金华职业技术学院
JINHUA COLLEGE OF PROFESSION AND TECHNOLOGY
基于单片机的电动车
控制器的设计
项目三设计报告
题目电动车控制器
专业应用电子技术
班级应电 101
小组编号第八组
组员
指导教师
2012 年 5 月 30 日
【摘要】
随着科技的迅速发展，单片机的应用也越来越广泛，并带动传统控制检测技术不断更新。现在的车速表大多是电子式的，用LED数码管或LCD即时显示，显示更加直观。电子式车速表采用接触车速传感器代替软轴传动,可使车速表的安装位置不受距离限制，进一步有效地克服了机械式车速表中的诸多不足。
本次设计给出了以AT89C51为核心，利用单片机的运算和控制功能，并采用系统化LED显示模块实时显示所测速度的设计方案，以及串口数据存储电路和系统软件。有LED数码显像管构成。详细介绍了单片机的测量转速系统及PC机与单片机之间的串行通讯。充分发挥了单片机的性能。本文重点是测量速度并显示在2位LED数码管上。
其优点硬件是电路简单，软件功能完善，测量速度快、精度高、控制系统可靠，性价比较高等特点。
关键字：51单片机，转速，霍尔传感器，数码显示。
【摘要】 (1)
【前言】 (2)
【系统功能分析】 (3)
【系统要求及主要容】 (4)
【系统总体设计】 (5)
【硬件电路设计】 (6)
1. 单片机模块 (7)
2. 时钟电路 (7)
3. 复位电路 (8)
4. 显示电路 (9)
【软件设计】 (10)
1. 单片机转速程序设计思路及过程 (11)
2. 单片机程序设计思路 (11)
3. 单片机转速计算程序 (12)
【故障分析与解决方案】 (12)
【设计总结】 (13)
【参考文献】 (14)
【附录】 (15)
1. 设计背景：
在全球倡导绿色环保的大趋势下，我国加大了对车辆排放和噪声的管理，由于电动自行车具有无污染、低噪声和轻便快捷等优点，是一种绿色环保的交通工具。随着我国城市规模的迅速扩大及农村道路的日益改善，长期依靠脚踏自行车的人们将会把目标转向电动自行车，对电动自行车需求也会越来越大。人们对环境的关注以及相关技术的更新，有力地促进了电动自行车的发展。
2. 设计意义：
传统的机械式车速表是由旋转磁场作用于转动盘，使转动盘连同车速表指针发生同向的偏转。当电磁转矩与弹簧产生的阻力矩平衡时，指针偏转停留在某一角度上。指针偏转角与车速成正比，因而可用其表示车速。因此，低速时车速表指针摆动剧烈、测量及显示精度不高。
现在的车速表大多是电子式的，用LED数码管或LCD显示，使速度显示更加直观。采用接触车速传感器代替软轴传动,可使车速表的安装位置不受距离限制,有效地克服了机械式车速表中的诸多不足。电子式车速表更加智能，车速表的功能也更加人性化。
【系统功能分析】
系统功能概述：
功能：AT89C51单片机接收霍尔传感器传来的脉冲信号,单片机根据外部中断,以及部定时器进行记数计算出电机转速送到LED显示。
组成及框图：传感器电路、转速测量、LED显示、电平转换电路设计。
系统硬件电路
应用：从实用的角度看，评价一个系统实用价值的重要标准，就是这个系统对社会生活和科技观念有多大的贡献。转速测量系统具有大围、高精度等优点、测量速度快，这种系统将会有良好的应用。
纯电动汽车整车控制器的设计 摘要：随着社会的发展与科技的进步，各个城市的汽车使用户喷井式增加。传 统的内燃机汽车消耗石油，排出大量废气，使得城市的空气质量不断下降。纯电 动汽车由于不使用传统化石能源，对环境不造成污染，受到人们的青睐。随着科 技的进步，电动汽车的核心技术不断地革新与突破，逐渐完善的城市基础设施提 供了有利的帮助，电动汽车已经成为潜力股，逐步取代传统汽车变为可能。本文 从汽车结构出发，结合整车信息传输过程，设计了整车控制器的软硬件结构。 关键词：纯电动汽车；整车控制器；硬件设计；软件设计 纯电动汽车作为新能源汽车的一种，以其清洁无污染、驱动能源多样化、能 量效率高等优点成为现代汽车的发展趋势。整车控制器（vehicle control unit，VCU）作为纯电动汽车整车控制系统的中心枢纽，主要实现数据采集和处理、控 制信息传递、整车能量管理、上下电控制、车辆部件控制和错误诊断及处理、车 辆安全监控等功能。国外在纯电动汽车整车控制器的产品开发中，积极推行整车 控制系统架构的标准化和统一化，汽车零部件厂商提供硬件电路和底层驱动软件，整车厂只需要开发核心应用软件，有利的推动了整车行业的快速发展。虽然国内 各大汽车厂商基本掌握了整车控制器的设计方案，开发技术进步明显，但是对核 心电子元器件、开发环境的严重依赖，所以导致了整车控制器的国产化水平较低。本文以复合电源纯电动汽车作为研究对象，针对电动汽车应有的结构和特性，对 整车控制器的设计和开发展开研究。 一、整车控制系统分析与设计 （一）整车控制系统分析 复合电源纯电动汽车整车控制系统主要由整车控制器、能量管理系统、整车 通信网络以及车载信息显示系统等组成。首先纯电动汽车整车控制器通过采集启动、踏板等传感器信号以及与电机控制器、能量管理系统等进行实时的信息交互，获取整车的实时数据，然后整车控制器通过所有当前数据对驾驶员意图和车辆行 驶状态进行判断，从而进入不同的工况与运行模式，对电机控制系统或制动系统 发出操控命令，并接受各子控制器做出的反馈。 保障纯电动汽车安全可靠运行，并对各个子控制器进行控制管理的整车控制器，属于纯电动汽车整车控制系统的核心设备。整车控制器实时地接收传感器传 输的数据和驾驶操作指令，依照给定的控制策略做出工况与模式的判断，实现实 时监控车辆运行状态及参数或者控制车辆的上下电，以整车控制器为中心通信节 点的整车通信网络，实现了数据快速、可靠的传递。 （二）整车控制系统设计 复合电源的结构设计，选择了超级电容与DC/DC串联的结构，双向DC/DC跟 踪动力电池电压来调整超级电容电压，使两者电压相匹配。为了车辆驾驶运行安全，同时为了更好地使超级电容吸收纯电动汽车的再生制动能量，在复合电源系 统中动力电池与一组由IGBT组成双向可控开关，防止了纯电动汽车处于再生制动状态时，动力电池继续供电，降低再生制动能量的吸收效率。 整车CAN通信网络设计，由整车控制器（VCU）、电机控制器（motor control unit，MCU）、电池管理系统（battery management system，BMS）、双向DC/DC控制器以及汽车组合仪表等控制单元（Electronic Control Unit，ECU）组成 了复合电源纯电动汽车的整车通信网络。 二、整车控制器硬件设计及软件设计
电动自行车车架（台铃骏铃） 专利号200930167371﹒9 技术领域 本实用新型涉及一种载重电动自行车，尤其与载重电动自行车的车架结构有关。 背景技术 电动自行车的普及和发展，给人们提供了一种安全舒适、无噪音、无污染、轻巧快捷的交通代步工具，还为人们提供了载货工具，因此，受到广大消费者的欢迎。 后轮作为载重型电动自行车的主要动力元件，其主要通过后平叉来固定，并通过电机轴来驱动。后平叉由两根呈V形的架杆组成，每根架杆的末端各连接一后平叉挂板，每个后平叉挂板均设置有卡槽，后轮安装在后平叉的两架杆之间。电机的主轴依次穿过其中一后平叉挂板的卡槽、后轮轴心通孔以及另一后平叉挂板的卡槽将后轮固定在后平叉上。而主支架作为电动自行车直立时支撑车身的主要支撑元件，其两端也分别安装在两后平叉挂板的卡槽上，因此，导致后平叉挂板与电极轴以及主支架的安装结构紧凑、复杂，使主支架在使用过程中易出现变形或断裂，使电机轴在使用过程中容易出现松动，存在一定的安全隐患，并因为该部分车体结构复杂，导致拆装维修费时力，不利于维护保养。 发明内容 本实用新型要解决的技术问题是提供一种载重电动自行车，其车架结构简单，主支架拆装方便，利于维修保养，实用性强。 为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种载重电动自行车，包括车架、固定安装在车架后端的间隔对置的一对后平叉挂板及主支架，其中，所述主支架铰接安装在所述后平叉挂板的卡槽下部的挂板部分上。 所述的载重电动自行车，其中，还包括两连接销，所述后平叉挂板的卡槽下部的挂板部分上设穿孔，所述主支架顶部两端也相应设穿孔，所述主支架与所述后平叉挂板的铰接是通过将所述两连接销对应穿过所述后平叉挂板与主支架顶部的穿孔而实现。 所述的载重电动自行车，其中，所述主支架一侧外部设置锁扣板和回位弹簧，所述锁扣板上端与所述主支架铰接，下端与所述回位弹簧的一端铰接；所述回位弹簧的另一端与所述后平叉挂板铰接；所述锁扣板可相对主支架转动而拉伸回位弹簧迫使所述主支架锁止。 所述的载重电动自行车，其中，所述锁扣板于相对车身前方的边缘向内弯折延伸形成一挡止部，当所述锁扣板转动到一预定角度时，所述挡止部抵顶所述后平叉挂板的底部边缘而令所述锁扣板锁止。 本实用新型的有益技术效果为：该载重电动自行车将电机轴安装在后平叉挂板的卡槽上，并在后平叉挂板上单独设置安装主支架的连接部，避免了主支架与电机轴的安装干涉问题，使得车体拆装更方便，利于维修保养，同时，也因为主支架与电机轴的干涉减少，增强了车体支架的耐用度。
一、车型设计的主要参数指标 表1 主要参数 二、车型设计的计算方程式 电动汽车动力传动系统的设计应该满足车辆对动力性能的要求和续驶里程的要求。我们得到动力性能的要求，即最高车速80km/h ，加速性能0~50km/h 小于10s ，爬坡度不小于20%（20 km/h ），续航里程150kw （50km/h ）。为此，需要掌握沿汽车行驶方向作用于汽车的各种外力，即驱动力与行驶阻力。根据这些力的平衡关系建立汽车行驶方程式，就可以估算汽车的最高车速、加速度、最大爬坡度和续航里程。 汽车的行驶方程式为： t F F =∑ 式中：F t ——驱动力； ΣF——行驶阻力之和。 车辆行驶的驱动力是路面作用在车辆驱动轮上的，电动汽车的电动机输出轴输出转矩，经过车辆传动系传递到驱动轮的驱动力矩为T t ，同时，地面对驱动轮产生反作用力F t ，这个反作用力就是驱动汽车行驶的外力，即驱动力。
其数值为： t t T F r = 式中：T t —作用与驱动轮上的转矩； r —车轮半径。 电动汽车中T t 是由电动机输出的转矩经传动系统传递到车轮上的。令传动系统总传动比为i ，传动系统的机械效率为ηt 。驱动电动机的输出转矩为T tq ，则有： t tq t T T i η=?? 汽车在水平道路上等速行驶时，必须克服来自地面的滚动阻力和来自空气的空气阻力。当汽车在坡道上上坡行驶时，还必须克服坡度阻力。汽车加速行驶时还需要克服加速阻力。因此汽车行驶过程中的总阻力为： f w i j F F F F F =+++∑ 式中：F f —滚动阻力 F w —空气阻力 F i —坡度阻力 F j —加速阻力 其中：（1）滚动阻力：F f 可以等效的表示为： f F W f =? 式中：W —作用于车辆上的法向载荷； ｆ—滚动阻力系数，与路面种类，行驶车速以及轮胎的结构、材料、气压等有关。研究中滚动阻力系数，按经验公式取值。 (2) 空气阻力： 21 2 w D r F C A u ρ=????
