双轮毂电动车控制器总体设计(附件)
控制器、电机、蓄电池这三者是电动车成本管控和性能优化提升的研究重点，其中轮毂电机控制器是其核心部件，对其研究有着重要的意义。本文研究双轮毂电动车无刷直流电机控制系统，查阅分析了相关资料，并且做出了基于STM8S芯片的电动汽车控制器的总体设计。首先给出了电动汽车控制系统方框图的整体结构，然后对各个模块电路进行了详细的设计说明，主要介绍芯片的选用及其工作原理，无刷直流电机的工作过程，设计电路图，并用AltiumDesigner绘制电路图。旨在获得一种出色的设计方案来降低电动车成本，增强控制器的稳定性。关键词轮毂电机，STM8S单片机，电机控制器
目 录
1 绪论 1
1.1 课题的研究意义 1
1.2 课题的研究现状 2
2.1 本文研究内容 4
2 双轮毂电动车控制系统设计 4
2.1 双轮毂电机控制系统组成 4
2.2 控制芯片STM8S简介 6
2.3 电源模块 10
2.4 信号检测模块 11
2.5 驱动模块 13
3 PCB板设计 14
3.1 建立工作环境 14
3.2 绘制元器件并添入集成库 15
3.3 芯片电路图绘制 17
3.4 其他模块电路图绘制 19
3.5 PCB生成 20
结 论 24
致 谢 25
参考文献 26
1 绪论
汽车的出现极大地促进了人们的出行效率与便捷程度，并被认为是迄今为止人类最依赖的交通工具。但是与此同时,汽车所需的燃料石油资源不断消耗减少，以及其对环境的污染也日趋严重，世界各国对于环境的保护愈发重视，燃油汽车已经无法满足当今社会的需求。在这种严峻的形式下，新能源汽车被推上了历史舞台，其中电动汽车已进入全面的发展状态。因为电动汽车可以实现零污染、零排放，而且电能又很充足。这样，以上的污染和能源不足的问题便可以解决。
1.1 课题的研究意义
电动车早在一百多年前便已经出现，但是因为电池技术发展的局限性，慢慢的被燃油汽车湮没。至今，全球环境日益恶化，石油危 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
机也开始在各个国家爆发，为了使汽车工业能够可持续的发展，能源清洁、对环境污染几乎为零的电动汽车再次吸引了人们的视线。随着科技的不断创新，电动汽车也得到了较大的发展，而且人们对于电动汽车的性能需求也进一步提高，轮毂式电机驱动系统应运而生，人们对于其快速发展也越来越关注，轮毂式电机技术发展，也随科技变得成熟起来。电动汽车的发展是具有广阔的前景，对能源和环境问题都可以得到解决，而轮毂式驱动电机电动车大大简化了机械传动装置，而且可以提高传动的效率，已成为今后电动车动力研究的方向。其中电动车的轮毂电机控制器是其核心部件，拥有着广阔的前景，在新能源汽车领域必将占据重要席位。电动汽车是未来汽车的发展趋势，掌握电动汽车的核心技术，就可以在未来汽车领域处于领先地位，对我国的自主创新能力也能形成促进作用。因此，研究电动汽车，特别是其核心技术势在必行。其中轮毂电机的控制器是关键技术，设计良好的控制器系统是实现电动汽车许多性能的决定因素，为将来研究高端的电动汽车提供优质的动力源。因此，本文将双轮毂电动车用无刷直流电机控制系统作为研究对象。
1．2 课题的研究现状
1.2.1 电动车研究现状及发展前景
美国政府推出了支持电动汽车发展的优惠政策，在相关技术上取得了重大突破。美国的福特汽车公司研发了嘉年华电动汽车，采用后轮驱动的形式，运用了轮毂电机作为其动力源。并且在轮毂电机中增加了冷却装置，使其散热的效果更为突出。欧洲也积极发展电动汽车，梅塞德斯奔驰开发出了具备电动高科技的smart fortwo系列电动车，该型车配备锂离子电池，满电时能够运行135公里，足以满足市区交通的需求。法国标准公司的混合动力车夸克，采用了4轮驱动技术，成为有潜力的燃料电池的电动车[1]。
在第十二个五年计划期间，中国明确表示，纯电动汽车是新能源汽车的终极发展目标。目前推出的纯电动车产品因成本高、行驶里程短，导致纯电动汽车出现了有价无市的市场形势，性价比较高的微型电动汽车发展迅猛，市场前景非常广阔，成为纯电动汽车领域的主要发展趋势。
