双轮毂电机整车控制器的设计与实现
双轴双电机驱动电动汽车整车控制器开发
双轴双电机驱动电动汽车整车控制器开发双轴双电机驱动电动汽车整车控制器是电动汽车的关键控制装置之一，它负责控制电动汽车的各个系统，确保车辆的正常运行和安全驾驶。
本文将介绍双轴双电机驱动电动汽车整车控制器的开发过程和关键技术。
双轴双电机驱动电动汽车整车控制器的主要功能是通过控制电机的转速和扭矩，实现电动汽车的加速、减速和保持车速等基本驾驶动作。
为了实现这些功能，整车控制器需要具备以下几方面的技术要求。
整车控制器需要具备强大的计算能力和高效的算法，以便实时控制电机的转速和扭矩。
这需要采用先进的微处理器或FPGA芯片，同时结合优化的控制算法和资源分配策略，确保整车控制器的高速稳定运行。
整车控制器需要具备良好的故障检测和故障处理能力。
电动汽车的电机和电池等关键组件容易发生故障，因此整车控制器需要能够准确地检测和判断故障，并采取相应的措施保护整车系统的安全运行。
整车控制器还需要具备智能化的功能，以提高驾驶的舒适性和安全性。
通过采集和分析车辆的动态数据，整车控制器可以实现自适应巡航控制、自动驾驶和智能避障等功能，提供更加便利和安全的驾驶体验。
整车控制器的开发还需要考虑到电动汽车整车的复杂性和系统的集成性。
整车控制器需要与车辆的其他系统进行有效的通信和集成，如车身控制系统、制动系统和充电系统等，以保证整车系统的协调运行。
双轴双电机驱动电动汽车整车控制器的开发需要具备强大的计算能力、高效的算法、良好的故障检测和处理能力、智能化的功能以及系统的集成性。
只有满足这些要求，才能够有效地控制电动汽车的驱动系统，提供安全、舒适和智能的驾驶体验。
双轮驱动电动汽车电机控制系统的研究的开题报告
双轮驱动电动汽车电机控制系统的研究的开题报告一、选题背景及意义随着环保意识的不断提高，电动汽车逐渐成为了未来交通工具的主流之一。
而双轮驱动电动汽车电机控制系统是电动汽车的重要组成部分之一，控制着汽车的运行和性能。
因此，对双轮驱动电动汽车电机控制系统进行研究具有重要的现实意义和科学价值。
二、研究内容和目标本研究旨在对双轮驱动电动汽车电机控制系统进行深入研究，包括电机控制器的设计、电机模型的建立、运动控制策略的制定等方面。
具体包括以下内容：1. 双轮驱动电动汽车电机控制器的设计与实现。
针对电机控制器的软硬件结构进行设计，并进行测试和修改。
2. 建立双轮驱动电动汽车电机的数学模型。
通过对电机和轮胎的建模，构建双轮驱动电动汽车的运动学和动力学模型，为后面的控制器设计提供理论基础。
3. 制定双轮驱动电动汽车的运动控制策略。
根据电机模型和实际数据，设计适合双轮驱动电动汽车的运动控制策略，以提高汽车的稳定性和运行效率。
三、研究方法和技术路线本研究采用数学建模、仿真实验和实车试验相结合的方法，以STM32为平台，利用MATLAB/Simulink对双轮驱动电动汽车电机控制系统进行仿真实验，并进行实车试验，以验证系统的可行性和有效性。
具体的技术路线为：1. 对双轮驱动电动汽车进行系统分析，获得电机控制器的硬件结构，并进行设计。
2. 含拘束模型的双轮驱动电动汽车数学模型建立。
3. 结合双轮驱动电动汽车的运动特性、电机模型和控制策略，分析并设计合理的控制器算法。
4. 利用MATLAB/Simulink对双轮驱动电动汽车电机控制系统进行仿真实验。
5. 进行实车试验，对仿真实验结果进行验证和优化。
四、研究预期成果及应用前景本研究旨在研究双轮驱动电动汽车电机控制系统，通过对双轮驱动电动汽车的运动特性、电机模型和控制策略的研究，实现对电机控制器的优化和提高汽车的稳定性和运行效率，从而推进双轮驱动电动汽车的发展和应用。
本研究的应用前景较为广阔，可以作为电动汽车制造企业开展新技术新产品研发的参考，也可为政府制定相关政策提供决策依据。
轮毂电机的设计与控制技术研究
轮毂电机的设计与控制技术研究轮毂电机是一种新型的电动车辆驱动方式，通过将电机直接嵌入车轮内部，可以实现对车轮的直接驱动，从而提高传动效率和动力响应速度。
在当前汽车电动化的大趋势下，轮毂电机已经成为了电动汽车行业的一大研究热点。
