu)、軟件主程序進(jìn)行構(gòu)思設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了純電動(dòng)汽車整車控制器各模塊的功能和作用。 關(guān)鍵詞： 純電動(dòng)； 轂電機(jī)；控制器 of to of a of is of is is a as of of of of of as to of of of of of 錄 摘要 . I . 錄 . 緒論 . 1 電動(dòng)汽車發(fā)展現(xiàn)狀 . 1 電動(dòng)汽車關(guān)鍵技術(shù) . 2 電動(dòng)汽車的電子控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀 . 5 文的主要工作內(nèi)容 . 9 2 純電動(dòng)汽車 控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) . 10 電動(dòng)汽車行駛工況分析 . 10 工況控制策略研究 . 10 電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析 . 12 電動(dòng)汽車控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) . 14 電動(dòng)汽車控制器設(shè)計(jì)方案 . 16 3 純電動(dòng)汽車整車控制器硬件設(shè)計(jì) . 19 車控制器 型設(shè)計(jì) . 19 小系統(tǒng)設(shè)計(jì) . 19 電電路 . 19 鐘電路 . 20 號(hào)處理電路 . 21 關(guān)信號(hào)處理電路 . 21 板信號(hào)處理電路 . 21 訊接口電路 . 22 4 純電動(dòng)汽車整車控制器軟件開發(fā) . 25 制器軟件架構(gòu)總體設(shè)計(jì) . 25 制器底層軟件開發(fā) . 27 初始化子程序 . 27 號(hào)采集處理子程序 . 28 訊接口子程序 . 31 參 考 文 獻(xiàn) . 33 致 謝 . 34 1 1 緒論 電動(dòng)汽車發(fā)展現(xiàn)狀 大家都知道，當(dāng)今世界能源問題和環(huán)保問題的日益突出，隨之而來的就是新能源的開發(fā)和利用，新能源中電能幾乎是最清潔的燃料，因?yàn)樗谑褂眠^程中幾乎沒有污染，現(xiàn)在人們的正常生活離不開汽車，燃油汽車的如果能夠被取締，那么將大大的有利于能源的節(jié)約和環(huán)境的保護(hù)，因?yàn)榧冸妱?dòng)汽車 1的出現(xiàn)時(shí)必然的。純電動(dòng)汽車比普通燃油汽車有優(yōu)點(diǎn)如下： 1） 純電動(dòng)汽車有高的利用能量率 ，“零”污染。 2） 電動(dòng)汽車有著更加合理的能量回收裝置，在制動(dòng)時(shí)， 電能可以回收到蓄電池中，不會(huì)有燃油汽車那種怠速時(shí)仍然消耗能量的缺陷。 3） 電動(dòng)汽車沒有燃油汽車復(fù)雜的的發(fā)動(dòng)機(jī)，離合器等動(dòng)力傳輸機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)簡化，操作簡單。 4） 電動(dòng)汽車的轉(zhuǎn)矩輸出更加迅速快捷，所以起步快，動(dòng)力性能好。 5） 電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)簡單，多線束、多電路，更容易實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向操作和四驅(qū)布置。 自從 1883 年 10 月 1 日，科爾本茨制造了世界上第一臺(tái)汽車起，一直有許多人構(gòu)思著純電動(dòng)汽車的研發(fā)和制造，但是由于當(dāng)時(shí)燃油車所需的燃料簡單、廉價(jià)而且使用方便，所以很快地大量推廣和使用。上世紀(jì)末，由于工業(yè)發(fā)展消耗了大量的不 可再生能源，溫室效應(yīng)嚴(yán)重，生態(tài)破壞日益嚴(yán)重，純電動(dòng)汽車又被許多人所重視。20 世紀(jì)初，許多大的汽車企業(yè)使用許多的經(jīng)費(fèi)來研究和制造純電動(dòng)汽車，如福特投入生產(chǎn) 用投資研發(fā)的 、豐田創(chuàng)新設(shè)計(jì)的 田研發(fā)生產(chǎn)的的 些公司不但付出了巨大的資金來研發(fā)純電動(dòng)汽車而且完整研發(fā)一輛純電動(dòng)汽車需要消耗了很多的時(shí)間，有時(shí)候即使時(shí)間和資金全部投入了，并不一定能見到回報(bào)。但是為了把握汽車向純電動(dòng)方向發(fā)展的趨勢和引領(lǐng)世界的潮流，更為關(guān)鍵的是為節(jié)能和 環(huán)保作了巨大貢獻(xiàn)，這些都是值得的。 電動(dòng)汽車包括純電動(dòng)、混合動(dòng)力電動(dòng)（傳統(tǒng)轉(zhuǎn)為純電動(dòng)的中間產(chǎn)物）和燃料電池三個(gè)分支，顯而易見，由于純電動(dòng)汽車具有高的效率、零排放、低的噪聲、節(jié)能等先天的優(yōu)勢，純電動(dòng)是趨勢和潮流，純電動(dòng)汽車將是未來占領(lǐng)汽車市場的主力軍。 業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為純電動(dòng)汽車的研發(fā)過程最早是在美國等發(fā)達(dá)國家，研發(fā)過程在日 2 本、中國等國家不斷延伸和擴(kuò)張。美、德、法由于開始較前，因而純電動(dòng)汽車技術(shù)比較先進(jìn)。相比而言，我國純電動(dòng)汽車研發(fā)起步較晚，所以我國制定了許多積極的政策和制度去讓人們研究開發(fā)，現(xiàn)在我國的純電動(dòng)汽車 的研發(fā)在國內(nèi)各大汽車企業(yè)如火如荼地進(jìn)行，例如比亞迪 2投資研發(fā)的秦、比亞迪唐、比亞迪宋等純電動(dòng)汽車，最值得關(guān)注的是比亞迪 經(jīng)在國內(nèi)許多大城市里充當(dāng)了出租車的角色，據(jù)官方統(tǒng)計(jì)顯示，比亞迪 續(xù)航里程可以達(dá)到 400 多公里，最大速度可達(dá) 140Km/h,可見比亞迪公司研發(fā)的純電動(dòng)汽車已經(jīng)達(dá)到了全球的靠前面的水平。我國自主研發(fā)的純電動(dòng)汽車雖然沒有發(fā)達(dá)國家的續(xù)航遠(yuǎn)、速度快、穩(wěn)定性能高，但是我國國內(nèi)的各大汽車研發(fā)機(jī)構(gòu)的的研發(fā)勁頭十足，國內(nèi)純電動(dòng)汽車已經(jīng)形成了百家爭鳴、百花齊放的良好發(fā)展?fàn)顟B(tài)。 