基于CAN总线的纯电动客车电机及整车控制器研究

发布时间：2017-08-21 16:24

  本文关键词：基于CAN总线的纯电动客车电机及整车控制器研究

  更多相关文章： CAN总线 VCU 直接转矩控制 μC/OS-Ⅱ 限幅滑动中值滤波

【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。
【关键词】：CAN总线 VCU 直接转矩控制 μC/OS-Ⅱ 限幅滑动中值滤波
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U463.6;U469.72
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 课题的背景和研究意义9-11
• 1.2 国内外研究现状11-15
• 1.2.1 电动汽车用电机概述11-13
• 1.2.2 整车控制器国内外研究现状13-15
• 1.3 研究的主要内容和文章结构安排15-17
• 2 整车系统方案设计17-35
• 2.1 电动汽车的结构形式17-18
• 2.2 动力源参数匹配18-22
• 2.2.1 动力源功率匹配基本原则18-19
• 2.2.2 动力源功率匹配计算19-21
• 2.2.3 电池参数匹配21-22
• 2.3 电机参数匹配22-24
• 2.3.1 电机功率匹配22-23
• 2.3.2 电机转速匹配23-24
• 2.4 整车控制策略24-34
• 2.4.1 底层子部件控制策略24-27
• 2.4.2 整车工作模式选择策略27-29
• 2.4.3 行车模式的划分29-31
• 2.4.4 CAN网络31-34
• 2.5 本章小结34-35
• 3 异步电机——整车仿真模型35-53
• 3.1 直接转矩控制基本原理35-40
• 3.1.1 定子电压矢量的控制作用35-36
• 3.1.2 逆变器数学模型与电压空间矢量36-39
• 3.1.3 数学模型与系统结构39-40
• 3.2 异步电机直接转矩控制模型40-46
• 3.2.1 磁链估计与转矩计算41-42
• 3.2.2 转速调节器与转矩极性判断42
• 3.2.3 扇区与磁链和转矩滞环比较器42-43
• 3.2.4 电压矢量表43-45
• 3.2.5 异步电机直接转矩控制模型45-46
• 3.3 异步电机——整车仿真模型46-51
• 3.3.1 行车模式识别模型46-47
• 3.3.2 整车行驶动力学模型47-49
• 3.3.3 异步电机——整车仿真模型49-51
• 3.4 本章小结51-53
• 4 电机控制器及整车控制器软硬件设计53-73
• 4.1 VCU功能要求与系统方案设计53-54
• 4.2 电机控制器软硬件设计54-59
• 4.2.1 电机控制器硬件设计54-56
• 4.2.2 电机控制器软件设计56-59
• 4.3 整车控制器硬件设计59-63
• 4.3.1 单片机选型及其最小系统59-61
• 4.3.2 电源模块61
• 4.3.3 开关量模块61-62
• 4.3.4 JATG模块62-63
• 4.4 整车控制器软件设计63-72
• 4.4.1 μC/OS-Ⅱ移植63-65
• 4.4.2 CAN程序设计65-67
• 4.4.3 踏板信号采集程序67-69
• 4.4.4 车速滤波算法设计69-70
• 4.4.5 任务选择70-71
• 4.4.6 主程序设计71-72
• 4.5 本章小结72-73
• 5 仿真分析和试验测试73-85
• 5.1 模型的仿真分析73-78
• 5.1.1 基于DTC的异步电机仿真73-75
• 5.1.2 异步电机——整车模型75-78
• 5.2 实物试验78-83
• 5.2.1 限幅滑动中值滤波算法78-80
• 5.2.2 电机及整车控制器测试80-83
• 5.3 本章小结83-85
• 6 总结与展望85-87
• 6.1 全文总结85
• 6.2 工作展望85-87
• 致谢87-89
• 参考文献89-93
• 附录93
• A. 作者在攻读硕士学位期间的竞赛和专利93
• B. 作者在攻读硕士学位期间参加的的科研项目93

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本文编号：713925