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纯电动汽车电机控制器的研究

纯电动汽车电机控制器的研究

作者：尹伟山东大学

学位级别：硕士

随着社会经济的发展和人民生活水平的不断提高,汽车已经成为人们日常生活中重要的代步工具。传统燃油汽车对石油资源需求的增加以及带来的环境问题已日益引起人们的关注。电动汽车在行驶过程中具有无尾气排放、能量效率高、噪声低、可... 详细信息

随着社会经济的发展和人民生活水平的不断提高,汽车已经成为人们日常生活中重要的代步工具。传统燃油汽车对石油资源需求的增加以及带来的环境问题已日益引起人们的关注。电动汽车在行驶过程中具有无尾气排放、能量效率高、噪声低、可回收利用能量多等优点,电动汽车的发展可有效解决交通能源消耗和环境污染问题。本文针对轻型电动轿车用电机控制器进行了研究,开发一款具有完善硬件保护功能、可靠的散热结构、低成本的电动汽车电机控制器。首先选择相对简单的直流有刷电机控制器进行研究,以对功率模块硬件电路设计、散热器设计、控制策略开发以及各种软硬件保护等关键技术进行分析,以此为基础,设计开发交流异步电机控制器。本文首先分析了电动汽车电机控制器的研究背景、研究意义以及发展趋势,并确定研究方向。通过对功率器件的比较分析最终确定采用功率MOSFET作为功率开关。介绍分析了功率MOSFET并联均流特性,针对功率MOSFET特点,采用电路仿真软件NI Multisim研究影响功率MOSFET并联均流的因素,根据仿真结果设计了采用功率MOSFET并联形式的电动汽车功率模块。同时设计了功率模块驱动以及各种硬件保护电路。其次,由于功率MOSFET在开关过程中会产生损耗,并以热量的形式散发出去,如果散热不好,会烧坏功率MOSFET。现阶段关于电动汽车功率器件散热器设计方面的研究比较少,本文分析了功率MOFET散热路径,计算分析了散热器热阻,并采用电子设备热分析软件Qfin4仿真设计合理的散热器。第三、课题设计了完善的硬件控制电路,采用汽车级的飞思卡尔16位单片机MC9S12XEP100作为微控制器,开发了针对他励电机的控制策略,并做了大量实验验证。最后根据开发直流电机控制器的经验,结合交流异步电机的特点,设计开发一款具有完善硬件保护功能、可靠的散热结构、低成本的纯电动汽车交流异步电机控制器。

关键词：电机控制器功率MOSFET 均流并联散热器

基于MC9S12XS128的电动教练车智能电机控制器开发研究

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基于MC9S12XS128的电动教练车智能电机控制器开发研究

作者：朱布博长安大学

学位级别：硕士

随着国民经济与汽车工业的快速发展，汽车已成为一种普遍的交通工具，而驾驶技能也成为一种必备的能力，因此驾校教练车的需求不断增多。另一方面，传统的燃油汽车面临着环境与能源的双重问题，加之教练车低速运行工况的特点，会排放出... 详细信息

随着国民经济与汽车工业的快速发展，汽车已成为一种普遍的交通工具，而驾驶技能也成为一种必备的能力，因此驾校教练车的需求不断增多。另一方面，传统的燃油汽车面临着环境与能源的双重问题，加之教练车低速运行工况的特点，会排放出更多的汽车尾气，所以零排放电动教练车的研发与使用势在必行。本文是在西安市科技局项目“小型纯电动教练车动力系统匹配与优化设计”（项目编号：CX1249④）以及中央高校创新团队项目“插电式小型纯电动场地教练车关键技术研究”（项目编号2013G3222004）的资助下完成的。根据教练车特点，对比普通电动汽车操控特性，确定电动教练车驱动系统布置形式，根据驱动电机工作要求，对比传动系中关键部件电动机的种类，选择驱动电机型号并介绍电动机调速原理，完成电动教练车动力系统结构设计。再根据教练车控制器功能要求，选用飞思卡尔单片机完成电机控制器硬件电路的设计，主要包括最小系统电路，电源电路，输入输出信号处理电路以及电机驱动电路，为软件编程提供硬件支撑。将PID与模糊控制相结合设计出模糊自适应PID控制器，实现并优化电机转速的闭环控制过程，在SIMULINK建立控制器模型并仿真转速变化过程。最后，制定电动教练车控制策略，根据控制策略制定主程序以及各模块流程图，实现车辆的起步、怠速、加速运行工况，电机、控制器的保护以及模拟燃油车离合器操作的功能，完成程序的编写。并通过试验测试设计好的控制器功能，验证控制流程以及算法的可行性与合理性。结果表明，控制器能够实现电动教练车起动、怠速、加速、减速、硬件保护功能并能模拟燃油教练车起步过程中离合器操作不当造成的停车现象，满足电动教练车的控制要求。