術(shù) 純電動(dòng)汽車是一個(gè)包括了機(jī)械、計(jì)算機(jī)、能源、電子等很多的先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的集合產(chǎn)品，要想實(shí)現(xiàn)純電動(dòng)汽車環(huán)保、節(jié)能、續(xù)航遠(yuǎn)、速度高而且穩(wěn)定性能好，需要我們攻克如動(dòng)力電池技術(shù)、動(dòng)力電機(jī)技術(shù)以及整車控制器等許多的先進(jìn)技術(shù)堡壘。 1） 動(dòng)力電池技術(shù) 純電動(dòng)汽車要想在未來激烈的汽車行業(yè)中興起，必須要有較大的比功率和比能量而且長得使用壽命的高效動(dòng)力電池?；仡櫦冸妱?dòng)汽車的動(dòng)力電池的發(fā)展，可以按照其更新歷程分為三步：一代鉛酸汽車動(dòng)力電池，二代堿性汽車動(dòng)力電池和三代燃料動(dòng)力電池 3。 第一代鉛酸動(dòng)力 電池的表能量高，放電率高，最重要的是生產(chǎn)成本低，價(jià)格便宜，所以可以在市面上大量流通和使用，特別，市面上銷量最好的動(dòng)力電池是閥控鉛酸（ 第二代堿性動(dòng)力電池的性能比鉛酸電池更好，有著更大的比能量 (E)和比功率(P)，最重要的是能量密度 (遠(yuǎn)超過了鉛酸動(dòng)力電池，堿性電池主要包括以下幾類：鎳氫 (鎳 (鈉硫 (), 離子 (鋅空氣 (總的來說，堿性電池各個(gè)方面的性能都優(yōu)于鉛酸電池，堿性電池在電動(dòng)自行車和電池汽車上的使用都大大地增加 了車的動(dòng)力性能和車的續(xù)航里程，但是由于它的造價(jià)成本高，使用環(huán)境要求比較苛刻，所以并沒有鉛酸電池使用廣泛，但是只要技術(shù)有突破 3 時(shí)，成本降低的堿性電池的銷量絕對可以超過鉛酸性的。 第三代燃料電池是目前為止，世界上最先進(jìn)的電池，只有在美國等少數(shù)發(fā)達(dá)國家有使用，燃料電池直接將燃燒產(chǎn)生的化學(xué)熱能轉(zhuǎn)化為熱能，實(shí)現(xiàn)了最快速的能量的轉(zhuǎn)化使用，燃料電池的比能量和比功率都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了鉛酸電池和堿性電池，燃料電池的轉(zhuǎn)化效率也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出了鉛酸電池和堿性電池，它的優(yōu)點(diǎn)不僅僅于此，燃料電池還可以實(shí)現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)的能力轉(zhuǎn)化的過程控制，這 在電池技術(shù)中具有突破性的里程碑的意義，此項(xiàng)動(dòng)力電池技術(shù)應(yīng)用到電動(dòng)汽車上，可以實(shí)現(xiàn)在需要電時(shí)燃料電池工作產(chǎn)生電量，在不需要電量時(shí)，燃料電池停止化學(xué)反應(yīng)，燃料停止燃燒，減少不必要的能源浪費(fèi)?？傮w來說，燃料電池的各個(gè)方面性能都是最優(yōu)的，但是優(yōu)于目前的燃料電池的技術(shù)不夠完善，研發(fā)仍然在攻堅(jiān)階段，并且制造成本極高，并沒有得到大量推廣和使用。 2) 電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制技術(shù) 電機(jī)和驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)的先進(jìn)與否直接決定了純電動(dòng)汽車的動(dòng)力的優(yōu)與差，一般情況下，考察一個(gè)他的動(dòng)力性能的優(yōu)差通常從以下幾個(gè)方面入手：啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩、調(diào)速范圍 、最高轉(zhuǎn)速、傳動(dòng)效率、制動(dòng)能量回收率和加速最大轉(zhuǎn)矩等。一套性能優(yōu)良的電機(jī)以及其驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)往往擁有如下性能：大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩、體小量小、大的調(diào)速范圍、高的轉(zhuǎn)速、強(qiáng)的動(dòng)態(tài)制動(dòng)、高的效率以及能量的回饋等。市面上常見的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的類型：直流、永磁無刷、感應(yīng)和開關(guān)磁阻，下面我們分別介紹它們的工作特性。 直流電動(dòng)機(jī) (世界上，目前為止使用最為廣泛，最為流行的電動(dòng)機(jī)，因?yàn)樗鼘﹄姵匦阅芤蟮?，對工作環(huán)境要求低，而且輸出轉(zhuǎn)矩相對來說還算穩(wěn)定，工作性能較優(yōu)良，所以常常應(yīng)用在對工作要求不高的地方，純電動(dòng)汽車上也有使用。 永磁 無刷電動(dòng)機(jī) (照驅(qū)動(dòng)類型分為無刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng) (無刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)印（ 前者屬于方波驅(qū)動(dòng)，后者屬于正弦波驅(qū)動(dòng)，都具有較高的工作效率和能量密度，因?yàn)樗脑O(shè)計(jì)體積小，所以整體慣性小，因?yàn)樗姆磻?yīng)比較迅速，所以很適合與純電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，在純電動(dòng)汽車上廣泛使用，采用矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制，有著很好的發(fā)展前景，西方發(fā)達(dá)國家，日本等國家的純電動(dòng)汽車經(jīng)常使用此類電動(dòng)機(jī)作為純電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 感應(yīng)電動(dòng)機(jī) (發(fā)達(dá)國家的純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中也經(jīng)?？梢?，采用矢量控 4 制和直接轉(zhuǎn)矩控制 。感應(yīng)電動(dòng)機(jī) (結(jié)構(gòu)較前者更為簡單，反應(yīng)更急迅速，而且控制方便，所以也有著很好的發(fā)展前景。 開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī) (驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)選擇中一直以來都備受爭議，因?yàn)樗S多優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)于一身，所以工程師在設(shè)計(jì)選擇純電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)時(shí)經(jīng)常很糾結(jié)。