电动车控制器范文

电动车控制器范文第1篇

关键词： 智能测试设备； 控制电路； 测量电路； 控制分析软件

中图分类号： TN911.7?34； TP29 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）09?0136?04

0 引 言

目前国内外电动车技术高速发展，欧美许多国家已经将向年长者及残障人士提供电动车作为社会保障体系的一部分，其中控制器是电动车的核心零部件，决定了电动车的稳定性与可靠性。如何保障电控零件的质量稳定性和一致性，是本文研究的重点。

对于控制器的传统测试，大多只测试电路板的电气特性，普遍存在着测试点测试工序繁琐，部分特性很难检测；数据量大，处理困难；人工检测效率低，人为因素加大；产品追溯困难等问题。针对上述不足，本文设计并实现了能对电动车控制器各功能在线自动检测的智能测试系统。该系统能通过控制分析软件的调度[1]，结合模拟负载装置，自动进行功能测试，可以基本消除人为不确定因素。人机界面友好，显示的测试参数丰富，可自动出具测试报告，并将测试结果存在数据库中，留作历史数据记录以待查询。

1 电动车控制器测试系统的组成及工作原理

本文所针对的电动车控制器包括串口通信模块，前后灯及喇叭的控制与故障检测， 速度控制与检测模块，电源控制模块，电机功率驱动等。由于电子元器件本身存在质量缺陷及生产中出现各种工艺问题，将会导致控制器硬件在某方面工作不正常，因此测试系统必须能够检测出硬件的所有问题，并快速定位[2]。控制器输入信号有开关量、模拟量、脉冲量等，输出信号为驱动电机的模拟量，并有双向通信的串口信号。

该智能测试设备由系统电源模块，主控制器PIC18F65J10，通信模块，车灯与喇叭的负载模拟与检测模块，电机信号模拟与反馈检测模块，行驶信号与速度传感器模拟模块组成。测试系统的结构图如图1所示。

电动车控制器范文第2篇

关键词：开关磁阻电机驱动系统 电动车 AVR单片机 控制器

引 言

电动车是解决世界能源危机、空气污染等重大难题的理想交通工具，是21世纪高科技产品之一。电动车的研制成功，主要取决于车体、蓄电池和驱动系统三大部分，其中驱动系统的优劣对电动车的驾驶性能、续驶里程亦起着重要的作用。开关磁阻电机驱动系统具有许多交、直流电机驱动系统难以比拟的明显优点，是电动车驱动系统中的强有力竞争者。

开关磁阻电机驱动系统（SRD）由开关磁阻电机（SRM或SR电机）、功率变换器、控制器和检测器四个部分组成，是20世纪80年代迅猛发展起来的一种新型调速电机驱动系统。它的结构极其简单坚固，调速范围宽，调速性能优越，而且在整个调速范围内都具有较高的效率，系统可靠性高，是各国研究和开发的热点之一。随着近代电力电子技术和控制技术的发展，SRD产品已广泛或开始应用于电动车驱动等各个领域，呈现强大的市场潜力。

本文主要研究的是以AVR单片机ATmega48为主控芯片的，并根据SR电机的运行原理及两轮电动车的运行特性设计出的电动车控制器。电动车控制器要实现的主要功能如下：

1.电动：电动车调速转把可在0-20km/h范围内调速。

2.定速：当手柄在某一位置停留时间到达6s或6s以上时，电动车进入定速行驶状态。两种情况下可以退出定速状态：转把回归到初始位置再转动或出现刹车时。

3.欠压保护：当蓄电池电压低于42V时，强制制动电机；当蓄电池电压恢复到45V以上再重新开始正常工作。

4.过流保护：当系统功率电路中的电流超过额定电流28A时过流保护。

5.刹车：在硬件上有刹车断电，在软件上，高速刹车时给电机加上制动转矩，低速时依靠机械刹车即可。

1、SRD系统结构及运行原理

SRD系统结构如图1.1所示。

1.1.1 SR电机的基本结构和工作原理

SR电机是SRD系统中实现机电能量转换的部件，图1.2为典型SR电机的结构原理。定转子铁心均由普通硅钢片叠压而成，转子上既无绕组也无永磁体，定子各极上绕有集中集中绕组，径向相对极的绕组串联，构成一组，也称一相。本文选用四相8/6级SR电机做为电动车的驱动电机。

SR电机的工作原理遵循“磁阻最小原理”——磁通总是沿磁阻最小的路径闭合。当定子某相绕组通电时，所产生的磁场由于磁力线扭曲而产生切向磁拉力，试图使相近的转子极旋转到其轴线与该定子极轴线对齐的位置，即磁阻最小位置。转子的转向与相绕组的通电方向无关，仅取决于相绕组的通电顺序。若改变相电流的大小，则可改变电机转矩的大小，进而可改变电机转速。

1.1.2 功率变换器

功率变换器是SR电机运行时所需能量的供给者，起控制绕组开通与关断的作用。其主电路结构形式与供电电压、电动机相数及主开关器件的种类有关。本文选用H桥型主电路。

1.1.3控制器和检测器

控制器综合处理位置检测器、电流检测器提供的电机转子位置、速度和电流等反馈信息及外部输入的指令，实现对SR电机运行状态的控制，是SRD的指挥中枢，一般由单片机及接口电路等组成。

位置传感器向控制器提供转子位置及速度等信号，使控制器能正确地决定绕组的导通和关断时刻。本文选用光敏式位置检测器。

1.2 SRD系统的运行原理

1.2.1 主要控制方式

SRD 系统的控制方式是指电动机运行时控制哪些参数及如何控制，使电动机按规定的工况运行，并保持较高的性能指标。根据SR电机的可控量有加于绕组两端的电压uk、相电流ik、开通角θon和关断角θoff等参数，主要有以下三种控制方式：

（1）角度位置控制（APC）

加在绕组上的电压一定的情况下，通过改变绕组上主开关的开通角θon和关断角θoff，来改变绕组通电、断电时刻，调节相电流的波形，实现转速闭环控制。

（2）电流斩波控制（CCC）

电机低速运行特别是在启动时需对电流峰值进行限制，以避免过大的电流脉冲对功率开关器件及电机造成损坏，采用电流的斩波控制，获得恒转矩的机械特性，将直接选择在每相的特定导通位置对电流进行斩波控制。

（3）电压斩波控制（CVC）

电压斩波控制是保持开通角θon、关断角θoff不变的前提下，使功率开关器件工作在脉冲宽度调制（PWM）方式。脉冲周期T 固定，通过调节PWM波的占空比，来调整加在绕组两端电压的平均值，进而改变绕组电流的大小，实现对转速的调节。

为了保证SR电动机的可靠运行，一般在低速（基速以下）时，采用CCC控制（又叫电流PWM控制）；在高速情况下，采用APC控制（也叫单脉冲控制）。

1.2.2 SR电机的机械特性

SR电机的机械特性可分为三个区域：恒转矩区、恒功率区、串励特性区（自然特性区），如图1.3所示。在恒转矩区，由于电机转速较低，电机反电动势小，因此需要对电流进行斩波限幅，称为采用电流斩波控制（CCC）方式，也可采用调节相绕组外加电压有效值的电压PWM控制方式；在恒功率区，通过调节主开关管的开通角和关断角取得恒功率特性，称为角度位置控制（APC）方式；在串励特性区，电源电压、开通角和关断角均固定。转速Ω1， Ω2为各特接的临界转速，其中Ω1是SR电动机开始运行于恒功率特性的临界转速，定义为SR电机的额定转速，亦称为第一临界转速，对应功率即为额定功率；Ω2是能得到额定功率的最高转速，恒功率特性的上限，可控条件都达到了极限，当转速再增加时，输出功率将下降，Ω2亦称为第二临界转速。

图1.3 SR电机的机械特性

1.2.3 SRD系统的位置信号检测

位置检测的目的是确定定、转子的相对位置，以控制对应的相绕组通断。

光电耦合开关可固定在定子上，亦可固定在机壳上。它是一种槽型（U型）结构，其发射器（发光二极管）和接收器（光敏三极管）分别位于U型槽的两侧，并形成一个光轴，当物体经过U型槽且阻断光轴时，光电耦合开关就产生开关信号。

遮光盘固定在转子轴上，与电机同步旋转，它有与转子凸极、凹槽数相等的齿、槽，且齿槽均匀分布。通过遮光盘，使位置检测器导通和关断，产生包含转子位置信息的脉冲信号。电路通电后，可输出两相周期为60。、间隔为15。的脉冲序列，两相位置信号经过逻辑变换，即可用于控制四相绕组的通断。

为了消除干扰，光电耦合开关输出的信号需要经过整形，可采用滞环比较器电路防止边沿抖动，用具有施密特整形功能的非门来整形。光电三极管的通断信号经比较器输出给施密特触发器整形，再经反相器反相输出位置信号S。

2、控制器的硬件电路设计

本文选用AVR单片机ATmega48为主控芯片， ATmega48单片机不仅具有强大高速的运算处理能力，而且在片内集成了丰富的电机控制部件，如图2.1所示。控制系统主要由以下几个部分组成：

（1）核心微处理器ATmega48：主要功能是输出PWM，根据位置信号输出换相信号，处理电动车的起停、调速运行和保护。

电源电路：将48V电源转换为ATmega48的工作电压5V和IR2103的工作电压15V。

（2）系统功率电路及MOSFET的驱动电路：驱动电路由IR2103实现。

（3）转子位置信号处理：检测转子位置，送至AVR单片机的中断引脚。

（4）转速给定部分：由电动车的手柄将转速的给定信号送到AVR单片机的ADC口。

（5）电流检测和保护部分：通过检测主电路上采样电阻的电压得到主电路上的电流，完成保护功能，并将电流和保护信号送至AVR单片机。

2.1 电源电路和电压采样电路

2.1.1 电源电路

电动车靠蓄电池供电，蓄电池的电压为48V，而在控制电路中用到的芯片的工作电压有15V和5V两种，因此需要将48V的电压进行电平转换。用的是三端集成稳压器，该稳压器具有输出电压稳定、内置保护功能、体积小、性价比高、工作稳定可靠等特点。

