1、摘 要I本科毕业论文（20 届）纯电动车整车控制器设计所在学院 专业班级 自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 摘 要II摘 要纯电动汽车将是未来汽车发展的主导方向，它会运用到电机驱动技术、车辆工程、电池技术、控制技术等领域中核心的技术。在环境保护日益严峻的态势和石油资源将要枯竭的紧迫需求之下，研究和发展电动汽车在全世界已经达成了共识，也是目前相关领域中的研究热点。全球很多大型汽车公司都投资了大量金钱来研究和开发纯电动汽车中的核心部件，也就是说整车控制器等，目前，部分品牌的纯电动汽车已经研发出来了。对于电动汽车的项目，我国也是将其作为“863” 项目和“十二五”的主要内容。
2、整车控制技术不仅是电动汽车关键的技术之一，同时在电动汽车的领域中，也是我国独立自主研究开发能力的一种表现，本文就是围绕电动汽车的核心部件，整车控制器的研发开展工作。本文将在全面分析纯电动汽车整车控制的基础上，从技术要求、信号分析、芯片选型等方面提出控制器设计方案，并据此完成各个模块的控制器硬件电路设计。关键字：整车控制器，纯电动汽车，硬件设计AbstractIIAbstract Pure electric vehicles will be the dominant direction of future automotive development, it will be applied to
3、 the core technology in the field of drive technology, engineering, battery technology, control technology. Environmental protection is increasingly grim situation and oil resources will be depleted under the urgent need for research and development of electric vehicles has been reached a consensus
4、in the world, is currently the research focus in the relevant fields. Many large car companies are investing a lot of money to research and development of the core components in the pure electric vehicles, which means that the vehicle controller, and some brands of pure electric vehicles have been d
5、eveloped. Projects for electric vehicles, China is as a project of “863“ and “12“ main content.Vehicle control technology is not only one of the key technology of electric vehicles in the field of electric vehicles, but also Chinas independent research and development capabilities of a manifestation
6、 of the core components of this article is to focus on electric vehicles, vehicle controller R & D work .This paper will be on the basis of a comprehensive analytical control of electric vehicle, from the technical requirements, signal analysis, chip selection, and other aspects of the controller de
7、sign, and completion of each module of the controller hardware circuit design accordingly.Key words: the vehicle controller, Pure electric vehicle, hardware design目 录III目 录摘 要 .IABSTRACT.II目 录 .III第一章 绪 论 .11.1 本课题研究的目的和意义 .11.2 电动汽车的现状 .21.2.1 国外发展现状 .21.2.2 国内发展现状 .31.3 发展电动汽车目前存在的主要问题 .4第二章 纯电动车整