一、轮毂电机的设计原理轮毂电机的核心部件是电机转子和定子，转子直接嵌入车轮内部，定子则安装在车轮周围的车轮轮毂上。
电机控制器负责对转子的旋转进行控制，控制器可以通过外部的传感器来感知车辆的速度和加速度，并根据这些数据来调整电机的输出电流，从而实现对车辆的加速和制动控制。
轮毂电机的优点在于可以大大减少传动系统的能量损耗，提升车辆的动力响应速度和行驶里程，同时还可以简化车辆的设计结构和维护保养难度。
轮毂电机的缺点则在于重量较大，且整个电机需要承受车轮的旋转惯性和扭矩负载，需要使用高强度的材料来进行制造和加强。
二、轮毂电机的实现技术轮毂电机的实现技术主要包括电机转子的制造和安装、电机控制器的设计和硬件实现、车轮加强结构的设计和制造等多个方面。
在转子制造方面，采用高效的磁钢材料和高精度的加工工艺可以提高转子的转动效率和对电磁场的响应能力，从而实现更高效的电机输出和驱动效果。
在控制器方面，则需要采用先进的数字信号处理技术和动态控制算法，以提高电机控制的稳定性和响应速度，同时还需要考虑如何降低控制器的功率损失和噪声干扰，以保证电机的长期运行可靠性。
在车轮加强结构方面，则需要使用高强度的材料和轮毂设计来支撑电机和车轮的重量和旋转惯性，从而提高整车的强度和稳定性。
三、轮毂电机的应用前景轮毂电机作为一种新型的电力驱动技术，已经引起了全球汽车行业的广泛关注。
在中国企业中，比如比亚迪、蔚来等新能源汽车厂商已经开始大力研究和应用轮毂电机技术，并陆续推出了配备轮毂电机的电动车型。
未来，随着电动汽车市场的不断扩大和普及，轮毂电机技术将成为各大厂商竞争的重点，成为推动电动汽车技术进步和发展的核心引擎。
总结轮毂电机在实现电动汽车高效驱动和减少能源损耗等多个方面有着巨大的优势，是电动汽车发展的一个重要方向。
双轴双电机驱动电动汽车整车控制器开发
双轴双电机驱动电动汽车整车控制器开发随着环保意识不断提升和技术发展的推动，电动汽车已经成为了汽车产业的一个重要方向。
双轴双电机驱动系统是电动汽车的核心部件之一，其控制器的开发对于电动汽车整车性能的提升具有至关重要的意义。
本文将围绕双轴双电机驱动电动汽车整车控制器的开发展开讨论，深入探讨控制器的核心技术和关键问题，并探讨未来的发展方向。
双轴双电机驱动系统是电动汽车的重要驱动形式之一。
相较于传统的单轴单电机驱动系统，双轴双电机可以实现更高效的动力输出和更灵活的控制性能。
在这种系统中，每个轮子都有一个独立的电机，可以实现对每个轮子的独立控制，从而实现差速、转向和动力分配等功能。
这种设计可以有效提升电动汽车的性能，并且在一定程度上提升了电动汽车的安全性和稳定性。
双轴双电机驱动系统的控制器是整个系统的核心部件，其主要功能是实现对电机的精准控制和协调控制。
控制器需要对电机进行转速和扭矩的闭环控制，保证电机在各种工况下都能够提供稳定的动力输出。
控制器需要实现电机之间的协调控制，确保电机之间的动力输出达到最佳的分配方式，从而提升整车的性能和能效。
控制器还需要实现对车辆动力系统、制动系统和转向系统的集成控制，实现整车的动态平衡和稳定性。
双轴双电机驱动系统的控制器开发面临着一系列的技术挑战。
电机的高效控制是整个系统的基础，同时也是最为困难的问题之一。
传统的PID控制器往往难以满足电机动态响应和精准控制的需求，因此需要采用更为先进的控制算法和技术，如模型预测控制、自适应控制等。
电机之间的协调控制也是一个复杂的问题，需要综合考虑车辆的动力需求、路况以及车辆的稳定性等因素，实现最佳的动力分配。
控制器的智能化和互联化也是未来的发展方向之一，通过车联网技术实现车辆与环境的实时交互，进一步提升整车的性能和安全性。
针对这些技术挑战，我们需要采用一系列的创新技术和工程手段来解决。
需要借助先进的电机设计和制造技术，实现电机的高效化和精密化，从根本上解决电机控制的难题。
双轮毂电机整车控制器的设计与实现
双轮毂电机整车控制器的设计与实现
沈璟虹
【期刊名称】《石家庄学院学报》
【年(卷),期】2017(019)006
【摘要】针对采用双轮毂电机独立驱动的微型客车,选择CAN总线通信,以飞思卡尔K60系列单片机设计其整车控制器,用模块化的设计思路,对整车控制器系统完成了硬件和软件的设计,并通过台架测试,验证设计方案可实现.