2.1.2 电压采样电路

随着电动车运行，蓄电池的电压会不断下降，当下降到一定值的时候如果还继续使用电动车将会导致蓄电池放电过深，严重损害蓄电池的寿命，因此设计了一个电源电压采样电路，如图2.2所示。48V电源电压经过电阻分压到5V以下的，分压后的电压信号经RC滤波线路输入到单片机的ADC口。二极管1N4148的作用是将输入信号的最高电压钳制在VCC+0.5V左右，单片机再根据该电压信号适时的进行欠压保护。

2.2 系统功率电路及MOSFET驱动电路的设计

2.2.1 系统功率电路

如图2.3所示为系统功率变换器电路。电解电容对整流电路的输出起到滤波和吸收电流回馈作用。R1为合闸时的充电电阻，以防止合闸时浪涌电流对滤波电容有过大的电流冲击。当电机起动后，开关闭合，将R1从电路中切除。R是采样电阻，用于电流环控制和硬件过流保护。

2.2.2 MOSFET驱动电路

由于单片机输出的换相信号电流不足以驱动MOSFET，所以需要另加驱动，采用集成电路芯片IR2103驱动MOSFET。IR2103的真值表如表2.1所示。

2.3 转子位置信号处理电路

。由SR电机内部位置传感器传来的两路位置信号经过光耦TLP521隔离，然后经过施密特反相器整形传给AVR单片机，其中一相传给捕捉单元的CAP1引脚，单片机片内的计时器T/C1会记录下该捕获信号的时刻，与上一次捕获信号的时刻相比较就能得出这一小段时间内的平均速度，由于时间间隔很短，因此可视为该时刻的瞬时速度。

光耦TLP521的隔离作用能有效的去除干扰信号，而当无光耦隔离时，AVR单片机会把很多干扰信号误当成位置信号，以至于速度计算不正常，所以光耦隔离单元必不可少。

2.4 电流检测和保护电路

从采样电阻上采样电压经过放大后，一方面得到的Iback输入单片机AVR单片机的ADC口，实现电流环闭环控制和软件过流保护；另一方面经过一个比较器，实际电流信号和设定电流上限值比较，若实际电流超过设定电流上限，则比较器输出低电平信号OC，OC与PWM信号和换相信号相与，如果OC出现低电平，则MOSFET都不会被导通，当电流下降到电流上限以下后，OC恢复高电平，MOSFET又会受PWM信号控制而导通，从而实现限流的作用，达到硬件过流保护的目的。

3、控制器的软件设计

软件程序主要包括以下几个子程序：主程序、初始化子程序、换相子程序、刹车中断服务子程序、事件捕捉中断服务子程序和ADC转换结束中断服务子程序。按需要实现的功能分，软件部分可分为以下几个模块：位置检测模块、换相控制模块、AD采样模块、双闭环控制模块、刹车控制模块、过流保护模块、欠压保护模块和定速巡航模块。这些功能模块都是通过中断服务程序来实现的。

3.1 初始化程序

初始化主要是对硬件系统进行初始化，硬件系统的初始化包括引脚的初始化、定时器/计数器T/C1的初始化、定时器/计数器T/C2的初始化、ADC的初始化和看门狗初始化。

3.2 主程序

主程序流程图如图3.1所示。程序开始运行时，先对单片机里的硬件进行初始化，当手柄拧动的时候，单片机通过ADC采样信号获得给定速度，从而进行电动车控制操作，同时根据位置信号的电平给出各相的导通信号。

3.3 各功能模块设计

3.3.1 位置检测模块

此功能模块是通过AVR单片机的ICP输入捕捉单元来实现的，如图3.2所示。

3.3.2 换相控制模块

ATmega48管脚有电平变化中断的功能，即引脚上的任何电平变化都会引起中断。本系统有两个位置信号，将它们接在有此功能的I/O管脚上，并将其设置为引脚电平变化中断的功能模式，这样只要电机转动有一相位置信号发生了变化，系统就会触发中断，然后该服务中断程序根据这两个位置信号电平的值来给各相对应的MOSFET导通信号。这两个位置信号与各相导通信号的关系如图2.7所示。

3.3.3 双闭环控制模块

SRD调速系统最主要的特点是以转速值为给定量，并使电动机转速跟随给定量。为了使系统具有良好的调速性能，采用转速、电流双闭环调速系统[20]

给定转速和SR电机转速的反馈值相叠加（相减）后，转速误差信号输入到速度调节器，转速调节器的作用是对转速误差信号进行PI（比例和积分）运算，PI调节的特点是：比例调节的输出与偏差成正比，偏差越大调节的速度越快；而积分环节只要偏差存在就对其进行积分，可以用来消除静差。因此PI调节器能够将比例调节的快速性和积分调节消除静差的作用有机地结合起来，用以改善系统特性。

3.3.4 AD采样模块

系统中有三个量需要AD采样：电流、电源电压、手柄电压。每次AD转换结束触发中断，通过写ADMUX寄存器的MUX位来选择模拟输入通道。

3.3.5 刹车控制模块

系统采取的措施就是在高速时加入反向控制导通信号，使电机产生反向转矩，从而使电机的速度快速地降下来，而在低速时依靠机械刹车就可以了。

3.3.6 过流保护模块

为了避免大电流工作，损坏电机和控制器，电动车都设计有过流保护，

过流保护模块插入在ADC中断模块中，每次采样完电流后判断是否过流，如过流则运行过流保护程序，否则继续下一次采样。

3.3.7 欠压保护模块

电动车一般都有欠压保护，当蓄电池电压降至额定值的90%左右，电池停止供电，从而防止蓄电池放电过深，受到损害。欠压保护模块和过流保护模块一样是插入在ADC中断子程序中的，在每次采样完电源电压后判断、运行的。

3.3.8 定速巡航模块

电动车在行驶过程中，在比较平稳的地段如果想保持一个速度前进就必须一直拧动手柄在同一个位置。如果加上定速巡航模块就不需要那么费力的由人工操作来实现了，只需要行使者保持手柄在想要的速度上达6s，就可以实现定速行驶。

4、结束语

通过对开关磁阻电机驱动系统的研究，开发了基于开关磁阻电机的电动车控制系统，经过对实际的电动车调试，验证了该系统实时性和可靠性。

通过硬件设计、软件编程及最后的运行情况可见，基于AVR单片机的开关磁阻电机调速系统稳定、可靠，充分发挥了AVR单片机的片内外设功能，优化了硬件电路，使电动车运行平稳，能较快实现起动、加速、减速和制动过程。

实践证明，经济可靠的开关磁阻电机传动系统特别适用于小功率的两轮电动车，有很好的应用前景。■

参考文献

[1] 白木，周洁.我国电动汽车发展综述[M].北京：机电信息出版社，2003

[2] 唐苏亚.电动车辆及其电机的发展概况[J].电机技术，1996： 49-51

[3] 胡崇岳.现代交流调速技术[M].北京：机械工业出版社，1998

[4] 陈昊.开关磁阻调速电机系统研究[J].仪器仪表学报，2001，22（3）：158-160

[5] 吴建华. 开关磁阻电机设计与应用[M].北京：机械工业出版社，2000

[6] 孙建忠，白凤仙.特种电机及其控制[M].北京：中国水利水电出版社，2005.

电动车控制器范文第3篇

关键词：电动自行车；位置传感器；直流无刷电动机；单片机控制

中图分类号：U266文献标识码： A

目前，我国市场上国产电动自行车的品种规格较多，驱动多数用有刷或无刷的轮式直流电机，工作电压为24V、36V或48V，功率在150W~400W之间；蓄电池一般用的是免维护铅酸蓄电池，容量为12Ah，充电时间在3~8小时左右，充电一次行驶里程约50Km左右；车速低于20Km/h，爬坡能力在4度上下；车型有普通型和豪华型，车重约35Kg，载重量约75Kg，百公里耗电量1Kwh左右。

一、无位置传感器的直流无刷电机原理

有位置传感器的直流无刷电机的换向主要靠位置传感器检测转子的位置，确定功率开关器件的导通顺序来实现的，由于安装位置传感器增大了电机的体积，同时安装位置传感器的位置精度要求比较高，带来安装的难度；因此人们在研究过程中发现，利用电子线路替代位置传感器检测电机在运行过程中产生的反电势来确定电机转子的位置，实现换向。从而出现了无位置传感器的直流无刷电机，其原理框图如图1.1所示。

当电机在运行过程中，总有一相绕组没有导通，此时可以在该相绕组的端口检测到该绕组产生的反电势，该反电势在60°的电角度是连续的，由于电难度极大，因此必须找到该反电势与转子位置的关系，才能确定转子的位置。从图1.2中可以看出，反电势在60°的电角度过程中总有一次经过坐标轴（过零点），而此点的电角度和下一次换向点的电角度正好相差30°，故可以通过检测反电势过零点，再延时30°换向。

图1.1 无位置传感器的直流无刷电机原理框图

二、PLC单片机的选择

根据直流无刷无位置传感器电动自行车设计方案的要求，选用PIC16C74A单片机作为主控芯片。

1、直流无刷无位置传感器电动机的反电势检测及换向控制

在前面己经叙述过反电势过零检测延时30°换向的原理和比较器LM324的输出波形，而PIC16C74单片机PORTB端口的RB4、RB5、RB6、RB7四个引脚有一个重要的特性，当把这4个引脚定义成输入状态时，其引脚的电平只要有变化，可以引起中断，即单片机通过把RB4、RB5、RB6、RB7引脚上的输入信号与上一次读入该4个口的旧的锁存值进行比较，若有变化，则把两者相或后输出以产生RBIF中断。因此将比较器LM324的三路输出与PICl6C74单片机的RB5、RB6、RB7三个引脚相连接，如图2.l所示，并将RB5、RB6、RB7设置成输入状态，当反电势过零时引起比较器输出电平变化，从而引起单片机的中断来处理计时和延时过程。

图2.1反电势检测、换向控制及调速电路图

2、驱动电路

由于PIC16C74单片机使用的电源电压是+5V，其I/O端口输出输入的电压电流相对来说比较小，不能直接驱动功率器件MOSFET，因此需要根据PIC16C74单片机的特点设计出驱动电路的上下桥臂，如图2.2、图2.3所示。