关键词：电动教练车电机控制器模糊自适应PID控制 SIMULINK建模

提高电动汽车电机控制器的高功率密度关键技术研究

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提高电动汽车电机控制器的高功率密度关键技术研究

作者：杨睿诚哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

我国经济社会快速发展过程中面临能源安全、环境污染和城市交通问题的多重约束,发展新能源汽车成为必然趋势。同时新能源汽车将朝着电动化、智能化、轻量化方向发展。电机控制器作为新能源电动汽车的关键核心零部件,但我国电动汽车电机... 详细信息

我国经济社会快速发展过程中面临能源安全、环境污染和城市交通问题的多重约束,发展新能源汽车成为必然趋势。同时新能源汽车将朝着电动化、智能化、轻量化方向发展。电机控制器作为新能源电动汽车的关键核心零部件,但我国电动汽车电机控制器发展存在功率密度低、成本高、可靠性差的问题。当前解决这些问题面临的挑战有大功率发热器件的散热技术、汽车应用工况下绝缘栅双极型晶体管(IGBT)和薄膜电容最大性能发挥设计和应用技术、产品寿命设计。本课题的主要任务是通过散热技术研究、IGBT和薄膜电容设计选型、软件算法研究来解决发热器件散热问题和关键器件性能提升问题,从而实现电机控制器功率密度提升、成本降低、可靠性提升的目标。散热技术研究主要通过对IGBT和薄膜电容热路模型分析,选择不同封装的IGBT和薄膜电容,根据厂家提供材料参数建立仿真模型,对比仿真结果并进行方案优化,选出最优的散热解决方案。电机控制器中关键器件IGBT、薄膜电容需要根据系统电气拓扑、软件PWM发波策略和产品规格指标去选型设计。通过选择IGBT的电压和电流等级,然后计算IGBT的总损耗,进而评估IGBT温升,最终确定IGBT选型的合理性。薄膜电容的设计,是根据产品规格和软件性能控制要求的深入分析来确定电容容值、纹波电流、结构尺寸等关键指标之后,和电容厂家一起进行电容单体方案的合作设计。软件算法研究是通过软件算法识别电机控制器运行环境状态和运行工况,在不影响整车性能和安全可靠的情况下降低IGBT损耗和提升IGBT输出能力的策略,进而提升控制器输出能力。最后将散热技术,IGBT和薄膜电容的设计选型原则和软件IGBT结温估算算法的研究成果应用到产品开发上,在开发出的产品上验证研究点的有效性和准确性。

关键词：电动汽车电机控制器高功率密度散热结温估算

基于DSP的电机控制器CAN通讯及监控系统设计

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基于DSP的电机控制器CAN通讯及监控系统设计

作者：罗立明武汉理工大学

学位级别：硕士

CAN被公认为最有发展前景的现场总线之一。在不久的将来,以CAN为代表的总线网络将逐步在汽车局域网中普及并占据主导地位。日益增长的环境和能源问题使得电动汽车迎来了发展的高潮。在蓄电池及其它能源装置尚不能完全取代传统的内燃机时... 详细信息