8、车控制的相关介绍 .52.1 电动车控制系统 .52.2 整车控制器的功能需求分析 .62.3 整车控制器的信号分析 .7第三章 整车控制器的硬件设计 .103.1 整车控制器微控制单元的选型 .103.2 CAN 通信部分硬件设计 .113.3 开关量输入部分 .123.4 模拟量部分 .133.5 最小系统设计 .143.5.1 供电电路 .143.5.2 时钟电路 .153.5.3 复位电路 .16第四章 整车控制器的软件设计 .194.1 主程序软件设计 .204.2 驱动软件设计 .224.3 通信管理程序设计 .244.4 制动回馈子程序 .24目 录IV4.5 仪表驱动控制器程序
9、设计 .26结 论 .28参考文献 .29致 谢 .31附 录 控制主图 .32第一章 绪 论- 1 -第一章 绪 论1.1 研究本课题的背景与意义 对于现代工业技术最重大的成就之一，就有内燃机车辆，尤其是汽车的发展。它满足了许多人们日常生活流动性的许多需求，为现代社会的发展，已经做出了非常重大的贡献，帮助了人类社会从原生态到高度发展的工业社会的主要进程发展。但是，对于现在全世界汽车的大量应用，它在为我们人类社会带来快捷语舒适的同时，也已经产生并正在继续引发严重的环境问题，还给人类生存带来了严重的问题。当前人们首要关注的问题就有，大气污染，其中汽车尾气是大气污染的主要来源，全球变暖，以及全球的
10、石油资源快速减少。基本上现在全部汽车提供给驱动力所需要的能量，都是通过依靠燃烧碳氢化合物类燃料。但是在燃料汽车中燃烧碳氢化合物类燃料，肯定不是理想化的，因为它们除了会生成水和二氧化碳之外，燃烧还会生成有害气体，它其中就含有一定量的一氧化碳、没有完全燃烧的碳氢化合物与氧化氮化合物，很多不良的生成物都会毒害人类的健康。而且尾气中大量排放的二氧化碳，是引发“温室效应”的重要原因。大量二氧化碳的累积，会是大气温度升温，破坏我们的生存环境。现在排放二氧化碳的主要来源就是运输工具，汽车正好又是我们现在经常用的运输工具。石油的液态燃料是运输工具中主要的燃料来源。石油是活性物质分解的生成物，是在地底下开采出来
11、的矿物燃料。有研 究 显 示 ， 最 少 要 经 过 200 万 年的 时 间 才 能 生 成 石 油 ， 从 这 我 们 就 能 看 出 燃料形成为地球资源之所以有限的原因了，因此累积的成品油和新储油地的发现就完全取决了全球石油资源可维持石油供应的年数。根据历史的数据显示，石油消耗量近几年表现出高速的增长率，并且发现新储油地的进程很缓慢。假如石油消耗量和发现新储油地的进程还是现在的发展趋势，那么全球的石油资源约仅可能应用到 2038 年，甚至于更短。而现在石油的主要使用者主要就是运输部门。所以说我们传统交通工具燃油汽车的可持续的发展，现在面临着的形势是日趋严峻，现在汽车工业的发展方向，因为这
12、些因素，那势必就是零排放的、第一章 绪 论- 2 -综合利用能源、低噪声的方向。而目前人类汽车工业想要解决能源可持续发展和环保等相关问题的主要途径就是发展电动汽车。在 20 世纪，在 20 项最宏伟工程技术的成就，电动汽车就是其中前 2 项技术融合的，就是“汽车”和“电气化”融合的产物，它的研制和构想是要比燃油车早的。所以，全新系统工程的研究成果就是电动汽车。它不仅只是运输车辆这么简单，而且电气设备还是最新的。将电气、汽车工程、化学工程、和电子工程领域中，全新技术的成就运用到电动车的研制中去，是它将要所面临重要的问题。那么我们就要努力找到适用到电动汽车设计的独特方法，达到电动汽车最优化利用能量
13、的目的。近来年对电动汽车的研发与制造，外国与我国都有了一定的进展，但是突破其中的一些关键技术，还是有需要全世界进一步的研制。而纯电动汽车整车控制器是纯电动汽车整车控制系统的核心部件，它对汽车的故障诊断和处理，是否正常行驶，回收再生能量，监视电动汽车的状态，网络管理等功能都有着关键性的作用。整车控制器作为纯电动汽车控制系统的关键部件之一，它是衡量整车控制系统功能等级和性能的重要部件，并且纯电动汽车控制系统控制效果优劣是受性能是好是坏的影响。不管汽车其他总成性能怎么样的完好，如果整车控制器出现了问题，那么汽车将无法实现能量回收，无法高速行驶，甚至很有可能会出现事故。因此在纯电动汽车整车控制系统中一
14、个不能缺少的工作任务就是研制出功能齐全与性能优越的整车控制器，同样这也就是在本文中将要研究并解决的重要问题。1.2 电动汽车的现状1.2.1 国外发展的现状从过去 20 年来，可以把西方工业国对电动汽车的研究和发展作为解决环境问题和能源问题的有效手段。美国政府组织动员了全国的研究机构来研究电动汽车，在 20 世纪 90 年代，福特的汽车公司，美国通用的汽车公司，克莱斯勒的汽车公司一起共同协议的先进电池联合体成立，为开发高性能的电池，这第一章 绪 论- 3 -电池是最新电动汽车需要的。新型高效节能的车辆，为维持现有的汽车性能和价格，美国已经推出了很多重要的计划。德国政府和九个主要的公司签署了一项