图2.2上桥臂驱动电路

上桥臂中，P点和单片机输出口RCx(x=5，6，7)相连，G、S与上半桥臂功率管MOSFET相连， MOSFET源极电位是在0与DC(主电路直流电压)之间跳变，当功率管MOSFET导通时，栅极电位必高于源极，因此若信号源与主电路共地，则驱动电路电压必很高，在图2.2中用自举电路的原理解决了上述问题，自举电容在导通前已充电至+12V（相对于源极），导通时，US=UDC，UG=US+12V，保证了UGS=12V。

下半桥臂驱动如图2.3。

图2.3下桥臂驱动电路

三、调速和过流保护

1、电动自行车的调速

电动自行车的在行驶过程中，并不是以恒定的速度进行，有时需要加快速度，有时需要减慢速度，因此调速是电动自行车不可缺少的一个功能。电动自行车的调速常常是在手柄上安装一个光耦可调电阻，由手动实现的；在实验中用的是可调电阻，其原理如图3.1所示。K点的电压UK值将随着可调电阻的位置变化而变化，向上调，UK值增大；向下调，UK减小。单片机将UK值采样后经A/D转换后送到PWM波占空比寄存器来决定PWM波占空比。

图3.1电动自行车调速原理图

2、过流保护

直流无刷电机在起动或超负荷运行时，其电流很大，如不加限流保护，将会烧坏控制板上的功率器件，甚至会损坏电机。因此必须过流保护措施，其过流保护电路如图3.3所示。

图3.3过流保护电路图

组成了一个单稳电路，使得主电路过流时，保护电路立即响应，切断主电路电流；当主电路电流降到安全值时，保护电路要延时一段时间后，才使主电路恢复正常。在实验过程中需要正确调整图3.3中电阻R4和R5的比值，确保主电路的安全，实验证明，该保护电路速度快，效果比较好。

另外，可以将与非门4011的输出信号送给单片机，由软件识别电机处于起动或过载状态，若处于过载状态，则使上桥臂的功率管MOSFET关断，切断电流，同时伸单片和复位，重新起动。

参考文献

[1]王迎旭.《单片机原理与应用》[M].北京机械工业出版社.2004

[2]张琛.《直流无刷电动机原理及应用》.机械工业出版社.1999

[3]张世铭.《电力拖动直流调速系统》.华中理工大学出版社.1999

[4]窦振中.《PIC系列单片机原理和程序设计》北京航空航天大学出版社.2000

[5]李天阳，刘卫国，李声晋.《无位置传感器无刷直流电机起动过程研究》.电力电子技术.1998.5

[6]曹建平.《电动自行车调速控制电路的研究》.电子工程师.2000.1

[7]李光友，孟传福.《无刷直流电机平均电磁转距探讨》.微特电机.1992.3

电动车控制器范文第4篇

关键词:STC12C5410AD; 电动车; 无刷控制器; 检测

中图分类号:TP23 文献标识码:A

文章编号:1004-373X(2010)07-0208-03

Detection of Brushless Motor Controller in Electric Bicycles Based on STC12C5410AD

LI Bo, DENG Xiao-yan

(Department of Electrical and Electronics Engineering, Shijiazhuang Railway Institute, Shijiazhuang 050043, China)

Abstract: Along with the progress of urbanization, the traffic distance of people′s life is expanding. Instead of fuel vehicles and bicycles, electric bicycles have entered into households. The design is based on STC12C5410AD, which can test brushless motor controller of electric bicycles. The principles of system hardware are described and the diagram of software is designed. The experiments show that the system can basically achieve various detections of brushless motor controller of electric bicycles, including detections of brake systems, phase angle and phase sequence.

Key words:STC12C5410AD; electric bicycle; brushless controller; detection

0 引 言

伴随着城市化进程,人们生活的交通距离不断扩大,代替燃油汽车和自行车的电动车的普及大幅度的提高了电力资源的利用效率,促进了国民经济的健康发展。电动自行车以电力作动力,骑行中不产生污染,无损于空气质量。从改善人们的出行方式、保护环境和经济条件许可情况等因素综合来看,电动自行车目前乃至今后都有着广阔的发展空间。电动自行车所用直流电机分为有刷电机和无刷电机两种。其中有刷电机控制较简单,但其易磨损的电刷带来维修保养工作量相对较大、使用寿命相对较短等缺点。而直流无刷电机本身没有易磨损部件,电机寿命长,维修保养工作量小。但直流无刷电机采用电子换向原理工作,其控制过程比有刷电机复杂得多,因此对控制器质量的要求也高得多。

目前电动自行车采用的直流无刷电机都是三相电机,电角度有60°和120°两种。电机极数大部分为18极,也有16极、20极等。控制器根据霍尔反馈的电机电极位置,控制相应的功率驱动管的开通或关断,在定子中产生旋转磁场,驱动电机的转子转动[1-3]。

为了判断无刷控制器是否能够正常运行,也就是检测转把和刹车功能是否正常,判断控制器的角度是60°还是120°,并且确定绕组A,B,C相与位置信号a,b,c之间的对应关系,正确地将控制器与电机进行连接,现在很多的检测仪器都采用模拟电路,使得结果不是很精确,而且需要的电路也很复杂,成本很大。设计采用STC12C5410AD单片机作为控制芯片,大大简化了硬件电路,以软件编程来实现。

1 电动车无刷电机控制器简介

控制器由周边器件和主芯片(或单片机)组成。周边器件是一些功能器件,如执行、采样等,它们是电阻、传感器、桥式开关电路,以及辅助单片机或专用集成电路完成控制过程的器件;单片机也称微控制器,是在一块集成片上把存贮器、有变换信号语言的译码器、锯齿波发生器和脉宽调制功能电路以及能使开关电路功率管导通或截止、通过方波控制功率管的的导通时间以控制电机转速的驱动电路、输入输出端口等集成在一起,而构成的计算机片。这就是电动自行车的智能控制器。

控制器的设计品质、特性、所采用的微处理器的功能、功率开关器件电路及周边器件布局等,直接关系到整车的性能和运行状态,也影响控制器本身性能和效率。不同品质的控制器,用在同一辆车上,配用同一组相同充放电状态的电池,有时也会在续驶能力上显示出较大差别。

目前,电动自行车所采用的控制器电路原理基本相同或接近。有刷和无刷直流电机大都采用脉宽调制的PWM控制方法调速,只是选用驱动电路、集成电路、开关电路功率晶体管和某些相关功能上的差别。元器件和电路上的差异,构成了控制器性能上的不同[4]。

2 系统硬件电路设计

为了判断无刷控制器是否正常,测量控制器各个部分的输出信号是否符合标准,并且能够接收电机、转把、刹车的信号,判断这个控制器是否能实现其需要实现的功能,系统要检测控制器的转把和刹把是否有稳定的5 V电压输出,判断控制器的角度,以及判断霍尔控制线相序及与其对应的电机电源相序是否一致。只有位置传感器信号和绕组A,B,C正确连接才能使电机正常运行。图1为电路整体设计原理图,系统采用STC12C5410AD单片机作为主要控制芯片。STC12C5410AD系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机,是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051 单片机,指令代码完全兼容传统8051,但速度快8~12 倍,内部集成MAX810专用复位电路,4 路PWM,8 路高速10 位A/D 转换,专门针对强干扰场合电机控制[5]。

图1 电路整体设计

2.1 桥式整流电路

因为控制器工作需要的是直流电,所以需要加个整流电路。系统选用的是单相桥式整流电路。这种电路只要将四只二极管口连接成“桥”式结构,便具有全波整流电路的优点。

2.2 刹车与转把信号的检测

刹车信号高低电位的变化,是控制器识别电动车是否处于刹车状态,从而判断控制器是否给电机供电的依据。只要将刹车和转把信号的输出端接到STC12C5410AD单片机的A/D转换端P16和P17,便能检测输出是否正常[6-8]。

2.3 控制器角度与相序的判断

如图2所示,首先判断绕组电压A的输出,将两个光藕合器连到控制器的末级,与A的上下管并联起来,当A的上管导通时,A输出高电压,使下面的光耦导通,从而输出一个电压值,通过STC12C5410AD单片机的A/D转换端P11口送到单片机中;当A的下管导通时,A输出低电压,使上面的光耦导通,从而输出一个电压值,通过STC12C5410AD单片机的A/D转换端P10口送到单片机中。B和C用上面同样的接法[9,10]。在输出时没有直接输出,而是通过光耦隔离后才输出,原因如下:光耦合器的信号单向传输,输入端与输出端完全实现了电气隔离,输出信号对输入端无影响,抗干扰能力强、工作稳定、无触点、使用寿命长、传输效率高。

图2 相序检测

3 系统软件设计

3.1 总体设计流程图

总体设计流程图如图3所示。

测量控制器输入端阻抗,当其大于10 Ω时为正常,否则电源输入端短路。转把、x把、霍尔电源端的检测要保证输出电压大于4.5 V。控制器角度和相序的判断根据无刷真值表进行判断和检测,以下仅以控制器角度判断为例进行说明。

3.2 控制器角度判断程序设计

由表1可以看出当a,b,c都取“0”,控制器角度为120°的时候,A,B,C上下管都不导通;而控制器为60°时A的上管和B的下管导通,这样便能根据a,b,c都取“0”时,A,B,C的输出信号来判断控制器的角度。流程图如图4所示。

表1 输入、输出真值表

60°abc

120°abc

正向/反向使能电流检测

顶部驱动

ATBTCT

底部驱动

ABBBCB

010000XXX111000

000101110011010

图3 总体设计流程图

图4 角度判断流程图

4 结 语

系统设计采用STC12C5410AD单片机作为控制芯片,电路简单,测量精确,很好地满足了电动车无刷电机控制器检测的各项需求,能够检测控制器接转把和刹把端是否正常,能够判断控制器的角度,霍尔控制相序以及与其对应的电机电源相序是否一致。希望该设计在将来的应用中得到更好的改进和完善。

参考文献

[1]周志敏,纪爱华.电动自行车使用与维修技术问答[M].北京:人民邮电出版社,2006.

[2]谢炎民,刘孝伟,葛淇陪.电动自行车维修速成[M].福州:福建科学技术出版社,2006.