第一章概述 1.1设计的主要目的和意义 此次设计的目的是掌握产品造型的设计，包括材料、尺寸的合理选择，灵活运用制作技术、形态表达语言，根据人机工程学和美学来设计电动自行车的尺寸和颜色。 根据同类型产品的类比和设计，力学分析，考虑人机工程学中的人体尺寸和人的舒适程度来综合设计电动自行车的尺寸。 设计的目的其实包括好几个层面，第一，加工工艺的了解；第二，进一步提出不同材质的优化组合课题；第三，探究材料与产品结构、功能的有机联系；第四，熟悉产品结构连接件的运用；第五，产品形态讨论；第六，寻求产品设计制作的个性化等等。 通过这半年的设计，我们很好的复习了已经学过的课程，并对部分材料的应用有了一定了解，在颜色搭配上也有了一定的学习，而且能熟练操作制图软件和办公软件。对我们以后在工作上有很大的帮助。 1.2国内外电动自行车的发展情况 1.2.1国外及我国台湾地区电动自行车的发展情况 为创造市场需要，适合老弱妇孺各种年龄层骑乘自行车，国外厂商多年前即开始研制辅助驱动自行车并且在新电池和驱动机械马达技术成熟发展之下，电动自行车应运而生。海外发展较早的要数日本、奥利地、德国、台湾等国家和地区，近几年美国发展也比较快。国外的电动自行车主要是作为一种轻松代步及休闲健身工具。例如，在大型的停车场、超市和旅游区里使用。从1994到1999年6年时间中，全球电动自行车数量，从3.6万辆剧增1600万辆，如按2%算，电动车需要量会在30万辆以上。同时，东南亚、中东、印度增到50万辆，而在2000年，仅日本就需要50万辆。总体来说，电动自行车在全球的潜在市场很大，并呈上升趋势。 日本电动车的生产及技术都占世界领先地位，商品化的电动自行车由日本雅马哈公司率先于1994年推出，并随着本田、三洋、松下等知名公司的参与，生产规模日益放大。但日本对电动自行车的使用管理上采取了严格限制，日本只许智能型电动自行车上路，
焊接工装夹具在汽车制造业的发展 摘要 东莞市三威柔性自动化装备有限公司专注于工装夹具、焊接工装、柔性组合工装、专用工装夹具、自动专机、智能焊接工装工艺装备及提高生产效率解决方案的研发和运营。装配夹具和焊接夹具在汽车车身装配和焊接生产线与生产制造优质的汽车设备息息相关，焊装夹具是焊接工艺的重要组成部分，装配和焊接夹具除了是完成这个过程中零部件装配的途径和定位，同时在生产线上也作为一个测试和校准程序，完成检测焊接配件和焊接质量的任务。因此焊装夹具的设计和制造，直接影响焊接过程中汽车的生产能力和产品质量。汽车焊装夹具是保证其制造质量，缩短制造周期的重要手段。因此，正确理解焊装夹具的设计要点，改善和提高焊装夹具的设计手段和设计水平，并提高夹具的调整和验证水平等三方面都是必不可少的，也是汽车制造公司在竞争中得以生存需解决的问题。汽车的风格不同，焊接夹具的形状，因而有着很大的不同，但在设计、制造和调整都是一样的可以借鉴的。 一.焊接工装夹具
焊接工装夹具就是将焊件准确定位和可靠加紧，便于焊件进行装配和焊接、保证焊件结构精度方面要求的工艺装备。在现代焊件生产中积极推广和使用与产品结构相适应的工装夹具，对提高产品质量，减轻工人的劳动强度，加速焊接生产实现机械化、自动化进程等方面起着非常重要的作用。 在焊接生产过程中，焊接所需的工时较少，而约占加工工时的2/3以上的时间是用于备料、装配及其他辅助的工作，极大地影响着焊接的生产速度。为此，必须大力推广使用机械化和自动化程度较高的装配焊接工艺装备。 焊接工装夹具的主要作用有以下几方面： （1）准确、可靠的定位和夹紧，可以减轻甚至取消下料和划线工作。减小制品的尺寸偏差，提高了零件的精度和可换性。 （2）有效地防止和减轻了焊件变形。 （3）是工件处于最佳的施焊部位，焊缝的成形性良好，工艺缺陷明显降低，焊接速度得以提高。 （4）以机械装置代替了手工装配零件部位时的定位、夹紧及工件翻转等繁重的工作，改善了工人的劳动条件。 （5）可以扩大先进的工艺方法的适用范围，促进焊接结构的生产机械化和自动化的综合发展。 二.汽车焊接工装夹具 中国汽车工业经历了从无到有、从小到大，从货车时代到轿车时代，从“公车”到“私车”的发展过程，其创建、成长的每一步都成为中国制造业发展与开拓的见证。而作为汽车生产四大工艺之一的车身焊装生产线，也经历了一个从低端到高端，从手动到自动的发展过程。为了赶上国际水平，在提高产量的同时，要求努力提高汽车制造质量，因此对焊装夹具也提出了新的要求，以满足更快的新品开发速度。在研发新车型的过程中，需要一种柔性化、模块化的三维组合工装替代传统的专用工装，可以大量缩短设计、制造时间，并可以反复使用，节约研制成本。同时，在专用车辆，工程车辆和大客车的生产中，由于批量小、客户要求不同，使用柔性化工装制造也是非常实用和经济的方法。
基于中颖SH79F081的电动自行车控制器设计 摘要:方波驱动的无刷直流电机由于力矩大, 运行可靠, 在电动车控制器中广泛应用, 方波驱动最大的缺点在于换相时的电流突变引起的转矩脉动, 导致噪声较大, 但好的控制策略可以大大改善换相噪声. 电动车控制器设计的难点在于电流控制, 本文就电动车控制器设计的一些关键地方加以描述. 关键词:电动车控制器直流无刷电机换相同步整流 概述 电动自行车上使用的电机普遍采用永磁直流电机. 所谓永磁电机, 是指电机线圈采用永磁体激磁, 不采用线圈激磁的方式. 这样就省去了激磁线圈工作时消耗的电能, 提高了电机机电转换效率, 这对使用车载有限能源的电动车来讲, 可以降低行驶电流, 延长续行里程. 永磁直流电机按照电机的通电形式来分, 可分为有刷电机和无刷电机两大类, 有刷电机由于采用机械换相装置导致可靠性和寿命降低, 因此逐渐退出电动车市场. 无刷电机又可分为有传感器和无传感器两类, 对于无位置传感器的无刷电机, 必须要先将车用脚蹬起来, 等电机具有一定的旋转速度以后, 控制器才能识别到无刷电机的相位, 然后控制器才能对电机供电. 由于无位置传感器无刷电机不能实现零速度启动, 所以现在生产的电动车上用得较少. 目前电动车行业内使用的无刷电机, 普遍采用有位置传感器无刷电机. 有位置传感器永磁直流无刷电机按照内部传感器的安装位置不同, 又可分为60度电机和120度电机. 在120°的霍尔信号中, 不可能出现二进制000和111的编码,
所以在一定程度上避免了因霍尔零件故障而导致的误操作. 因为霍尔组件是开漏输出, 高电平依靠电路上的上拉电阻提供, 一旦霍尔零件断电, 霍尔信号输出就是111. 一旦霍尔零件短路, 霍尔信号输出就是000, 而60°的霍尔信号在正常工作时这两种信号均会出现, 所以一定程度上影响了软件判断故障的准确率. 因此目前市面马达已经逐渐舍弃60°相位的霍尔排列. 2. 永磁直流电机基本原理 2.1. 主回路电路 1.
