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1、79199分类号：TP29单位代码：10005学 号：S200202086密 级：北京工业大学硕士学位论文题 目_ 电动汽车驱动控制系统的设计与实现英文并列 THE DESIGN AND IMPLEMENTATION OF 题 目 DRIVING CONTROL SYSTEM IN ELECTRIC VEHICLE研究生姓名:贺彦峰专 业：.检测技术与自劲化装置 研究方向：网络化测控系统导师姓名：_段建民职 称：教授论文报告提交日期2005年5月23日 学位授予日期授丁单位名称和地址北京工业大学北京市朝阳区平歩园100号随着石油资源的日益减少和人们环保意识的提高，电动汽车（EV）的发展越來越受
2、到人们的重视，我国也将其列入了重点发展Z列。在电池技术未能取得根 本突破的情况下，续驶里程的不足己成为制约电动汽车发展的主要瓶颈。目前, 混合动力电动汽车已成为电动汽车行业发展的主流。电机驱动控制系统是电动汽 车三大关键技术之一，解决这一关键技术具有重要的意义。木文首先结合电动汽车的实际情况研究和设计了基于单片机的控制器硬件 系统，针对各部分的貝体要求提供了相应的解决方案。为实现电动汽车驱动控制 系统要求快速敏捷、实时性高等特点，设计中选用了 Intel公司的80C196KC 16位单片机作为控制系统的核心芯片。在考虑电磁干扰的基础上，采用了数字软件 滤波和光电隔离等抗干扰措施。其次，在对原有
3、强电回路进行分解分析的基础上，采用性能更为优良的绝缘IGBT的传统驱动栅双极晶体管（1GBT）作为主要功率器件设计了强电主回路。保护电路存在缺陷,本文在参考有关文献的基础匕，提出了更为实用的改进用法。实验表明，在使用新方法后，GBT的工作更为安全可靠。最后，根据当酣的电机运行状态与控制输入，进行了系统的软件设计，在采 用P1I）控制算法后，实现了对驱动电机的安全可靠控制。在系统设计完成后，进 行了电动汽车的起动、换挡、加速等模拟测试，并对实验结果进行了分析和总结。关键词 电动汽车；驱动控制；IGBT；单片机北京工业人学工学硕土学位论文ABSTRACTWith the decreasing of
4、 oil resource and the increasing of peoples consciousness of environment protection, the development of EV has been regarded more and more important by people and was classed into the important items by our country. The deficiency of the endurance mileage has become the main obstacle which restricts
5、 the development of EV because the battery technology has not get rudimentary breakthrough. Now, hybrid electric vehicle (HEV) has become the mainstream of EV trade9 s development. Driving control sysem of EV is one of three key technology of EV, and it is important to solve the key technology.At fi
6、rst,this paper researches and designs the hardware circuit of driving control system based on single-chip according to the special needs and provides the solution.In order to realize the fleetness and high real-time performance required by driving system of EV,16 byte-singlechip 80C196KC is selected
7、 as the key chip.On the base of consideration of electromagnetic interferedigital filter and photoelectric isolation is adopted.Secondly,on the base of analyse to original high voltage circuit,the new high voltage circuit is designed and IGBT is regarded as the main compponen.f,The new alterative us
8、age is advanced on the base of relative literature because of the deficiency of IGJBTtraditional driving circuit. The performance of IGBT becomes more reliable after using the new method.Finally, according to the running state of motor and control input, The software of system is designed. The drive