開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī) (優(yōu)點(diǎn)有反應(yīng)靈敏，速度范圍寬，控制簡單而且制造成本低，他的綜合優(yōu)點(diǎn)比上述三個(gè)都多，但是它的缺點(diǎn)也很多，比較轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩較大時(shí)容易產(chǎn)生波動(dòng)和噪音，低速時(shí)轉(zhuǎn)矩輸出不足。 3) 能量管理技術(shù) 能力 回收 系統(tǒng)也是純電動(dòng)汽車的一個(gè)重要系統(tǒng)，它同純電動(dòng)汽車的動(dòng)力 電池和電動(dòng)機(jī)一樣直接決定著汽車的動(dòng)力性能。能量管理系統(tǒng)顧名思義就是負(fù)責(zé)管理純電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的系統(tǒng)，他主要功能是合理地分配動(dòng)力電池的電能，把有限的汽車電量進(jìn)行最大化的使用，以使汽車的續(xù)航里程達(dá)到最大而且使動(dòng)力輸出最穩(wěn)定。一款純電動(dòng)汽車，如果有著很好的動(dòng)力電池并且有著功能完善的電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，可是如果此電動(dòng)汽車的能量管理系統(tǒng)不完善，就會(huì)照成大量的能力浪費(fèi)，即使動(dòng)力電池的容量再大也抵不住浪費(fèi)，技術(shù)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)再完善也怕動(dòng)力電池沒有電量輸入，由此可見能量管理系統(tǒng)技術(shù)的先進(jìn)與否至關(guān)重要，良好的能量管理系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)主要有 以下幾個(gè)：可以根據(jù)工作工況發(fā)出最優(yōu)的加速命令和制動(dòng)命令；可以根據(jù)動(dòng)力電池剩余電量實(shí)時(shí)地進(jìn)行節(jié)能控制；可以根據(jù)純電動(dòng)汽車用電設(shè)備情況和動(dòng)力電池剩余電量合理分配各部分所使用的電量。 4) 整車網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù) 總所周知，一輛汽車的高端與否，關(guān)鍵是看這個(gè)車上的與先進(jìn)科技有關(guān)的電器設(shè)備的多與少，汽車先進(jìn)的電器設(shè)備多的汽車一般都屬于中高端型車系，而汽車電器設(shè)備的正常工作就設(shè)計(jì)到了整車的網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)。汽車網(wǎng)絡(luò)通訊正常是汽車電氣設(shè)備正常工作前提和基礎(chǔ)，純電動(dòng)汽車的整車網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)是現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)技術(shù)中領(lǐng)先的科學(xué)技術(shù)，我 們生活中可見的 統(tǒng)、 統(tǒng)、傳感執(zhí)行系統(tǒng)等都涉及到了整車的網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，因?yàn)檫@些系統(tǒng)與 者 線相連，間接與整車控制器相連，整車網(wǎng)絡(luò)通信使得整車各個(gè)電器和控制單元進(jìn)行了實(shí)時(shí)的信息互動(dòng)和資源共享。隨著車身電器設(shè)備的不斷增加，整車控制網(wǎng)絡(luò)會(huì)越來越復(fù)雜，這就更加需要整車網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的不斷進(jìn)步和改善，所以說，未來純電動(dòng)汽車的整車網(wǎng)絡(luò) 5 通訊技術(shù)的發(fā)展前景也是很大的。 5) 整車控制器 整車控制器 (純電動(dòng)汽車關(guān)鍵核心，整車控制器的功能主要包括確保汽車的轉(zhuǎn)向、制 動(dòng)、起步、加速等的正常行駛，確保汽車動(dòng)力的穩(wěn)定輸出，確保純電動(dòng)汽車制動(dòng)時(shí)能量的合理回收，除此之外，當(dāng)汽車出現(xiàn)故障時(shí)，還可以對汽車的故障進(jìn)行智能的分析和處理，確保汽車的安全和平穩(wěn)的行駛，它的主要作用通過對軟件的操控實(shí)現(xiàn)衡量整車的功能等級(jí)和衡量整車的控制系統(tǒng)，通過向不同的控制單元發(fā)送不同的命令來實(shí)現(xiàn)對各個(gè)部件的合理的、協(xié)調(diào)的工作。純電動(dòng)汽車的整車控制器的地位非常重要，如果它出了問題，那么純電動(dòng)汽車將無法安全行駛。 1) 國外研究現(xiàn)狀 前面我們已經(jīng)了解到了電動(dòng)汽車研發(fā)的必 要性和迫切性，隨著這種發(fā)展趨勢，全球已經(jīng)有很多汽車行業(yè)著手研究和開發(fā)純電動(dòng)汽車，至于純電動(dòng)系統(tǒng)的整車控制系統(tǒng)，美國的開發(fā)和研究技術(shù)最為先進(jìn)，日本由于資源匱乏，對純電動(dòng)的研究投入很大，日本豐田的整車控制器的設(shè)計(jì)也趨于了世界的先進(jìn)地位，下面列舉三個(gè)日本純電動(dòng)汽車的整車控制結(jié)構(gòu)示意圖。 圖 1一豐田的整車控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，這個(gè)是從日本豐田公司提供的新概念的電動(dòng)汽車資料，資料顯示，這個(gè)純電動(dòng)汽車的后輪電機(jī)都是采用了輪轂，所以是后輪驅(qū)動(dòng)的，此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以把駕駛室發(fā)出的操作信號(hào)和汽車自身傳感器所采集的信號(hào)進(jìn)行整 合分析，然后再將信號(hào)輸出給各個(gè)部位控制器進(jìn)行汽車行駛操作控制。 圖 1日立的整車控制結(jié)構(gòu)示意圖，該純電動(dòng)電動(dòng)的整車控制器相當(dāng)智能，可以通過不同的行駛工況，智能識(shí)別各類信號(hào)，進(jìn)行自動(dòng)控制行駛。