[3]许晓桢.电动自行车使用与维修――从入门到精通[M].郑州:河南科学技术出版社,2007.

[4]张琛.直流无刷电动机原理及应用[M].北京:机械工业出版社,1996.

[5]宏晶科技.STC12C5410AD系列单片机器件手册[EB/OL].,2007.

[6]潘新民,王燕芳.微型计算机控制技术[M].北京:高等教育出版社,2001.

[7]张友德.单片微型机原理、应用与实验[M].上海:复旦大学出版杜,1995.

[8]纪宗南.单片机器件实用手册输入通道器件分册[M].北京:北京航空航天大学出版社,2002.

[9]童诗白,华成英.模拟电子技术基础[M].3版.北京:高等教育出版社,2001.

电动车控制器范文第5篇

关键词：电动自行车；电机控制；直流无刷电机控制；Deadtime控制

中国电动车市场状况

根据市场不完全统计，2007年产销量约为1250万辆，2008年中国电动车市场总量可能接近2000万辆左右。其中一线市场的成长空间有限，而成长主要来源于中小城市及乡镇这些二三线市场，过去和目前电动车销售的主战场是大中小城市的青年人和农民工。而专家预计，将来电动车的主要客户群是中老年人、职业女性和广大农村消费者等三类。实际上，农村市场正在逐步成为日后电动车行业增长的新亮点，据此估算，2010年，中国轻型电动车的产销量将可能达到3000万辆，出口量将可能达到500～600万辆。实现工业产值700亿元，包括上下游带动产值的产业总体规模将达到1300亿。

伴随轻型电动车的生产和消费繁荣，中国已经形成全球最大规模的轻型电动车配套产业体系，并在浙江、江苏和天津形成了重要的产业集群和成型的服务网络，成为“长三角”产业结构升级中的一个新亮点。而上海和山东近年电动车生产企业数量也在急剧增加。

但自去年2007下半年到今年2008上半年受到几个因素影响，电动车市场稍微停滞整理，首先是面临各地政策风险不一，各地政府仍有不同看法。如2007年，继海口、广州等禁“电”后，沈阳、厦门、常州也纷纷加入了这个行列。因此目前电动自行车的发展，在各地还面临着一定的政策变化风险。再者就是铅酸充电电池引起的环境污染污染与回收问题，使得管理政策上趋于保守，但较先进的充电电池又面临成本过高，量产不易等问题，所以充电电池问题如果能解决，对电动车市场必会有另一波高成长期。

改善直流无刷电机控制质量

电动自行车方案根据控制对象电动机的不同，控制器可分为直流有刷电机控制器和直流无刷电机控制器，有刷电机控制较简单，但因其电刷易磨损的电刷带来的维修保养工作量相对较大、使用寿命相对较短等缺点。且大电流时碳刷和碳刷接触压降及碳粉短路换向器引起效率较低。无刷电机是一种特殊的直流电机，它采用内置传感器外加电子换向器的方法进行电子换向，无刷电机主要是为了消除电刷的磨损，以及电刷接触所产生的噪声。但直流无刷电机采用电子换向原理工作，其控制过程比有刷电机复杂得多，因此对控制器质量的要求也高得多。目前一些新产品使用无刷直流电机，在电动汽车上大多使用无刷电机。

目前电动自行车采用的直流无刷电机都是三相电机，电角度有60度和120度两种。电机极数大部分为18极，也有16极、20极等。控制器根据霍尔回馈的电机电极位置，控制相应的功率驱动管的开通或关断，在定子中产生旋转磁场，驱动电机的转子转动。

早期义隆电子即与客户合作开发电动自行车控制模块，两年前ADC type 4K功规MCU推出后，因抗干扰特性良好，客户即节省许多抗干扰组件，降低成本，今年更推出直流无刷马达专用单芯片，除整合度更高外，还使用Flash制程，方便客户程序更新升级，内置EEPROM可储存马达控制参数及防盗密码。此外，一般马达控制中困难度最高的相位Deadtime控制，一不小心，往往造成同时导通使昂贵高压MOS管烧毁，也增加开发及量产测试很大困扰，义隆电子使用直流无刷马达专用单芯片的电动自行车方案，内置独特的Deadtime Control功能，可以经由单芯片内的硬件，实时且自动的将不同马达相位转换的Deadtime做有效控制，减少程序开发时间及失误，此芯片还内置强大程序保护机制，防止抄版，保护原程序。

电动自行车除提供Flash及内置EEPROM，方便开发外，高整合性也很重要，义隆电子提供的直流无刷马达专用单芯片，内置比较器／运算放大器／ADC做过压，过流等保护，实时的中断控制与PWM联动，能精确的控制马达转速，加速减速及EABS(Ebike Anti-lock BrakingSystem)，内建PGAfProgrammable GainAmplify)透过与ADC连接，达到实时中断控制，使过流保护更完整，外部中断驱动脚，可使用于无霍尔的相位控制，内建强制关掉PWM功能，在过载时能实时关掉PWM，保护MOS管，UART，SPI界面，可与表头连接，方便程序开发，LVD(Low VoltageDetect)在电池低压时，自动提示功能，LVR(Low Voltage Reset)低压自动复位，避免误动作，目前产品提供28／32 PIN直插及贴片不同封装，方案已与大厂合作开发中。

电动车控制器范文第6篇

关键词：电动车;起火原因;预防;对策

按照我国现行技术标准，电动车可分为电动自行车、电动摩托车、电动三轮车和电动汽车。本文所指的电动车包括电动自行车、电动摩托车、电动三轮车，不包括电动汽车。我国的电动车产业始于上世纪90年代中期，1995年国内率先研制出第一辆电动车，1997年成立了国内最早从事电动车研发和生产的企业，带动了电动车产业化发展。目前，电动车是城乡居民近距离出行较理想的代步工具。2010年，我国仅电动自行车、电动摩托车产销量接近3000万辆，社会保有量接近1.5亿辆。 在电动车保有量持续增长的同时,由于市场监管不到位、技术标准不健全、生产维修质量控制不严格、使用存放方面问题突出等原因，近年来，我国电动车引发的火灾事故激增，亡人火灾事故突出。2008年以来，仅河南省就发生电动车引起的伤人亡人火灾事故8起，造成6人死亡，22人受伤，其中电动车亡人火灾起数、死亡人数分别占全省同期亡人火灾数的10.0%、亡人数的11.3%,电动车伤人数占同期伤人数的40.5%。

一、电动车行业发展现状及火灾规律

（一）行业发展现状

我国电动车生产实行生产许可制度。根据国家质量技术监督局全国工业产品生产许可证办公室网站公布的资料，截止2011年3月30日，全国共有2679家电动车企业获得了生产许可。2010年全国电动自行车、电动摩托车车产量达2954.4万辆，同比增长24.7%，实现工业产值约700亿元。据业内权威机构预测，2012年，我国电动车保有量将超过2亿辆。从近年来国家质检监督部门对电动车产品质量监督抽查的结果看，全国电动车产品抽样合格率差异较大，合格率基本保持在70%至90%之间，个别地方抽检合格率不足20%。抽查项目的检测结果显示，电动车涉及电气安全指标不合格项目主要包括电气绝缘性能、电气线路敷设、欠压过流保护、短路保险装置等。据电动车行业业内人士透露，河南省电动车市场上无证企业生产的产品数量约占整个市场销售量的30%。我国电动车保有量基数大、增长迅速，假冒伪劣无证产品充斥市场，埋下大量引发火灾的先天患。

（二）典型火灾案例

2008年7月19日1时22分许，河南省周口市郸城县人民路鑫豹自行车专卖店因电动三轮车充电时电气线路短路引发火灾，造成2人死亡；2010年10月6日5时10分许，河南省郑州市金水区庙李镇陈砦村村民自建租赁房电动车因充电时电气线路故障引发火灾，造成14人受伤；2010年11月30日23时45分，河南省郑州市金水区柳林镇柳林村北二街村民自建租赁房门厅内因电动车充电时电气线路短路引发火灾，造成3人死亡，2人受伤；2011年3月，贵州省罗甸县龙坪镇城关加油站对面一住户电动车充电时电气线路短路引发火灾，造成财产损失和较大的社会影响；2011年4月27日1时48分，河南省郑州市金水区庙李镇陈砦村村民自建租赁房因电动车充电时电气线路短路引发火灾，造成1人死亡，2人受伤。据报道，2011年4月25日，北京市大兴区旧宫镇南小街造成18人死亡、24人受伤的火灾也是因为电动三轮车充电时电气线路故障引起。深入分析研究电动车起火原因和造成火灾中亡人的原因，对预防和减少电动车火灾，遏制由此引发的亡人火灾事故具有重要的意义。

（三）电动车火灾规律

通过对电动车火灾尤其是由此造成的亡人火灾事故调查，此类火灾存在以下规律： 1、火灾多发生在充电过程中。电动车火灾有发生在行驶中，但多数发生在充电过程中。电动车行驶中发生火灾的主要原因是车辆电气线路过负荷、短路情况下，由于未安装电气安全装置或电气安全装置不合格，不能及时有效切断电源，大电流引燃绝缘或其他易燃可燃材料所致。充电过程中发生火灾的主要原因是电动车自身电气线路短路、充电器线路过负荷、电动车电池故障引起。河南发生的4起电动车伤亡人火灾事故均发生在充电过程中，并且在充电4个小时以上时间段。

2、火灾发生地点多在建筑首层室内。由于电动车具有自身较重、上下搬动不便，不适宜露天存放的特点，因此，用户夜间通常将电动车搬到室内存放并充电，存放地点多在建筑的首层门厅、走道或楼梯间内，有条件的集中存放在车库、车蓬内。电动车在建筑首层室内充电时，一旦发生火灾，火焰和浓烟将封堵建筑的安全出口、逃生通道，极易造成人员伤亡甚至群死群伤火灾事故。河南周口郸城县“2008.7.19” 鑫豹自行车专卖店亡人火灾就是在建筑首层营业厅内充电时发生火灾，造成楼上人员无法沿楼梯逃生；郑州市三起电动车亡人火灾电动车存放地点都是在建筑的首层门厅或楼梯间内，火灾时造成人员无法通过唯一出口进行逃生，造成人员伤亡。据报道，北京市大兴区“2011.4.25”旧宫镇南小街村民自建租赁房火灾中充电电动车也是存放在建筑首层室内，火灾时造成楼上人员无法疏散。