××××股份有限公司企业标准 电动车车架
前言 车架是电动车上的一个重要部件，其质量的好坏直接关系到用户人身安全。目前尚无相关国家标准、行业标准，为统一本公司对车架的要求，结合本公司实际而制定本标准。 电动车车架 1范围 本标准规定了电动车用车架的整体结构形式、材料、规格、部件技术要求、部件焊接、表面涂装、车架检测及包装运输要求。 本标准适用于电动自行车车架、电动摩托车各型车架的设计、制造。本标准中未涉及的部分按车型实际需要设计，同减震器、平叉、前叉连接部分的设计应满足该部品 的设计标准需要。 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款，凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误表）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。
GB/T 196-2003 普通螺纹基本尺寸 GB/T 197-2003 普通螺纹公差 GB/T 700-2008 碳素结构钢 GB/T 6739-2006 色漆和清漆铅笔法测定漆膜硬度 GB/T 9286-1998 色漆和清漆漆膜的划格试验 GB/T 13793-1992 直缝电焊钢管 3 车架的结构形式 3.1 总则 车架的结构形式应能满足其功能（装配性等）、性能（刚度、强度等）和商品性的需要，符合国家相关法规和安全性的要求，本标准只对关重部位结构形式做总括性要求，具体结构设计按车型需要进行。 3.2 前立管部位结构形式 3.2.1 电动摩托车的前立管部位的结构形式采用无缝钢管扩口形式，同主管连接处的下端以加强板连接见图1。 3.2.2 豪华款电动车的前立管部位的结构形式可采用高频焊管焊接结构、无缝钢管上下缩口结构和电动摩托车的前立管结构形式。采用高频焊管焊接结构时，同主管连接处的上端和下端都必须有加强板 1 连接，总长度不得超过280mm，见图2；长度超过280mm的需采用缩口形式或3.2.1电摩款的形式见图3。 3.2.3 简易款电动车的前立管部位的结构形式采用高频焊管焊接结构或无缝管上下缩口形式，并符合3.2.2的要求；同主管连接处的下端都必须有加强板连接见图4。
《自动控制系统》课程设计任务书 课题：电动自行车调速控制电路的设计 ：蔡嘉伦 学号：2012118002
目录 概述 (2) 方案及原理 (2) 总体规划.……………………………………….…....................... ..3 电路设计…………………………………………......................... ..3 参考文献 (9)
概述 单片机控制的永磁无刷直流电动机调速系统适用于电动自行车等小功率的工作情况。并能将多余的电能回溃。该系统具有调速性能好、功率因数高、节能、体积小、重量轻等优点。 本文从系统要求分析入手，将整个系统分成四个部分，分析和讨论了各个部分的电路原理、控制策略、实现方法。详细讨论了系统的各种工况及信号的传递情况，并得到了系统各个部分在不同工况的工作状态。系统各部分的控制电路基于Intel公司的控制芯片8051单片机。根据永磁无刷直流电动机的特性实施脉宽PWM控制，并通过转速传感器测量转速通过八段数码管动态显示转速，通过软硬件的配合，实现了整个系统的设计要求。 方案及原理 电动车对电动机的基本要求 电动车的运行，与一般的工业应用不同，非常复杂。因此，对驱动系统的要求是很高的。 电动车用电动机应具有瞬时功率大，过载能力强、过载系数应为(3～4)，加速性能好，使用寿命长的特点。
电动车用电动机应具有宽广的调速围，包括恒转矩区和恒功率区。在恒转矩区，要求低速运行时具有大转矩，以满足起动和爬坡的要求；在恒功率区，要求低转矩时具有高的速度，以满足车在平坦的路面能够高速行驶的要求。 电动车用电动机应能够在车减速时实现再生制动，将能量回收并反馈回蓄电池，使得电汽车具有最佳能量的利用率，这在燃机的摩托车上是不能实现的。 电动车用电动机应在整个运行围，具有高的效率，以提高1次充电的续驶里程。 另外还要求电动车用电动机可靠性好，能够在较恶劣的环境下长期工作，结构简单适应大批量生产，运行时噪声低，使用维修方便，价格便宜等。 鉴于电动车对电动机的基本要求采用永磁无刷直流电动机。 永磁无刷直流电动机的基本性能。永磁无刷直流电动机是一种高性能的电动机。它的最大特点就是具有直流电动机的外特性而没有刷组成的机械接触结构。加之，它采用永磁体转子，没有励磁损耗：发热的电枢绕组又装在外面的定子上，散热容易，因此，永磁无刷直流电动机没有换向火花，没有无线电干扰，寿命长，运行可靠，维修简便。此外，它的转速不受机械换向的限制，如果采用空气轴承或磁悬浮轴承，可以在每分钟高达几十万转运行。永磁无刷直流电动机机系统相比具有更高的能量密度和更高的效率，在电动车中有着很好的应用前景。 永磁无刷直流电动机的控制系统。典型的永磁无刷直流电动机是一种准解耦矢量控制系统，由于永磁体只能产生固定幅值磁场，因而永磁无刷直流电动机系统非常适合于运行在恒转矩区域，一般采用电流滞环控制或电流反馈型SPWM法来完成。为进一步扩充转速，永磁无刷直流电动机也可以采用弱磁控制。弱磁控制的实质是使相电流相位角超前，提供直轴去磁磁势来削弱定子绕组中的磁链。 永磁无刷直流电动机的不足。永磁无刷直流电动机受到永磁材料工艺的影响和限制，使得永磁无刷直流电动机的功率围较小，最大功率仅几十千瓦。永磁材料在受到振动、高温和过载电流作用时，其导磁性能可能会下降或发生退磁现象，将降低永磁电动机的性能，严重时还会损坏电动机，在使用中必须严格控
