毕业设计：纯电动汽车制动能量回馈发电及液压制动控制系统课件

1、 淮 阴 工 学 院毕业设计说明书（论文）作 者:李凌风学 号：1121507113学 院:交通工程学院专 业:汽车服务工程题 目:纯电动汽车制动能量回馈发电及液压制动控制系统设计博士郑建祥指导者： (姓 名) (专业技术职务)评阅者： (姓 名) (专业技术职务)年月毕业设计说明书（论文）中文摘要 随着科学技术的快速发展，汽车技术也在不断进步，与此同时，地球上的化石燃料能源也在逐渐枯竭。因此我们迫切希望有一种新能源汽车能够取代传统化石燃料汽车，电动汽车被认为是最有可能的。但由于续航里程的缺点，纯电动汽车很难投入市场，对此，人们认为最好的方法便是采用制动能量回馈发电技术。人们认为，如果制动能量

2、回收系统成熟，纯电动汽车的行驶距离将增加10%到25%。因此制动能量回馈发电技术的前景极为广阔。本文研究纯电动汽车制动能量回馈发电及液压制动电控系统的设计，首先说明了随着科学技术的发展，制动能量回馈发电越技术来越受到重视，并介绍了国内外对纯电动汽车制动能量回馈发电及液压制动系统的研究与发展现状；而后本文说明了纯电动汽车制动能量回馈发电及液压制动系统存在的功能以及原理并进行思考分析；然后我们设计出了制动能量回馈发电及液压制动系统的总体硬件部分，并简单的介绍了各个组成模块；最后根据硬件给出了软件总体部分的控制流程框图，加以说明，同时编写了一段制动能量回馈发电系统和液压制动系统开关控制程序，仿真并运

3、行成功。关键词 新能源汽车，制动能量回馈发电，减少能耗 淮阴工学院毕业设计说明书（论文） 第 24 页 共 24 页毕业设计说明书（论文）外文摘要Title Design of cooperative regenerative braking control of Hybrid electric vehicle AbstractIn this study, cooperative regenerative braking control of front-wheel-drive hybrid electric vehicle is proposed to recover optimal bra

4、king energy while guaranteeing the vehicle lateral stability. In front-wheel-drive hybrid electric vehicle, excessive regenerative braking for recuperation of the maximum braking energy can cause under-steer problem. This is due to the fact that the resultant lateral force on front tire saturates an

5、d starts to decrease. Therefore, cost function with constraints is newly defined to determine optimum distribution of brake torques including the regenerative brake torque for improving the braking energy recovery as well as the vehicle lateral stability. This cost function includes trade-off relati

6、on of two objectives. The physical meaning of first objective of cost function is to maximize the regenerative brake torque for improving the fuel economy and that of second objective is to increase the mechanical-friction brake torques at rear wheels rather than regenerative brake torque at front w

7、heels for preventing front tire saturation. And weighting factor in cost function is also proposed as a function of under-steer index representing current state of the vehicle lateral motion in order to generalize the constrained optimization problem including both normal and severe cornering situat

8、ion. For example, as the vehicle approaches its handling limits, adaptation of weighting factor is possible to prioritize front tire saturation over increasing the recuperation of braking energy for driver safety and vehicle lateral stability. Keywords New energy vehicles, braking energy feedback po

9、wer generation, reduce energy expending目 录1 绪论51.1 课题的研究背景及意义51.2 国内外发展现状及主要成果61.2.1国内外发展现状61.2.2国外制动能量回馈发电及液压制动控制系统的主要成果71.3 本论文的研究内容82 纯电动汽车制动能量回馈发电及液压制动控制系统的功能及原理82.1 纯电动汽车制动能量回馈发电系统的原理82.2 制动能量回馈发电及液压制动系统的功能和结构92.3 制动能量回馈发电及液压制动系统工作过程103 系统硬件的总体设计123.1 硬件的总体方案123.2 单片机模块133.3 电源模块133.4 开关量采集模块14

10、3.5模拟量采集模块143.6 输出驱动模块153.7 外部存储模块设计153.8 CAN通信模块设计164 软件总体设计174.1 软件总体流程框图174.2 软件程序调试19结 论22致 谢23参 考 文 献241 绪论1.1 课题的研究背景及意义电动汽车(EV)的研究是在全世界环境问题及能源短缺问题日益突出的情况下兴起的。与传统的化石燃料汽车相比，纯电动汽车具有无污染、噪声小、效率高以及结构简单维修方便等显著优点，因此电动汽车已经成为汽车工业高新技术的标杆。并且随着地球上化石燃料的枯竭，电动汽车是日后汽车工业发展的必然趋势。近几年来，世界各国对电动汽车的开发投入了巨大的人力和物力，虽然还