CAN被公认为最有发展前景的现场总线之一。在不久的将来,以CAN为代表的总线网络将逐步在汽车局域网中普及并占据主导地位。日益增长的环境和能源问题使得电动汽车迎来了发展的高潮。在蓄电池及其它能源装置尚不能完全取代传统的内燃机时,混合动力电动汽车(HEV)是一种目前最佳的解决方案。本文通过研究CAN总线在混合动力汽车上的应用,对一部原来没有CAN信号输出的电机控制器进行了开发研究,使其成功的实现了与整车CAN网络的相连。论文根据电机控制器的输出输入信号,运用DSP技术,设计了以TMS320LF2407A为主控制芯片的硬件平台,配以相应的外围驱动电路,信号处理电路和其它处理模块,设计了一块印刷电路板以实现所需要的功能。系统软件模块是在DSP编译环境CCS下,用C语言和汇编语言实现硬件的配置使用和控制策略的实现。通过对DSP自带的CAN控制器的编程,实现了其CAN信号的发送和接收。参照SAE—J1939和整车多能源控制系统应用层协议,制定了与之对应的电机控制器的协议网络。系统的控制界面是基于FameVIEW软件和LabVIEW软件而设计的,其中FameVIEW是针对RS-232串行通讯数据格式的,LabVIEW是针对CAN总线数据格式的。通过监控界面,成功实现了电机输入输出信号的图形显示,也对CAN网络信号进行了检测。通过与整车多能源管理系统之间通讯试验和其它测试,结果证明本系统工作正常,信号稳定,抗干扰能力强,成功实现了整车多能源管理系统对电机控制器的控制。并以图形界面的形式,方便的对电机控制器进行所需要的控制和了解所要的信息。本系统在实际试验中取得了良好的效果,达到实现设计目的。对于CAN网络和电机控制器在混合动力汽车上的应用具有一定的研究意义。

关键词： CAN 混合动力 DSP LabVIEW 电机控制器

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基于CAN总线的电机控制器监控系统

基于CAN总线的电机控制器监控系统

作者：王春柱吉林大学

学位级别：硕士

近年来随着电力电子和微电子技术的迅速发展，新型电机控制理论的提出和完善，以及稀土永磁材料的开发和应用，永磁同步电动机得到了广泛的发展。作为传统汽车发动机的的替代者，永磁同步电动机具有体积小，功率密度大（可达1kW/kg），... 详细信息

近年来随着电力电子和微电子技术的迅速发展，新型电机控制理论的提出和完善，以及稀土永磁材料的开发和应用，永磁同步电动机得到了广泛的发展。作为传统汽车发动机的的替代者，永磁同步电动机具有体积小，功率密度大（可达1kW/kg），损耗低，效率高等优点。但是作为一个复杂的多变量系统，永磁同步电机的控制颇具挑战性。而电机的控制品质事关汽车的安全性、操控性和节能性，甚至电机控制品质的好坏直接关乎新能源汽车发展的成败，因而为提高电机的控制品质，实时监控电机控制器的工作情况就显得至关重要。有鉴于此，本文主要研究了永磁同步电机基于DSP（Digital Signal Processing）控制器的监控系统。通过对电机控制器电气特性的分析和研究，实现了对电机控制器功率IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）温度和相电流的采样，并通过旋转变压器和旋转解码芯片AD2S1200获得电机转子的位置和实时转速信息。并将上述参数信息和控制算法中的关键中间变量组织后通过CAN（Controller Area Network）总线发送至监控系统上位机，以实时监控电机控制器。作为电机控制器和监控系统通信媒介的CAN总线具有卓越的通信性能，本文制定了独特的电机控制器和监控上位机软件间的应答式通信协议。不仅保证了电机数据能够高效发往上位机，而且应答帧的使用完全避免了数据帧被覆盖的情况，保证了数据的完整性。而即时数据和命令的发送，还可以在线标定电机参数。使用Visual C++和MFC（Microsoft Foundation Classes）开发了Windows环境下的监控系统上位机软件，使用Measurement Studio将数据进行了曲线拟合，电机参数得以直观的形式再现于上位机界面。而在电机运转时，根据电机运转的实际情况向电机控制器发送数据和命令，方便了电机调试人员对电机参数标定。经过测试整个监控系统运转良好，电机数据随时间变化的趋势可以如示波器般，显示于上位机界面，而电机调试人员根据电机运转情况修改的参数也可以方便快捷的发送到电机控制器参数缓存区。这些功能大大提高了电机调试效率。

