微型纯电动汽车电驱动控制系统的设计与研究

中图分类号：U461.6论文编号：102870211-0046学科分类号：080204硕士学位论文微型纯电动汽车电驱动控制系统的设计与研究研究生姓名周振超学科、专业车辆工程研究方向电动汽车控制指导教师杨正林副教授南京航空航天大学研究生院能源与动力学院二О一О年十二月IINanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofEnergyandPowerEngineeringTheDesignandResearchofElectricDriveControlSystemofElectricMini-carAThesisinVehicleEngineeringByZhouZhenchaoAdvisedbyAssociatedProf.YangZhenglinSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringDecember，2010IV承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文I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CSharp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、无刷电机控制器微型纯电动汽车电驱动控制系统的设计与研究IIABSTRACTOnthebasisofthecomparisonandanalysisonseveralelectricdrivecontrolsystemofpureelectricmini-cars,apracticleDCbrushlessmotordrivecontrolsystem,includedbothitshardwareandsoftware,isdesignedinthispaper..Themainfivepartsoftheresearchareasfollows:1.DesigningtheoverallsolutionsoftheelectricdriveControlSystemofpureelectricMini-car.ThemaincontrollersoftraditionalMini-carmainjusthavethemotorcontroller,whichnotonlycontrolthemotor,butalsoasaentire-carcontrollercontroltheotherpartsofthevehicle.Thisvehiclecontrollerandthemotorcontrollerareseparatelydesignedintheproject,whichnotonlyenhancethestabilityandsecurityofthemotorcontrol,butalsocanrealizemorecomplexcontrolstrategyinsoftwareofthevehiclecontroller.2.Thissolutionchoosesmicro-controllerofMC9S12seriesinhardware.Inordertoimprovetheefficiencyofdevelopmentinsoftwaredesignation,themainprogramwillnolongerusethefront-backapplicationwhichiscommonlyusedintraditionalsoftwaredesign.ItadoptsμC/OS-II'smultitaskingreal-timeoperatingsystem,andallofvehiclesafetycontrol,signalacquisitionandprocessing,CANcommunicationandtestingtasksaredesignedthroughmodular.Aimingatthecity'sconditionsofelectricMini-car,thistopicputsforwardtheregenerativebrakingstrategyunderlow-speeddriving,whichcanimprovetheefficiencyofregenerativebrakingeffectively.AimingatthebasiccontrolproblemofacceleratorandbrakeunderthefailureofCANBus,ThistopicdesignacircuitwhichcanconvertthePWMsignalsintoanalogsignalsaccordingtoFouriertransformtheory,whichcangreatlyimprovethemachine'ssafetycoefficient.3.BusCommunicationprotocoladoptsJ1939protocol.UsingCSharplanguagetoproceedseconddevelopingonUSB-CANtestingmodulessoftwarecomponents.Sothesoftwarecanshowstheimportantparameterinformationofeverycontrollermoreintuitively.4.Buildingmathematicalmodelofthebrushless-motors.Thisarticleanalyzesthecontrolparameters'simpactonthemachineperformancethroughmathematicscalculation,andatlastitcompletesdesignationofthebrushlessmotorsoftwareandhardwarecombiningwithrequirementanalysis,functionaldefinition,interfacedesignofdrivingmotoronthebasisoftheanalysis.5.Buildingmodelofbrushless-motorcontrolmodulebyusingpowerelectronicssystemsimulationtoolboxundertheSimulinkenvironmentandcombiningwiththeexistingbatterymodule,motormoduleandthree-phaseinvertermodulesintoolboxmodeling.Andproceedingsimulationanalysisof南京航空航天大学硕士学位论文IIIbrushlessmotorsanddrivecontrolsystemundertheconditionofmotordriveandregenerativebraking.KeyWords:ElectricMini-car、Electricdrive、EVcontroller、BLDC.微型纯电动汽车电驱动控制系统的设计与研究IV目录摘要......................................................................................................................................................IABSTRACT.............................................................................................................................................II目录.........................................................................................................................................................IV图、表清单...........................................................................................................................................VII第一章绪论...........................................................................................................................................11.1引言.............................................................................................................................................11.2微型纯电动汽车研究背景及其意义........................................................................................11.3微型电动汽车发展现状............................