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基于CAN总线的纯电动客车电机及整车控制器研究

杨小林  
【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。


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