关键词：电机控制器 CAN 上位机电机参数标定

基于PIC的小型纯电动教练车电机控制器研究

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基于PIC的小型纯电动教练车电机控制器研究

作者：段艳妮长安大学

学位级别：硕士

随着驾校和教练车需求的增多，目前部分驾校引入纯电动教练车用于学员训练，但这种教练车搭配的是功能单一、普通的电机控制器，使得电动教练车无法实现燃油车的点火起步、怠速和起步时因离合器操作不当发动机熄火等的操作步骤和驾驶感... 详细信息

随着驾校和教练车需求的增多，目前部分驾校引入纯电动教练车用于学员训练，但这种教练车搭配的是功能单一、普通的电机控制器，使得电动教练车无法实现燃油车的点火起步、怠速和起步时因离合器操作不当发动机熄火等的操作步骤和驾驶感觉，影响学员的训练效果，开发出具有燃油教练车操作感觉的电动教练车变得非常有意义。本文依托陕西省交通运输厅“小型纯电动教练车开发研究”项目（09-32K）和国家自然科学基金“电动汽车机械摩擦与电气再生制动响应一致性匹配机理研究”项目（51105043），基于SANTANALX纯电动场地教练车和PIC单片机，结合驾校场地训练的特点研发电动教练车电机控制器，依据电动教练车的功能要求，提出电机控制器的控制策略，选取PIC16F886单片机作为主控芯片完成了电源电路、输入输出信号处理电路和电机驱动电路的控制器硬件电路设计以及主控电路的搭建，采用CCP模块控制PWM信号输出及测量电机转速，使用运算放大电路控制主接触器信号，对电流信号使用差分放大器进行处理，基于MPLAB IDE开发平台，根据整车控制策略用C语言进行软件设计，将软件划分以下几部分：主程序、起动模块、怠速控制模块、起步模块、加速控制模块和保护模块。结合直流串励电机、电动教练车数学模型以及本文电机控制器实际驱动电路和控制策略，在Simulink环境下建立电机控制器驱动纯电动教练车的仿真模型，分别仿真了起步工况和怠速工况，结果显示本文控制器能够实现电动教练车的怠速稳定以及模拟燃油车起步过程因离合器操作不当，汽车起步不成功。

关键词：电动教练车电机控制器控制策略 PIC单片机

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纯电动汽车电机控制器散热器优化设计研究

纯电动汽车电机控制器散热器优化设计研究

作者：陈亮天津理工大学

学位级别：硕士

电机控制器作为纯电动汽车的控制核心,其电子集成技术和功率密度的要求不断提高,因此散热性能将直接影响到整车电驱动系统的可靠性。本文主要工作是以原有的MOS多管并联电机控制器样机为研究对象,设定MOS管芯片温升的降低和肋片散热器... 详细信息