15、谅解备忘录，与九大公司结成联盟，以创造一个清洁能源的城市（柏林） 。英国，意大利和其他欧洲国家都在开展电动汽车的研发。当然日本政府也是特别重视电动汽车的研究和发展。日本东京电力公司电力公司在 1998 年与日本电池公司联合，开发了“ZA”牌电动车，电动车用高科技，它具有当时 EV 世界的最高水平。丰田汽车公司于 1996 年研制成功的燃料电池汽车的样车生产，先于其他汽车制造商，第一次在 1997 年开始大规模生产混合燃料电池汽车，成为了环保技术领域和世界电动汽车的产业化领头羊。上述各国政府大力支持的大型汽车集团，通过发展环保和节能法规，采取投资，税收优惠，政府消费政策的补贴，旨在抢占电动车产业
16、的制高点。代表着现代电动汽车先进水平的福特汽车公司，通用汽车公司，本田电动车公司是这种竞争的产品。1.2.2 国内发展现状随着我国经济的高速发展，环境保护与交通能源的问题是我国现在将要面临非常重大的挑战。电动汽车行业的发展，自从 20 世纪 70 年代末以来，我国就已经开始非常重视了。 “八五”的时候，国家科技将要攻破难关的计划列入了电动汽车的研发，重点开展研究电动汽车的关键技术；“九五”的时候，国家非常重大的科技研究产业项目把它正式列入其中；“十五”的时候，科技部设立电动汽车的重大专门项目以支持电动汽车的研究。作为国内汽车科技项目的一个探索， “三纵三横”研究开发布局被专项提了出来。在我国国
17、家政府组织的尽力支持之下，我国取得了非常大的技术突破，包括在燃料电池汽车、纯电动车、和混合动力汽车动力系统的集成技术、动力总成的关键零件技术、和整车集成的技术方面，此外，新兴能源汽车自主知识产权的技术标准和专利战略平台已打好了良好和坚实的基础。由同济大学、上汽等投资一起组建了上海燃料电池动力系统公司，它已经开发的第三代“超越”第一章 绪 论- 4 -系列燃料电池汽车的动力系统平台和示范车，北京清能华通公司已开发出燃料电池城市客车，我国燃料电池轿车和客车技术指标接近国际先进水平，天津清源开发了 3 种纯电动轿车，并通过纯电动汽车动力锂离子电池的正面碰撞试验。从国内和国外电动汽车的发展现状可以看出
18、，纯电动汽车，虽然有低噪音的突出优势，实现零排放，能源的应用，但其技术和经济性能指标尚未达到实用化要求，但仍有许多需要进一步研究，测试和开发关键技术。这里值得注意的是，中国的汽车产业落后于发达国家，但与其他国家相比，电动汽车技术的差距就不是那么明显。可以预见，大力推进电动汽车技术的发展在 21 世纪的全球研究和提出，在电动汽车的产业化和进入市场的商业运作的实际即将到来。1.3 发展电动汽车目前存在的主要问题电动汽车的主要问题是高初始成本和里程不理想。为了解决这个里的程问题，现在正在开发先进的电池，如镍氢电池，锌空气燃料电池，锂离子电池，磷酸铁铝电池。普通铅酸电池的能量和能量密度比油低得多，因此
19、目前采用先进的电池，对电动汽车的发展来说是在一个加速发展的时期。同时，混合动力电动汽车的商业化的迅速发展，因为混合动力电动汽车使用辅助能源，发动机及其辅助设施，并以结构复杂和高成本为代价，从根本上，改善了电动汽车的续驶里程及其性能。为了降低电动车的成本，人们现在努力改善电源转换器，电机，电子控制器，能量管理系统，充电器，电池和其他辅助设施，电动汽车各个子系统等等，当然，也在对电动车整车控制器进行综合和优化设计。第二章 纯电动车整车控制的基本功能- 5 -第二章 纯电动车整车控制的基本功能2.1 电动车控制系统纯电动汽车控制系统示意图如图 2-1 所示，电动车控制系统分为整车控制系统、电力驱动子
20、系统、主能源系统、和辅助控制子系统。辅助系统整车控制器 电机 控制器 电机 变速箱主减速器主能源系统 动力电池组图 2-1 纯电动汽车控制系统首先，通过地面的充电设备给电动车动力蓄电池组充上电，当充电完成以后，驾驶员就能启动钥匙的开关了，这时，动力蓄电池组就给照明、信号、仪表等低压的电器上电，这些是通过直流整流变换器来完成的。动力蓄电池组同时也供电给前进力、制动转向变换器，当在接受到控制信号的指令后，带动电动助力转向泵、电动真空泵等工作。纯电动车整车的控制器控制着动力蓄电池组是，供电给动力电机的控制器，然后动力电机控制器，再通过逆变将直流电转换成三相交流电，也就是动力电机真正需要的，然后通过动力电机的运转，是再让差速器、传动轴、变速箱与后桥等驱动使车辆正常行驶。对于车辆的后退和前进来说，是控制电机的反转与正转来达到目的。在车辆启动时，驾驶员首先要将仪表板上的倒退或前进开关，置“向后”或者“向前”位，然后再脚踩下加速踏板。在加速踏板已经离开起始位置后，位置改变了的加速踏板，会使驱动转矩的给定值也随着变化。在加速踏板踩到最大的时候，也就是说驱动转矩的给定值达到了最大，这是的纯电动车加速度是最大的。当动力电机控制器，接收到驱动转矩的给定值信号和方向信号之后，动力
