智能电动车3.ppt

智能电动车专题,-基本软硬件设计,系统组成,系统逻辑图,M3,电压检测,速度检测,电流检测,温度检测,电流检测,MCU,显示,电子油门,开关接口,PWM发生器,驱动电路,2,通讯,开关控制,路径检测,舵机控制,软件架构,电机的整个程序采用前后台模式的程序结构,提纲,关键技术系统总体设计芯片选型最小系统电源和振荡数据采集和通讯速度采集电机驱动和电流采样保护电路设计电池充电控制电动小车编程智能算法加载,智能车关键技术,关键技术包括汽车技术，电气技术，电子技术，信息技术和化学技术车身设计改造或者专门设计。整车质量，风阻和滚动阻力直接影响续航里程，爬坡能力加速能力和最高车速电力驱动能源系统要求高的比能量和能量密度，高的比功率和功率密度，快充和深放电的能力，寿命，自放电率，充电效率，安全性和成本，维护，对环境的危害性。能量管理系统最大限度的利用有限的车载能量，增加行驶里程。优化系统的能量分配，预测电源的剩余能量和剩余里程，提供最佳的驾驶模式，合理的调整再生能量，合理调整温度控制方式，自动调节灯光照明强度，分析电池的工作历史等,电力驱动系统及其要求,单电机或者多电机变速器的选用电机安装方法轮式或轴式对驱动系统的要求低速度高转矩高速低转矩宽的转速范围快速的转矩响应高的效率能量回收效率健壮性成本低,电力驱动系统的组成,电动机串励直流，并励直流，他励直流，永磁直流，感应电机，永磁同步，开关磁阻功率转换器件GTO（可关断晶闸管）,BJT（功率晶体管）,MOSFET（功率场效应管）,IGBT（绝缘珊双极晶体管）,IPM（智能功率模块）电子控制器模拟电路、工控机,ASIC，MPU,MCU,PLC,DSP,FPGA/CPLD控制策略VVVF(变频变压）,FOC（矢量控制）,MRAC（模型参考自适应控制）NNC（神经网络）,FUZZY（模糊控制）,控制单元选型,专用控制芯片ASIC,工业控制用计算机,单片机,ARM,PLC,CPLD/FPGA,电机控制的实现方式,模拟电路接线方式最早的实现方法，采用运放等分立元件，实时性好，电路复杂，零点漂移，温度漂移，界面不友好工业控制用计算机功能强大，高速，运算和接口能力强，方便的软件环境。成本高，体积大专用运动控制芯片ASIC由专用芯片组成的运动控制系统保持了模拟控制系统和微处理器控制系统两方面的优点，具有响应速度快、集成度高、可靠性好、价格便宜等优点。目前己广泛应用于电动自行车，点钞机等精度要求低、成本敏感场合。但现有的专用大都己固定控制算法，不能根据需要进行修改。单片机较强的控制功能，成本低，使用量最大，数字处理能力一般，用于一般的电机控制场合。PLC可编程控制器，只能完成逻辑判断定时，计数和简单的运算，只能用于简单的电动机控制。专门为工业环境下而设计的数字操作的电子装置。微处理器，ARM/x86资源的共享与交互性好。在对嵌入式操作系统（uCOSII/ucLinux/Linux/WinCE/VxWorks等）比较好的支持，因此开发效率比较好.DSP数字信号处理器.高速的数字处理信号处理和数字控制功能，有为电机控制应用所需的外围功能。如TMS320F2407CPLD/FPGA基于FPGA/CPLD的专用运动控制SOPC（系统在可编程芯片上，即系统在FPGA/CPLD上）方案，是一种硬件软化的方案，即具有软件那样可编程、可重构，又有硬件那样高性能、高可靠、高一致性。现在的新款FPGA，里面更是集成了多DSP块，加上其原有的大量可编程逻辑资源，其特点不仅可以替代DSP，又避免DSP缺点，而且性能远远超出DSP。,工业控制用计算机,工控机通俗的说就是专门为工业现场而设计的计算机，而工业现场一般具有强烈的震动，灰尘特别多，另有很高的电磁场力干扰等特点，且一般工厂均是连续作业即一年中一般没有休息。因此，工控机与普通计算机相比必须具有以下特点：1）机箱采用钢结构，有较高的防磁、防尘、防冲击的能力。2）机箱内有专用底板，底板上有PCI和ISA插槽。3）机箱内有专门电源，电源有较强的抗干扰能力。