11、不尽如人意，但有关电动汽车的一些关键技术已经得到了突破。福特、通用、本田、丰田等许多品牌的环保型电动汽车相继投入大批量生产并进入市场销售，作为高科技代表的电动汽车开始走入千家万户，成为普通人的代步工具。但是迄今为止，续驶里程不足仍然是制约纯电动汽车获得市场认可的重要瓶颈，也是消费者对纯电动汽车的最大顾虑，没有人喜欢一台走不远的汽车。但是如果能有效地回收制动能量，电动汽车的行驶距离将提高很多，这不仅对纯电动汽车的普及有着巨大的好处，同时也可以应用到其他汽车上，大大减少能源的消耗。本课题所要解决的是纯电动汽车制动能量的自动回收发电。众所周知，电机不仅可以在电动机状态运行，也可以在发电机状态运行，更

12、可以同时运行。当发电机的运行状态为制动能量制动回收时，可以把回收的动能转换为电能回馈给电网。因此，在电动汽车刹车时，如果驱动电机在再生发电时工作，既可在产生刹车所需要的制动转矩，又可将车体向前的动能转换电能，通过动能将转化为电能储存起来，回收部分能量，这样可以加大电动汽车的续航能力。特别是在拥挤的城市中，由于城市中汽车较多，会出现各种情况，汽车经常需要不停地启动与制动，在此过程中汽车会损失大量能量，因此人们认为，如果制动能量回馈发电技术成熟，普通电动汽车的行驶距离将能够增加10%到25%。制动能量回馈发电系统一般包括电机制动子系统和液压制动子系统，车辆制动时，在保证足够制动力矩的条件下，优先采

13、用电机回馈制动力，当回馈制动力不能提供足够制动力矩时再施加液压制动力。在采用电机回收的制动力时要考虑电机的运动状态、电池状态和制动稳定性等问题，所以随着电动汽车各部件状态的不同，在制动过程中电机回馈制动力总是在变化，所以我们不能采用传统制动系统的控制方法，必须重新设计专门针对制动能量回馈发电系统的控制策略。1.2 国内外发展现状及主要成果1.2.1国内外发展现状 制动能量回馈发电制动系统可以将电动车输出动能能量的30-50%转换为惯性能，但由于部分能量在转化时损失，只有15-18%能真正被转换为电能存储起来。 在国外对电动汽车制动能量回馈发电技术的研究中，利用蓄电池吸收回馈能量，将燃料电池、蓄

14、电池组和制动能量回收系统相结合起来的方式占了绝大多数。制动能量回馈发电系统的作用是在汽车制动时以电能的形式回收到蓄电池储存，减少制动损耗的动能，其过程也就是制动能量回馈发电。这种制动能量回馈发电技术以燃料电池为主要能源，以依靠蓄电池来作为储能装置回收的能量作为辅助能源，拥有众多优点，前景广阔，但是目前该技术还不成熟，有相当大的路要走。 在2000年，美国梅里公司开发出了超级电容器，这种电容在当今几乎所有已投入市场上的电动汽车上都有应用，并且良好表现。梅里公司依靠它获得了巨大经济利益，因此他们推出了用于电动汽车的超级电容的改进计划，目标是使超级电容能够达到功率密度2000 W/kg和能量密度20

15、Wh/kg的水平 。人们在电动汽车技术的开上发虽然十分重视制动能量回馈发电技术，但在设计系统时大多只考虑车辆在城市行驶时的工况：非常频繁的刹车和启动或者加速。思路也是利用各种超级电容与蓄电池等装置的组合实现制动能量的回收，然后将能量转化为电能存储到超级电容中，最后回收到蓄电池中。但是适用其他工况中制动能量回馈发电技术的研究几乎没有。一般来说，在城市工况下，汽车确实需要经常制动与起动，有效地回收制动能量，可使电动汽车的续航能力提高10%到25%。比如，美国福特公司的福克斯电动汽车和本田公司的因斯特这两种比较有名的电动汽车都运用了比较成熟的制动能量回馈发电技术，福克斯电动汽车制动能量回馈发电系统大

16、约可以使续驶里程增加20%;而因斯特电动汽车的制动能量回馈发电系统则大约可以使续驶里程增加25%。 目前国内对于制动能量回收系统的研究还处在实验阶段，对制动能量回馈发电技术的研究现多停留在理论分析和验证阶段，而且只有个别实验室建立模型使用超级电容来对实现制动能量回收功能进行研究。 中国华南理工大学电动汽车重点实验室设计出的制动能量回收控制系统，在电动汽车上进行了实验，实验结果表明该制动能量回收系统可以使续驶里程增加百分之十。而大多数制动能量回收系统控制策略则采用了液压制动系统与制动能量回收系统相结合的策略：也就是在电动汽车低速行驶时采用制动能量回收系统，高速时按比例分配，使制动能量回收系统与液