3、引发火灾的电动车多是豪华型电动车。电动车一般可分为豪华型、普通型、前后避震型、轻便型四种。近年来，豪华电动车的产销比例越来越高。豪华电动车围档、座垫、灯具大量采用高分子材料制作，这些高分子材料燃烧性能好，燃烧速度快，并产生大量有毒烟气。豪华电动车的弊端主要有：电气线路一旦起火极易引起车辆起火，车辆燃烧时产生大量有毒烟气，导致人员中毒伤亡。2008年以来，各地引发伤亡人火灾的电动车都是采用大量高分子材料装饰的豪华型电动车。

4、火灾尤其是亡人火灾呈快速增长趋势。从2008年河南周口郸城县鑫豹自行车专卖店第一起电动车亡人火灾起。以参与调查的电动车伤亡人火灾为例，2008年发生伤亡人火灾的1起，2009年达到3起，2010年4起、2011年前4个月就发生2起。可以预计，随着电动车社会保有量的快速增加，如不彻底解决电动车监管不力的局面，全面提高和改进电动车产品质量，规范存放充电日常管理，电动车火灾数量必将会继续快速上升，亡人火灾甚至群死群伤火灾事故将无法避免。

二、起火原因及亡人原因分析

目前，我国电动车生产技术标准主要有《电动自行车通用技术条件》（GB17761-1999）和《电动摩托车和电动轻便摩托车通用技术条件》（GB/T 24158-2009）。前者规定了电动自行车是指最高设计车速不大于20km/h，整车重量不大于40kg的电动车，超过上述车速和整车重量的电动车适用后者。由于依照《电动摩托车和电动轻便摩托车通用技术条件》规定，电动摩托车和电动轻便摩托车将纳入机动车管理，社会反响巨大，在《电动摩托车和电动轻便摩托车通用技术条件》后，国标委即决定暂缓电动轻便摩托车相关条款的执行。目前市场上大部分电动车最高设计车速和整车重量均超过了电动自行车适用的标准，但生产时又未执行设计标准更加严格的《电动摩托车和电动轻便摩托车通用技术条件》，从而在生产源头上导致先天性火灾隐患大量存在。

（一）起火原因分析

电动车工作原理是充电器给充电电池充电，充电电池经过控制器给电机送电，电机放置在后车轮中，电机的旋转带动车辆的行进。电动车的控制器连接一个调速手柄，转动调速手柄可以让控制器测到不同的电压值，控制器根据电压值大小，模拟调节输送给电机电压的高低，从而控制电机的转速。电动车中的主要用电器件有控制器、充电器、充电电池和电机等。引起电动车起火的主要原因有电气线路短路、接触电阻过大、过负荷以及电池发热爆炸起火等。

造成电动车起火的深层次原因有以下五个方面：

1、电气安全保护装置不能发挥作用。按照《电动自行车通用技术条件》规定，电动自行车的控制器应当具备欠压、过流和短路保护功能，但此要求为推荐性条款。由于有着更高技术要求的《电动摩托车和电动轻便摩托车通用技术条件》、《电动摩托车和电动轻便摩托车安全要求》等4个技术标准涉及电动轻便摩托车内容暂缓施行。目前，市场上的电动车有的在生产过程中不安装短路保护装置，有的即使安装了短路保护装置，也未接入到线路中或维修过程中被擅自拆卸，导致使用中的大部分电动车不具备短路保护功能。市场上，相当一部分电动车欠压过流保护技术指标不合格。

2、主要电器器件技术指标不匹配。控制器、充电器、电机、短路保护装置之间技术指标应相互匹配，但少数生产厂家为了减少生产环节，压缩工艺流程，降低生产成本，或由于缺乏技术力量，不能根据生产实际需要，制造或采购不同规格型号的控制器、充电器、电机，做到控制器、充电器和电机之间技术指标的相互匹配，人为埋下了不安全隐患。

3、 充电器、充电电池产品不合格。一个合格的充电器应当具备智能多段充电模式，有欠压、过流保护电路，并与电动车的电池相匹配。而不合格的充电器，在充电电池充满后，由于不具备智能充电功能，不能进入浮充阶段，而继续对充电电池进行大电流充电，导致充电电池高温，容易引起线路起火或电池发热爆炸。

4、生产装配线路布置不规范。部分企业未按要求选用合适线径线路，线路接插件不具备防水、防潮等功能，随意挑选线路，并且不设置保护装置，加之不合理的装配工艺，致使主电源线长期处于损伤状态，一旦有高电压或大电流通过，极易与其它配件产生打火，发热，引发火灾。

5、充电时线路安装问题多。在对电动车进行充电时，电气线路私拉乱扯，选型不正确，选用线路截径过小，未安装短路保护装置等造成充电线路发热引起火灾。

（二）人员伤亡原因分析

经过对电动车伤亡人火灾事故的分析，电动车火灾导致人员伤亡的原因主要有以下三方面：

1、室内存放充电，封堵安全出口。电动车多数存放在建筑首层门厅、楼梯间及走道进行充电，一旦发生火灾，火焰和高温有毒烟气封堵安全出口、逃生通道，极易造成人员伤亡。

2、采用易燃材料，释放有毒气体。豪华电动车大量采用高分子可燃材料，发生火灾事故，产生大量有毒烟气，极易导致人员中毒伤亡。

3、 疏散逃生不力，容易导致伤亡。被困人员疏散逃生和自救常识相对缺乏，发生火灾盲目逃生、试图穿越起火区强行逃生，造成人员中毒死亡。河南8起电动车伤亡人死者多为老人和儿童。

三、预防对策

通过电动车起火原因和人员伤亡原因的分析，为做好电动车火灾事故的预防工作，控制和减少亡人火灾发生，坚决遏制由此导致的群死群伤火灾发生，全社会应当高度重视电动车火灾的预防，从生产、销售、维修、使用等方面制定针对性措施，全面加强电动车的的监督管理。

（一） 加大行政监管力度，规范行业有序发展。

1、切实把好生产源头关。整顿和规范电动车生产流通秩序，落实电动车生产企业的生产许可证管理制度，坚决打击和惩治无证生产行为。进一步加大电动车产品质量监督抽检力度，依法查处不合格产品，推动电动自行车行业整体质量水平提高。

2、制定完善强制性标准。尽快修订《电动自行车通用技术条件》、《电动摩托车和电动轻便摩托车通用技术条件》，明确电动车分类标准，从严制定电动车电气安全技术标准，增加限制电动车易燃可燃材料使用量条款，从产品制造上预防和减少火灾发生几率，控制和减少电动车火灾荷载。

（二）加强企业质量管理，提高产品质量水平。

电动车生产厂家应当加强自身管理，严格执行国家技术规范和标准，建立内部质量保证体系，落实产品质量主体责任。在未界定电动轻便摩托车适用范围，无执行技术标准的情况下，电动车生产厂家应当建立和修订严格的企业生产技术标准，在电动自行车、电动轻便摩托车上设置欠压、过流和短路保护装置，选用合格电气线路，并规范敷设，控制和减少易燃材料使用，提高电动车安全系数。

（三）规范使用领域管理，提高自身防范能力。

1、购买车辆时，要看品牌查装置。消费者在购买电动助力车时，要注意选择具有生产许可证、市场知名度较高、知名品牌的电动车，同时注意查看电动车是否具备欠压、过流保护功能和短路保护功能。

2、使用车辆时，要勤检查常维护。电动车在正常使用过程中，经常会出现各类故障，在维修过程中，要选择专业的维修机构或人员，不得擅自拆卸电气保护装置，确保电气线路和保护装置完好有效。

3、存放车辆时，要加强车辆管理。实行集中存放的场所，电动车和自行车分开存放，并按照规定配置消防设施和器材。不得在建筑首层门厅、走道及楼梯间内存放电动车。城中村自建房集中存放电动车的房间设置简易自动喷水灭火系统，安装防火门，配备灭火器材。

电动车控制器范文第7篇

因而专家提醒:识货才能选到好货,消费者在购车前需要先上一课,了解电动车有什么核心部件。

电池,电动车的“心脏”。电动车的“心脏动力”日益强悍,消费者再也不必担心电动车的行驶里程短、使用寿命不长。电池的好坏还会影响到电机、充电器、控制器等其他“器官”的运转。

充电器。充电器质量的好坏直接关系到电池寿命的长短,甚至部分劣质充电器还会导致电池充变形。

电机、控制器,电动车运行的主心骨。电机是电动车完成启动和加速等功能的关键,并且电机效率的高低将直接导致电池寿命的长短。而控制器作为电动车无级调速、刹车断电、软启动等功能的助力“器官”,如果设计不合理,限流过大,也会严重影响电池和电机的寿命。

了解电动车的基本部件后,接着干什么?当然是选车了,而购车的时候则得注意:

选品牌。一般情况下,名牌产品都有很长的经营时间,并且在开发设计、零部件配置、生产过程、售后服务等方面都形成了一套成熟的质量控制体系,质量稳定可靠、信誉程度高、售后有保证。

选服务。在购买电动车时一定要注意了解该产品是否在本地区拥有售后服务点、离工作和生活的地方相距远近以及在服务质量、信誉方面的口碑如何。

选车型。目前电动车大体分为豪华型和轻便型两种,消费者应该根据自己的使用需求而选择适合的车型,而不是盲目追求外观等。

电动车控制器范文第8篇

关键词: 城市轨道车辆, 电动车组, 制动系统

采用有轨交通缓解大中城市日益严重的城市公共交通问题已逐渐成为共识。国家已开始有计划地开发新型城市轨道交通车辆。城市轨道交通大多采用动力分散的电动车组。上海铁道大学根据几年来在200 km/ h 电动车组制动系统研制[ 1 ]工作中积累的经验,以及城市轨道电动车组的特点,设计了城市轨道电动车组的制动系统。