4）要求具有连续长时间工作能力。5)一般采用便于安装的标准机箱（4U标准机箱较为常见）另外，由于以上的专业特点，同层次的工控机在价格上要比普通计算机偏贵，但一般不会相差太多。3.目前工控机的劣势尽管工控机与普通的商用计算机机相比，具有得天独厚的优势，但其劣势也是非常明显的-数据处理能力差，具体如下：1)配置硬盘容量小；2)数据安全性低；3)存储选择性小。4）价格较高,单片机,单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统,PLC,可编程控制器(ProgrammableController)是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(ProgrammableLogicController)，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机(PersonalComputer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC,plc自1966年出现，美国，日本，德国的可编程控制器质量优良，功能强大,ARM,CPLD/FPGA,CPLD(ComplexProgrammableLogicDevice)复杂可编程逻辑器件，是从PAL和GAL器件发展出来的器件，相对而言规模大，结构复杂，属于大规模集成电路范围。是一种用户根据各自需要而自行构造逻辑功能的数字集成电路。其基本设计方法是借助集成开发软件平台，用原理图、硬件描述语言等方法，生成相应的目标文件，通过下载电缆（“在系统”编程）将代码传送到目标芯片中，实现设计的数字系统,ASIC,全定制ASIC(ApplicationSpecificIntegratedCircu)是利用集成电路的最基本设计方法（不使用现有库单元），对集成电路中所有的元器件进行精工细作的设计方法。全定制设计可以实现最小面积，最佳布线布局、最优功耗速度积，得到最好的电特性。该方法尤其适宜于模拟电路，数模混合电路以及对速度、功耗、管芯面积、其它器件特性（如线性度、对称性、电流容量、耐压等）有特殊要求的场合；或者在没有现成元件库的场合。特点：精工细作，设计要求高、周期长，设计成本昂贵。,电子电力开关器件,额定值额定电压取决于蓄电池电压，充电的最大电压，和再生自动时候的最大电压。额定电流取决于电机的峰值功率和并联的个数转换效率开关频率高，能减小滤波器的体积，抑制噪声功率损耗导通时和开关时的功耗要小，断开状态漏电要小基极/门极的可驱动性驱动信号有开关电压和电流驱动型和线性电压/电流驱动型。电压驱动型功耗低，优先采用。动态特性应该允许较高的du/dt和di/dt能力，内部的续流二极管应该和主器件有相似的特性坚固性足够的抗过载能力和承受频繁的热循环冲击成本和成熟性功率器件成本占大部分,各种电动汽车功率器件的比较,本专题关注的关键技术,微电子技术集成电路技术控制理论传感器技术电子电力技术结构和外观设计,芯片分级,按温度适应能力及可靠性分为四类：商业级（070摄氏度）、工业级（-4085摄氏度）、汽车级（-40120摄氏度）军工级（-55150摄氏度）按芯片型号的后缀字母来区分。,片内资源,9S12XS最小系统,外设介绍中断原理,外设介绍PWM,IGBT阵列,外设ADC,外设-SPI,外设-SPI时序,外设-通讯I2C原理,工作原理,工作原理,。,外设I2C,外设-UART,UART,一、飞思卡尔车模用单片机性能,25MHz/40MHz增强CPU,充足的通用I/O口SCI/SPI/IIC串行接口具有CAN/LIN通信接口高级中断功能增强型定时器模数转换器（ADC）8路脉冲宽度调制输出（PWM）,128512kB闪存、28kBEEPROM、8kRAM,具有丰富的片内外设,二、9S12XS/DG的硬件资源,1.9S12片内资源总览,9S12DG片内硬件构成,9S12XS片内硬件构成,2存储器映射,9S12XS的中断向量寄存器,复位向量表,中断向量表,3.9S12CPU的核,9S12CPU内部结构,CPU主要由运算器、控制器、工作寄存器组和内部总线等构成。