【总页数】5页(P35-39)
【作者】沈璟虹
【作者单位】无锡科技职业技术学院中德机电学院,江苏无锡214101
【正文语种】中文
【中图分类】U463.2
【相关文献】
1.轮毂电机驱动系统对整车行驶平顺性影响的研究 [J], 郭忠庆;高聪聪;陈潮洲
2.轮毂电机不平衡径向力导致的整车振动研究进展 [J], 王艳阳;杨馥宁;商福兴
3.轮毂无刷直流电机双闭环PI控制器设计 [J], 王瑞贤
4.整车运行环境下油冷对外转子轮毂电机温度特性的影响 [J], Zhao Lanping; Jiang Congxi; Xu Xin; Yang Zhigang
5.基于CarSim的轮毂电机电动汽车整车模型的建立 [J], 刘秋生;谢达城;徐晓宇;张元青
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双绕组切换型轮毂电机的结构设计及控制
双绕组切换型轮毂电机的结构设计及控制孙振杰;许东来;万梦;郑然【摘要】In order to improve the maximum mileage, maximum speed, the performances of starting and climbing of the wheel hub motor for electric vehicle, the control system of the double-windings series-parallel switched wheel hub motor was designed. The motor type selection and the pole pairs were analyzed. And the motor performances with low speed high torque and wide-range speed were analyzed. Two sets of stator windings were adopted for motor, and double-windings series-parallel switched circuit was analyzed and designed. Two sets of stator windings were adopted for motor, and double-windings series-parallel switched circuit was analyzed and designed. As a result, the motor can run with high speed when the windings are in parallel operation. When the windings are in serial operation, the motor torque can increase by one time with the same bus current, which can avoid damaging the power system and motor body. The double-windings wheel motor speed control system was studied, which meets the electric vehicle running conditions. The double-windings wheel motor control system simulation model was established in MATLAB/Simulink platform. The simulation results show that the windings series-parallel switched can make the motors have good mechanical properties and meet the performance requirements for electric vehicle.%为提高轮毂电机电动汽车的最大续驶里程、最大转速、起动性能及爬坡性能，设计了双绕组串并联切换的轮毂电机控制系统。
双轴双电机驱动电动汽车整车控制器开发
双轴双电机驱动电动汽车整车控制器开发
双轴双电机驱动电动汽车整车控制器是电动汽车的关键部件之一，它通过控制电动汽车的双轴双电机来实现车辆的前进、制动和转向等功能。
本文将介绍双轴双电机驱动电动汽车整车控制器的开发过程。
双轴双电机驱动电动汽车整车控制器的开发需要进行系统需求分析。
根据电动汽车的行驶性能要求、功率需求和安全要求等方面的需求，确定整车控制器的功能和性能指标。
需要确定整车控制器的最大输出功率、最大转速、最大扭矩和动力分配等参数。
根据系统需求分析结果，进行硬件设计。
整车控制器的硬件设计包括选择合适的电子元器件和设计电路。
选择适合电动汽车的功率半导体器件，如IGBT或MOSFET等，以及传感器、接口电路和电源电路等。
根据双电机驱动的特点，设计合适的电机驱动电路和电机控制算法。
接下来，进行软件开发。
整车控制器的软件开发主要包括编写控制算法、编写控制程序和调试测试等工作。
根据电动汽车的动力学模型，设计合理的控制算法，实现电机的速度、转矩和位置等控制。
然后，编写控制程序，将控制算法转化为可执行的控制指令，通过控制器的接口与电机进行通讯。
进行调试测试，验证整车控制器的功能和性能是否满足需求。
对整车控制器进行性能评估和优化。
通过实车测试和模拟仿真等方法，对整车控制器的性能进行评估，发现问题并进行改进。
对控制算法进行调整，优化电机的控制性能和效率。
双轴双电机驱动电动汽车整车控制器的开发过程包括系统需求分析、硬件设计、软件开发和性能评估等环节。