1 　设计原则

新型城市轨道电动车组制动系统应具有如下功能:(1) 常用制动,即动力制动与空气制动一起作用;(2) 紧急制动,仅由空气制动作用;(3) 适应atp 操作;(4) 制动力无级调整;(5) 动力制动力与空气制动力自动配合,空气制动力= 所需制动力-动力制动力;(6) 防冲动作用;(7) 防滑功能;(8) 空重车自动调整;(9) 充分利用动力制动的滞后充气功能;(10) 系统自检并显示;(11) 故障导向安全;(12) 备用制动控制;(13) 停放制动。

2 　方案设计

城轨电空制动系统是微机控制的模拟式直通电空制动系统。如图1 所示,该系统由制动控制系统和基础制动装置组成。

2. 1 　制动控制系统

该系统由制动信号发生与传输部分、微机制动控制单元(mbcu) 、气制动控制单元(pbcu) 和转向架制动控制单元组成。

2. 1. 1 　制动信号发生与传输部分该部分主要由制动控制器、调制及逻辑控制器、制动指令线等组成[ 2 ] ,其主要任务是产生制动信号并将信号传递到各车辆的mbcu 或pbcu 。常用或紧急制动指令,是由司机操纵制动控制器产生的,根据总体设计要求,制动控制器也可与牵引控制器合二为一。在司机室,另有紧急制动按钮开关、停放制动开关和备用制动切换开关等。

图1 　微机控制的模拟式直通电空制动系统

调制器用于将制动控制器的指令转换成相应的脉宽调制信号。逻辑控制器根据司机的操作,通过逻辑电路,使指令线在相应的工况下发出相应的指令信号。它还同时接收atp 发出的指令。制动指令线主要有:

①pwm 线,2 根,传递常用制动信号模拟量至各车的mbcu 。

② 紧急制动线,2 根,其中1 根为开关线,另1 根为回线,前者串接了各个控制紧急制动的开关,如司机紧急制动按钮开关、总风欠压开关等,后者将紧急制动指令送至各pbcu 。紧急制动为失电制动。

③ 制动/ 运行信号线,列车处于制动态态时为dc110v 高电平,处于运行状态时为低电平。

④ 停放制动指令线,当需要施行停放制动时,受司机控制,处于dc110v 高电平。

⑤ 强迫缓解指令线,司机控制列车强迫缓解时,处于dc110v 高电平。

⑥ 缓解不良指令线,当某辆车的制动缸缓解不良时,通过该车的mbcu 使指令线处于dc110v 高电平,供牵引控制单元进行联锁控制,以防擦轮。

⑦ 制动力不足指令线,当列车施行常用全制动(或接近常用全制动) 时,若mbcu 检测到制动力不足时,则使其处于dc110v 高电平;通过调制及逻辑控制器切换为紧急制动,以导向安全。

2. 1. 2 　微机制动控制单元mbcu

mbcu 是微机控制直通电空制动系统的关键部件,它主要用来完成如下工作:接受制动指令、空重车信号和速度信号;根据列车运行速度、车重和常用制动指令计算所需的常用制动力;按充分发挥动力制动能力的原则, 进行动力制动与空气制动的配合控制;常用制动时进行防冲动控制,提高舒适性;实现拖车利用动车动力制动能力的滞后充气控制;检测轮对速度,进行防滑控制;检测制动系统状态,自动记录并显示故障信息[3 ] 。

2. 1. 3 　气制动控制单元pbcu

pbcu 是由ep 阀、紧急电磁阀、空重车限压阀、中继阀、强迫缓解电磁阀、传感器等组成的气动元件集成箱。它是将制动指令由电信号转变为相应空气压力信号的部分。它与mbcu 一起构成微机控制直通电控制动系统的制动缸压力控制。其中ep 阀用于将电信号转换成相应的空气压力信号;中继阀将该压力信号进行流量放大后,把压力空气送至转向架;紧急电磁阀在紧急制动时失电,同时将压缩空气通过空重车限压阀直接送至中继阀;强迫缓解电磁阀在缓解发生困难时用来进行缓解控制;传感器用来反馈压力信号,供mbcu 采样控制。

2. 1. 4 　转向架制动控制单元

由转向架中继阀、防滑电磁阀和速度传感器组成。转向架中继阀用于进一步将pbcu 中继阀送来的空气压力进行流量放大, 以提高制动缸充气速度。速度传感器用于检测轮轴转速, 以便mb cu 进行防滑控制。当mb cu 检测到某轴发生滑行时, 控制该轴的防滑电磁阀适当排除制动缸压力空气, 以降低该轴的制动压力, 防止车轮擦伤。

2 . 2 　基础制动装置

基础制动模式可根据城轨动车组车型的不同、减速度要求的不同进行选择, 常用的有踏面制动和盘型制动2 种方式。

城轨电动车组的踏面制动装置应采用带有闸瓦间隙自动调整装置的单元制动缸, 对应每个车轮安装1 套单元制动缸。为保证动车组在坡道上能安全停放, 每个轮对上应安装1 套停放制动装置, 停放制动装置可与单元制动缸合成一体, 成为带停放制动的单元制动缸。图2 所示为适用于踏面制动的带停放制动和不带停放制动的单元制动缸。

图2 　适用于踏面制动的单元制动缸

在轴重较大且减速要求较高的电动车组上, 如果安装空间容许, 可以考虑采用盘形制动装置。拖车可采用轴盘式盘型制动装置, 动车可采用式盘型制动装置或仍采用踏面制动装置。图3 所示为轴盘式盘型制动装置和盘型制动用的单元制动缸( 不带停放制动) 。图4 所示为式盘型制动装置和盘型制动用的单元制动缸( 带停放制动) 。

图3 　轴盘式盘型制动装置及单元制动缸

图4 　式盘型制动装置及单元制动缸( 带停放制动)

2. 3 　备用制动控制系统

由备用控制器、备用制动指令线和备用制动控制单元等组成,为简单的直通电空制动系统。当微机控制直通电空制动系统发生故障后,司机可利用该备用制动控制系统使列车低速运行,以便将旅客运送到下一车站或将列车开回车辆段。备用控制器由司机操纵可产生3 个制动级别指令,该指令为dc110v 高电平信号,通过备用制动指令线,将指令传至各车的备用制动控制单元;备用制动控制单元通过硬件电路控制ep 阀开闭来实现制动或缓解。备用制动为纯空气制动,制动力仅考虑空重车限压。

3 　结　论

以上的制动系统方案是可行的,能适用于各种城轨电动车组。其中的关键部件,如pwm 信号传递、ep 单元的控制等已在200 km/ h 电动车组制动系统中采用。实际应用效果良好,证明上述方案是可行的。

参考文献:

[ 1 ] 　吴萌岭,姜靖国,应之丁等. 我国高速电动车组系统的研究[j ] . 铁道车辆,1999 , (4) :15.

[ 2 ] 　陈龙安,吴萌岭,姜靖国等. 高速电动车组制动用电器信号及其传送[j ] . 铁道车辆,1998 , (8) :21.

电动车控制器范文第9篇

关键词:SPCE061A;平衡点;角度传感器;寻线;LCD;语音

中图分类号:U469.72;TP273+.2文献标识码:A

文章编号:1004-373X(2009)19-106-04

Design and Realization of Electric Vehicle on Seesaw with Sunplus SPC061A Control Core

ZHANG Zhiqiang1,3,CHEN Dan2,CHENG Daolai3,YI Chuijie1

(1.Qingdao R&D Center of Energy and Environment,Qingdao Technological University,Qingdao,266033,China;

2.School of Computer Science and Technology,Beijing Technology and Business University,Beijing,100037,China;

3.School of Construction and Safety Engineering,Shanghai Institute of Technology,Shanghai,200233,China)

Abstract:To design an electric vehicle which could search balance on seesaw,Sunplus SPCE061A as the control core of the electric vehicle in the design,driven by DC motor,and the non-contact magnetic potentiometer modified with small hammer is made into the angle sensor to detect equilibrium point.Black line guiding scheme is used to make electric vehicle automatically find seesaw and balance board.Vehicle-load LCD board is adopted as status display screen in the system.The corresponding voice broadcast balance is indicated.The design function is implemented and tested repeatedly,results are good.The new design idea of the electric vehicle on seesaw is brought forward,it has the characteristics of briefness,convenience and practicality.

Keywords:SPCE061A;balance point;angle sensor;LCD;voice

在多次全国电子设计大赛中,电动车的设计一直都是热点,从历届的电动车设计作品来看,电动车的车体往往做得大而重,且常常需要依靠车体以外的模块辅助才能完成,这对于车来说就不够智能化了。本文中电动车设计所采用的方案,车体小巧灵活,不需借助任何的附加设备即可工作,而且对跷跷板的要求很低。

1 总方案设计

系统可以划分为控制部分和信号检测部分[1]。其中,控制部分由控制器模块、电源模块、电机模块、显示模块、语音模块等模块构成;信号检测部分由平衡检测模块、引导模块构成。采用单控制器,控制器和角度传感器直接安装在车体上,角度传感器的角度信号传送给控制器,控制器根据信号来判断电动车当前的状态,做出相应的反应(前进、后退、停车、平衡指示等)。采用单控制器使小车能够更加灵活的行驶,避免了长信号线或者无线通信带来的信号采集不准确问题。经过多次试验,证明车体能够轻松找到平衡点。

系统方框图如图1所示。

图1 系统方框图

该设计电动车跷跷板实物图如图2所示,从中可以看到,现在电动小车的状态为平衡点附近,这是因为跷跷板的平衡是一种绝对的动态平衡,即平衡时,小车在板上平衡点做振动运动,因为这样的运动幅度非常小,可以认为是一种伪静态。

图2 电动车跷跷板实物图

2 各模块具体实现方案及硬件电路

2.1 车体设计及电机控制模块

该设计采用的车体由铝合金车架及两个直流电机组成,具有坚固稳定的特点,并且直流电机带有驱动电路及减速箱,减速箱的减速比为64∶1。设计中使用L298搭建了驱动电路,经过调试车速可以分级控制。硬件电路图如图3所示。