新能源汽车 收稿日期：2018－12－06纯电动车车身架构及其带宽设计陈东平王镝（泛亚汽车技术中心有限公司，上海201208） 【摘要】电动车用电机和电池取代了燃油车的动力总成、传动、排气及燃油系统，通过前后配置的轻巧电机简化了电动车的布置和架构类型。但现有的电池及其技术也全面影响着整车的布置、性能及柔性的变化，作为承载和性能实现的主体，车身架构需要适应这一新的变化。通过对比分析与燃油车主要系统的差异，在兼顾传统设计概念的基础上，提出了电动车的车身接口与布置解决方法以及车身架构的实现路径，并结合电池的柔性变化的特点，提出了与之相适应的尺寸及性能带宽的变化方法，实现了基于电动车特点的车身柔性架构及其精益设计。 【Abstract】BEV replace the powertrain，transmission，exhaust and fuel systems of fuel vehicles by motor and battery，and simplify the arrangement and structure type by using front and rear motors．Limited to the existing technology，the overall layout，performance and flexibility of the vehicle needs to adapt to this new change．In this paper，the differences between BEV and ICE are analyzed．The BEV body interface layout solution and the realization path of the vehicle body structure are proposed based on the concept of traditional design．Combined with the flexible change characteristics of batter-y，the size and performance bandwidth change are proposed，the flexible structure of the body based on the characteristics of BEV and lean design are realized． 【关键词】车身架构带宽柔性化车电动车 doi：10.3969/j.issn．1007-4554．2019．02．02 0引言 随着世界各地对碳排放要求的日益严苛，各国政府和各大车企均制定了应对战略并投入巨资进行电动车的研发，各种以纯电驱动的新能源车在国内出现了爆发式增长。但电动车相对燃油车在整车布置、性能及柔性变化的策略上有很大差异，本文将从电动车的特点和内在驱动出发，剖析与燃油车的相似性及特殊性，构建电动车车身架构及其柔性化的实现方法。1电动车车身架构及驱动特点分析 1．1车身架构及其在平台型谱开发中的作用车身架构通常指车身结构的下车体部分，由于它跟整车的动力驱动系统、悬架及转向等底盘系统、座椅及人机布置、整车尺寸及整车性能等核心架构要素密切相关，是上述系统及要求的承载主体，因而将下车体结构称为车身架构。它受造型的影响比较小，但却能更多地体现平台车型型谱的变化能力。一个好的车身架构能够适应车企灵活快速地开发多个车型及变化的要求，而又不 · 11 · 上海汽车2019.02
纯电动汽车整车控制器的设计 发表时间：2019-07-05T11:27:03.790Z 来源：《电力设备》2019年第4期作者：王坚 [导读] 摘要：随着社会的发展与科技的进步，各个城市的汽车使用户喷井式增加。 （柳州五菱汽车工业有限公司广西柳州 545007） 摘要：随着社会的发展与科技的进步，各个城市的汽车使用户喷井式增加。传统的内燃机汽车消耗石油，排出大量废气，使得城市的空气质量不断下降。纯电动汽车由于不使用传统化石能源，对环境不造成污染，受到人们的青睐。随着科技的进步，电动汽车的核心技术不断地革新与突破，逐渐完善的城市基础设施提供了有利的帮助，电动汽车已经成为潜力股，逐步取代传统汽车变为可能。本文从汽车结构出发，结合整车信息传输过程，设计了整车控制器的软硬件结构。 关键词：纯电动汽车；整车控制器；硬件设计；软件设计 纯电动汽车作为新能源汽车的一种，以其清洁无污染、驱动能源多样化、能量效率高等优点成为现代汽车的发展趋势。整车控制器（vehicle control unit，VCU）作为纯电动汽车整车控制系统的中心枢纽，主要实现数据采集和处理、控制信息传递、整车能量管理、上下电控制、车辆部件控制和错误诊断及处理、车辆安全监控等功能。国外在纯电动汽车整车控制器的产品开发中，积极推行整车控制系统架构的标准化和统一化，汽车零部件厂商提供硬件电路和底层驱动软件，整车厂只需要开发核心应用软件，有利的推动了整车行业的快速发展。虽然国内各大汽车厂商基本掌握了整车控制器的设计方案，开发技术进步明显，但是对核心电子元器件、开发环境的严重依赖，所以导致了整车控制器的国产化水平较低。本文以复合电源纯电动汽车作为研究对象，针对电动汽车应有的结构和特性，对整车控制器的设计和开发展开研究。 一、整车控制系统分析与设计 （一）整车控制系统分析 复合电源纯电动汽车整车控制系统主要由整车控制器、能量管理系统、整车通信网络以及车载信息显示系统等组成。首先纯电动汽车整车控制器通过采集启动、踏板等传感器信号以及与电机控制器、能量管理系统等进行实时的信息交互，获取整车的实时数据，然后整车控制器通过所有当前数据对驾驶员意图和车辆行驶状态进行判断，从而进入不同的工况与运行模式，对电机控制系统或制动系统发出操控命令，并接受各子控制器做出的反馈。 保障纯电动汽车安全可靠运行，并对各个子控制器进行控制管理的整车控制器，属于纯电动汽车整车控制系统的核心设备。整车控制器实时地接收传感器传输的数据和驾驶操作指令，依照给定的控制策略做出工况与模式的判断，实现实时监控车辆运行状态及参数或者控制车辆的上下电，以整车控制器为中心通信节点的整车通信网络，实现了数据快速、可靠的传递。 （二）整车控制系统设计 复合电源的结构设计，选择了超级电容与DC/DC串联的结构，双向DC/DC跟踪动力电池电压来调整超级电容电压，使两者电压相匹配。为了车辆驾驶运行安全，同时为了更好地使超级电容吸收纯电动汽车的再生制动能量，在复合电源系统中动力电池与一组由IGBT组成双向可控开关，防止了纯电动汽车处于再生制动状态时，动力电池继续供电，降低再生制动能量的吸收效率。 整车CAN通信网络设计，由整车控制器（VCU）、电机控制器（motor control unit，MCU）、电池管理系统（battery management system，BMS）、双向DC/DC控制器以及汽车组合仪表等控制单元（Electronic Control Unit，ECU）组成了复合电源纯电动汽车的整车通信网络。 二、整车控制器硬件设计及软件设计 （一）整车控制器结构设计 整车控制器的硬件结构根据其基本的功能需求进行设计，如图1所示。支持芯片正常工作的微控制器最小系统是整车控制器的核心，基础的信号处理模块，CAN通信与串口通信组成的通信接口模块，以及LCD显示等其他模块分别作为它的各大功能模块。 图1 整车控制器硬件结构图 （二）整车控制器硬件设计 从功能上可以把整车控制器分为6个模块。 1）微控制器模块：本设计选用美国德州仪器公司TI的数字信号处理芯片TMS320F2812为主控芯片，负责数据的运算及处理，控制方法的实现，是整车控制器的控制核心。此芯片运算速度快，控制精度高的特点基本满足了整车控制器的设计需求。TMS320F2812的最小系统主要由DSP主控芯片、晶振电路、电源电路以及复位电路组成。 2）辅助电源模块：由于整车控制器的控制系统中用到多种芯片，所以需要设计辅助电源电路为各个芯片提供电源，使其正常工作，因此输出电平有多种规格。采用芯片LM317、LM337可分别产生+5V和－5V的供电电压。 3）信号调理模块：输入整车控制器的踏板信号是1～4.2V模拟电压信号，TMS320F2812的12位16通道的A/D采样模块输入的信号范围为0～3.0V，因此需要对踏板输入的模拟电压信号进行相应的调理运算，以满足DSP的A/D采样电平要求。选用德州仪器的OPA4350轨至轨运算放大器，在输入级采用RC低通滤波电路与电压跟随电路以滤除干扰信号，减小输入的模拟信号失真。开关信号先经RC低通滤波电路滤除高频干扰，再作为电压比较器LM393的正端输入，电压比较器的负端输入接分压电路，将LM393的输出引脚外接光耦芯片，在起到电平转换作用的同时，进一步隔离干扰信号，提高信号的安全性与可靠性。 4）通讯模块：TMS320F2812具有一个eCAN模块，支持CAN2.0B协议，可以实现CAN网络的通讯，但是其仅作为CAN控制器使用。选用3.3V单电源供电运行的CAN发送接收器SN65HVD232D，其兼容TMS320F2812的引脚电平，用于数据速率高达1兆比特每秒（Mbps）的应
电动车的维修方法之车架 电动车的维修方法之车架车架是整车的安全核心，车架强度或制作精度不良会严重影响使用，如发现整车骑行时总往一边歪，可能是车辆整体有倾斜;如果整车有较严重的内凹，可能是过负载并在路况较差的地方骑行，导致整车有变形，发生变形的可能之处是前立管与前三角焊接处有裂纹或鞍管平叉与车架的结合部有裂纹。如有“嗒嗒”的金属敲击声，可能是某些接片的强度或焊接问题。 电动车的维修方法之后平叉后平叉一般无多大问题，主要是安装时或使用路况造成的后平叉螺丝松动，一旦后平叉螺丝松动，则就会有后轮的摆动，导致刹车时的严重摆尾，高速骑行时车辆的摇晃，脚蹬用力时的掉链;后平叉上电机接片的强度也很重要，特别 是开口的尺寸及刚性，因为在特别场合(如紧急刹车)，对刚性是一个考验，所以一般在拧紧电机的螺母后应退回半圈，这样反而不会松动 电动车的维修方法之前叉前叉分简易型与带避震型，现一般多用带避震型，前叉比较容易受损，一般的碰撞及强大的俯冲都会使前叉弹簧受损，损伤的结果是前轮泥板与前三角相碰或前轮与塑件相碰，导致转不过弯。此种现象可以用较大的力压前叉看间隙决定是否换前叉，或用另外的方法，增大间隙解决。
电动车的维修方法之把手与立管把手与立管在新车时一般不用修，只是使用时间较长后会出现生锈，此时不能强拧螺丝，应该先用松绣水处理一段时间，再用铁榔头小心敲打前立管外部，在拧螺丝时最好用梅花板手或套筒扳手，一般不用呆板手或活络扳手。 电动车的维修方法之塑件塑件一般不维修，之所以列这一条主要是塑件的共振问题，在发生共振问题时主要考虑紧固件有否松动，必要时可以在塑件上加粘口，改变共振的频率。 电动车的维修方法之仪表仪表是电动车显示部位，现在常规在使用的仪表分为led显示与指针式显示。 led仪表故障率比较低，但一旦出现故障比较难查，必须了解某些比较器的特性、稳压电路的结构，如果是电压指示不准确，则可以调节基准的可调电阻来实现;在设计led的仪表时，很有可能把一些辅助功能(如欠压指示、来电显示、巡航等)集中在显示板上，所以必须了解线路板的各项功能，再进行维修。指针式的仪表按速度表可以分为有刷方式和无刷方式，按控制极性可以分为正极控制与负极控制;有刷方式和无刷方式的区别可用图1说明。 有刷接法的速度线电压是从大到小变化的;有刷a类接法与有刷b类接法都能达到预期的效果，但有刷b类接法的寿命会更长，因为一般情况下电流表的消耗电流在15ma以上，而r1电位器的压降在45v左右，故电位器的功耗在0.7w左右，这对于较差的电位器来讲寿命较短。电位器一旦损坏，速度表就不会转;有刷b类接法克服如上的缺陷，采用旁路的接法，降低了对电位器的要求。 无刷接法的速度线电压是从小到大变化的，因为无刷速度线