通过这一过程，可以实现对电动汽车整车控制器的开发和优化，提高电动汽车的性能和可靠性。
两轮自平衡小车的设计与实现
两轮自平衡小车的设计与实现一、本文概述随着科技的飞速发展，智能化、自主化已经成为现代机器人技术的重要发展方向。
两轮自平衡小车作为一种典型的动态稳定控制机器人，其设计与实现技术对于推动机器人技术的进步具有重要意义。
本文旨在深入探讨两轮自平衡小车的设计理念、实现方法以及关键技术，为相关领域的研究者和爱好者提供有益的参考。
本文将首先介绍两轮自平衡小车的基本概念和原理，阐述其动态稳定控制的基本思想。
随后，将详细介绍两轮自平衡小车的硬件设计，包括电机驱动、传感器选型、控制器设计等关键部分，并阐述各部件之间的协同工作原理。
在此基础上，本文将重点探讨两轮自平衡小车的软件实现，包括平衡控制算法、运动控制算法以及人机交互界面设计等。
本文还将对两轮自平衡小车的性能优化和实际应用进行深入分析，探讨如何提高其稳定性、响应速度以及续航能力等问题。
本文将对两轮自平衡小车的发展趋势和前景进行展望，为相关领域的研究和发展提供有益的参考。
通过本文的阐述，读者可以全面了解两轮自平衡小车的设计与实现过程，掌握其关键技术和应用方法，为推动机器人技术的发展做出贡献。
二、两轮自平衡小车的基本原理两轮自平衡小车，又称作双轮自稳车或双轮倒立摆，是一种基于动态稳定技术设计的个人交通工具。
其基本原理主要涉及到力学、控制理论以及传感器技术。
两轮自平衡小车的稳定性主要依赖于其独特的力学结构。
与传统三轮或四轮的设计不同，双轮自平衡小车只有两个支撑点，这意味着它必须通过动态调整自身姿态来维持稳定。
这种动态调整的过程类似于杂技演员走钢丝，需要精确的平衡和快速的反应。
实现自平衡的关键在于控制理论的应用。
两轮自平衡小车通常搭载有先进的控制系统，该系统通过传感器实时监测小车的姿态（如倾斜角度、加速度等），并根据这些信息计算出必要的调整量。
控制系统随后会向电机发送指令，调整小车的运动状态，以保持平衡。
传感器在两轮自平衡小车中扮演着至关重要的角色。
常见的传感器包括陀螺仪、加速度计和角度传感器等。
基于轮毂电机的多轮驱动电动车控制系统设计
基于轮毂电机的多轮驱动电动车控制系统设计【摘要】基于轮毂电机驱动的电动车由于无需复杂的传动轴、分动器、差速器等机械装置，因而底盘重量大幅减轻且结构简单、布局灵活，近年来成为电动车研发的热点。
然而此电动车的控制系统除通常的车辆状态监测外还担负着驱动力分配、电子差速等及转矩控制等功能，因此对控制系统的实时性、可靠性和可扩展性有很高的要求。
本文讨论了基于CAN总线架构的整车控制系统，给出了其硬件框图和转矩分配子系统的流程图，对后续实用系统的搭建提供了设计依据和技术支撑。
【关键词】轮毂电机;多轮驱动电动车;控制系统;设计1.引言1886年问世起，汽车大大拓展了人类的活动范围，对人类社会的发展做出了重大的贡献，现代汽车工业已经成为许多国家经济发展的支柱产业之一。
到目前为止，以石油为能源的传统内燃机汽车居绝对多数。
然而，这类汽车在带给人们方便快捷的现代生活的同时，其带来的能源短缺和环境污染等一系列问题也对社会发展构成了严峻的挑战。
节能与环保已经成为全球各国和各大汽车制造商的共同课题。
2009年，中国超越美国成为全球第一大汽车生产和消费国，2011年全国汽车销量超过1850万辆，继续稳居全球第一位[1]。
2011年中国汽车保有量首次突破1亿辆大关，成为仅次于美国全球汽车保有量第二的国家[2]，而且有望在今后若干年继续保持这种增长趋势。
目前，对电动汽车的研究还是以对传统内燃机汽车进行动力改造为主，在结构上仅仅将内燃机替换为电动机，保留原来的动力传动系统。
这样的结构可以利用电动机的转矩特性比内燃机更加理想的优点，但是并没有从根本上改变车辆的动力特性，也没有充分发挥电动驱动系统所带来的技术进步。
而车轮独立驱动作为电动汽车的一种理想驱动方式，成为电动汽车发展的一个独特方向。
车轮独立驱动系统就是将独立控制的电机与汽车轮毂连接，省掉了各车轮之间的机械传动环节。
电机与车轮之间的连接方式主要有两种：一是采用轴式连;二是将电机嵌入到车轮内。
双轮毂电机整车控制器的设计与实现
双轮毂电机整车控制器的设计与实现沈璟虹（无锡科技职业技术学院中德机电学院，江苏无锡214101）摘要：针对采用双轮毂电机独立驱动的微型客车，选择CAN 总线通信，以飞思卡尔K60系列单片机设计其整车控制器，用模块化的设计思路，对整车控制器系统完成了硬件和软件的设计，并通过台架测试，验证设计方案可实现.关键词：轮毂电机；飞思卡尔K60；CAN中图分类号：U463.2文章标识码：A文章编号：1673-1972（2017）06-0035-050引言随着全球能源危机及环境污染的加剧，新能源汽车的研究已经迫在眉睫.从工信部获得数据，2015-2017年上半年，国内共有超过200个新能源汽车整车生产项目落地，涉及投资金额超10000亿元人民币，已公开的产能规划超2000万辆，新能源汽车的开发和应用是当前的政策和投资热点.在各种混合动力、纯电动汽车中，由轮毂电机驱动的纯电动汽车，以其节能、高效、零排放的优势[1]，成为近年关注和研究的重点，而由双轮毂电机驱动的纯电动客车核心部件是整车控制器.1整车参数及性能指标1.1纯电动客车整车参数由企业提供的纯电动客车参数及要求为：整车质量1637kg 、滚动阻力系数0.01、动力系统传递效率为1、滚动半径0.3069m 、迎风面积2.65m2、旋转质量换算系数1.1、空气阻力系数0.45、电池效率0.86.研究其参数不难发现，该款客车的原型应该为某城市主流微型客车，预测企业的开发意图为验证传统内燃机汽车，在仅改变动力系统而不改变整车参数的情况下是否可行.