图3 电机驱动电路

2.2 控制器模块

该设计采用凌阳公司的SPCE061A单片机,SPCE061A是16位结构的微控制器。该单片机具有驱动能力高和集成度高,易扩展,可靠性高,功耗低,结构简单,中断处理能力强等特点。SPCE061A的CPU时钟为032~49152 MHz,内置32 KB FLASH和2 KWords的SRAM,速度可以满足电机控制对实时性的要求; SPCE061A还可以通过在线调试器Probe和EZ Probe实现在线程序下载和调试,极大地提高开发效率;另外SPCE061A尤其适用于语音处理和识别等领域,可方便地用来实现声音录制、播放,只要调用库函数即可实现音频编程,可以实现语音播放功能,比别的单片机更有特色。因此选择此方案。

2.3 电源模块

该设计采用6节1.2 V可充电式镍氢电池串联共7.2 V给直流电机和传感器供电,经过7805的电压变换后为单片机供电。经过实验验证,采用此种供电方式后,只有一组电源,便于安装,且直流电机工作良好,单片机、传感器的性能稳定。电路原理图见图4。

图4 电源电路

2.4 引导模块

该系统采用黑线引导法,在地面和跷跷板上均画有黑线,用寻迹的方式引导电动车。寻迹采用RG149A光电对管。RG149A通过检测反射信号的不同来区分黑白,信号经LM324整形[2]后传输给控制器。LM324需外接一个滑动变阻器,以找到合适的阻值,使得输出高低电平信号能被正确识别。经过反复试验,寻线效果良好,在直线和弯道都能很准确地实现寻线,而且该管市面上容易购得。其硬件电路图见图5。

图5 RG149A对管检测电路

2.5 语音模块

在语音模块设计中直接使用凌阳61A板自带语音模块。正如前文介绍,61 板具有强大的语音处理功能,拥有语音的MIC 输入端,自带自动增益(AGC)控制, 具有语音输出接口,可外接喇叭。根据音频处理模块功能的强弱,在录制语音时,需要选择采样率和音频格式,同时还要注意音频文件的大小。

2.6 显示模块

该系统设计采用凌阳公司生产的64×128液晶显示屏模块,该模块自带液晶显示驱动,只需在程序中建立相应字库即可实现显示。因为在显示模块上的工作可以近似认为是一种实时性的,并且数据量大,这就需要在软件的编写上进行合理的安排,以使CPU及时响应和协调各功能子模块的正常工作。

2.7 平衡模块

该设计使用无触点磁敏电位器自制重锤角度传感器。在电位器上加一重锤,通过重锤的摆动角度带来电位器角度的变化,以实现对角度的测量。该角度传感器安装在电动车上,当跷跷板处在非平衡状态时,车体的倾斜角度反映在重锤的转角上,再通过A/D转换将角度信号采集到处理器中进行相关的处理。在本设计中,有三个关键角度值,即跷跷板上平衡区间的两端点角度值和平衡区间中的实际中点值。小车在自动找平衡时,是根据平衡区间的端点值判断自己是否处于平衡区,是则调用平衡区功能函数进行工作,直到最终找到真正平衡点。经过多次试验论证,小车能够快速准确地寻找到平衡点。原理图及实物图见图6。

图6 角度传感器实物图及应用电路

3 程序设计

软件设计与工作流程图如图7所示。

图7 主程序流程图

4 理论分析与计算

4.1 角度传感器原理

当电动车处于水平状态时(此时跷跷板平衡),角度传感器重锤成自然下垂状态,此时得到一电压值作为基准电压;而当电动车处于非水平状态时(此时跷跷板失衡),重锤会随着跷跷板的倾斜角度而偏离原位置一定角度,从而产生电压信号的变化,控制器根据电压信号变化及趋势来控制电机。

在本系统中当角度传感器的工作电压为3.3 V时,则应用角度传感器关键值可以参照表1。

表1 倾角与对应电压值关系V

角度上坡最大倾角下坡最大倾角完全平衡点电压值小车动态平衡电压范围

电压2.2552.2422.2322.221~2.213

4.2 过程逻辑计算

在不加配重情况下,电动车从起始A出发到中心平衡点C的过程中,小车从A点快速前行至超过平衡点的下降点处,会检测到倾斜角度电压值有突然减小趋势。此时,小车停止使角度传感器稳定,之后小车根据倾角传感器的电压值倒车至平衡点附近,然后以小速度不断调整寻找实际平衡点,直至平衡。

实际执行方案:先快速前行,当电压信号(设为c)小于等于2.232 V时,快速倒车(只执行一次,用标志位判断),此后的所有情况为:

当c≥2.253 V时,前进;

当c

当2.232 V

当2.238 V

5 创新发挥与结果分析

5.1 创新发挥

该电动小车具有语音播报与语音识别功能。

(1) 口令控制电动车开始行进,有无配重的两种情况,通过不同的口令来实现。

(2) 语音播报电动车工作状态,例如到达平衡、到达B点等情况。

(3) 语音提示加载第二块配重和加载完毕。

同时,该小车具有同步显示电动车的里程信息及速度等功能。通过RG149A光电对管扫描车轮上的8个孔来计算电动车行驶的距离。本系统的车轮周长为21.336 cm,设n为扫描的孔数,则扫描n孔行驶的距离为S=21.336/8*n(cm),再通过计时器得到电动车行驶时间,从而算得电动车的速度。将距离、时间、速度显示在LCD屏上。

5.2 结果分析

第一阶段时间测试结果如表2所示。

表2 测试结果(一)

次数到达C点附近时间 /s寻找平衡时间 /s到达B电时间/s返回A点时间 /s

115871231

216451628

317631439

从测试结果可以看出,平衡点的寻找时间具有很大的随机性,以至于时间超出了预计范围。经过仔细观察分析,问题出在车速等级之间变化过快上。这里提出两套解决方案:一是加减速齿轮,但是在原来完整的车体上加减速齿轮机械上做起来比较困难,这个方案很快被否决了;第二套方案是不使用凌阳单片机自带的PWM波,而是通过软件自行制作占空比可调范围更广的方波,从而实现电机的无级变速。经过试验,测试数据如表3所示。

表3 测试结果(二)

次数到达C点时间 /s寻找平衡时间 /s到达B点时间 /s返回A点时间 /s

118341333

216391530

318301432

由表2可看出,电动车已经可以在短时间内找到平衡点,因为采用无级变速,使得电动车在平衡点附近也能进行适当的速度调整,而不像之前在平衡区间只能始终采用一种速度。

上板测试结果如表4所示。

表4 上板测试结果

角度 /(°)测试次数成功次数失败次数

6010100

9010100

1201091

1501091

平衡测试结果如表5所示。

表5 平衡测试结果

次数第一平衡点停5 s第二平衡点停5 s全程时间 /s

1成功成功126

2成功成功148

3成功成功121

4成功成功135

从测试结果来看,本系统的性能接近预想状态。

6 结 语

电动车以凌阳SPCE061A作为电动车的控制核心,将无触点磁敏电位器加重锤改造后自制成角度传感器检测平衡点,实现了电动车自动寻找跷跷板和板上平衡点自动寻找等功能。从测试结果可以看出,该设计达到预期效果。角度传感器的自行设计是关键点所在,语音播报与语音识别功能和同步显示电动车的里程信息及速度等功能是一大亮点。

参考文献

[1]王庆利,刘奎,袁建敏.单片机设计标准教程[M].北京:北京邮电大学出版社,2008.

[2]刘光斌,刘东,姚志成.单片机系统实用抗干扰技术[M].北京:人民邮电出版社,2003.

[3]童诗白,华成英.模拟电子技术基础[M].北京:高等教育出版社,2003.

[4]阎石.数字电子技术基础[M].北京:高等教育出版社,1983.

[5]高峰.单片微型计算机原理与接口技术[M].北京:科学出版社,2003.

[6]Scuola Superiore Sant Anna.Constraints Identification for Vibration Control of Time-varying Boundary Conditions Systems[J].Advanced Intelligent Mechatronics,2001(1):602-621.

[7]谭运光,陈安源.单片机开发手册[M].北京: 华龄出版社,1994.

[8]罗亚非.凌阳16位单片机应用基础[M].北京:北京航空航天大学出版社,2003.

[9]李朝青.单片机原理及串行外设接口技术[M].北京: 北京航空航天大学出版社,2008.

电动车控制器范文第10篇

【关键词】轮毂电机;多轮驱动电动车;控制系统;设计

1.引言

1886年问世起，汽车大大拓展了人类的活动范围，对人类社会的发展做出了重大的贡献，现代汽车工业已经成为许多国家经济发展的支柱产业之一。到目前为止，以石油为能源的传统内燃机汽车居绝对多数。然而，这类汽车在带给人们方便快捷的现代生活的同时，其带来的能源短缺和环境污染等一系列问题也对社会发展构成了严峻的挑战。节能与环保已经成为全球各国和各大汽车制造商的共同课题。2009年，中国超越美国成为全球第一大汽车生产和消费国，2011年全国汽车销量超过1850万辆，继续稳居全球第一位[1]。2011年中国汽车保有量首次突破1亿辆大关，成为仅次于美国全球汽车保有量第二的国家[2]，而且有望在今后若干年继续保持这种增长趋势。

目前，对电动汽车的研究还是以对传统内燃机汽车进行动力改造为主，在结构上仅仅将内燃机替换为电动机，保留原来的动力传动系统。这样的结构可以利用电动机的转矩特性比内燃机更加理想的优点，但是并没有从根本上改变车辆的动力特性，也没有充分发挥电动驱动系统所带来的技术进步。而车轮独立驱动作为电动汽车的一种理想驱动方式，成为电动汽车发展的一个独特方向。车轮独立驱动系统就是将独立控制的电机与汽车轮毂连接，省掉了各车轮之间的机械传动环节。电机与车轮之间的连接方式主要有两种：一是采用轴式连;二是将电机嵌入到车轮内。轮毂电机驱动系统中没有机械传动环节和差速器，由电机直接驱动车轮，因此需要对电机的转矩和转速进行精确控制，这也是研究的重点和难点所在。汽车的四驱控制系统能够根据各车轮的转速、转矩等信息，控制并分配各轮毂电机输出扭矩的大小，从而控制各车轮的驱动力和转速，使汽车具有驱动防滑功能、差速功能、良好的加速性和汽车稳定性。

