电动汽车的电子差速系统.docx

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电动汽车的电子差速系统

摘要

电动汽车是当今汽车行业发展的重要分支，它涉及到车辆工程、电机及其驱动技术、控制技术、电池技术等领域的核心技术，其独特的发展前景吸引了国内外大型研究机构的大力推动，成为当前相关领域的研究热点，各项成果也相继被推出。

两轮驱动电动车表征了一种新颖的电动车（ElectriCvehicle，简称EV）发展方向，同步于当今世界电动车研发和产业化的进程，以其理想的控制特性和广泛的应用前景，受到学术和工程界的普遍关注。

本文针对两轮驱动电动车的单片机控制系统进行了相关的研究、分析、设计和实验。

本文首先对国内外电动汽车的发展背景进行了很详细的分析，介绍了驱动系统的分类及比较。

其次，本文就电机转速的测量，以及轮毅电机的控制进行分析。

再次，于传统的电子差速算法上，本课题以简单新颖的轮式驱动电动汽车的工程项目为背景，立足于其动力系统性能的优化设计与控制，深入地研究了整车先进车辆差速控制的控制策略，提出了基于单片机的轮式驱动电动车辆驱动的设计思路，并围绕此思路，设计了硬件电路。

最后，本文还涉及了开关电源方面的研究，在全文最后分析了得到了根据输入参数实测的波形，验证了电动汽车电子差速控制方案的可行性。

关键词:

电动汽车，差速控制，单片机，直流无刷电机

ABSTRACT

TheElectricVehicleistheimportantbranchofautomobiledevelopment,itconcernsvehiclesproject,electricalmotoranditsdrivingtechnology,controltechnology,batterytechnologyetc.

Thesecriticaltechnologies,itsuniqueprospectattractsthedomesticandforeignlarge-scaleinstitutionspayingsomuchattentiononit.Afteritbecomesthefocusofrelativedomain，muchachievementisalsopromotedoneafteranother.

ThetwoIn-wheelsDrivenElectricVehicle（EV）isoneofthedevelopingdirectionsforfurtherEVs.ItsdevelopmenthasbeensynchronizingwiththatoftheresearchingandindustrializingofEVsintheworld.Becauseofitsperfectcontrollingperformanceandpotentialinengineeringapplications,moreandmoreeffortshavebeendevotedtothetwoin-wheelDrivenEVbybothacademiciansandengineersalike.Thisthesisstrivestothecomprehensivestudyofthemicrocontrollecontrolsystemofatwoin-wheelsDrivenEV.

Firstly，thisthesisdescribesthedevelopmentbackgroundofdomesticandforeignElectricVehicleexplicitly,introducestheeffortswhichhavedonebydomestic,andintroducestheclassificationandthecomparisonofdrivensystem.

Secondly,thisthesisanalyzesthespeedrotationsurveyofelectricalmotor，aswellasdrivenofin-wheelmotor.

Thirdly，basesonthetraditionaldifferentialalgorithm，ThisthesistakesthesimpleIn-wheelDrivenEVengineeringprojectasbackground，basesonthedesignofitsoptimizationofdynamicsystemperformanceandcontrol,studiesadvancedvehiclesdifferentialcontrolstrategythoroughly，proposestheIn-wheeldrivenEVbasedontheMicrocontroller,anddesignsthehardwareelectriccircuitsfromthat.

Last，thisthesisinvolvesresearchofDC/DCpowersupply，accordingtotheinputparameterofanglesensor,getstherelevantwaveforms,itprovesthefeasibilityofdifferentialcontrolonEV.

Keywords:

ElectricVehicle,DifferentialControl,Microcontroller,In-wheelDEV

目录

第1章绪论1

1.1背景及研究的意义1

1.2目前电动汽车发展的概况1

1.3本课题的主要研究工作3

第2章直流无刷电机的选型及控制方法4

2.1传感器的选择4

2.2直流无刷电动机的微机控制5

第3章电子差速控制算法的选择7

3.1自然差速的可行性分析7

3.2现有电子差速方案的讨论8

第4章基于单片机的控制系统设计14

4.1基于MCS-51的电机驱动控制系统设计14

4.2单片机的选择15

4.3电机与单片机的连接16

4.4方向盘转角控制16

4.5晶振连接17

4.6硬件接线图19

4.7硬件实物图20

第5章实验数据、初值计算、软件编程及元器件列表21

5.1计算数据及给定值21

5.2程序初值计算及软件编程22

5.3元器件列表27

第6章总结28

参考文献29

致谢30

第1章绪论

1.1背景及研究的意义

20世纪各国的汽车工业在推动国民经济发展，造福于人类的同时，也给全球环境带来了灾害性的影响。

统计数据表明，42%的环境污染来源于燃油汽车的排放;80%的城市噪声是由交通车辆造成的。

此外，当今世界石油储量日趋减少，而燃油汽车则是消耗石油的大户。

因而，当今石油资源匾乏的危机与环境保护的紧迫需求，都主导着汽车工业的发展势必寻求低噪声、零排放、综合利用能源的方向。

1873年戴维逊研制成功的电动汽车（ElectricVehicle简称EV），从上世纪90年代以来，己再度成为世界各国研究的热点。

电动汽车具有低噪声、零排放、综合利用能源等突出的优点，正是当今汽车工业籍以解决能源、环保等问题的可持续发展的重要途径。

目前，电动汽车的研究己成为汽车行业先进技术的研究主流。

电动汽车的发展关键是在研发新型动力源的同时，进一步提高其动力系统的性能及降低成本。

文献[1]指出:

电动车辆应满足在各种恶劣情况下的可靠工作，要以民品的价格实现近似军品的性能。

这对现代工业，特别是对电池、电力电子、电机等行业既是发展并应用新技术的重大的挑战，也提供了合成新兴支柱产业的重大的机遇。

所以，电动汽车的开发具有深远的现实意义:

首先，这一系统工程符合当代国际汽车工业和高新技术产业的发展趋势，具有良好的经济、环保、节能效益;其次，项目的实施有助于加速缩短我国与发达国家在汽车工业上的差距，为我国新型工业的增长点奠定良好的基础。

本课题以轮式驱动电动汽车的工程项目为背景，立足于其动力系统性能的优化设计与控制，深入地研究了整车车辆差速控制的控制策略，开发了基于单片机的轮式驱动电动车辆驱动控制系统。

如上所述，本项目面向社会与新技术的发展需求，涉及车辆、电机、控制理论、电力电子等众多学科与工程技术领域，对于进一步研究开发电动车新技术，具有现实的学术和工程意义。

1.2目前电动汽车发展的概况

1.2.1电动汽车驱动方式及轮式驱动研究现状

传统的燃油汽车的驱动系统包含发动机、减速器和差速器。

这是由于内燃机的速度可变范围窄，必须用减速器来扩大速度的调节范围，同时，使用差速器以便于转向。

减速器和差速器为一系列传动齿轮，在汽车运行中消耗一部分机械能，从而使车轮得到的功率不到发动机功率的2/3，大大降低了汽车的效率。

然而，由于电动机固有的特点，电动汽车可采用四种驱动方式:

与传统汽车相同，即传动轴上带有减速器和差速器;省略减速器:

进一步省略差速器，电动机与驱动车轮同轴安置即轴驱;将电动机直接装于车轮内即轮式驱动。

面向电动汽车产业化的紧迫需求，在突出解决其动力电池源的关键技术的同时，显然还必须对另一方面的关键技术[2]，即电机驱动的动力系统及其控制技术进行整体优化的重新设计。

顺应上述电动汽车关键技术研发的态势，本课题即聚焦于轮式驱动方式下动力系统性能的优化设计与控制。

应指出，轮式驱动既完全消除了传动中的机械磨损与损耗，提高了传动效率，又在相比之下具有较小的体积和最轻的重量，在提高效率的同时，车轮空间也能得到有效利用。

此外，轮毅电动机的应用改变了汽车传统的驱动方式，更有利于实现机电一体化和现代控制技术。

至今，国内外对轮式驱动都己取得了一定的研究成果。

电动汽车是指全部或部分由电机驱动的汽车，目前主要指纯电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池汽车三大类型。

20世纪70年代，由于汽车保有量呈几何级数增长，造成了严重的环境污染。

尤其在一些大城市，随着一系列光化学污染等环境污染时常的发生，西方发达国家政府开始注重环境保护，这使得一些著名的汽车公司转向研究和开发电动汽车。

从20世纪70年代起，世界发达国家均投入巨资进行电动汽车商业化开发和应用[3]。

到20世纪90年代，欧美发达国家纷纷制定了汽车尾气排放标准并严格执行

1.2.2结论

节能与环保成为当今世界汽车发展的两大主题，汽车工业的可持续发展战略及我国汽车工业所面临的现状迫使我们必须寻求新的发展道路，电动汽车为我国提供了一次机遇，我国在电动汽车研发方面呈现出明显的跟进战略特点，和发达国家的科技水平差距不是很大，我国完全有条件、有可能生产出达到当代国际水平并具有自主知识产权的电动汽车。

但与发达国家政府和企业联合制定各种计划，投入巨额资金，大力发展电动汽车产业等措施与政策相比，我国虽然也设立了专项资金鼓励发展电动汽车，但在力度、商业化进程方面与国外相比还有较大差距。

面对这一振兴我国汽车工业的巨大机遇，我国必须借鉴国外经验，集中力量在全国建设1-2个产业化体系健全，研发、试验、制造水平先进，实力雄厚，具有强大产业竞争力、发展环境良好的电动汽车产业中心城市，积极参与国际竞争，在竞争中快速发展我国的电动汽车产业。

由于轮式驱动的电动轮的转矩可控性，使得电动汽车的转向灵活性和姿态上海电机学院学位论文控制性都较普通汽车得到了改善。

因为轮式驱动控制方式较为复杂，故在其关键技术电子差速控