轻型电动汽车驱动控制系统设计
摘 要摘 要现在社会的环境还有能源问题，特别是环境问题得以解决是现在发展新能源汽车主要目的。据调查，轻型电动汽车因为其高能效、无污染、低噪声等，所以对轻型电动汽车的研究与使用现在成为汽车工业的一个“热点”。其对改善日趋恶化的“雾霾”环境、合理利用越来越匮乏的能源资源、满足人们越来越多的物质文化水平、促进我们的社会能够可持续发展有重要的意义。在轻型电动汽车的设计中，它的驱动控制系统的好与坏直接影响了车辆行驶的舒适性。因此，本文主要是对轻型电动汽车的驱动控制系统进行设计，对其进行驱动控制策略设计和驱动控制电路设计。首先，轻型电动汽车的驱动控制系统初步的简单设计方案和基于CAN总线的驱动控制系统电路的结构设计，驱动控制系统主要部件：控制器、驱动器、驱动电机、变速器和车轮。本片论文先对驱动电机进行类型选择和原理介绍、选择直流电机的驱动控制电路、AMT变速器进行控制原理分析和车辆挡位的控制过程简单的介绍了一下。轻型电动汽车的驱动控制系统的电路的结构设计简单的介绍了一下，并对结构中的控制器、CAN控制器、CAN接发器进行了初步的型号选择。其次，驱动控制系统的数学建模，是以轻型电动汽车为模型，推理出直流电机的数学模型，从而建立轻型电动汽车驱动控制系统的数学模型。该数学模型在SIMULINK的仿真环境下以实际驱动电路参数为建模依据，以纯电动汽车的行驶速度为被控对象，应用速度单闭环PID控制策略，使其在ADVISOR的仿真环境下对轻型电动汽车的驱动控制系统进行建模仿真，并且对应用单闭环驱动控制策略的仿真模型进行简单的工况分析。最后，对CAN网络进行介绍并且对CAN进行结点分析。对驱动控制系统的电路进行设计。主要就是以AT89C52单片机为控制器，对直流电机进行各种功能的驱动控制。使直流电机能够在Proteus的仿真环境下，对直流电机在不同工况：加速、减速、怠速、紧急停止等进行控制。关键词：电动汽车； 轻型电动汽车； 驱动控制； 控制策略 目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景和意义 1
1.1.1 环境问题 1
1.1.2 能源问题 1
1.1.3 发展电动汽车的优势 2
1.2 国内外电动汽车的驱动控制系统发展现状 3
1.3 本文研究课题的主要内容 4
第二章 轻
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动汽车； 轻型电动汽车； 驱动控制； 控制策略 目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景和意义 1
1.1.1 环境问题 1
1.1.2 能源问题 1
1.1.3 发展电动汽车的优势 2
1.2 国内外电动汽车的驱动控制系统发展现状 3
1.3 本文研究课题的主要内容 4
第二章 轻型电动汽车驱动控制系统的初步设计 5
2.1 驱动控制系统的结构布局和基于CAN的结构设计 5
2.1.1 驱动控制系统的结构布局 5
2.1.2 动控制系统基于CAN的结构设计 6
2.2 轻型电动汽车驱动电机的选型 7
2.2.1 驱动电机的分类与选择 7
2.2.2 直流电机的工作原理 9
2.3 直流电机驱动控制电路的选型 9
2.4 轻型电动汽车AMT变速器的设计 11
2.4.1 AMT变速器系统的工作原理 11
2.4.2 AMT变速器系统换挡设计 11
2.5 轻型电动汽车的再生制动设计 12
2.6 基于CAN的主要元件的选择 12
2.6.1 电机控制器的选择 12
2.6.2 CAN控制器的选择 13
2.6.3 CAN接发器的选择 14
2.7 本章小结 14
第三章 轻型电动汽车驱动控制系统策略与工况分析 16
3.1 轻型电动汽车数学模型 16
3.1.1 车辆的阻力分析 16
3.1.2 车辆的驱动力分析 17
3.1.3 车辆的行驶方程 18
3.2 轻型电动汽车的直流电机的数学模型 19
3.2.1 直流电机的拖动系统方程 19
3.3 直流电机驱动轻型电动汽车的数学模型 20
3.3.1 直流电机驱动轻型电动汽车行驶方程 21
3.3.2 直流电机驱动轻型电动汽车的转动方程 21
3.4 轻型电动汽车驱动控制系统控制策略的仿真 23
3.4.1 控制器的SIMULINK 模块 23
3.4.2 驱动器的SIMULINK 模块 23
3.4.3 直流电机驱动电动汽车的SIMULINK模块 24
3.4.4 单闭环驱动控制策略仿真模型 24
3.5 轻型电动汽车驱动控制系统ADVISOR模型建立 25