电机控制器作为纯电动汽车的控制核心,其电子集成技术和功率密度的要求不断提高,因此散热性能将直接影响到整车电驱动系统的可靠性。本文主要工作是以原有的MOS多管并联电机控制器样机为研究对象,设定MOS管芯片温升的降低和肋片散热器质量的轻量化为优化设计目标。采用在单肋片上增加对流换热表面积和换热系数,提升单肋片散热能力的设计思路。以将原设计的光滑肋片替换为交叉多齿肋片,单肋片上增加交叉分布的多个小齿为设计方案,对交叉多齿肋片散热器的结构进行优化设计。首先搭建CFX热仿真分析模型,并应用电驱动系统的对拖测试台架进行温升实验,结果表明热仿真分析和温升实验的结果误差小于5%,验证了CFX热仿真分析模型的准确性。其次采用多目标优化算法,结合混合水平正交试验的数值分析、BP神经网络的预测模型和NSGA-II多目标遗传算法的全局寻优,对交叉多齿肋片散热器进行多目标优化设计,寻找Pareto最优解集。选取具有代表性的交叉多齿肋片的设计方案进行热仿真分析,结果表明多目标优化算法的预测值和热仿真分析的结果误差小于3%,验证了多目标优化算法准确性和有效性。同时验证了MOS管芯片温升和肋片散热器质量是相互制约和影响的,无法同时达到最优值。相对于光滑肋片,交叉多齿肋片结构增加了单个肋片的对流散热表面积和壁面换热系数值。最终对优化解集中的设计方案进行参数分析,优化解集中的设计方案均可以达到优化设计目标。选取其中一种设计方案和原有样机进行热仿真分析对比,MOS管芯片温升降低了0.21%,肋片散热器的质量轻量化了9.04%。并对该设计方案进行样机加工和温升实验,结果表明热仿真分析和温升实验的结果误差小于5%,再次验证了CFX热仿真分析模型的准确性。

关键词：电机控制器交叉多齿肋片散热器多目标优化 BP神经网络 NSGA-Ⅱ遗传算法

基于CAN总线的电机控制器Bootloader开发

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测控技术 2018年第10期37卷 124-126,131页

作者：么居标宋建桐吕江毅王谷娜北京电子科技职业学院汽车工程学院北京100176

为了解决新能源汽车电机控制器装车之后应用程序升级困难的问题,开发了一种基于CAN总线的电机控制器Bootloader。详细介绍了Bootloader实现过程,给出了关键部分代码与上下位机程序流程图。实践证明,基于CAN总线的电机控制器Bootloader... 详细信息

为了解决新能源汽车电机控制器装车之后应用程序升级困难的问题,开发了一种基于CAN总线的电机控制器Bootloader。详细介绍了Bootloader实现过程,给出了关键部分代码与上下位机程序流程图。实践证明,基于CAN总线的电机控制器Bootloader更加快速、简单、可靠,具有较大的实用价值。

关键词： Bootloader 程序升级电机控制器 CAN总线

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车用电机控制器中MOSFET的应用研究

车用电机控制器中MOSFET的应用研究

作者：杨晓楠吉林大学

学位级别：硕士

随着新能源产业的崛起,新能源汽车迎来了前所未有的发展。而新能源汽车中的纯电动汽车最受关注。纯电动汽车主要依赖于它的三电系统去代替传统燃油车的发动机系统。电机控制器就是其中最重要的组成部分。本文主要通过对电机控制器(异步... 详细信息

随着新能源产业的崛起,新能源汽车迎来了前所未有的发展。而新能源汽车中的纯电动汽车最受关注。纯电动汽车主要依赖于它的三电系统去代替传统燃油车的发动机系统。电机控制器就是其中最重要的组成部分。本文主要通过对电机控制器(异步电机)的研究,讲述其最主要的部分功率逆变中金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的应用。本文对MOSFET的结构、静态特性、开关特性以及重要参数都做了详细的理论分析。同时总结出了怎样选择MOSFET、如何更好地驱动MOSFET,给出了驱动峰值电流、驱动功率的具体计算方法以及MOSFET并联驱动中应该注意的问题。从使用寿命的角度去评判MOSFET的可靠性,总结了MOSFET正常使用和非正常使用过程中MOSFET的失效模式。通过失效机理和敏感参数的退化搭建了MOSFET的使用寿命模型,并给出了使用寿命预测的具体实验方法。设计了3KW电机控制器的硬件系统,并对该控制器进行了硬件测评分析、模拟负载温升老化测试和电机外特性台架实验测试。最后对全文进行了总结,指出了本文中存在的问题,对今后提出了自己应该努力的方向。

关键词：电机控制器功率MOSFET MOSFET的驱动 MOSFET的使用寿命硬件电路设计