开题报告-纯电动汽车整车控制器设计.doc

中 北 大 学毕业设计开题报告学 生 姓 名：学 号：1学 院：机械与动力工程学院专 业：车辆工程设计题目：纯电动汽车整车控制器设计指导教师:2017年3月3日毕 业 设 计 开 题 报 告1选题依据：文 献 综 述世界汽车工业已有百年发展历史，人们的交通方式也随之发生极大的变化，汽车已成人们不可或缺的交通工具1。但是随着迅猛增加的汽车保有量与产量，既造成了能源、资源枯竭的加速，也增加了机动车污染排放物的迅速增加。随着能源问题的日益严重，环境问题也在不断加剧，为了促进经济的可持续发展，那么如何降低汽车造成的环境污染与能源消耗自然成了汽车工业发展的主要问题。而解决这两个问题的方法主要有两种：一是降低汽车污染排放物的排放量并提高传统汽车的能量转换率；二是研发更环保的新能源汽车。电动汽车（Electric Vehicle）够以车载电源为动力，利用电机驱动车辆的正常行驶。因为电动汽车具有对环境影响相对传统汽车小的优点，所以它被认为是减少环境污染和解决能源危机的一条重要途径，其应用前景被广泛看好2。 近几年国内汽车厂商抓住机遇，在纯电动汽车领域抢占国内市场先机，如比亚迪e6、北汽EV系列、吉利帝豪EV系列、奇瑞eQ等。纯电动汽车由蓄电池提供能量，所以他具有节能、高效、零排放、零污染的显著优点，对于改善如今传统汽车造成环境污染与能源短缺问题有很重要的意义。纯电动汽车更大的优势在于污染排放的减少与燃油的节省，对国家能源消耗与环境污染都具有战略性的重大意义。与此同时发展纯电动汽车也将对国家产业结构的调整、汽车领域创新力与市场竞争力的提高，经济社会的协调发展产生很大影响。汽车产业蓬勃发展的美国，无论是制造汽车的数量还是拥有汽车的数量都排在各国的前面，从而导致美国大量的石油被汽车业消耗掉，各种有害气体排放量排在世界前列。 美国对传统内燃机汽车和电动汽车都有着长远的研究历史和丰富的经验，19世纪初期， 美国就已经发明出以直流电机作为动力源的电动汽车3。为了减少石油资源消耗，推动电动汽车的发展，美国从上世纪70年代起，从资金和政策上不断对电动汽车产业进行支持。90年代初期，为了研发出适合电动汽车使用的性能优良的电池，美国各大汽车企业进行了强强联合。为了研发出低能耗的电动汽车，1993年就制定出了以政府和企业共同出资方式的新型汽车研制方案，该方案持续进行了10年。进入21世纪以后，美国对新能源汽车的研究方向逐渐向燃料电池汽车倾斜，直到2009年才又把研究重点转移到电动汽车研究上。美国政府在2012年制定了发展电动汽车的“Ev Everywhere Grand Challenge”目标，准备截止2022年要研制出价格和性能能够与内燃机汽车相竞争的电 动汽车。伴随着美国政府对电动汽车研究投资力度的加大，已经有很多汽车企业研发出 了性能优良的电动汽车，如通用汽车公司研制的EV-I、雪佛兰公司研制的Volt和 SPRINGO、特斯拉公司研制的Model S、Roadster和Model X等。目前，美国无论是在电动汽车技术研发还是应用推广上都获得了实质性的进展4。 欧洲各国政府同样特别关注汽车尾气的排放，并且制定了高标准的限制排放的 规定，严苛的排放目标，给欧洲电动汽车的研究与推广工作带来了巨大对的动力。为了 防止各个国家之间的不良竞争，增强欧洲国家汽车产业的竞争力，充分的发挥各个国家 的科研与技术实力，对资金、人员和物资进行最合理的使用，欧盟制定了一系列的研究 计划，同时欧洲政府正在增强对电动汽车研究工作的资金支持5。英国、法国很早就开 始了电动汽车的研究与推广工作，现在已经有很多电动汽车行驶在它们国家的道路上。 德国电动汽车技术排在欧洲各国前列，早在2009年就已经制定了以国家为首的电动汽 车研究规划6，大众、奔驰、宝马等汽车行业的王牌企业正在加大最电动汽车的研究力度，它们的技术已经已经处于全球领先地位。日本的工业和经济都比较发达，而能源占有率却很低，非常缺乏石油。虽然日本严重缺乏石油，但是日本却是汽车生产业的大国，其生产的汽车非常节约能源。正是因为 日本对资源的匮乏，日本政府及汽车企业都非常重视对节能减排的新能源汽车的研制。 日本对电动汽车的研究工作相比欧美国家要晚一些，为了加强电动汽车的研究7，日本政府在上世纪70年代就制定了保证能源安全和增强产业竞争力的发展目标。日本非常重视电动汽车产业的健康发展和技术的革新，为了激励电动汽车的研究与推广，制定出了一系列策略和措施。我国一直重视电动汽车的研究与推广工作，纵观我国电动汽车的发展历程，大概可 以分为三个阶段8。第一阶段从“九五”初期到2008年，主要是研发应用在特定环境下的示范性电动汽车，建立了我国新能源汽车初步产业化的基础：第二阶段从2009年到 2012年，我国政府从政策和法规两方面加大对了电动汽车研究与推广工作的支持，并逐 渐完善了对电动汽车生产厂商和相关产品的管理，推进了相关产品标准化体系的健全，在全国选出了一部分城市作为电动汽车汽车推广的试点城市，同时从资金上给予了推广 工作大量支持：第三阶段从2013出台继续加强电动汽车推广与应用的通知到现在，在新的推广政策中，对各类电动汽车的生产与研发提供了高额补贴，从高额的补贴政策中， 不难看出我国对加强电动汽车研究与应用工作的决心。