【正文】 1 摘要 在當(dāng)前全球汽車工業(yè)面臨金融危機(jī)和能源環(huán)境問題的巨大挑戰(zhàn)的情況下，發(fā)展電動汽車，利用無污染的綠色能源，實(shí)現(xiàn)汽車能源動力系統(tǒng)的電氣化，推動傳統(tǒng)汽車產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型，在國際上已經(jīng)形成了廣泛共識。 本課題以電動汽車他勵電機(jī)控制器為例，以實(shí)現(xiàn)電動汽車的加、減速，起、制動等基本功能以及一些特殊情況下的處理。以開發(fā)出高可靠性、高性能指標(biāo)、低成本并且具有自主知識產(chǎn)權(quán)的電動汽車電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)為目的。主要包括硬件電路板的設(shè)計，以及 驅(qū)動系統(tǒng)的軟件部分的仿真調(diào)試。 在 驅(qū)動系統(tǒng)硬件設(shè)計中， 這里 主控制芯片采用 ATMEL公司的 ATmega64芯片。功率模塊采用多 MOSFET并聯(lián)的方式，有效的節(jié)約了成本。電源模塊采用基于 UC3842的開關(guān)電源電路。選用 IR公司的 IR2110作為驅(qū)動芯片，高端輸出驅(qū)動電流可到 1． 9A，低端輸出驅(qū)動電流可到 ，能夠提供 7個MOSFET并聯(lián)時驅(qū)動電流。對于電流檢測模塊，本文沒有采用電流傳感器或者是康銅絲 ,而是采用了一種基于 MOSFET管壓降的電流檢測電路，這種方式即節(jié)約了成本也保證了檢測精度。 驅(qū)動系統(tǒng)的軟件設(shè)計中，主要實(shí)現(xiàn)的功能為：開關(guān)量的檢測處理，故障檢測，串口通訊，勵磁、電樞控制，報警功能等。針 對他勵電機(jī)電動汽車的控制特性，提出了節(jié)能控制算法和最大轉(zhuǎn)矩控制算法，用于提高電動汽車的續(xù)航里程和加速性能。 他勵直流電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)能夠很好的運(yùn)行在電動汽車上，性能可靠、結(jié)構(gòu)簡 單，并且節(jié)約了成本，使電動汽車的性價比大大提高，有利于電動汽車的普及。 關(guān)鍵詞：電動汽車， ATmega64， 他勵直流電機(jī) ， PID模糊 控制 2 目錄 摘要 ……………………………………………………………………… …… 1 第一章 緒論 …………………………… … ………… 3 國外電動汽 車發(fā)展現(xiàn)狀 …………………… …………………………… 3 本課題的任務(wù)和主要工作 …………… ………………………………… 4 第二章 他勵電動機(jī)的控制理論基礎(chǔ) 2． 1他勵直流電動機(jī)的調(diào)速與制動 ……… ………………………………… 5 2． 1． 1直流電動機(jī)電樞電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩 ………… ……………………… 5 2． 1． 2 他勵直流電動機(jī)的機(jī)械特性 ……………… ……………………… 6 第三章系統(tǒng)的硬件設(shè)計 3． 1系統(tǒng)硬件的整體設(shè)計方案 ……………… ……………………………… 10 3． 2主控制器 MCU的介紹 ……………… ……………………… ……………… 10 3． 2． 1 MCU的選擇 ……………………… …………………………………… 10 3． 2． 2 ATmega64的特性與內(nèi)部結(jié)構(gòu) …………………… …………………… 11 3． 3開關(guān)電源模塊 ……………… …………………………………………… 12 3． 4電流檢測模塊 ………………… ………………………………………… 13 3． 5驅(qū)動電路的設(shè)計 ……………… ………………………………………… 16 3． 6電壓檢測電路 ……………… …………………………………………… 17 3． 7溫度檢測電路 …………………… …………………………… ………… 18 3． 8加減速踏板信號檢測電路 ……………………… ……………………… 19 3． 9 開關(guān)量輸入信號 ……………… ………………………………………… 20 3． 