论文摘要
随着全球汽车保有量的大幅增长,环境污染和能源短缺问题受到社会的普遍关注,发展新型绿色交通受到了越来越多人的关注。轮毂电机驱动的电动汽车作为一种新颖的高效、节能、环保、安全的电动车,以其卓越性能和广阔的市场前景,必将成为未来新能源汽车的发展方向。本文介绍了轮毂电动汽车的国内外研究现状,重点对整车的电机驱动控制、电子差速控制、再生制动能量回收技术作了阐述,设计了一套结构完整的四驱轮毂电动车方案,并加工制作了一台轮毂电机驱动的微型实验电动车,为研究开发电动汽车提供了一个很好的实验平台。本文设计的四驱轮毂微型电动车采用了主从式网络控制结构,包括中央控制器模块及四个电机驱动子模块。其中,中央控制器采用HTU平台控制器,主要采集车辆的档位信号、方向盘转角信号、节气门开度信号、制动信号,以及通过其中一个CAN通信接口接收来自各电机驱动子模块测得的转速、电压、电流、温度的数据进行整车的差速控制。另外,通过另外一个CAN通信口与上位机HTLINK保持数据通信,以便对车辆控制参数进行实时标定和状态监控。电机驱动子模块是以PIC18F458微控制器为核心,对电机的工作电压、电流、温度、位置信号予以检测以及转速的计算,来完成对电机的驱动控制。整车的主控制器和各子模块间的数据交互基于CAN总线技术,完全符合汽车网络控制的设计理念。电机驱动部分采用永磁直流无刷电机较为成熟的双闭环控制方式,结合制动能量回收控制理论进行了再生能量回馈的电路方案设计,通过超级电容进行部分制动能量的回收再利用。电子差速部分根据Ackermann-Jeantand差速系统数学模型,通过计算各车轮的运行线速度,得到电机的目标转速,从而根据速度控制方式实现对整车运行的实时控制。最后在实验室基于所设计开发的轮毂电机驱动的电动车实验平台进行了大量的标定和测试实验。结果表明,各控制模块之间网络通信正常,系统在空载条件下运行具有良好的差速控制特性,整车的运行控制能够达到预期的控制要求。标定的参数和控制策略尚有待于在今后的路试实验中进一步修改和完善。
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摘要Abstract第一章 绪论1.1 课题研究背景1.2 轮毂驱动电动汽车的研究现状1.3 本课题的研究内容1.4 论文结构安排本章小结第二章 轮毂电机结构原理及控制方法2.1 轮毂电机的选型2.1.1 异步电动机2.1.2 开关磁阻电动机2.1.3 横向磁场电机2.1.4 永磁直流无刷电动机2.2 永磁直流无刷电机的结构特点2.3 无刷直流电机的数学模型2.4 轮毂电机控制策略研究2.4.1 电压控制策略2.4.2 转速控制策略2.4.3 转矩闭环控制策略2.5 永磁直流无刷电机的控制方法本章小结第三章 四轮独立驱动控制系统的架构设计3.1 驱动控制系统的总体架构3.2 主控制器HTU介绍3.3 电机驱动模块的硬件设计3.3.1 驱动模块的微控制器选择3.3.2 驱动模块设计3.3.3 位置信号检测电路3.3.4 电流采样电路3.3.5 驱动模块温度检测电路和电池电压检测3.3.6 CAN通信接口设计本章小结第四章 电子差速控制算法和再生制动技术的研究4.1 电子差速控制分析4.2 电子差速模型的建立4.2.1 最小转弯半径4.2.2 电子差速模型建立4.2.3 整车控制实验模型4.3 再生制动技术研究4.3.1 电动车制动能量回收的影响因素4.3.2 制动力矩的分配4.3.3 电机再生制动控制基本原理4.3.4 制动能量回馈的控制硬件设计本章小结第五章 系统控制策略及软件设计5.1 系统控制策略5.2 驱动模块软件设计5.2.1 软件开发环境简介5.2.2 轮毂电机驱动控制5.3 CAN通信协议制定5.4 差速控制模块软件设计5.4.1 HTU控制器软件开发环境简介5.4.2 节气门开度测量5.4.3 转向角度测量5.4.4 电子差速的软件设计5.4.5 整车运行控制的软件设计5.5 制动能量回收软件设计5.6 监控标定软件设计5.6.1 监控标定软件HT LINK介绍5.6.2 上位机HT LINK设计本章小结第六章 系统测试与分析6.1 实验电动汽车设计方案6.1.1 电动汽车结构布局6.1.2 实验电动汽车实物6.2 轮毂电机驱动实验6.2.1 PWM调制6.2.2 位置信号检测6.3 整车实验与分析6.3.1 整车实验6.3.2 实验结果分析本章小结结论参考文献攻读硕士学位期间发表的学术论文致谢
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