,9S12的寄存器,S：时钟停止禁止位。S=1时禁止停振。X：非屏蔽中断使能位。复位时X=1，此时不响应XIRQ中断请求；清零X位,使能非屏蔽中断。X位清零后就不能软件再设置。H：半进位标志位。I：可屏蔽中断使能位。复位时I=1，不响应I中断请求。可用CLI指令清零X位,使能I中断。N：负标志。Z：零标志。V：溢出标志。C：进/借位标志。,-9S12有6个工作寄存器。,CCR的各位：,4.9S12DG128的引脚,指保证单片机芯片内部正常运转的基本工作电路。它包含以下电路：,电源电路时钟提供电路：振荡电路、锁相环电路复位电路,模式选择：MODA、MODB、MODC、BDM调试电路,9S12XS/DG的硬件系统还应包含以下电路：,三、9S12XS/DG的硬件系统,*9S12XS/DG的运行模式：普通单片模式、特殊单片模式、普通扩展模式、特殊扩展模式,单片机的最小系统:,9S12的汇编指令格式：,标号操作码操作数注释,9S12的指令大致可分成8大类：,数据传送类：LD/STA、PSH/PUL、T、MOV算术运算类：加减乘除、求极值、加1/减1、求反/求补、比较、清零、测试逻辑运算类：与、或、异或位操作类：位测试、置位移位类：算术移、逻辑移程序控制类：条件转移/无条件转移、一般转移、模糊指令其他：表插补、中断、变址操作、指针变址计算、条件码指令、停止与等待后台模式与空操作,*操作数标识常数标识：#。不加“#”时表示地址进制标识：16进制标识-0 x($)、8进制标识-、2进制标识-%(b)、10进制无标识当前程序地址标识：*()。,四、9S12XS/DG的指令系统,指令的详细说明参考相关书籍,CodeWorriorfor9S12开发环境中的的伪指令,常数赋值伪指令：,存储定位伪指令：,文件包含伪指令：,硬件条件,软件条件,-利用CodeWarriorfor9S12软件进行软件开发。,CodeWarrior开发平台上可用汇编，也可用C语言编程。,CodeWarrior的使用,线性电源,开关电源,BUCK电路,直流电机的励磁方式,IIa,IIaIf,I=Ia+If,I=Ia,Ifc=Ia,I=Ia+Ifb;I=Ifc=Ia+Ifb,直流电机的调速方法,由直流电动机的转速公式,功率场效应管-MOSFET,MOSFET-MetalOxideSemiconductorFieldEffectTransistor的结构和基本工作原理MOSFET种类和结构繁多，按导电沟道极性可分为N沟道和P沟道，其图形符号如图所示。,(a)N沟道(b)P沟道MOSFET的图形符号,功率MOSFET是一种电压控制型单极晶体管，它是通过栅极电压来控制漏极电流的，因而它的一个显著特点是驱动电路简单、驱动功率小；仅由多数载流子导电，无少子存储效应，高频特性好，工作频率高达100kHz以上，为所有电力电子器件中频率之最，因而最适合应用于开关电源、高频感应加热等高频场合；没有二次击穿问题，安全工作区广，耐破坏性强。功率MOSFET的缺点是电流容量小、耐压低、通态压降大，不适宜运用于大功率装置。目前制造水平大概是1kV/2A/2MHz和60V/200A/2MHz。,功率场效应管-PMOSFET,2.功率MOSFET的基本特性1)静态特性,功率MOSFET的转移特性,功率MOSFET的输出特性,功率场效应管-PMOSFET,(a)测试电路(b)开关过程波形功率MOSFET的开关过程,功率场效应管-PMOSFET,功率MOSFET的主要参数漏极电压UDS是标称功率MOSFET电压定额的参数。漏极直流电流ID和漏极脉冲电流幅值IDM这是表征功率MOSFET电流定额的参数。栅极击穿电压U(BR)GS表征栅源间能承受的最高正反向电压，一般为20V。漏源击穿电压U(BR)DS用于表征功率MOSFET的耐压极限。极间电容功率MO