10蜂鳴器報警電路 ………………… ……………………………………… 20 3． 11通訊模塊電路設(shè)計 ………………… …………………………………… 21 3． 12硬件抗干擾的設(shè)計 ……………… …………………………………… 22 3． 13本章小結(jié) ……………… ………………………………………………… 23 第四章系統(tǒng)的軟件設(shè)計 電動汽車的控制策略研究 …………… ………… ……………………… 24 4． 1． 1再生制動控制策略 …………… ……………………………………… 24 4． 1． 2驅(qū)動控制策略 …………… …………………………………………… 24 4． 2 主要任務(wù)模塊的詳細(xì)設(shè)計 …………… ………………………………… 26 4． 2． 1主程序 ………… ……………………………………………………… 26 4． 勵磁、電樞 PWM控制模塊 ………… …………………………………… 27 4． 2． 3 電動機(jī)速度測量 ………… ……… … …… … …… … …… … …… … 28 4． 3 本章小結(jié) …… ……………………………………… …………………… 29 第五章 總結(jié) ……… ………………………………………………………… 30 參考文獻(xiàn) ……… ……………………………………………………………… 31 3 第一章 緒論 純電動汽車在國內(nèi)的發(fā)展?fàn)顩r 與世界其他國家一樣，電動汽車研發(fā)工作在我國也正在如火如荼的進(jìn)行著：“十五”期間，國家從維護(hù)我國能源安全、改善大氣環(huán)境、提高汽車工業(yè)競爭力、實(shí)現(xiàn)我國汽車工業(yè)的跨越式發(fā)展的戰(zhàn)略高度考慮，設(shè)立“電動汽車重大科技專項’’，通過組織企業(yè)、高等院校和科研機(jī)構(gòu)，集中國家、地方、企業(yè)、高校、科研院所等方面的力量進(jìn)行聯(lián)合 攻關(guān)。為此，從2020年 10月起，國家共計撥款 8． 8億元作為這一重大科技專項的經(jīng)費(fèi) 【 1】 。 我國電動汽車重大科技專項實(shí)施 4年來，經(jīng)過 200多家企業(yè)、高校和科研院所的 2 000多名技術(shù)骨干的努力，目前已取得重要進(jìn)展：燃料電池汽車已經(jīng)成功開發(fā)出性能樣車，燃料電池轎車?yán)塾嬤\(yùn)行 4000km，燃料電池客車?yán)塾嬤\(yùn)行 8000km：混合動力客車已在武漢等地公交線路上試驗運(yùn)行超過140000km：純電動轎車和純電動客車均已通過國家有關(guān)認(rèn)證試驗。 國內(nèi)主要汽車制造商對純電動汽車的開發(fā)和研制也投入了相當(dāng)?shù)娜肆臀锪?，并取得了一?的成果。北京奧運(yùn)會期間，奇瑞、長安、東風(fēng)、一汽、京華及福田等汽車生產(chǎn)企業(yè)聯(lián)合清華大學(xué)、北京理工大學(xué)等單位，向社會提供了自主研發(fā)的 55輛純電動鋰電池汽車、 25輛混合動力客車、 75輛混合動力轎車、 20輛燃料電池轎車，以及 400輛純電動場地車等各種新能源汽車為奧運(yùn)會服務(wù)。奧運(yùn)會后，科技部還將計劃連續(xù) 3年在國內(nèi) 10個以上有條件的大中城市開展千輛級混合動力汽車、純電動汽車和燃料電池汽車、以及提供基礎(chǔ)設(shè)施的大規(guī)模示范，到 2020年底節(jié)能與新能源汽車達(dá)到 1萬輛。 最近，比亞迪公司新推出一款商業(yè)化的電動汽車比亞迪 e6，為我 國電動汽車產(chǎn)業(yè)做出了重大貢獻(xiàn)。 國外電動汽車發(fā)展現(xiàn)狀 近二十多年來，西方工業(yè)發(fā)達(dá)國家把電動汽車的研究開發(fā)看是作解決環(huán)境問題和能源問題的一種有效手段。美國政府動員全美所有科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行電動汽車 (Electric vehicle，簡稱 EV)的研究，在 1991年，美國通用汽車公司、福特汽車公司、克萊斯勒汽車公司共同協(xié)議，成立了“先進(jìn)電池聯(lián)合體” (USABC)，共同研發(fā)新一代電動汽車所需要的高性能電池。