针对这一点，项目组对整车控制器的设计过程中，也参考该款主流客车的结构特点和性能特征，针对性更强且更合理.1.2纯电动客车性能指标企业对整车的性能指标要求为：在坡度为0的工况下，1km 最高平均车速达85km/h ；在坡度为0的工况下，30min 持续行驶的最高平均车速达65km/h ；在坡度为0的工况下，0-50km/h 加速时间不超过10s ；在坡度为0的工况下，50-80km/h 加速时间不超过16s ；在坡度为4%的工况下，速度能达到30km/h ；在坡度为12%的工况下，速度能达到15km/h ；在坡度为20%的工况下，速度能达到10km/h ；要求车速60km/h 的工况下，续航里程达180km.对比传统内燃机原型的性能要求，发现企业对双轮毂纯电动汽车的性能预期更低，可以接受动力系统变更后的客车性能下降，尤其在车辆的爬坡性能和续航里程上，并没有要求纯电动汽车完全达到内燃机水平，这也使得设计的难度有一定降低.2整车控制器硬件的设计与加工2.1整车控制器动力系统技术方案在对整车控制器进行硬件设计前，先确定控制器的动力系统方案.一般来说，在传统内燃机汽车基础上收稿日期：2017-10-10基金项目：校企合作校级科技基金（指南）项目（RJ1601）作者简介：沈璟虹（1981-），女，江苏无锡人，讲师，主要从事汽车检测与维修技术及电动汽车研究.第19卷第6期石家庄学院学报Vol.19，No.62017年11月Journal of Shijiazhuang University Nov.2017进行动力系统的改型，采用集中驱动的形式比较常见.所谓集中驱动是指将一台驱动电机直接取代传统发动机提供驱动力，保留原有汽车上的传动系统，包括传动轴、变速箱、差速器、转减速器、半轴等，这种方式的优点是可以以很小的设计量完成改型，但缺点是动力传递路线过长，机械损耗大，不利于续航里程的提升.因此，项目组选择了双轮毂电机驱动的动力系统的技术方案，如图1所示，整车控制器能根据对加速踏板、制动踏板和档位的信号，实现对两个轮毂电机驱动控制器的通信控制，实现对制动系统的控制，实现对能源管理系统的控制，并能对仪表显示系统通信.2.2动力组件选型项目组采用模块化的设计思路，根据企业给出的参数及性能指标，计算相应参数，对轮毂电机进行选型.根据汽车行驶方程式（1）、（2）计算汽车功率.F t =F f +F w +F i +F j ，（1）T tq i g i o ηT r =mgf cos α+C D A ua221.15+mg sin α+δm d u d t，（2）式中，F t 为驱动力，N ；F f 为滚动阻力，N ；F w 为空气阻力，N ；F i 为坡度阻力，N ；F j 为加速阻力，N ；T tq 为电机转速，Nm ；i g 为变速器传动比；i o 为主减速器传动比；ηT 为传递效率，%；r 为车轮半径，m ；m 为汽车质量，kg ；f 为滚动阻力系数；α为坡度角，°；C D 为空气阻力系数；A 为迎风面积，m 2；u a 为车速，km/h ；δ为汽车旋转质量换算系数；u 为车速，m/s.根据实际条件，取cos α≈1；sin α≈tan α≈i ，将m/s 换算成km/h ，得出汽车驱动功率P 为：P =1ηTmgf 3600u a+mgi 3600u a+C DA 76140u a3+δmua36d u ad t().（3）根据最高车速确定功率P u max ：图1系统的硬件组成框图石家庄学院学报2017年11月36P umax =u max 3600ηT mgf +C D Au max221.15()，（4）式中，u max 为最高车速，km/h.根据最大爬坡度确定功率P imax ：P imax =u i 3600ηT mg sin α+mg cos α+C D Au i221.15()，（5）式中，u i 为处于最大爬坡度时的稳定车速，km/h.根据汽车加速性能及动力学方程式确定最大功率P jmax ：P jmax =u j3600ηT mgf +C D Au j 221.15+δm d u j d t()，（6）式中，u j 为加速时的车速，km/h.根据要求，当最高车速为85km/h 时，功率为13.74kW ，取额定功率P e ≥13.74kW.计算得出，u i =30km/h ，坡度为4%时，P imax =9.23kW ；u i =15km/h ，坡度为12%时，P imax =11.16kW ；u i =10km/h ，坡度为20%时，P imax =9.6kW ；因此得出选取P imax 值大于11.16kW ，即能满足企业要求.在参照国标后，利用MATLAB 分别计算0-50km/h 和50-80km/h 加速时间，经图表征满足加速性能要求，应选电机峰值功率大于27.20kW.综合计算结果选择使用某款无刷直流电机作为该车的动力元件[2]，该电机配备专门的电机驱动控制器，使用CAN 总线实现与整车控制器的通信.选择支持CAN 总线，配备电池管理系统的磷酸铁锂电池组作为电源.同样选择带CAN 通信的智能化仪表系统，显示车辆行驶基本数据，并通过液晶触摸屏实现人机交互.2.3整车控制器硬件电路设计对整车控制器进行硬件电路设计，核心部件微处理器综合分析后选择了工作电压范围达1.71-3.6V ，工作温度可达-40℃到105℃，工作模式灵活的飞思卡尔K60系列单片机，其拥有强大的运算能力和大存储空间，自带CAN 总线接口，能充分满足项目使用要求.根据设计要求和双轮毂电机的功能，采用模块化设计思路对各个部分硬件电路进行了设计，降低设计的复杂程度[3].选用开关电压调节器LM2596和稳压芯片LM1117-3.3组成电源模块.参照ISO-11898标准，选择MCP255芯片作为通信模块.完成踏板信号处理电路、报警电路、开关量输入信号电路、外部驱动模块电路、串口通信模块电路、液晶显示电路等的设计.对整车控制器引脚定义（详细引脚定义不做展开），对于暂时没有使用的引脚作为备用.