9、 motor has been controlled safely and reliably after the PID control algorithm was adopted. After the design completed, The simulation test in startup, changing shelves,.speedup of EV are carried out and the experimental results are analyzed and summarized,Keywords EV; driver control; IGBT; singlech
10、ip-I -第I章绪论独创性声明本人声明所呈交的论文是我个入在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人己经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料，与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：徴麦畤 一 H期：关于论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被査阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以釆用影印、缩印或其他复制手段保存论文。保密的论文在
11、解密后应遵守此规定）导师签名:日期： 31.1电动汽车的发展背景1.1.1能源危机自从20世纪初燃油汽车在与其他各种车辆的竞争中获胜之后，汽车工业和 交通业一宣以内燃机动力为主。内燃机动力萸定了汽车工业、髙速公路、石油工 业的现代化基础，改变了能源结构，大大地推进了现代工业文明，给人类社会带 来了空前的繁荣。目前，世界上各种汽车的保有量超过6亿辆，每年新生产的各 种汽车约3500万辆，按平均每辆汽车年消耗10至15桶石油与石油制品计算， 汽车的石油消耗量每年达到60至70亿桶，约占世界石油产量的一半以上，石油 资源的开采每年达到几十亿吨。笑国每天消耗的石油有2/3用于交通运输，其中 一半用于轿
12、车、轻型货车和厢式货车上。根据1976年伦敦国际会议估计，当时 已探明的剩余的可开釆储量不足1000亿吨。1991年探明的储量为1350亿吨,1994 年全球已探明的石油总储量为1428亿吨。虽然不断有新的石油资源被发现，但 是毕竟地球的石油资源是有限的。经过长时期大规模的开采，石油资源日渐枯竭, 按科学家预测，地球上的石油资源如果按目前的消耗水平，仅仅可以维持6()至100年左右。能源危机曾经对世界经济的发展带来严重的影响，为了争夺石油资源，在国际上已发生众多石油资源纠纷，甚至爆发争夺石油资源的战争。21世纪, 人类将面临更为严峻的石油资源短缺的挑战。随着经济和社会的发展以及人民生活水平的提
13、高，我国的汽车保有量将会持 续上升，然而我国是一个石油资源相对匮乏的国家，1992年已探明的石油资源的 工业储量为43亿吨，以1991年年开采 1.4亿吨计算，只能开采30年。实际 上，1994年我国已经成为石油进口国，当年进口石油2000万吨左右o 2000年我 国进口石油7000万吨，预计2005年后将超过1亿吨，相当于科威特一年的总产 量。这使得我国更需要找到有效的能源解决方案，调整我国的汽车产业结构已 经势在必行。北京工业大学工学硕士学位论文1.1.2环境保护的现实需要燃油汽车在消耗大量石油资源的同时，还严重污染着人类生活的自然环境。 汽车燃油所产生的有害排放物随着汽车的流动，散布在其
14、所经过的所有地方，特 别是散播在城市近地面上空2030米的空间中，这些地方正是人们主要的生活区 域，但又没有办法对这些散发的废气迸行收集和处理。因此，只有在每一辆汽车 上配备一套废气处理系统，来减轻汽车排放对大气的污染。随着汽车保有量的增 加，汽车发动机的排气对大气造成的“直接污染越來越严重，也是人们最关心 的焦点，各国都制定了严厉的法规来限制汽车排放对大气环境的污染。尽管开发 了多种多样的代用燃料，来降低对大气环境的污染，也只能有限地减少一些对大 气的污染，成为所谓“低污染”汽车，但由于汽车的保有量很大，每天所产生的 废气对大气的污染仍然是十分严重的我国环境监测数据表明，汽车尾气排放是城市大
15、气污染的主要来源之一。北京市机动车尾气排放对大气污染物中CO、HC、NOx的分担率分別为63.4%,73.5 %和46 %，非采暖期这一分担率更高，分别为80.3 %,79.1%和54.8%。上海市更为 严重,分别为86%. 96%和56%;广州、天津、重庆等许多大中型城市也有类似情。按照国家环保中况。目前世界上空气污染最严重的W个城市中有7个在中 心预测，20J0年汽车尾气排放量将占空气污染源的64%。显然，进一步使用传 统内燃机技术发展汽车工业将会给我国的环境保护造成巨大的压力。U.3电动汽车的比较优势电动车是以电力作为能源、由电动机驱动的机动车辆。在外形上，电动车与 传统的汽车并无显著区
16、别，它们的主要区别在于动力和驱动系统。电动汽车与常 规燃油汽车相比具有以下优点：(1)可使用多种能源。电动车使用二次电力能源，因而不受石油资源的限制, 可利用水能、太阳能、潮汐能.氢能、核能等可再生清洁能源高效地转化 为电能，从而极大地缓解了我国石油资源短缺的压力UC2)能源利用效率高。普通的内燃机效率约为38%,但汽车在行驶过程中有 频繁的停车、低速行驶、等待信号灯等环节.其最终效率不过12%而电动汽车无机器空转损失，电池的80%以上的能量可由电动机转为汽车的动-# -第章绪论力，考虑到原油的发电效率、送配电效率、充放电效率等，其最终仍可得 纟IJ 19%左右的能量效率。(3)电动汽车利用夜间大量富余电力充电，有利于电网均衡负荷，减少了能