毕业论文（设计）原创性声明 本人所呈交的毕业论文（设计）是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文（设计）不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名：日期： 毕业论文（设计）授权使用说明 本论文（设计）作者完全了解红河学院有关保留、使用毕业论文（设计）的规定，学校有权保留论文（设计）并向相关部门送交论文（设计）的电子版和纸质版。有权将论文（设计）用于非赢利目的的少量复制并允许论文（设计）进入学校图书馆被查阅。学校可以公布论文（设计）的全部或部分内容。保密的论文（设计）在解密后适用本规定。 作者签名：指导教师签名： 日期：日期：
1.1能源与环境问题 二十一世纪是“绿色环保”的世纪，环境保护和能源节约问题成为新世纪最为突出的两大主题。随着工业的发展，城市汽车数量急剧上升，石油资源严重缺乏。研究表明，目前世界石油蕴藏量按照现在的清耗速度仅可供使用50到70年。而石油与国家安全密切相关，该问题己引起各国的极大重视。 再从环境角度讲，石油燃烧造成的大气污染曰益严重。在世界环境污染最为严重的十大城市中，我国就占了7个，形势严峻可见一般。汽车排出的CO、HC和微尘颗粒等，会对人类的身体健康造成危害；另外汽车排出的二氧化碳虽然对人体健康无害，但它造成的温室效应破坏大自然的生态平衡，对大气造成严重影响。 因此，这两大问题成为了“绿色交通工具”研究开发和推广应用的积极因素。 1.2“绿色交通工具”的发展状况 1881年8月在巴黎举行的国际电气展览会上，法国特鲁夫展出了世界上第一辆电动交通工具—电动三轮车。这是世界电动车史的开端，也是机动车辆史上具有划时代意义的一件大事。而此时，燃油汽车还尚未“出世”，它是在二十世纪初才出现的。但是当时由于电动机、电池等关键技术的发展还很不理想，而且电动车速度慢、价格高，这一切限制了电动车推广的步伐，所以它只在贵族阶层中作为玩物流行了一段时间便被随后出现的相对便宜且有速度优势的燃油汽车所取代。到了1933年，电动车的数量已经将近为零。 在随后的几十年间，电动车辆一直处于发展的低谷，而燃油车辆却发展迅猛，几乎占有了所有市场。于是，托着常常尾巴的机动车开始横行于世，为今天的能源危机和环境污染问题埋下了隐患。而人们直到七、八十年代才开始关注这两大问题，才把零污染零排放的电动车辆从新推到了前台。 国外的科研机构早在20世纪60年代就开始了新一轮的电动车研究与开发，到现在电动车大致经历了三各阶段：90年代前，电动车的设计主流是单独采用蓄电池供电，发展了高功率密度的新型蓄电池及其充电技术；90年代起人们开始注意到仅仅使用蓄电池，电动车在近期内还难于传统汽车匹敌，从而混合动力车的研究得到了很大的重视。蓄电池与燃油系统的相互配合使用，可以大大减小车辆在市区的废气排放和污染，在长途运行时可使用燃油系统，但它只是电动车发展过程中的过渡产
电动汽车控制系统设计设计
摘要 在当前全球汽车工业面临金融危机和能源环境问题的巨大挑战的情况下，发展电动汽车，利用无污染的绿色能源，实现汽车能源动力系统的电气化，推动传统汽车产业的战略转型，在国际上已经形成了广泛共识。 本课题以电动汽车他励电机控制器为例，以实现电动汽车的加、减速，起、制动等基本功能以及一些特殊情况下的处理。以开发出高可靠性、高性能指标、低成本并且具有自主知识产权的电动汽车电机驱动控制系统为目的。主要包括硬件电路板的设计，以及驱动系统的软件部分的仿真调试。 在驱动系统硬件设计中，这里主控制芯片采用ATMEL公司的ATmega64芯片。功率模块采用多MOSFET并联的方 37
式，有效的节约了成本。电源模块采用基于UC3842的开关电源电路。选用IR 公司的IR2110作为驱动芯片，高端输出驱动电流可到1．9A，低端输出驱动电流可到2.3A，能够提供7个MOSFET并联时驱动电流。对于电流检测模块，本文没有采用电流传感器或者是康铜丝,而是采用了一种基于MOSFET管压降的电流检测电路，这种方式即节约了成本也保证了检测精度。 驱动系统的软件设计中，主要实现的功能为：开关量的检测处理，故障检测，串口通讯，励磁、电枢控制，报警功能等。针对他励电机电动汽车的控制特性，提出了节能控制算法和最大转矩控制算法，用于提高电动汽车的续航里程和加速性能。 他励直流电动机驱动系统能够很 37
好的运行在电动汽车上，性能可靠、结构简 单，并且节约了成本，使电动汽车的性价比大大提高，有利于电动汽车的普及。 关键词：电动汽车，ATmega64，他励直流电机，PID模糊控制 37
附件1 技术开发协议 项目名称：电动汽车前后副车架及整体底盘设计开发委托人：_ 研究开发人：_ 签订地点：北京 签订日期：2016-3-11 ________
目录 一、产品定义 (1) 二、产品开发的要求 (1) 1. 产品的基本要求.......................................... 错误!未定义书签。 2. 产品性能目标及主要参数 (1) 3. ............................................................................................................................................... 产品 的配置要求 (2) 4. 产品开发原则及标准要求 (3) 5. 产品开发周期及节点 (3) 6. 生产技术支持要求 (4) 三、产品开发内容描述及分工 (4) 四、产品开发成果及验收方式 (5) 五、项目组织及相关事宜 (6) 六、其他 (6) 附件2、《电动汽车前后副车架及底盘车架设计开发项目计划进度表》 附件3、《电动汽车前后副车架及盘设车架计开发项目- 商业秘密保密协 议》