它的四個(gè)車輪兩類不同的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，這樣就可以實(shí)現(xiàn)了純電動(dòng)汽車的四輪驅(qū)動(dòng)模式，它的前輪使用的是永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)，它的后輪使用的是感應(yīng)電機(jī)，四輪驅(qū)動(dòng)，兩類電機(jī)驅(qū)動(dòng)在整車控制器的接受不同的工況信號(hào)的前提下實(shí)現(xiàn)了最佳的行駛操作的控制，當(dāng)然這種設(shè)計(jì)復(fù)雜，雖然高度智能，但是設(shè)計(jì)和制造的成本高，而且對純電動(dòng)汽車的整車控制系統(tǒng)要 求嚴(yán)格，因此，只有在高端的純電動(dòng)汽車上才得以使用。 圖 1日產(chǎn)公司的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。這個(gè)整車控制系統(tǒng)包括了許多個(gè)不 6 同的控制單元，整車控制器通過收集不同的控制信號(hào)，進(jìn)行大量信息的綜合匯總處理，結(jié)合各個(gè)傳感器接受的行駛狀態(tài)反饋，進(jìn)行汽車穩(wěn)定安全行駛的控制，由于此類整車控制器比前面兩類收集和處理的信號(hào)更為復(fù)雜，所以此類控制器對 工作性能要求更高。 圖 1田公司 圖 1立公司 7 圖 1產(chǎn)公司 總之，國外的純電動(dòng)汽車的發(fā)展 較為先進(jìn)，整車控制器的類型已經(jīng)很多，技術(shù)相對成熟了許多，一個(gè)整車控制器可以實(shí)現(xiàn)控制不同驅(qū)動(dòng)類型的不同車輪，以及結(jié)合各個(gè)復(fù)雜的工作狀況，實(shí)現(xiàn)各個(gè)部位的協(xié)調(diào)工作，實(shí)現(xiàn)純電動(dòng)汽車在不同工況下的穩(wěn)定的工作。 2) 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 隨著國內(nèi)工業(yè)的快速發(fā)展，污染日益突出，所以國內(nèi)也興起了純電動(dòng)汽車的開發(fā)和研究，相對美國等發(fā)達(dá)國家，國內(nèi)的純電動(dòng)技術(shù)不是很先進(jìn)，但是相關(guān)的研究和開發(fā)發(fā)展迅速，如長安的純電動(dòng)汽車奔奔 城的純電動(dòng)汽車騰 如圖是中國一汽和中國汽車技術(shù)研發(fā)中心聯(lián)合開發(fā)的 電動(dòng)汽車，它 的整車控制系統(tǒng)如圖 1示。 此純電動(dòng)汽車?yán)昧爽F(xiàn)在流行的 線通訊，選擇集中電機(jī)驅(qū)動(dòng)。它的整車控制器可以采集到汽車上的各個(gè)控制單元的數(shù)據(jù)信號(hào)，能夠準(zhǔn)確合理的判斷汽車的行駛工況，進(jìn)而進(jìn)行最合理的控制操作，確保了純電動(dòng)汽車在各個(gè)不同的復(fù)雜的路面上面安全行駛。 8 圖 1國內(nèi)純電動(dòng)汽車的大多采用整車控制器控制的多電機(jī)驅(qū)動(dòng)形式，這種設(shè)計(jì)雖然簡單成本低、易推廣和操作簡單等優(yōu)點(diǎn)，但是使用性能和發(fā)達(dá)國家的純電動(dòng)汽車使用的輪轂電機(jī)還是很有差距的，現(xiàn)在我國正在大力研究輪轂電機(jī)與純電 動(dòng)汽車整車控制器的結(jié)合使用的研究。 但是不管是國內(nèi)和國外對純電動(dòng)汽車的研究，整車控制器都是純電動(dòng)汽車關(guān)鍵技術(shù)，歸納整車控制器功能和原理，總結(jié)本課題設(shè)計(jì)整車控制器的要求有以下幾點(diǎn)： 1) 整車控制器首先要滿足安全行駛的控制意圖，因?yàn)槊鎸Φ墓r復(fù)雜，控制器首先要在識(shí)別行駛工況的前提下，接受駕駛員的操作信號(hào)，進(jìn)行合理的控制車輛安全行駛。 2) 整車控制器還要滿足在制動(dòng)時(shí)的能量回收功能，因?yàn)榧冸妱?dòng)汽車的全部能力都來自動(dòng)力電池，可以說電量是相當(dāng)寶貴的，一般情況下，在制動(dòng)過程中都會(huì)造成能力的浪費(fèi)，所以純 電動(dòng)汽車的整車控制器要能合理識(shí)別制動(dòng)信號(hào)，及時(shí)切斷動(dòng)力輸出，和電量的消耗，并且把制動(dòng)所帶來的化學(xué)能及時(shí)地轉(zhuǎn)化為電能進(jìn)行，方便回收再利用。 3) 整車控制器要實(shí)現(xiàn)合理的能力優(yōu)化分配和最佳的管理，因?yàn)榧冸妱?dòng)汽車的 9 電器設(shè)備較多，而動(dòng)力電池是唯一的動(dòng)力源泉，整車控制器要做到在不影響行駛里程和汽車動(dòng)力性能的前提下，進(jìn)行合理的電量分配。 4) 整車控制器要有實(shí)時(shí)的故障診斷和故障分析能力，因?yàn)樵谛旭偸褂眠^程中，難免會(huì)產(chǎn)生故障和問題，如果整車控制器不能實(shí)時(shí)地進(jìn)行故障診斷和分析，很可能會(huì)造成不必要的財(cái)產(chǎn)損失，甚至是生命代價(jià)， 所以這個(gè)功能必不可少。 結(jié)合上述對純電動(dòng)汽車整車控制系以及純電動(dòng)汽車的輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制的分析，確定我們本課題主要研究內(nèi)容： 1) 通過對純電動(dòng)汽車的研究以及對整車控制器的工作原理的認(rèn)識(shí)，設(shè)計(jì)一套整車控制系統(tǒng)滿足以上所列舉的預(yù)期功能。 2) 通過對純電動(dòng)汽車的在不同行駛工況的設(shè)定，制定最佳的控制策略的研究設(shè)計(jì)。 3) 通過對整車控制器的了解和研究，結(jié)合本設(shè)計(jì)所需滿足的功能要求，選擇合理的整車控制器 型，并且完善硬件電路設(shè)計(jì)工作，最后利于 件板的設(shè)計(jì)工作。 10 2 純電動(dòng)汽車 控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) 電動(dòng)汽車行駛工況分析 因?yàn)槌鞘械缆返陌l(fā)展基本是么有太大變化的，所以純電動(dòng)汽車的形式工況可以說和傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車一致的，我們就把傳統(tǒng)燃油的汽車的行駛工況應(yīng)用到純電動(dòng)汽車上進(jìn)行分析。類似于傳統(tǒng)燃油汽車，純電動(dòng)汽車也要有啟動(dòng)、起步、加速、減速、轉(zhuǎn)向、制動(dòng)以及停車這七個(gè)過程。 純電動(dòng)汽車的起歩和燃油汽車不同，因?yàn)槠錄]有離合器和變速器等原件，所以起步不需要那么復(fù)雜的操作，只需要輕輕地踏下加速踏板，純電動(dòng)汽車便輕松起步。 