经历了三个阶段的研究与应用， 我国电动汽车的研究与应用推广已经获得了很多突破性的进展，为进一步加强电动汽车 研究与推广工作奠定了技术基础和实践经验，关于电动汽车的技术体系已初步建立。我 国已经有较多汽车生产企业研发出了性能优良的电动汽车，如：比亚迪、上汽、长安、 奇瑞等。 伴随着控制技术的不断革新各种高性能和高可靠性的控制芯片运用到电动汽车上，使电动汽车的各项性能得到不断提升和完善，可靠性、安全性得到大大改善，同时电动汽车的价格大大降低,很大一批电动汽车已经进入消费市场。表1 典型电动汽车概况时间企业车型主要性能介绍2008年宝马MINI E使用锤离子电池，续航240km，最高车速152kmh，1 00kmh加速时间85s，同时通过各项碰撞测试2009年三菱iMiEV使用高能量密度锂离子电池，续航160km，两种充电模式，快速充电可在30min冲入80电量，急用充电模式需要7h2011年TeslaTeslaModelS使用汽车级锂离子电池，续航483km，标准化充电设计，大电流充电1h可续航110km，最高车速193kmh2012年北汽E150EV续航150km，最高车速120kmh，充电时间6-7h2014年宝马i3使用锂电池，最大续航257km，最大车速160kmh，家用充电耗时8h，专用充电1h可行驶130160km 2016年比亚迪e6E6最高车速可达每小时160公里以上，而百公里能耗约为20度电,快充为3C充电，15分钟左右可充满电池80%参考文献：1 孙佳琦可持续发展视野下的新能源汽车价值研究D东北：东北师范大学，20112 Chan C C. The state of the art of electric and hybrid vehiclesJ. Proceedings of the IEEE, 2002, 90(2): 247-275. 3 鹿麟祥，赵景波，贝绍轶等新型电动汽车电力活塞式电动机工作机理及关键问题综述D江苏理工学院学报2015(04)：1621 4 陈程我国电动汽车产业发展研究J商场现代化2015(05)：248249 5 邹云龙PEV动力系统参数匹配设计及性能仿真研究D南京理工大学，2013 6 杜剑，谢东，吴涛等国外电动汽车战略及充换电业务发展现状田华中电力 2012(01)：96-102 7 杜瑞纯电动汽车起步控制策略研究D重庆大学，20128 赵博电动汽车技术及其产业化探析D东北大学，20109 陈宗波双驱电动汽车动力传动系统参数匹配与仿真研究D重庆：重庆大学，200310 郭陈栋电动车辆再生制动系统控制策略的研究D安徽：安徽农业大学，2013 毕 业 设 计 开 题 报 告研究方案：一、研究内容及解决的问题：纯电动汽车系统与传统内燃机汽车系统结构组成不同，在驱动车辆时，整车控制器接收加速踏板需求信息后，将驾驶员的操作意图转换成对电机的扭矩请求发送给电机控制器，电机控制器将通过控制逆变器的输出功率来控制电机的输出扭矩，电机的输出扭矩则通过车辆的传动装置驱动车辆行驶9，以此来满足驾驶员的驱动需求。当车辆处于制动状态时，驾驶员的制动需求则通过采集制动踏板信号传输给整车控制器，整车控制器会根据整车制动控制策略，将驾驶员的制动需求转化为对电动机的发电请求，而电机控制器将根据发电请求控制电动机运行于发电状态，以此将车辆的一部分动能转化为电能储存到动力电池中，此过程则实现了车辆制动的能量回收。纯电动汽车的制动能量回收功能可以提高能源的使用率，延长车辆的整体续航里程10。通过对纯电动汽车的系统分析，本设计的控制器输入量为加速踏板信号和制动踏板信号；那么输出信号为驱动器的PWM信号并控制电机的输出扭矩，和开关信号控制储能设备是否回收能量。根据整车控制器的功能要求，选定整车控制器芯片MC9S08DZ60 。以主控芯片为核心，对整车控制单元的硬件电路进行模块化设计，利用Altium Designer 09软件，根据功能模块的设定对整车控制器原理图进行绘制。利用keil uvision5软件，针对关键传感器进行编程和数据处理。加速踏板信号电机驱动器加速踏板信号MC9S08DZ60电池组储能设备刹车踏板信号图1 整车控制器原理图2、 解决的问题：1、设计软件和电路，使加速踏板和制动器踏板的模拟信号（电位器）转变成数字信号并传输到整车控制器芯片MK60DN512ZV。2、整车控制器芯片MK60DN512ZV对加速踏板信号进行处理，输出PWM信号控制电机驱动器。电机驱动器将主控处理过的PWM信号放大，并控制电机的输出扭矩。3、整车控制器芯片MK60DN512ZV对制动器踏板信号进行处理，控制储能设备进行能量回收。4、通过对电动车的行驶状态分析，将储能设备中的能量进行分配。三、研究方法：1、检索相关资料文献，对各功能模块选型，了解相关功能模块的使用。2、深入学习芯片MK60DN512ZV的相关知识。编写信号接收程序、信号处理程序、驱动程序等。四、进度安排：2017年2月25日3月15日 查阅资料，撰写开题报告2月29日3月29日 查阅背景资料、翻译资料、撰写开题报告；3月30日4月30日 学习相关软件、总体设计