為實(shí)現(xiàn)新的節(jié)能車而能保持現(xiàn)有汽車的價格和性能，美國先后推出了 PNGV、Freedom CAR、 AVP計劃。法 國政府推出“ PREDIT m2020／ 2020計劃，并給購買 EV的用戶提供 5000法郎的補(bǔ)貼。 德國政府同 9個主要公司簽訂了一份理解備忘錄，為創(chuàng)建一個清潔能源城市 (柏林 )而結(jié)成同盟。英國、意大利等歐洲國家都在開展電動汽車的研發(fā)工作。而日本政府更是特別重視電動汽車的研究和開發(fā)。 1998年日本東京電力公司聯(lián)合日本電池公司，共同開發(fā)了“ ZA一牌電動汽車，該電動汽 4 車采用了高新技術(shù)，使其具有當(dāng)時 EV的世界最高水平。而豐田汽車公司在1996年就已成功地研制出燃料電池汽車的生產(chǎn)樣車，并先于其他汽車廠家在 1997年開 始批量生產(chǎn)混合動力電池汽車，成為環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域和世界電動汽車產(chǎn)業(yè)化的領(lǐng)頭羊。以上各國政府在大力扶持大型汽車集團(tuán)的同時，紛紛通過制定環(huán)保和節(jié)能法規(guī)，采取投資、稅收優(yōu)惠、政府補(bǔ)貼促進(jìn)消費(fèi)的政策，旨在搶占電動汽車產(chǎn)業(yè)制高點(diǎn)。代表著當(dāng)代 EV先進(jìn)水平的福特汽車公司的 Think、通用汽車公司的 Impact、豐田汽車公司的 E． corn、 Prius電動汽車、本田公司的 Civic電動汽車正是這種競爭的產(chǎn)物。 本課題的任務(wù)和主要工作 本文在廣泛查閱相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計基于 ATmega64的他勵電機(jī)電動汽車控制系統(tǒng)。本文 的主要工作歸納為以下幾點(diǎn)： 1． 介紹了他勵電動機(jī)的控制理論基礎(chǔ)與調(diào)速系統(tǒng)的仿真，為后章系統(tǒng)硬件與軟件的設(shè)計做好了準(zhǔn)備。 2. 討論系統(tǒng)的硬件設(shè)計。詳細(xì)討論了開關(guān)電源模塊電路、電流檢測電路、串口通信電路、驅(qū)動電路、及抗干擾電路的設(shè)計。 3. 討論系統(tǒng)的軟件設(shè)計。設(shè)計系統(tǒng)的程序整體框架、各任務(wù)模塊程序、中斷服務(wù)程序和抗干擾程序。 4. 進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試與實(shí)驗。系統(tǒng)設(shè)計完成后進(jìn)行硬件調(diào)試和軟件調(diào)試，搭建實(shí)驗平臺，記錄實(shí)驗數(shù)據(jù)及圖表，進(jìn)行實(shí)驗分析。 5 第二章 他勵電動機(jī)的控制理論基礎(chǔ) 2． 1他勵直流電動機(jī)的調(diào)速與制動 為了滿足各種生產(chǎn)機(jī)械對負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性的要求，在實(shí)際應(yīng)用中需通過設(shè)法改變電動機(jī)的各種控制參數(shù)來達(dá)到所需的人為機(jī)械特性。由于他勵直流電動機(jī)的可控參數(shù)多，易實(shí)現(xiàn)所需要的人為機(jī)械特性，所以在直流調(diào)速中較多地采用他勵直流電動機(jī)，電動汽車中一般也是選用他勵直流電動機(jī)作為直流驅(qū)動電動機(jī)。因此，需要給出直流電動機(jī)電樞電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩的兩個數(shù)學(xué)公式，從而導(dǎo)出他勵直流電動機(jī)的機(jī)械特性數(shù)學(xué)方程式，即電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速之間的函數(shù)關(guān)系式 n=f(t)，然后才能說明如何改變方程式中的相關(guān)參數(shù)來獲得所需人為 機(jī)械特性。 2． 1． 1直流電動機(jī)電樞電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩 1)電樞電動勢。電