純電動(dòng)汽車的加速和 傳統(tǒng)燃油汽車也不一樣，不用復(fù)雜的換擋過程，只需要加深加速踏板的行程就可以實(shí)現(xiàn)加速行駛功能。 純電動(dòng)汽車的減速也是很簡單的，只需要松開加速踏板，輕輕點(diǎn)一下剎車踏板就可以實(shí)現(xiàn)減速功能。 純電動(dòng)汽車的轉(zhuǎn)向和傳統(tǒng)燃油汽車的轉(zhuǎn)向操作幾乎一模一樣，但是內(nèi)部工作原理不同。司機(jī)用適當(dāng)?shù)牧剞D(zhuǎn)動(dòng)方向盤的時(shí)候，轉(zhuǎn)角傳感器將轉(zhuǎn)角信號(hào)傳輸?shù)秸嚳刂破?，整車控制器綜合處理汽車的各類信息后得出控制命令傳輸?shù)剿膫€(gè)輪轂電機(jī)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向操作。 在 司機(jī)踩下制動(dòng)踏板，剎車信號(hào)傳輸?shù)秸嚳刂破?，整車控制器分析?jì)算得出切斷電源，并且回收電源裝置介入工 作，這樣既能達(dá)到剎車效果，又能達(dá)到節(jié)能的效果。 工純電動(dòng)汽車的停車和傳統(tǒng)燃油汽車也是幾乎一致的，因?yàn)榧冸妱?dòng)汽車沒有離合器和變數(shù)器，所以直接松開加速踏板，踩下制動(dòng)踏板直到汽車停車，然后將檔位開關(guān)撥到空擋，最后關(guān)閉總開關(guān)鑰匙即可。 工況控制策略研究 通過上面論述我們可得出，純電動(dòng)汽車中起著控制作用的最關(guān)鍵部位就是整車控制器，純電動(dòng)汽車可以在各種工況下，正確地判斷司機(jī)的操作，精確地識(shí)別各個(gè)部位傳感器傳來的信息進(jìn)行計(jì)算分析和處理等，總之實(shí)現(xiàn)安全的行駛?cè)空嚳刂破鞯膮f(xié)調(diào)控制純電動(dòng)汽車的各個(gè)部位所得到。 純電動(dòng)汽車的啟動(dòng)工況概括如下：司機(jī)打開啟動(dòng)汽車的鑰匙，汽車的電路全部 11 接通，進(jìn)入待起步的工作模式，整車控制器發(fā)出控制命檢查各個(gè)部位是否有故障，么有故障發(fā)出指令給工作正常的指示燈，若有故障發(fā)出警告命令給儀表盤，總之使各個(gè)部位進(jìn)入最佳的工作狀態(tài)，確保可以正常起步行駛。 純電動(dòng)汽車的起步工況概括如下：司機(jī)正常起步，輕輕踩下加速踏板，加速踏板將加速信號(hào)傳輸?shù)秸嚳刂破?，整車控制器分析?jì)算后發(fā)出命令給輪轂電機(jī)，輪轂電機(jī)緩緩轉(zhuǎn)動(dòng)，起步完成。特別地如果是在半坡起步時(shí)，整車控制器可以更加方便地識(shí)別到汽車向后的慣性力，然后自動(dòng) 控制輪轂電機(jī)設(shè)定一個(gè)恒定的向前的平衡力矩，這樣就不會(huì)存在像普通燃油汽車一樣有起步熄火，方便起步。 純電動(dòng)汽車的加速工況概括如下：司機(jī)踩下加速踏板，加速踏板信號(hào)傳輸?shù)秸嚳刂破?，整車控制器通過分析和計(jì)算輸出命令給輪轂電機(jī)，由于踏板位置隨時(shí)可以改變，所以整車控制器會(huì)實(shí)時(shí)地采集信號(hào)處理信號(hào)發(fā)出命令，來進(jìn)行最佳的輪轂電機(jī)的速度調(diào)節(jié)，進(jìn)行實(shí)現(xiàn)加速功能。 純電動(dòng)汽車的減速工況概括如下：駕駛員在正常行駛過程中，制動(dòng)踏板信號(hào)是未剎車信號(hào)，當(dāng)制動(dòng)踏板被踩下時(shí)，制動(dòng)信號(hào)傳輸?shù)秸嚳刂破?，整車控制器將發(fā)出制動(dòng)命令，同時(shí)發(fā)出回收能 量指令。 純電動(dòng)汽車的轉(zhuǎn)向工況概括如下：司機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤轉(zhuǎn)彎時(shí)，方向盤轉(zhuǎn)角信號(hào)傳輸?shù)秸嚳刂破鳎嚳刂破骶C合分析包括車速信號(hào)在內(nèi)的多信號(hào)進(jìn)行分析計(jì)算得出轉(zhuǎn)向指令給輪轂電機(jī)，大家都知道汽車轉(zhuǎn)向時(shí)內(nèi)外側(cè)車輪的轉(zhuǎn)速是不同的，這就需要整車控制器的精確計(jì)算功能來實(shí)現(xiàn)對四個(gè)車輪最精確的速度控制，整車控制器的此項(xiàng)設(shè)計(jì)是有劃時(shí)代意義的，這種設(shè)計(jì)不但簡化了差速器等機(jī)械機(jī)構(gòu)，而且增加了純電動(dòng)汽車的靈活性，為可以實(shí)現(xiàn) 360 度轉(zhuǎn)向輪的研究和開發(fā)打下了基礎(chǔ)。 純電動(dòng)汽車的制動(dòng)工況概括如下：司機(jī)踩下制動(dòng)踏板，制動(dòng)信號(hào)傳輸?shù)秸嚳刂破鳎?整車控制器發(fā)出指令給輪轂電機(jī)，輪轂電機(jī)處于自由輪動(dòng)狀態(tài)，機(jī)械制動(dòng)裝置開始起制動(dòng)，能力回收裝置在整車控制器的控制器下也起了回收能量的作用。 純電動(dòng)汽車的停車工況概括如下：司機(jī)松開加速踏板，同時(shí)踏下制動(dòng)踏板，這些信號(hào)傳輸?shù)秸嚳刂破?，整車控制器分析?jì)算后發(fā)出指令給輪轂電機(jī)和能量回收裝置，同時(shí)機(jī)械制動(dòng)起作用，汽車行駛速度減慢直到停車，汽車的整車控制器控制電機(jī)控制器和輪轂電機(jī)等部件進(jìn)入待起步狀態(tài)，司機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)熄火開關(guān)，汽車所有電器設(shè)備關(guān)閉，停車結(jié)束。 12 特別地，純電動(dòng)汽車當(dāng)然和燃油汽車一樣具有倒車的功能，純電動(dòng)汽車 的倒車功能由于整車控制器的設(shè)計(jì)而簡化了許多，倒車工況概括如下：司機(jī)將檔位開關(guān)切換到倒車開關(guān)位置，倒車開關(guān)信號(hào)傳輸?shù)秸嚳刂?，整車控制器發(fā)出指令使得汽車的輪轂電機(jī)倒轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)倒車功能。 電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析 純電動(dòng)汽車，顧名思義就是全部的動(dòng)力源泉都是來源于動(dòng)力電池，動(dòng)力電池將電量輸給動(dòng)力電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛行駛，上面我們介紹了動(dòng)力電池的種類以及各個(gè)種類的特性，下面我們介紹純電動(dòng)汽車上常見的三種電機(jī)驅(qū)動(dòng)類型，即集中電機(jī)驅(qū)動(dòng)、多電機(jī)驅(qū)動(dòng)和輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)。 