目前国内已有很多企业参与研制微型电动汽车。像国内第一家从事纯电动汽车核心技术研发的“方舟”，经过多年的探索，已经有100多项专利，其中发明专利十多项，于5月在广东、佛山正式开展示范运营。众泰、奇瑞、城市小精灵等企业都已开发出自己的微型电动汽车样品。山东、河北、江苏等地的微型电动汽车市场最为活跃。通过山东省汽车工业各个机构的统计，最近几年来，微型电动车在山东省的销售量一向显现出很大程度的增加趋向。
1.2.2 无刷直流电机的发展现状
电机是一种非常紧要的转换机电能量的装置，在100多年以来，其在人类的日常生活中和国民经济发展的各种领域的应用已经非常广泛。依据统计，九成以上的动力能源来自于电机。除此之外，我国制造的电能有七成使用于电机。当代社会对于生产的需求在不断的提高，因此电机的研制也要向更为新型发展，这种需求日益迫切。随着科学技术的进步和新材料的出现，电机的发展也得到了不断的进步。对于传统直流电机所无法避免的缺点，科学家针对此一直进行着不懈的研究。当代社会对于生产的需求在不断的提高，因此电机也需要研制也要向更为新型发展，这种需求日益迫切。1915年，美国的Langmill开发了由直流可变交流逆变器设备实现的汞整流器门控制。1917年，Boliger提出用整流器代替机械刷，为后续的无刷直流电机诞生提供了理论依据。二十世纪中叶，美国哈里森等人首次申请晶体管替代刷毛直流电机机刷的专利，标志着现代无刷直流电机的诞生。1986年，麦克伯顿对无刷直流电机作了全面而系统的总结，并成为方波无刷直流电机研究的经典文献[2]。
1930年，把机械换向通过电子换向替换成为很多人的研究方向，然而限制于大功率电子元器件在当时尚未得到成熟的发展，没有合适的换向元件能被使用，这种状况使得新型电机无法得到推广，只能作为一种研究留存在实验室内。十九世纪中叶，直流电动机刷是美国开关器件晶体管替代的首选，无刷直流电机诞生了。晶体管，开关电路，功率放大和信号检测是其主要组件的一部分。但限于当时的技术，电机不启动转矩，不能大量制造。19世纪60年代，电子换向无刷直流电机通过霍尔元件的帮助最终得以实现。到目前为止，无刷直流电机产品的发展已经走向了新时代[3]。
目 录
1 绪论 1
1.1 课题的研究意义 1
1.2 课题的研究现状 2
2.1 本文研究内容 4
2 双轮毂电动车控制系统设计 4
2.1 双轮毂电机控制系统组成 4
2.2 控制芯片STM8S简介 6
2.3 电源模块 10
2.4 信号检测模块 11
2.5 驱动模块 13
3 PCB板设计 14
3.1 建立工作环境 14
3.2 绘制元器件并添入集成库 15
3.3 芯片电路图绘制 17
3.4 其他模块电路图绘制 19
3.5 PCB生成 20
结 论 24
致 谢 25
参考文献 26
1 绪论
汽车的出现极大地促进了人们的出行效率与便捷程度，并被认为是迄今为止人类最依赖的交通工具。但是与此同时,汽车所需的燃料石油资源不断消耗减少，以及其对环境的污染也日趋严重，世界各国对于环境的保护愈发重视，燃油汽车已经无法满足当今社会的需求。在这种严峻的形式下，新能源汽车被推上了历史舞台，其中电动汽车已进入全面的发展状态。因为电动汽车可以实现零污染、零排放，而且电能又很充足。这样，以上的污染和能源不足的问题便可以解决。
1.1 课题的研究意义
电动车早在一百多年前便已经出现，但是因为电池技术发展的局限性，慢慢的被燃油汽车湮没。至今，全球环境日益恶化，石油危 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
