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电动汽车离合器控制系统设计

作　者: 温新
导　师: 周云飞；李小清
学　校: 华中科技大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 电动离合器 STM32 PID CAN总线
分类号: U463.211
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着传统汽车所带来的环境污染等问题越来越突出,电动车的研发已成为汽车行业的热点。电控离合器是电动车动力系统的一个重要模块,离合器的工作品质决定了系统的整体性能,直接影响着动力性,经济性和安全性,因而电控离合器控制系统的开发研究具有重要的意义。模块化设计在汽车控制系统中的应用越来越广泛,离合器控制系统需要满足此要求并完成相应的信息交换任务。离合器电机工作行程短、速度要求高并且工作环境比较复杂,因此需要良好的策略对离合器电机进行控制。本文首先分析了离合器的工作过程,完成了离合器控制系统设计需求分析。基于此,完成了硬件控制电路的设计,控制电路采用高集成度STM32作为微处理器,使用CAN总线将离合器控制系统与其他各个系统进行互联,减少了车身线束,完成了硬件控制系统模块化设计。设计了12位高精度AD采集电路以实时采集离合器位置和工作电流等重要信息。采用H桥式电路控制离合器电机,可以实现大电流和高速度的PWM控制。采用高速光耦进行隔离,降低了大电流电路对弱电流电路的干扰。软件控制程序采用模块化设计思想,完成了主背景模块、电机控制模块、CAN总线通信控制以及错误处理等功能模块的设计与编写。主背景程序实现了系统初始化与对上位机命令的及时响应。电机控制模块使用定时器中断对数据进行处理,保障了控制的实时性。电机伺服控制程序将插补算法和直线加减速原理应用在电机工作行程控制中,完成了平稳和快速的电机控制,使用增量式PID控制算法和积分分离式PID控制算法相结合的办法控制电机的实时位置与工作电流,提高了控制精度和稳定性。CAN通信程序采用自主设计的CAN总线协议,可以完成高速稳定的模块间通信,并具有效率高,扩展性强等优点。错误处理模块综合考虑了位置错误、插补错误和PWM输出错误等情况,提高了驾驶的安全性。本系统已经成功地应用在电动汽车中,整车试验的结果表明,应用本系统,离合器具有运行平稳,所受冲击小,响应快和工作稳定等优点。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
1 绪论  8-12
  1.1 课题来源  8
  1.2 课题研究的目的及意义  8-9
  1.3 离合器控制系统研究概述  9-11
  1.4 主要研究内容  11-12
2 离合器控制系统总体设计  12-17
  2.1 电动离合器构成与工作过程分析  12-13
  2.2 离合器控制系统总体设计概述  13-15
  2.3 本章小结  15-17
3 离合器硬件控制系统设计  17-28
  3.1 硬件控制系统总体构成  17
  3.2 电源电路设计  17-18
  3.3 微处理器与外围电路  18-20
  3.4 AD 通道采集电路  20-22
  3.5 CAN 通信电路  22
  3.6 电机驱动控制电路  22-27
  3.7 本章小结  27-28
4 控制系统软件设计  28-53
  4.1 程序设计思想  28-29
  4.2 软件系统整体结构设计  29-30
  4.3 主背景程序  30-35
  4.4 CAN 总线通信模块  35-43
  4.5 离合器伺服控制模块  43-51
  4.6 错误处理模块  51
  4.7 IAR EWARM 开发环境介绍  51-52
  4.8 本章小结  52-53
5 系统试验与数据分析  53-58
  5.1 PCB 电路板设计与硬件调试  53-54
  5.2 各个模块与整车调试  54-57
  5.3 本章小结  57-58
6 结论  58-61
  6.1 全文总结  58-59
  6.2 本设计创新点  59
  6.3 研究展望  59-61
致谢  61-62
参考文献  62-65
附录攻读学位期间发表学术论文目录  65

电动汽车离合器控制系统设计

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