产品定义 1. 目标定义本项目以某商务车副车架为研究对象，借助先进的CAE 方法，建立汽车前、后悬架的动力学仿真模型和动力总成仿真模型。同时应用有限元方法，研究副车架的静、动态特性。同时对副车架进行疲劳寿命分析，并与试验结果进行比较，验证优化分析的正确性和合理性。为副车架结构的进一步设计和分析提供一定的理论基础，并为企业后续的产品研发提供借鉴和参考。同时完成对底盘车架的优化设计，各项参数需满足设计任务书的要求。 二、产品开发的要求 1、前后副车架应达到的指标 1.1 优化后的副车架应有足够的强度。确保副车架在各种工况下有足够的强度，在复杂受力情况下不易产生破坏，特别是严重的疲劳损伤，影响正常的使用寿命； 1.2 优化后的副车架应有足够的弯曲刚度。确保该型车在复杂受力的条件下，连接在其上的各总成，像转向机总成、下摆臂等因在特殊工况受力变形而丧失正常的工作能力，影响整车的使用寿命和安全性； 1.3 优化后的副车架应较原结构减轻30%以上重量。副车架作为一个重要的二级减振和隔 振部件，在保证各种性能的前提下，尽量减轻重量，降低成本，提高动力性和巡航里程。 1.4 副车架总成中有害物质应符合2000/53/EC 和2010/115/EU 的要求； 1.5 按甲方规定进行耐久性行驶试验后，副车架不允许出现断裂、严重锈蚀、弯曲或扭曲变形超限； 1.6 十万公里各种典型路面的试车后，副车架样件硬点和硬点坐标不允许有不合理变形和破坏；副车架进行6X105 次疲劳试验后，金属件无开裂、塑性变形等失效，橡胶件无功能性失效； 2、底盘车架应达到的技术指标 2.1 整体车架（底盘）轻量化设计方案的一阶弯曲不低于35Hz 和一阶扭转频率不低于36Hz； 2.2 整体车架（底盘）轻量化设计方案弯曲刚度不低于2900N/mm 和扭转刚度不低于3300N/mm； 2.3整体车架（底盘）轻量化设计方案的前后悬架在车架上的安装点（共计12 个点）刚度： X、Y > 8000N/mm, Z > 10000N/mm； 2.4 整体车架（底盘）轻量化设计方案刚度和强度性能不低于甲方现有同款车架在静态工况（垂直冲击、转弯、倒车制动、最大制动、最大加速、侧向冲击、
单片机原理与应用 课程设计报告 电动车控制器 专业班级：电气工程及其自动化xxx班姓名： 时间： 2010.3.3—3.19 指导教师：xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 2010年 3 月19日
基于单片机的电动车控制器 一．设计要求 （一）基本功能 1.显示：实时显示电瓶的电量；车速 2.线性调速功能： 要求采用传统的手把调速方式（通过线性霍尔传感器），此处对霍尔器件的电压处理要求利用压频转换来代替A/D转换。 3.具备完善的保护功能： 如过载保护、欠压保护、短路保护和防飞车等功能。 （二）扩展功能 1．可增加实时的总里程显示 2．速度具有一定的记忆功能 二．计划完成时间三周 1．第一周完成软件和硬件的整体设计，同时按要求上交设计报告一份。 2．第二周完成软件的具体设计和硬件的制作。 3．第三周完成软件和硬件的联合调试。
目录 1引言 (1) 2总设计方案 (1) 2.1设计思路 (1) 2.2单片机介绍 (1) 2.3设计框图 (1) 3设计原理分析 (2) 3.1硬件设计 (2) 3.1.1最小系统 (2) 3.1.2时速控制电路 (3) 3.1.3驱动电路 (4) 3.1.4过流、欠压保护电路 (4) 3.1.5刹车保护 (4) 3.1.6显示电路 (5) 3.2软件设计 (5) 3.2.1主程序流程 (5) 4结束语 (6) 参考文献 (7) 符录1 (8) 符录2 (9)
基于单片机控制的电动车控制器 电气072班李占业 摘要：本系统由单片机系统、显示系统、驱动系统和数模转换系统组成。通过按键来控制单片机，通过P1口输出的具有时序的方波作为电动车的控制信号，使电动车的里程与转速发生变化，达到对电动车控制的目的。该设计具有结构简单、可靠性高、使用方便、可以实现较复杂的控制、具有较大的灵活性和适应性等特点。 关键词：电动车单片机ADC0809 A44E 1 引言 电动车控制器是用来控制电动车电机的启动、运行、进退、速度、停止以及电动车的其它电子器件的核心控制器件，它就象是电动车的大脑，是电动车上重要的部件。微型计算机的出现给人类生活带来了根本性的变化，使现代科学研究发生了质的飞跃，单片机技术的出现给现代生活带来了一次新的技术革命。本设计主要是设计一个由单片机控制的电动车控制器系统，操作者可通过系统的按钮控制电动车的旋转速度电量和里程。同时为了可以直观的看出电动车的运行状态，其旋转速度和当前电量可以在数码管上显示出来。 2 总体设计方案 2.1 设计思路 根据电动车的工作原理可以知道，电动车控制器是通过霍尔速度转把采集信号，然后通过数模转换将信号传给单片机，利用单片机控制输出用改变功率管控制信号PWM的方法来控制电动车的转速，用霍尔元件A44E安装在车轮上，车轮每转一圈霍尔器件就会给单片机一个脉冲，单片机根据这个脉冲的频率来计算车速并用数码管显示出来，另外为了保护电池当电池电压下降到一定程度的时候要有警示电路（用普通发光二极管警示）。并且要设计配套的刹车保护、欠压保护、过流保护等保护电路。 2.1.1 单片机的选用 单片计算机即单片微型计算机。（Single-Chip Microcomputer ）,是集CPU ,RAM ,ROM ,定时，计数和多种接口于一体的微控制器。随着科学技术的发展，越来越多的智能化产品都用到了单片机。他体积小，成本低，功能强，广泛应用于智能产品和工业自动化上。而51 单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。本设计选用常见的AT89S51。 2.1.2 电动车电机的选用 目前电动车电机普遍采用永磁直流电机。所谓永磁电机，是指电机线圈采用永磁体激磁，不采用线圈激磁的方式。这样就省去了激磁线圈工作时消耗的电能，提高了电机机电转换效率，这对使用车载有限能源的电动车来讲，可以降低行驶电流，延长续行里程。本设计也选用此永磁直流电机。 2.1.3设计框图