机也开始在各个国家爆发，为了使汽车工业能够可持续的发展，能源清洁、对环境污染几乎为零的电动汽车再次吸引了人们的视线。随着科技的不断创新，电动汽车也得到了较大的发展，而且人们对于电动汽车的性能需求也进一步提高，轮毂式电机驱动系统应运而生，人们对于其快速发展也越来越关注，轮毂式电机技术发展，也随科技变得成熟起来。电动汽车的发展是具有广阔的前景，对能源和环境问题都可以得到解决，而轮毂式驱动电机电动车大大简化了机械传动装置，而且可以提高传动的效率，已成为今后电动车动力研究的方向。其中电动车的轮毂电机控制器是其核心部件，拥有着广阔的前景，在新能源汽车领域必将占据重要席位。电动汽车是未来汽车的发展趋势，掌握电动汽车的核心技术，就可以在未来汽车领域处于领先地位，对我国的自主创新能力也能形成促进作用。因此，研究电动汽车，特别是其核心技术势在必行。其中轮毂电机的控制器是关键技术，设计良好的控制器系统是实现电动汽车许多性能的决定因素，为将来研究高端的电动汽车提供优质的动力源。因此，本文将双轮毂电动车用无刷直流电机控制系统作为研究对象。
1．2 课题的研究现状
1.2.1 电动车研究现状及发展前景
美国政府推出了支持电动汽车发展的优惠政策，在相关技术上取得了重大突破。美国的福特汽车公司研发了嘉年华电动汽车，采用后轮驱动的形式，运用了轮毂电机作为其动力源。并且在轮毂电机中增加了冷却装置，使其散热的效果更为突出。欧洲也积极发展电动汽车，梅塞德斯奔驰开发出了具备电动高科技的smart fortwo系列电动车，该型车配备锂离子电池，满电时能够运行135公里，足以满足市区交通的需求。法国标准公司的混合动力车夸克，采用了4轮驱动技术，成为有潜力的燃料电池的电动车[1]。
在第十二个五年计划期间，中国明确表示，纯电动汽车是新能源汽车的终极发展目标。目前推出的纯电动车产品因成本高、行驶里程短，导致纯电动汽车出现了有价无市的市场形势，性价比较高的微型电动汽车发展迅猛，市场前景非常广阔，成为纯电动汽车领域的主要发展趋势。
目前国内已有很多企业参与研制微型电动汽车。像国内第一家从事纯电动汽车核心技术研发的“方舟”，经过多年的探索，已经有100多项专利，其中发明专利十多项，于5月在广东、佛山正式开展示范运营。众泰、奇瑞、城市小精灵等企业都已开发出自己的微型电动汽车样品。山东、河北、江苏等地的微型电动汽车市场最为活跃。通过山东省汽车工业各个机构的统计，最近几年来，微型电动车在山东省的销售量一向显现出很大程度的增加趋向。
1.2.2 无刷直流电机的发展现状
电机是一种非常紧要的转换机电能量的装置，在100多年以来，其在人类的日常生活中和国民经济发展的各种领域的应用已经非常广泛。依据统计，九成以上的动力能源来自于电机。除此之外，我国制造的电能有七成使用于电机。当代社会对于生产的需求在不断的提高，因此电机的研制也要向更为新型发展，这种需求日益迫切。随着科学技术的进步和新材料的出现，电机的发展也得到了不断的进步。对于传统直流电机所无法避免的缺点，科学家针对此一直进行着不懈的研究。当代社会对于生产的需求在不断的提高，因此电机也需要研制也要向更为新型发展，这种需求日益迫切。1915年，美国的Langmill开发了由直流可变交流逆变器设备实现的汞整流器门控制。1917年，Boliger提出用整流器代替机械刷，为后续的无刷直流电机诞生提供了理论依据。二十世纪中叶，美国哈里森等人首次申请晶体管替代刷毛直流电机机刷的专利，标志着现代无刷直流电机的诞生。1986年，麦克伯顿对无刷直流电机作了全面而系统的总结，并成为方波无刷直流电机研究的经典文献[2]。
1930年，把机械换向通过电子换向替换成为很多人的研究方向，然而限制于大功率电子元器件在当时尚未得到成熟的发展，没有合适的换向元件能被使用，这种状况使得新型电机无法得到推广，只能作为一种研究留存在实验室内。十九世纪中叶，直流电动机刷是美国开关器件晶体管替代的首选，无刷直流电机诞生了。晶体管，开关电路，功率放大和信号检测是其主要组件的一部分。但限于当时的技术，电机不启动转矩，不能大量制造。19世纪60年代，电子换向无刷直流电机通过霍尔元件的帮助最终得以实现。到目前为止，无刷直流电机产品的发展已经走向了新时代[3]。
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