基于CAN总线的纯电动客车电机及整车控制器研究

摘要

当今，由传统汽车引发的能源问题和环境污染日益严重，各国都积极地寻求解决方案，而纯电动客车正是有效方案之一。基于CAN总线的电机控制器（MCU）与整车控制器（VCU）是纯电动客车发展中的关键技术，也是推广中的技术难点。因此，亟需对MCU与VCU进行深入的研究。
　　通过对当前的MCU与VCU研究现状进行分析，本文针对某城市客车完成了系统方案设计，包括参数匹配和控制策略制定。对动力源和电机进行了参数匹配，同时从底层、整车工作模式和CAN网络的角度对整车控制策略进行了设计，并利用模糊控制方法将行车模式划分为经济型、常规型和动力型，由此提升整车运行的经济性和动力性。
　　为深入研究基于直接转矩控制（DTC）的电机及其驱动整车的性能，通过数学模型在 Simulink软件上建立了简化的异步电机——整车动力学模型。由于简化模型没有考虑非线性因素对驱动过程的影响，故基于匹配参数和整车参数在ADVISOR软件上搭建了仿真平台，以验证整车的性能。
　　根据设计的系统方案，本文选取了Freescale公司的MC9S08DZ60为MCU微控制器，MCU的软件设计主要分为系统初始化、转速采集和PWM波输出，完成了MCU节点的功能需求。VCU硬件选取NXP公司基于ARM内核的LPC1768为核心控制器，为增强软件的可扩展性，软件设计基于μC/OS-Ⅱ操作系统。在主程序的控制思想下，本文设计了CAN程序、信号采集程序和任务函数选择程序。其中，通过比较多种滤波算法的性能，提出了一种限幅滑动中值滤波算法。
　　对异步电机——整车动力学模型进行仿真，验证了所设计的DTC的控制性能，和DTC控制电机驱动整车的可行性。ADVISOR仿真试验表明匹配参数较为正确，具有合理性和可行性，基本满足了拟定的初步指标。限幅滑动中值滤波算法性能测试结果较好，其窗口大小确定为5。最后系统实物模型试验，结果表明CAN网络通信正常，软件功能可靠，具有较好的效果，基本完成了预期的研发目标。

目录

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中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1.1 课题的背景和研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究的主要内容和文章结构安排

2 整车系统方案设计

2.1 电动汽车的结构形式

2.2 动力源参数匹配

2.3 电机参数匹配

2.4 整车控制策略

2.5 本章小结

3 异步电机——整车仿真模型

3.1 直接转矩控制基本原理

3.2 异步电机直接转矩控制模型

3.3异步电机——整车仿真模型

3.4 本章小结

4 电机控制器及整车控制器软硬件设计

4.1 VCU功能要求与系统方案设计

4.2 电机控制器软硬件设计

4.3 整车控制器硬件设计

4.4 整车控制器软件设计

4.5 本章小结

5 仿真分析和试验测试

5.1 模型的仿真分析

5.2 实物试验

5.3 本章小结

6 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 工作展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间的竞赛和专利

B. 作者在攻读硕士学位期间参加的的科研项目