3.5.1 整车控制仿真模型 25
3.5.2 电机仿真模型 26
3.5.3 电池仿真模型 27
3.6 轻型电动汽车驱动控制系统工况分析 27
3.6.1 初始驱动控制策略仿真 27
3.6.2 单环驱动控制策略工况仿真分析 28
3.7 本章小结 32
第四章 轻型电动汽车驱动控制系统基本功能实现 33
4.1 CAN网络简单介绍 33
4.2 CAN与电机的信息传递 34
4.3 基于CAN的驱动控制电路 37
4.4 电机驱动控制功能的实现 38
4.4.1 Proteus的电路图的绘制与仿真 38
4.5 本章小结 41
总结与展望 42
致 谢 44
参 考 文 献 45
附 录 47
第一章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.1.1 环境问题
在2011年8月，全球汽车的保有量达到了10亿，同时，由于近年来亚洲汽车工业的快速发展，亚洲地区的总产量达到了8000万辆。这些成就是可喜的，然而，汽车快速发展的同时也给人们赖以生存的生态环境带来了巨大的破坏。
目前，在国内外的汽车市场上占绝大多数的还是内燃机汽车。众所周知都知道汽车的动力来源是内燃机燃料的燃烧，与此同时会产生大量的尾气：一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物、碳氧化合物、固体细微颗粒物。随着二氧化碳排放增多不断的增多，全球变暖的进程不断的加速，人类的生态环境受到严重的威胁。固体细微颗粒如：PM2.5的排放，造就了雾霾，迫害了人们的身体健康。不单单汽车尾气带来了很多负面影响，汽车在生产制造的过程中甚至是报废的过程中也给人们的环境带来了严重的影响。如塑料制件中氟利昂的使用，破坏了臭氧层；油漆溶剂的使用，造成了污染。
1.1.2 能源问题
现在以内燃机为主的汽车是以石油为燃料的，这样形成了对化石能源的巨大依赖。随着改革开放，中国的汽车市场日益蓬勃，但是对能源的不好的影响也越来越突出。比如：中国是资源大国，但是人均资源比较少，因此对进口的依赖程度逐年递增；汽车增长与石油资源消费之间的矛盾日益突出。
汽车带给了人们很多便利，但是随之发展，汽车受环境和能源的制约越来越大，汽车产业不得不面临一个当代的热点话题“可持续发展”。因此，如今的当务之急就是寻找新的汽车动力方式新的能源。随着科学技术的不断深入研究，各种新型环保的汽车层出不穷，如：纯电动型、混合动力型、新清洁燃料型等都不断的出现，从理论走向实际。
全球环境保护的呼声越来越大、原油价格不断的上升、国际能源供应一直很紧张等这些都促进了新能源汽车加快技术的研发和汽车工业的生产和发展。做为最大的发展中国家，全世界人口最多的国家，新能源汽车的发展有着非常重大的意义和十分广阔的前景。
1.1.3 发展电动汽车的优势
电动汽车摒弃了内燃机，采用了电力驱动，而电力的来源多种多样，能有效的改善能源结构，解决汽车能源供给紧张的局面。其有很多的优点：低排放、零污染、噪音小、废热少、制动能量回收、结构简单、使用维护方便。
首先，电动汽车比传统汽车的能源利用率高。如图11所示。
图11 电动汽车与燃油汽车能源利用率的比较
由上图值，电机、传动效率比内燃机、传动效率高出很多，由此可以知道，发展电动汽车的重
第一章 绪论 1
1.1 研究背景和意义 1
1.1.1 环境问题 1
1.1.2 能源问题 1
1.1.3 发展电动汽车的优势 2
1.2 国内外电动汽车的驱动控制系统发展现状 3
1.3 本文研究课题的主要内容 4
第二章 轻
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动汽车； 轻型电动汽车； 驱动控制； 控制策略 目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景和意义 1
1.1.1 环境问题 1
1.1.2 能源问题 1
1.1.3 发展电动汽车的优势 2
1.2 国内外电动汽车的驱动控制系统发展现状 3
1.3 本文研究课题的主要内容 4
第二章 轻型电动汽车驱动控制系统的初步设计 5
2.1 驱动控制系统的结构布局和基于CAN的结构设计 5
2.1.1 驱动控制系统的结构布局 5
2.1.2 动控制系统基于CAN的结构设计 6
2.2 轻型电动汽车驱动电机的选型 7
2.2.1 驱动电机的分类与选择 7
2.2.2 直流电机的工作原理 9
2.3 直流电机驱动控制电路的选型 9
2.4 轻型电动汽车AMT变速器的设计 11
2.4.1 AMT变速器系统的工作原理 11