将设计的模块化功能电路与K60微处理器对应引脚相连以后就构成了整车控制器的电路图.利用Protel DXP 软件完成电路pcb 板的设计，交由厂家完成电路板制作.电路板实物如图2所示.图2整车控制器实物璟沈虹：双轮毂电机整车控制器的设计与实现第6期373整车控制器的软件设计控制器的软件架构设计分为管理层、执行层和接口层.管理层负责对数据的分析、管理和诊断，执行层负责对车辆行驶的各个信号进行采集、计算，执行层将数据传递给管理层后，管理层在计算分析后得出结果，发送至执行层控制模块执行.接口层涉及模块的初始化，包含了ADC 模块、CAN 模块、FTM 模块等.3.1整车控制器底层软件设计在完成对整车控制器硬件设计的基础上，采用模块化的思路对软件进行设计.需要完成控制器的底层软件设计包含初始化子程序、信号采集子程序和通讯接口子程序.初始化子程序包含部分参数和引脚的初始化，并完成了UART 模块、A/D 模块、OLED 模块、CAN 总线模块、FTM 模块的初始化.鉴于整车控制器的通信非常复杂，项目组选择CAN 进行通信.根据CAN 通信的SAE1939协议规定，以及本项目的通信要求，定义报文格式为29位扩展帧结构.对CAN 总线节点设计时，节点名称与地址分配如表1所示.项目组分别对CAN 总线与电机单元、电池单元、显示仪表单位等部件之间的通信定义了报文格式，在此不一一展开.3.2整车控制器应用层软件设计对控制器的应用层软件设计，即车辆主程序、驱动控制程序、起步控制程序、行驶程序、故障诊断程序的设计.根据设计要求，整车控制流程如图3所示.首先，整车控制器开始上电，启动初始化程序，启动定时中断模块，通过采集各传感器信号获得车辆的工作状况，如CAN 信号接收正常，动力回路上电完成，工况自适应，控制算法实现.此处的CAN 帧发送采用定时中断的调度方式.驱动控制策略程序设计以电机驱动力矩需求为主，整车控制器采集包括踏板信号、档位信号、钥匙信号等，并结合电池模块和电机控制器发送的信号，计算出合理的驱动力矩发送给驱动电机，既要考虑满足行驶性能，也要满足经济性能；起步控制策略程序设计通过档位信号判断汽车前进或倒车，主要依据踏板信号执行启动或预启动程序；车辆正常行驶控制策略程序对车辆状况实时信号采集，工况自适应，不同的行驶状态有对应的正常行驶控制策略.一旦车辆行驶状况发生故障信号，则进入车辆诊断模块.4整车控制器的功能实现验证对整车控制器功能的测试在实验室完成.搭建测试平台，设计该双轮毂电机驱动的纯电动客车测试模型.主要包括以下部件：汽车专用电源、两块自主研发的整车控制器、加速踏板、仪表显示模块、示波器.通过设计一系列的实验，测试整车控制器各项功能，证明整车控制器能实现高速CAN 通信和低速CAN 通信，响应速度快.经多次重复实验，验证了整车控制器工作可靠性.5结论项目组通过为期6个月的努力，完成了对企业既定参数、规定性能的双轮毂纯电动客车整车控制器的研序号节点名称地址1整车控制器（VCU ）1502电机控制器（MCU ）1533电池管理系统（BMS ）1554智能仪表23表1节点名称与地址分配图石家庄学院学报2017年11月38图3整车控制流程图发，工作内容包括了对整车控制器硬件的设计加工、软件的设计，并搭建平台测试了整车控制器的功能，测试结果表明设计功能可以实现，整车控制器性能可靠.下一步的工作任务是完成整车控制器的实车组装与试验场实车测试，完成对整车控制器的产品开发.参考文献：[1]张劲博.纯电动客车整车控制器研究[D].长春：吉林大学，2008.[2]段付德.电动微客整车控制器的研究与开发[D].南京：南京林业大学，2016.[3]郭盟，南金瑞，郭峰.增程式电动客车整车控制器的设计[J].重庆理工大学学报（自然科学），2013，（1）：7-12.（责任编辑王颖莉）The Design and Realization of the Double-motor Controllerof the Whole VehicleSHEN Jing-hong(Sino-German School of Mechanical &Electronic Technology,Wuxi Vocational College of Science &Technology,Wuxi,Jiangsu 214101,China)Abstract:As for the minibus with double-wheel motor,CAN can be chosen as the overall communication andFreescale K60series microcontroller design as the vehicle controller.Meanwhile,modular design thinking is used to design the whole vehicle controller system to complete the design of hardware and software,and through bench test 原ing,validation of design scheme will be realized.Key words:double-wheel motor;Freescale K60;CAN璟沈虹：双轮毂电机整车控制器的设计与实现第6期39。
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双轮毂电机整车控制器的设计与实现
沈璟虹
【摘要】针对采用双轮毂电机独立驱动的微型客车,选择CAN总线通信,以飞思卡
尔K60系列单片机设计其整车控制器,用模块化的设计思路,对整车控制器系统完成了硬件和软件的设计,并通过台架测试,验证设计方案可实现.