純電動(dòng)汽車中的集中電機(jī)驅(qū)動(dòng)模式類似于傳統(tǒng)然后汽車的驅(qū) 動(dòng)模式，只不過動(dòng)力的輸出是通過電動(dòng)機(jī)，集中驅(qū)動(dòng)模式技術(shù)是純電動(dòng)汽車中最早的出現(xiàn)的技術(shù)，因?yàn)榘l(fā)展到現(xiàn)在此技術(shù)已經(jīng)趨于完善。圖 2集中電機(jī)驅(qū)動(dòng)純電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)示意圖，這個(gè)示意圖可以看出來，整車的動(dòng)力全部來自一個(gè)電機(jī)，電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩先通過變數(shù)器進(jìn)行變速處理，變數(shù)器輸出的轉(zhuǎn)矩傳輸?shù)街鳒p速器進(jìn)行減少增扭，轉(zhuǎn)矩然后輸出進(jìn)入到差速器和半軸，最終傳輸給兩側(cè)行駛車輛?？梢钥闯黾须姍C(jī)驅(qū)動(dòng)的工作原理只是簡單的換掉了動(dòng)力輸出源泉，其他部件幾乎不再改變。要說有區(qū)別就只是在踩下加速踏板時(shí)的輸出力矩不同而已（一般情況下，電機(jī)的輸出 力矩沒有燃油發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的力矩大）。 通常使用多個(gè)電機(jī)同時(shí)作為動(dòng)力源泉。圖 2兩電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)純電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)示意圖，它的設(shè)計(jì)去掉了傳統(tǒng)的變速器、離合器和萬向傳動(dòng)裝置，將驅(qū)動(dòng)電機(jī)直接加在了驅(qū)動(dòng)車輪的位置，在每側(cè)分別加裝了一個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)來使兩側(cè)車輪的動(dòng)力來源于兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，這種設(shè)計(jì)不但簡化了單驅(qū)動(dòng)電機(jī)的復(fù)雜的傳動(dòng)系統(tǒng)等機(jī)械結(jié)構(gòu)、還增加了汽車的動(dòng)力性能而且多電機(jī)驅(qū)動(dòng)模式更大地增加了行駛平順性和加速減速的舒適感，因?yàn)殡姍C(jī)的轉(zhuǎn)速的快慢直接由輸出的電壓來決定了，所以不會(huì)存在傳統(tǒng)燃油汽車的換檔時(shí)產(chǎn)生的頓挫感，總之，多電機(jī) 驅(qū)動(dòng)模式是純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)的一大進(jìn)步，這個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)思路不只在汽車驅(qū)動(dòng)上大大有利，在其他很多地方也大大有益。 13 圖 2中電機(jī)驅(qū)動(dòng)純電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)示意圖 圖 2電機(jī)驅(qū)動(dòng)純電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu)示意圖 純電動(dòng)汽車中的輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)模式是現(xiàn)在電動(dòng)自行車和電動(dòng)摩托車上使用最為流行的的驅(qū)動(dòng)技術(shù)。輪轂電機(jī)的定義是集驅(qū)動(dòng)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)車輪和動(dòng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與一身的集合體，輪轂電機(jī)包括內(nèi)轉(zhuǎn)子輪轂電機(jī)和外轉(zhuǎn)子輪轂電機(jī)，外轉(zhuǎn)子輪轂電機(jī)的轉(zhuǎn)速偏低，沒有動(dòng)力傳動(dòng)裝置，即車輪和電機(jī)轉(zhuǎn)速一致，是直接搭在一起的。總的來說，輪轂電機(jī)的 優(yōu)點(diǎn)是很多的，輪轂電機(jī)的使用，不但減少了傳統(tǒng)汽車的復(fù)雜的動(dòng)力傳動(dòng)機(jī)械裝置而且還實(shí)現(xiàn)了傳遞效率的最大化，不但節(jié)能而且還減少了汽車行駛過程中的來之發(fā)動(dòng)機(jī)等機(jī)械機(jī)構(gòu)的噪音，不但做到了加減速度的平穩(wěn)性而且還 14 做到動(dòng)力不會(huì)中斷的可靠駕駛性能。 圖 2轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)純電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu)示意圖 圖 2輪轂 純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī) 結(jié)構(gòu)示意圖，和前兩種驅(qū)動(dòng)模式的結(jié)構(gòu)示意圖對比可以清楚地發(fā)現(xiàn)它的結(jié)構(gòu)簡化了，功能卻提升了，無可置疑，輪轂電機(jī)就是未來純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。 通過上述 分析，本課題的設(shè)計(jì)選用輪轂電機(jī)來作為純電動(dòng)汽車（四驅(qū)）的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，選定鉛酸電池（ 4 塊 12V 電池串聯(lián)使用）來作為純電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池。 控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)除了確定整車控制器外還需要對傳感器和執(zhí)行器進(jìn)行選定。本課題選擇的傳感器主要包括加速踏板位置、方向盤轉(zhuǎn)角、制動(dòng)踏板位置、轉(zhuǎn)子位置和 3 個(gè)檔的開關(guān)等。 選定整車控制器芯片為 可以實(shí)時(shí)地采集 加速踏板、制動(dòng)踏板、檔位、方向盤轉(zhuǎn)角和電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置等信號(hào)，然后對上述各類信號(hào)進(jìn)行分析計(jì)算得出結(jié)果，不僅如此，他還可 以實(shí)時(shí)地判斷司機(jī)發(fā)出的操作汽車的駕駛信號(hào)，通過傳感器可以連續(xù)獲知汽車行駛所處的路況，綜合所有的信號(hào)分析得出恰當(dāng)?shù)牟僮髅睿l(fā)送給執(zhí)行器 。 