2.4.2 AMT变速器系统换挡设计 11
2.5 轻型电动汽车的再生制动设计 12
2.6 基于CAN的主要元件的选择 12
2.6.1 电机控制器的选择 12
2.6.2 CAN控制器的选择 13
2.6.3 CAN接发器的选择 14
2.7 本章小结 14
第三章 轻型电动汽车驱动控制系统策略与工况分析 16
3.1 轻型电动汽车数学模型 16
3.1.1 车辆的阻力分析 16
3.1.2 车辆的驱动力分析 17
3.1.3 车辆的行驶方程 18
3.2 轻型电动汽车的直流电机的数学模型 19
3.2.1 直流电机的拖动系统方程 19
3.3 直流电机驱动轻型电动汽车的数学模型 20
3.3.1 直流电机驱动轻型电动汽车行驶方程 21
3.3.2 直流电机驱动轻型电动汽车的转动方程 21
3.4 轻型电动汽车驱动控制系统控制策略的仿真 23
3.4.1 控制器的SIMULINK 模块 23
3.4.2 驱动器的SIMULINK 模块 23
3.4.3 直流电机驱动电动汽车的SIMULINK模块 24
3.4.4 单闭环驱动控制策略仿真模型 24
3.5 轻型电动汽车驱动控制系统ADVISOR模型建立 25
3.5.1 整车控制仿真模型 25
3.5.2 电机仿真模型 26
3.5.3 电池仿真模型 27
3.6 轻型电动汽车驱动控制系统工况分析 27
3.6.1 初始驱动控制策略仿真 27
3.6.2 单环驱动控制策略工况仿真分析 28
3.7 本章小结 32
第四章 轻型电动汽车驱动控制系统基本功能实现 33
4.1 CAN网络简单介绍 33
4.2 CAN与电机的信息传递 34
4.3 基于CAN的驱动控制电路 37
4.4 电机驱动控制功能的实现 38
4.4.1 Proteus的电路图的绘制与仿真 38
4.5 本章小结 41
总结与展望 42
致 谢 44
参 考 文 献 45
附 录 47
第一章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.1.1 环境问题
在2011年8月，全球汽车的保有量达到了10亿，同时，由于近年来亚洲汽车工业的快速发展，亚洲地区的总产量达到了8000万辆。这些成就是可喜的，然而，汽车快速发展的同时也给人们赖以生存的生态环境带来了巨大的破坏。
目前，在国内外的汽车市场上占绝大多数的还是内燃机汽车。众所周知都知道汽车的动力来源是内燃机燃料的燃烧，与此同时会产生大量的尾气：一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物、碳氧化合物、固体细微颗粒物。随着二氧化碳排放增多不断的增多，全球变暖的进程不断的加速，人类的生态环境受到严重的威胁。固体细微颗粒如：PM2.5的排放，造就了雾霾，迫害了人们的身体健康。不单单汽车尾气带来了很多负面影响，汽车在生产制造的过程中甚至是报废的过程中也给人们的环境带来了严重的影响。如塑料制件中氟利昂的使用，破坏了臭氧层；油漆溶剂的使用，造成了污染。
1.1.2 能源问题
现在以内燃机为主的汽车是以石油为燃料的，这样形成了对化石能源的巨大依赖。随着改革开放，中国的汽车市场日益蓬勃，但是对能源的不好的影响也越来越突出。比如：中国是资源大国，但是人均资源比较少，因此对进口的依赖程度逐年递增；汽车增长与石油资源消费之间的矛盾日益突出。
汽车带给了人们很多便利，但是随之发展，汽车受环境和能源的制约越来越大，汽车产业不得不面临一个当代的热点话题“可持续发展”。因此，如今的当务之急就是寻找新的汽车动力方式新的能源。随着科学技术的不断深入研究，各种新型环保的汽车层出不穷，如：纯电动型、混合动力型、新清洁燃料型等都不断的出现，从理论走向实际。
全球环境保护的呼声越来越大、原油价格不断的上升、国际能源供应一直很紧张等这些都促进了新能源汽车加快技术的研发和汽车工业的生产和发展。做为最大的发展中国家，全世界人口最多的国家，新能源汽车的发展有着非常重大的意义和十分广阔的前景。
1.1.3 发展电动汽车的优势
电动汽车摒弃了内燃机，采用了电力驱动，而电力的来源多种多样，能有效的改善能源结构，解决汽车能源供给紧张的局面。其有很多的优点：低排放、零污染、噪音小、废热少、制动能量回收、结构简单、使用维护方便。
首先，电动汽车比传统汽车的能源利用率高。如图11所示。
图11 电动汽车与燃油汽车能源利用率的比较
由上图值，电机、传动效率比内燃机、传动效率高出很多，由此可以知道，发展电动汽车的重
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