【期刊名称】《石家庄学院学报》
【年(卷),期】2017(019)006
【总页数】5页(P35-39)
【关键词】轮毂电机;飞思卡尔K60;CAN
【作者】沈璟虹
【作者单位】无锡科技职业技术学院中德机电学院,江苏无锡214101
【正文语种】中文
【中图分类】U463.2
随着全球能源危机及环境污染的加剧，新能源汽车的研究已经迫在眉睫.从工信部
获得数据，2015-2017年上半年，国内共有超过200个新能源汽车整车生产项目落地，涉及投资金额超10 000亿元人民币，已公开的产能规划超2 000万辆，新能源汽车的开发和应用是当前的政策和投资热点.在各种混合动力、纯电动汽车中，由轮毂电机驱动的纯电动汽车，以其节能、高效、零排放的优势[1]，成为近年关
注和研究的重点，而由双轮毂电机驱动的纯电动客车核心部件是整车控制器.
1.1 纯电动客车整车参数
由企业提供的纯电动客车参数及要求为：整车质量1 637 kg、滚动阻力系数0.01、动力系统传递效率为1、滚动半径0.306 9 m、迎风面积2.65 m2、旋转质量换算系数1.1、空气阻力系数0.45、电池效率0.86.研究其参数不难发现，该款客车的
原型应该为某城市主流微型客车，预测企业的开发意图为验证传统内燃机汽车，在仅改变动力系统而不改变整车参数的情况下是否可行.针对这一点，项目组对整车
控制器的设计过程中，也参考该款主流客车的结构特点和性能特征，针对性更强且更合理.
1.2 纯电动客车性能指标
企业对整车的性能指标要求为：在坡度为0的工况下，1 km最高平均车速达85 km/h；在坡度为0的工况下，30 min持续行驶的最高平均车速达65 km/h；在
坡度为0的工况下，0-50 km/h加速时间不超过10 s；在坡度为0的工况下，
50-80 km/h加速时间不超过16 s；在坡度为4%的工况下，速度能达到30 km/h；在坡度为12%的工况下，速度能达到15 km/h；在坡度为20%的工况下，速度能达到10 km/h；要求车速60 km/h的工况下，续航里程达180 km.对比传统内燃机原型的性能要求，发现企业对双轮毂纯电动汽车的性能预期更低，可以接受动力系统变更后的客车性能下降，尤其在车辆的爬坡性能和续航里程上，并没有要求纯电动汽车完全达到内燃机水平，这也使得设计的难度有一定降低.
2.1 整车控制器动力系统技术方案
在对整车控制器进行硬件设计前，先确定控制器的动力系统方案.一般来说，在传
统内燃机汽车基础上进行动力系统的改型，采用集中驱动的形式比较常见.所谓集
中驱动是指将一台驱动电机直接取代传统发动机提供驱动力，保留原有汽车上的传动系统，包括传动轴、变速箱、差速器、转减速器、半轴等，这种方式的优点是可以以很小的设计量完成改型，但缺点是动力传递路线过长，机械损耗大，不利于续航里程的提升.因此，项目组选择了双轮毂电机驱动的动力系统的技术方案，如图
1所示，整车控制器能根据对加速踏板、制动踏板和档位的信号，实现对两个轮毂电机驱动控制器的通信控制，实现对制动系统的控制，实现对能源管理系统的控制，并能对仪表显示系统通信.
2.2 动力组件选型
项目组采用模块化的设计思路，根据企业给出的参数及性能指标，计算相应参数，对轮毂电机进行选型.根据汽车行驶方程式（1）、（2）计算汽车功率.
式中，F t为驱动力，N；F f为滚动阻力，N；F w为空气阻力，N；F i为坡度阻力，N；F j为加速阻力，N；T tq为电机转速，Nm；i g为变速器传动比；i o为主减速器传动比；ηT为传递效率，%；r为车轮半径，m；m 为汽车质量，kg；f 为滚动阻力系数；α为坡度角，°；C D为空气阻力系数；A为迎风面积，m2；u a为车速，km/h；δ为汽车旋转质量换算系数；u为车速，m/s.
根据实际条件，取cosα≈1；sinα≈tanα≈i，将m/s换算成km/h，得出汽车驱动功率P为：
根据最高车速确定功率Pumax：
式中，u max为最高车速，km/h.
根据最大爬坡度确定功率P imax：
式中，u i为处于最大爬坡度时的稳定车速，km/h.
根据汽车加速性能及动力学方程式确定最大功率P jmax：
式中，u j为加速时的车速，km/h.
根据要求，当最高车速为85 km/h时，功率为13.74 kW，取额定功率P
e≥13.74 kW.计算得出，u i=30 km/h，坡度为4%时，P imax=9.23 kW；u
i=15 km/h，坡度为12%时，P imax=11.16 kW；u i=10 km/h，坡度为20%时，P imax=9.6 kW；因此得出选取P imax值大于11.16 kW，即能满足企业要求.在参照国标后，利用MATLAB分别计算0-50 km/h和50-80 km/h加速时间，经
图表征满足加速性能要求，应选电机峰值功率大于27.20 kW.