1) 傳統(tǒng)燃油汽車的油門就是咱們常說的加速踏板，司機(jī)踩下加速踏板，加速的電子信號(hào)傳到整車控制器，整車控制器發(fā)出加速信號(hào)傳輸?shù)焦?jié)氣門位置的執(zhí)行器，節(jié)氣門開度變大，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)加速。但是對于純電動(dòng)汽車，雖然么有節(jié)氣門一說， 15 但是此純電動(dòng)汽車的加速踏板可以模仿燃油汽車的非接觸式霍爾元件電子油門踏板，它輸出的是方波脈沖信號(hào)進(jìn)入到純電動(dòng)汽車整車控制器，整車控制器發(fā)出加速信號(hào)給電動(dòng) 機(jī)進(jìn)入實(shí)現(xiàn)加速。 2) 傳統(tǒng)燃油汽車的剎車就是咱們常說的制動(dòng)踏板，司機(jī)踩下制動(dòng)踏板，機(jī)械制動(dòng)裝置直接將制動(dòng)力矩傳動(dòng)剎車位置的執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)剎車。對于純電動(dòng)汽車除了有燃油汽車的剎車機(jī)械裝置以外，還有制動(dòng)力信號(hào)輸送到整車控制器，整車控制器要發(fā)出相應(yīng)信號(hào)來控制回收能量等功能。 3) 傳統(tǒng)燃油汽車的檔位比較多，但是在純電動(dòng)汽車方面，由于簡化了動(dòng)力傳動(dòng)裝置，沒有了離合器、變速器和萬向傳動(dòng)裝置等等，所以純電動(dòng)汽車僅僅設(shè)計(jì)了前進(jìn)、后退和空擋三個(gè)操作檔位，三個(gè)操作檔位按不像傳統(tǒng)燃油汽車使用檔位操作桿，純 電動(dòng)汽車都是按鈕檔位，按下檔位按鈕，信號(hào)傳輸?shù)秸嚳刂破鳎嚳刂破魈幚硇盘?hào)之后將相應(yīng)的前進(jìn)、后退或者空擋命令傳輸給汽車的輪轂電機(jī)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)汽車的前進(jìn)或者倒退等行駛功能。 4) 傳統(tǒng)燃油汽車的測速傳感器一般直接安裝在車輪上，但是對于純電動(dòng)汽車的測速傳感器來說，由于輪轂電機(jī)的結(jié)構(gòu)已經(jīng)高度集成了，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，如果在輪轂電機(jī)位置安裝速度傳感器，設(shè)計(jì)比較困難。幸運(yùn)的是，輪轂電機(jī)自帶了轉(zhuǎn)子位置傳感器，輪轂電機(jī)工作時(shí)，輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置可以轉(zhuǎn)化成方波脈沖信號(hào)，這些信號(hào)全部傳輸?shù)秸嚳刂破鬟M(jìn)行計(jì)算和分析之 后，就可以得到了輪轂電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 5) 傳統(tǒng)燃油汽車的方向盤轉(zhuǎn)向信號(hào)通過轉(zhuǎn)角傳感器來識(shí)別，本設(shè)計(jì)中的純電動(dòng)汽車的方向盤轉(zhuǎn)角信號(hào)使用高精度的旋轉(zhuǎn)式電位器來測量，它可以根據(jù)轉(zhuǎn)角的不同來輸出不同的電壓信號(hào)傳輸?shù)郊冸妱?dòng)汽車的整車控制器。 本設(shè)計(jì)使用 4 個(gè)輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)，每個(gè)電機(jī)控制器的通訊接口為 設(shè)計(jì)采用一條和整車控制器連接的雙絞線和四條和電機(jī)控制器連接的雙絞線，總體的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖 2示 16 圖 2結(jié)構(gòu) 本設(shè)計(jì)純電動(dòng)汽車的整車控制器主要設(shè)計(jì)的是純電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)控制方面，但是在硬件設(shè)計(jì)師應(yīng)該空調(diào)，雨刷器等模塊的控制接口，這樣才能提高本論文的實(shí)用價(jià)值。根據(jù)上述分析，整車控制器要完成各個(gè)部位傳感器傳輸來的信號(hào)的匯總分析和計(jì)算轉(zhuǎn)化成控制信號(hào)，最后通過通過 線把控制命令傳輸?shù)娇刂破?，?課題中的控制器就是選定的四個(gè)輪轂電機(jī)，并且要有實(shí)時(shí)的反饋信號(hào)來確保整車控制器可以一直安全地控制著汽車的前進(jìn)或者倒退等正常行駛工作。具體純電動(dòng)汽車的整 車控制器的開發(fā)工作有三點(diǎn)即硬件設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)控制策略研究和軟件程序開發(fā)，本課題側(cè)重前兩點(diǎn)的設(shè)計(jì)和研發(fā)。 17 表 車控制器輸入輸出信號(hào) 通過上述對純電動(dòng)汽車的整車控制器的輸入輸出信號(hào)的分析和研究，整車控制器 有七個(gè)方面的要求 ： 1) 整車控制器應(yīng)該有 8 條以上的數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)的互換通道，確保所有的模擬信號(hào)都可以轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，確保 算過程。 2) 整車控制器必須要有許多的采集通道 和輸出通道，確保采集純電動(dòng)汽車各個(gè)部位的信號(hào)全部可以傳輸?shù)?3) 整車控制器應(yīng)該有 4 條脈沖信號(hào)通道來確保輪轂電機(jī)里的信號(hào)傳輸，確保測試功能的實(shí)現(xiàn)。 4) 整車控制器應(yīng)具備 5V 的電源作用，可以向 電，同時(shí)向踏板處傳感器等提供電源； 5) 整車控制器必須有 口、 口和 口。其中 口是確保整車控制和上位機(jī)之間信息互換交流； 口是確保整車控制器和 4個(gè)輪毅電機(jī)之間信息互換交流；留有 口是因?yàn)?線是現(xiàn)在最流行的網(wǎng)絡(luò)總線，為以后更新 線作預(yù)留 的。 6) 因?yàn)榧冸妱?dòng)汽車的行駛速度可能會(huì)很快，所以整車控制器的分析計(jì)算能力要 18 快，要滿足實(shí)時(shí)準(zhǔn)確控制各類信號(hào)的輸入和輸出的要求。 7) 因?yàn)榧冸妱?dòng)汽車整車控制器在工作的時(shí)候環(huán)境狀況不簡單，所以要求整車控制器的工作要有抗磁干擾性、抗劇烈震動(dòng)的特性等等。 