另外，在轮毂电机驱动系统中，电机和驱动器的体积、功率都较小，这样既有利于汽车的总体布置，又可以保证良好的离地间隙，改善汽车的通过性。

图1 米其林轮毂电机结构

2.基于轮毂电机的电动车底盘结构

轮毂电机车辆平台自身具有的线传控制特征，使整车布置和控制系统设计具有很大的柔性，这些优势得到了各国汽车厂商和研发机构的认同并都展开了相关的研究。不过受到安全法规的限制，现在与整车安全相关的线控技术还无法应用到量产车型当中。因此，目前对基于轮毂电机平台的线控电动汽车的研究主要还是处于概念车的开发和实验室研究阶段。

20世纪90年代初，最引人注目的就是米其林公司推出的主动车轮，其结构如图1所示。电动轮毂中有两个电动机，一个向车轮输出扭矩，另一个则是用于控制主动悬架系统，改善舒适性、操控性和稳定性。在两个电动机之间还设有制动装置，动力、制动和悬架都被集成在一起，结构相当紧凑。由于电动机的扭矩易于控制，如果配备四个米其林主动车轮便成为四驱系统，并且可以通过电脑对任何车轮的扭矩进行独立调节，仅需更多的传感器和更复杂的程序便能实现。主动车轮的另一个优势是能提供比传统汽车更好的被动安全性。由于舍去了发动机和变速箱，车头的缓冲区将变得高效与充足。

图2 丰田公司i-unit概念车

图3 VOLVO公司提出的ACM车轮总成方案

丰田汽车公司从上世纪九十年代末开始进行轮毂电机驱动的纯电动车的开发，重点研究基于传统汽车底盘的轮毂电机电动汽车走向实用化的关键技术，如传统悬架、转向和制动系统等如何改进设计，以适应轮毂电机在车轮上的安装，全新结构的轮毂电机电动汽车的车体结构设计等[7]。丰田汽车公司在2005年推出了一款最小型的i-unit概念车，该车重180公斤，由锂离子电池通过后轮内的轮毂电机驱动[8]。前两转向车轮由独立电机控制，可实现正负90度转角，车辆最小转弯半径达到0.9米。i-unit采用电传操纵和侧面驾驶杆控制，比方向盘反应更加灵敏，车体高度和轴距根据上下车和不同速度驾驶的需要而自动调节，低速行驶时车体升高，驾车者视线几乎与站立时相同，可以轻松地在人群中穿行，高速时则自动降低重心，保持稳定，减少阻力。

瑞典VOLVO公司Chassis Engineering部门提出一种ACM（Autonomous Corner Module）车轮总成的构想。这种车轮总成集成轮毂电机，双转向执行机构，摩擦制动器、主动悬架系统和减震器。根据不同的车辆轴荷和应用场合，通过对执行器参数的调整，ACM可以支持不同类型全线控智能车辆。目前VOLVO已经对这种构想申请了专利保护[15]。

3.多轮驱动电动车的关键技术

尽管电动轮独立驱动的汽车在电动汽车领域存在很大优势，但却没有大规模的普及，甚至没有出现一款商品化车型。究其原因，除了生产成本偏高的因素外，更主要的是四轮独立驱动电动汽车在整车动力性及稳定可靠性等技术方面存在诸多问题，欲提高电动轮驱动电动车的整车性能，以下是必须解决的关键技术：

（1）轮毂电机及其控制技术。轮毂电机作为四轮独立驱动电动汽车的动力源，必须具有足够大的驱动转矩、合适的转速以及相应的调速范围，这样才能保障电动汽车拥有良好的动力性。

（2）驱动轮之间的电子差速技术。车轮在路面上保持纯滚动运动是最理想的状态，但是当汽车转弯或在不平路面上行驶时，由于汽车内外车轮的行驶路径长度不同，如果仍然要求内外车轮转速一致，必然会造成车轮的打滑和拖行。传统汽车是使用机械差速器解决这一问题的，它将内外车轮轮速进行重新分配，解决了轮胎过度磨损和功率循环等问题。但是机械差速器具有转矩平均分配的特性，致使汽车的内外车轮在不同路况下行驶时，极易出现打滑现象。对于四轮独立驱动的电动汽车各驱动轮之间的差速问题，可以采用电子差速技术来解决，较为常用的电子差速控制方法主要有两种：基于转速闭环的电子差速控制和基于转矩闭环的电子差速控制。目前的研究表明，基于转矩闭环的电子差速控制较为优越，控制效果较好，但是其控制算法较复杂、应用难度较大。

（3）整车牵引力控制技术。牵引力控制技术直接影响着整车驱动特性的优劣，是必须解决的问题。目前的牵引力控制策略大多是通过控制轮胎的滑转率来实现的，因为滑转率与附着系数在一定区域内成线性关系，从而通过调节驱动电机的输出转矩来改变车轮的转速，进而改变了轮胎的滑转率，使轮胎和地面之间具有良好的附着系数，控制车轮的附着特性，获得最大的驱动力，使汽车在不同路况下行驶时都具有良好的动力性能。四轮独立驱动电动汽车各车轮的驱动力可以实现单独控制，更有利于实现基于滑转率控制的牵引力控制策略。但是我们也应该认识到在实际运用中，滑转率的检测很困难。

（4）转矩协调控制技术。对于四轮独立驱动电动汽车，各个驱动轮之间没有机械部件的耦合关系，它们是独立存在的动力源。如何保证各驱动轮协调运转也是必须解决的问题。我们可以设计一个上位控制器，根据汽车的行驶状态和控制要求，对四个驱动轮重新分配转矩，这就是转矩协调技术，其主要包括单电机的转矩控制和多电机的同步协调控制。简言之转矩协调控制技术就是对各驱动轮的转矩进行协调控制，使车辆安全稳定的行驶。

4.基于CAN总线的多轮驱动电动车控制系统设计

本方案设计的电动汽车系统主要包括系统电源、两台轮毂电机控制器和汽车主控制器。整个系统由72V蓄电池供电，蓄电池输出作为轮毂电机母线，使用DC/DC反激式电源将母线上的高压转换为12V和5V的低电压向各个控制芯片供电。汽车主控制器完成系统输入信号的采样、控制算法的运行，使用CAN总线与两电机控制器通信，为电机控制器分配转矩;电机控制器按照主控制器给定的转矩驱动电机运行。

图4 电动汽车系统的硬件框图

电动汽车系统的硬件部分设计如图4所示，反激式电源输入72V的直流电，转换成一路5V直流电向主控制器和两部电机控制器供电，另有一路12V的直流电向电机驱动模块供电。主控制器通过AD接口和10接口检测系统输入，通过CAN总线与两个电机控制器通信。电机控制器根据接收到的信息通过输出PWM信号控制电机驱动板上的MOSFET来驱动72V轮Y电机。

电动汽车系统的软件部分包括电机驱动器中的电机控制程序，主控制器转向差速运算与转矩分配程序以及二者基于CANOPEN协议的通信程序，三块控制器均使用TMS320F28035型MCU。

图5 主控制器转矩分配函数流程图

图5所示是主控制器转矩分配函数的流程图，电动汽车正常直线行驶时，将转矩平均分配到两台轮毂电机上，转向时需要为两轮配置不同的转矩以实现差速控制的目标。在第三章中进行了电动汽车转向差速算法的研究与仿真，按照3.2小节中的控制策略编写程序。主控制器在同步窗口期内接收两电机控制器的速度信号，同步窗口结束之后调用转矩分配函数。转矩分配函数首先读取踏板和方向盘的模拟信号，根据踏板信号确定两电机的总转矩，再根据方向盘转向信号判断是否需要进行差速计算。如果转向信号较小，将总转矩平分给两电机;如果转向信号足够大，则需要进行转向差速计算，由车速信号和轮速信号得到两驱动轮的滑转率，根据两驱动轮滑转率之差计算出两驱动轮转矩分配的比例，再得到两轮的实际输出转矩。

5.总结

本文对基于轮毂电机的多轮驱动电动车的关键技术、底盘布局进行了探讨和分析。基于轮毂电机驱动的多轮电动车无需复杂的传动轴、分动器、差速器等机械装置，底盘重量大幅减轻且结构简单、步骤灵活。然而此类底盘对整车的控制系统要求较高，其控制除通常的车辆状态监测外还担负着驱动力分配、电子差速等及转矩控制等功能，因此对控制系统的实时性、可靠性和可扩展性有很高的要求。本文讨论了基于CAN总线架构的整车控制系统，给出了其硬件框图和转矩分配子系统的流程图，对后续实用系统的搭建提供了依据和技术支撑。

参考文献

[1]陈全世.先进电动汽车技术[M].北京：化学工业出版社，2009.

[2]徐国凯，赵秀春，苏航.电动汽车的驱动与控制[M].北京：电子工业出版社，2010.

[3]盖世汽车研究院.全球电动车第三次浪潮涌动中国望成主导者.盖世汽车网[2010-8-30].

[4]李成学.微型电动汽车控制系统的研究[D].杭州：浙江大学硕士论文，2007.

[5]王康.电动汽车电动轮驱动系统控制技术的研究[D].武汉：武汉理工大学硕士论文，2007.

[6]周扬.基于DSP控制的电动车两轮驱动研究[D].杭州：浙江大学硕士论文，2005.

[7]国务院发展研究中心产业经济研究部.2009中国汽车行业发展报告.

[8]张西明.纯电动汽车控制系统[D].杭州：浙江大学硕士论文，2008.

[9]Manfred Mitschke，Henning Wallentowitz著.陈荫三，余强译.汽车动力学（第四版）[M].北京：清华大学出版社，2010.

[10]葛英辉.轮式驱动电动车控制系统的研究[D].杭州：浙江大学博士论文，2004.

[11]冯建国.两后轮驱动的电动汽车控制的研究[D].武汉：武汉理工大学硕士论文，2007.

[12]Holger Zeltwanger著.周立功，黄晓青，严寒亮译.现场总线CANopen设计与应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，2011.

[13]邬宽明著.CAN总线原理和应用系统设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，1997.

[14]左鹏飞.基于现场总线的船舶信息监控系统的研究与应用[D].西安：西安理工大学硕士论文，2004.