综合计算结果选择使用某款无刷直流电机作为该车的动力元件[2]，该电机配备专门的电机驱动控制器，使用CAN总线实现与整车控制器的通信.选择支持CAN总线，配备电池管理系统的磷酸铁锂电池组作为电源.同样选择带CAN通信的智能化仪表系统，显示车辆行驶基本数据，并通过液晶触摸屏实现人机交互.
2.3 整车控制器硬件电路设计
对整车控制器进行硬件电路设计，核心部件微处理器综合分析后选择了工作电压范围达1.71-3.6 V，工作温度可达-40℃到105℃，工作模式灵活的飞思卡尔K60系列单片机，其拥有强大的运算能力和大存储空间，自带CAN总线接口，能充分满足项目使用要求.
根据设计要求和双轮毂电机的功能，采用模块化设计思路对各个部分硬件电路进行了设计，降低设计的复杂程度[3].选用开关电压调节器LM2596和稳压芯片
LM1117-3.3组成电源模块.参照ISO-11898标准，选择MCP255芯片作为通信模块.完成踏板信号处理电路、报警电路、开关量输入信号电路、外部驱动模块电路、串口通信模块电路、液晶显示电路等的设计.对整车控制器引脚定义（详细引脚定义不做展开），对于暂时没有使用的引脚作为备用.将设计的模块化功能电路与K60微处理器对应引脚相连以后就构成了整车控制器的电路图.利用Protel DXP 软件完成电路pcb板的设计，交由厂家完成电路板制作.电路板实物如图2所示. 控制器的软件架构设计分为管理层、执行层和接口层.管理层负责对数据的分析、管理和诊断，执行层负责对车辆行驶的各个信号进行采集、计算，执行层将数据传递给管理层后，管理层在计算分析后得出结果，发送至执行层控制模块执行.接口层涉及模块的初始化，包含了ADC模块、CAN模块、FTM模块等.
3.1 整车控制器底层软件设计
在完成对整车控制器硬件设计的基础上，采用模块化的思路对软件进行设计.需要
完成控制器的底层软件设计包含初始化子程序、信号采集子程序和通讯接口子程序. 初始化子程序包含部分参数和引脚的初始化，并完成了UART模块、A/D模块、OLED模块、CAN总线模块、FTM模块的初始化.
鉴于整车控制器的通信非常复杂，项目组选择CAN进行通信.根据CAN通信的SAE1939协议规定，以及本项目的通信要求，定义报文格式为29位扩展帧结构.对CAN总线节点设计时，节点名称与地址分配如表1所示.项目组分别对CAN总线与电机单元、电池单元、显示仪表单位等部件之间的通信定义了报文格式，在此不一一展开.
3.2 整车控制器应用层软件设计
对控制器的应用层软件设计，即车辆主程序、驱动控制程序、起步控制程序、行驶程序、故障诊断程序的设计.
根据设计要求，整车控制流程如图3所示.首先，整车控制器开始上电，启动初始化程序，启动定时中断模块，通过采集各传感器信号获得车辆的工作状况，如CAN信号接收正常，动力回路上电完成，工况自适应，控制算法实现.此处的CAN帧发送采用定时中断的调度方式.
驱动控制策略程序设计以电机驱动力矩需求为主，整车控制器采集包括踏板信号、档位信号、钥匙信号等，并结合电池模块和电机控制器发送的信号，计算出合理的驱动力矩发送给驱动电机，既要考虑满足行驶性能，也要满足经济性能；起步控制策略程序设计通过档位信号判断汽车前进或倒车，主要依据踏板信号执行启动或预启动程序；车辆正常行驶控制策略程序对车辆状况实时信号采集，工况自适应，不同的行驶状态有对应的正常行驶控制策略.一旦车辆行驶状况发生故障信号，则进入车辆诊断模块.
对整车控制器功能的测试在实验室完成.搭建测试平台，设计该双轮毂电机驱动的纯电动客车测试模型.主要包括以下部件：汽车专用电源、两块自主研发的整车控
制器、加速踏板、仪表显示模块、示波器.通过设计一系列的实验，测试整车控制器各项功能，证明整车控制器能实现高速CAN通信和低速CAN通信，响应速度快.经多次重复实验，验证了整车控制器工作可靠性.
项目组通过为期6个月的努力，完成了对企业既定参数、规定性能的双轮毂纯电动客车整车控制器的研发，工作内容包括了对整车控制器硬件的设计加工、软件的设计，并搭建平台测试了整车控制器的功能，测试结果表明设计功能可以实现，整车控制器性能可靠.下一步的工作任务是完成整车控制器的实车组装与试验场实车测试，完成对整车控制器的产品开发.
【相关文献】
[1]张劲博.纯电动客车整车控制器研究[D].长春：吉林大学，2008.
[2]段付德.电动微客整车控制器的研究与开发[D].南京：南京林业大学，2016.
[3]郭盟，南金瑞，郭峰.增程式电动客车整车控制器的设计[J].重庆理工大学学报（自然科学），2013，（1）：7-12.。