綜上所述，設(shè)計(jì)對整車控制器結(jié)構(gòu)示意圖如 2示。 圖 2車控制器結(jié)構(gòu)示意圖 19 3 純電動(dòng)汽車整車控制器硬件設(shè)計(jì) 上述已經(jīng)對純電動(dòng)汽車的整車控制器系統(tǒng)進(jìn)行選型分析，本章主要為純電動(dòng)汽車的整車控制器選擇 片， 然后針對芯片設(shè)計(jì)控制器硬件電路。 整車控制器是純電動(dòng)汽車的核心， 片是整車控制器的關(guān)鍵，選定一個(gè)恰當(dāng)?shù)?片可以直接改善純電動(dòng)汽車的性能。選擇 片的第一要素當(dāng)然是要符合純電動(dòng)汽車的功能要求，只有在滿足本課題設(shè)計(jì)的純電動(dòng)汽車的功能要求才可以進(jìn)行進(jìn)一步的設(shè)計(jì)和優(yōu)化處理。其次考慮的是使用性能的穩(wěn)定性和市場上汽車使用的廣泛性，使用性能穩(wěn)定的 我們選擇的標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)槠嚳赡軙?huì)行駛在高速路上，如果汽車的整車控制器出了問題，那么造成的后果將會(huì)很嚴(yán)重，再者汽車的整車控制器 難免會(huì)有故障或者是使用損壞，這就需要我們設(shè)計(jì)選用一種市場上常見的 片，如果 障可以立刻互換，方便維修。在結(jié)構(gòu)方面，我們盡量選擇結(jié)構(gòu)簡單一點(diǎn)的 片，因?yàn)檎嚳刂破鞯脑O(shè)計(jì)空間有限，切不可使用結(jié)構(gòu)復(fù)雜的 片。另外，芯片成本以及后續(xù)開發(fā)保護(hù)等問題，也需要考慮其中。綜合以上分析最終選擇 片是 芯片（單片機(jī)）是卡爾公司生產(chǎn)的 16 位雙核微處理器，各個(gè)方面性能和指標(biāo)大致滿足上述要求，總結(jié) 片機(jī)優(yōu)點(diǎn)如下： 1) 單片機(jī) 上資源豐富，包 括了 32K 的 512 2) 單片機(jī) 通訊接口種類多，包括了 6 路 口、 3 路 2 路 口和 5 路 口，方便各部分控制單元和整車控制器的信息和數(shù)據(jù)的交換共享。 3) 單片機(jī) 著高精度的 A/D 通道，充分滿足了純電動(dòng)汽車 A/ 小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 本節(jié)的 最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是 圍繞 片 進(jìn)行其相關(guān)電路的設(shè)計(jì)。 電電路 任何電源電路都會(huì)有他的供電電路，因?yàn)橹挥杏辛斯╇婋娐罚?單片機(jī)才會(huì)正常 20 工作。 片匹配選擇的是市場使用最為廣泛的 源轉(zhuǎn)換芯片， 以把汽車電壓轉(zhuǎn)化為 片的工作電壓（ 5V）。 電源電路如圖所示， 著正極而另一端 著負(fù)極， 750保險(xiǎn)絲， 整流二極管， 起著穩(wěn)壓作用的二極管，它們都起著保護(hù)電路的作用， L 都是電感，電感 小是 100是電容，他們與 起起著穩(wěn)壓和濾波作用。 檢查電路是否有故障的電源指示燈。 圖 3電源電路 特別地，汽車的電源電路故障排除方法一般是先看電源指示燈是否亮，如果不亮，則說明問題不在電源電路，應(yīng)該是車身傳輸電線或者是整車控制器的除 其他部分出了故障，如果指示燈亮，則說明電路電路沒有問題，應(yīng)該只是單純的圖 3鐘電路 鐘電路 單片機(jī) 工作性能穩(wěn)定性能如何主要看 晶振頻率，本課題設(shè)計(jì)單片機(jī) 振為 16處單片機(jī)的工作性能最為穩(wěn)定。時(shí)鐘電路如 3所示。濾波電容有 個(gè)，晶振電阻 定 10 歐姆，圖中的 21 示晶振是 16 由于純電動(dòng)汽車全部采用電控原則，所以信號(hào)復(fù)雜多變，為此要求設(shè)計(jì)的輸入和輸出信號(hào)必須做到互不干擾，下面詳細(xì)介紹開關(guān)信號(hào)處理電路和 踏板信號(hào)處理電路 。 對于純電動(dòng)汽車的整車控制器來說，開關(guān)信號(hào)比較多，比如啟動(dòng)鑰匙開關(guān)、充電開關(guān)和換擋器都屬于開關(guān)信號(hào)。本課題設(shè)計(jì)的開關(guān)信號(hào)處理電路如圖 3圖可以得出開關(guān)信號(hào)采用了光電隔離（電源地 信號(hào)地 開），這樣可以防止不必要的干擾。 圖 3關(guān)信號(hào)處理電路 本課題的純電動(dòng)汽車踏下踏板時(shí)，霍爾元件產(chǎn)生方波脈沖信號(hào)就是本課題的踏板信號(hào)，信號(hào)通過 A/D 模塊之后進(jìn)入整車控制器的 本課題設(shè)計(jì)的踏板信號(hào)處理電路是基于 壓轉(zhuǎn)換芯片來設(shè)計(jì)的，所設(shè)計(jì)的電路如圖 3示， 引腳包括：與 腳連接的 1 引腳（直流電壓輸出端）；與 連的 2 引腳（增益端）；與大地相連的 3 引腳（脈沖信號(hào)輸出端）；與大地相連的 4 引腳（電源接地端）；與定時(shí)比較正相輸入端連接的 5 引腳；與脈沖信號(hào)輸入端 6 引腳；與輸入比較器正相輸入端相連的 7 引腳；與電源 輸入端相連接的 8 引腳。 22 圖 31) 口電路 單片機(jī) 構(gòu)里面有 6 路 口。此文章的內(nèi)容 口是應(yīng)用于控制器與上位機(jī)的通訊，根據(jù)整車的軟件程序進(jìn)行查看和調(diào)試，可以與車內(nèi)支持 訊的控制節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通訊，而且 過一對一的模式來確定，所以此文章設(shè)計(jì)了 2 路 訊接口。 一般 口應(yīng)用 9 個(gè)引腳（ 者 25 個(gè)引腳（ D 型接插件。根據(jù)此文章用于與上位機(jī)的 通訊，需要三條接口線就滿足目的了，即 送數(shù)據(jù)）、 收數(shù)據(jù)）和 號(hào)地，所以采用 9 個(gè)引腳的 D 型接插件。以用正負(fù)電壓來表達(dá)邏輯關(guān)系的，與單片機(jī)串口的 高低電平表示邏輯關(guān)系的不同。因此，目的能夠與單片機(jī)的 件連接，只能在 文章采用的 片完成雙向電平轉(zhuǎn)換。而且只需 5V 電源和若干個(gè)電容就能夠提供電平轉(zhuǎn)換，使用十分的方便。 口電路圖如圖 3示。 電平轉(zhuǎn)換芯片 16 個(gè)引腳，能夠外接兩路 口， 912 引腳與單片機(jī)的 是用三個(gè)引腳， 2、 3 和 5 分別表示 路中的電容 起到 過濾波 的作用 。 23 圖 32) 口電路 此文章的接口電路的能力是 :把整車控制器 發(fā)送信號(hào) 過發(fā)送器轉(zhuǎn)換成通訊網(wǎng)絡(luò)中的差分信號(hào)，也能可以通過網(wǎng)絡(luò)中的差分信號(hào)經(jīng)過接收器轉(zhuǎn)換成整車控制器接收的 號(hào)。有的時(shí)候，