17、压制动系统结合。这样做可以有效避免制动能量回收系统制动力不足的缺点，使制动能量回收系技术可以投入市场使用，但是由于要分配制动能量回收系统制动力和液压制动力的大小，使其达到需要的制动力大小，所以需要设计新的制动控制器。近几年来，中国技术人员对电动汽车技术的研发成绩单还是有很多亮点的，但可以大量生产并投入市场上的产品还是非常少的。尽管中国许多汽车公司比如比亚迪都在大力研发各种有关电动汽车的技术，但由于接触电动汽车这一课题较晚，与国外电动汽车的开发进度相比有不小的差距。但国内已有不少高校实验室和研究所在进行有关实验，很多都很实用，有广阔的前景。而在技术方面，要想把电动汽车产业做好，制动能量回馈发电及

18、液压制动系统的研究是必不可少的，希望业内人士能奋起直追，补上这电动汽车技术重要的一块。1.2.2国外制动能量回馈发电及液压制动控制系统的主要成果由于电动汽车制动能量回馈发电系统涉及到蓄电池性能，驱动电机的性能，制动力分配等各个方面，目前国外电动汽车的制动能量回馈发电控制系统的研究也大多还处于实验阶段，但有一些系统己经投入实际运行。而国内在制动能量回收方面的研究非常少，仅有的一些研究还处于如何构造电机的控制电路实现制动功能及设计制动力分配方案等阶段。所以下面简要介绍一下国外几个比较成功的系统：(1)HEVAN系统是比利时飞利浦大学研制的混合动力汽车制动能量回馈发电控制系统。HEVAN控制的制动能

19、量回馈发电系统是通过对电机的控制而实现的，此系统配有永磁无刷直流电机，其控制系统的主要方法是在汽车低速行驶时提高电机的电动势，增加制动能量回收系统产生的力矩，以使制动系统正常工作。在制动能量回收的阶段，HEVAN系统用于提高电机电动势的方案主要有两种：增强磁场强度与逆变升压。经对比实验可得如下结论:制动能量回收系统在使用交流电机时，在低速状态下回收制动能量要比永磁直流电机多，但是由于电机只有在低速时力矩较小，所以总体效率较低。在低速时，逆变升压有两个好处:可回收的充电电流较大而且由于不需要逆变时间，设计的控制方案简单。（2)PHEV系统是美国加利福利亚大学实验室研制一系列安装制动能量回收控制系

20、统的混和动力车的全称，它是一种并行结构控制系统，这种并行结构控制系统控制的电动汽车均装备了制动能量回馈发电系统。这种制动能量回馈发电系统仿真实验及其道路实验显示，在理想的道路状况下，装备了制动能量回收系统的电动汽车比未装备此种系统的电动汽车多出16%的续航里程。（3）HILS系统是韩国首尔大学研制专门用于电动汽车的制动力分配系统。该系统基于闭环的硬件仿真，利用多个传感器和专门设计的液压控制系统实现了汽车前后轮制动力大小的分配，使汽车平稳行驶。为了对HILS系统的功能验证，人们把实际的液压装置放入软件搭建的仿真模型，进行了多个传感器的实时采集和系统的实时控制的试验。试验表明，装备有HILS系统的

21、电动汽车的能耗减少了3.5%。1.3 本论文的研究内容本文研究纯电动汽车制动能量回馈发电及液压制动控制系统的设计，首先说明了随着科学技术的发展，制动能量回馈发电越技术来越受到重视，并介绍了国内外对纯电动汽车制动能量回馈发电及液压制动系统的研究与发展现状；而后本文说明了纯电动汽车制动能量回馈发电及液压制动系统存在的功能以及原理并进行思考分析；然后我们设计出了制动能量回馈发电及液压制动系统的总体硬件部分，并简单的介绍了各个组成模块；最后根据硬件给出了软件总体部分的控制流程框图，加以说明，同时编写了一段制动能量回馈发电系统和液压制动系统开关控制程序，仿真并运行成功。2 纯电动汽车制动能量回馈发电及液

22、压制动控制系统的功能及原理2.1 纯电动汽车制动能量回馈发电系统的原理制动能量回馈发电的原理如图1所示。 简单来说,因为蓄电池电压远远高于制动能量回馈发电系统所发出的电压,所以为了顺利将多余的能量充入蓄电池, 我们需要使用特殊的控制系统,使得电动机能够将制动能量顺利发电。从图1我们可以知道制动能量回馈再生制动的原理。图中包含了电阻 ,制动限流电阻 , 蓄电池的电压U, 电机的感应电势E, 电机电枢的电感L。 发电时,断开电动机的电枢驱动电流,在电枢右端安装一个开关电路。 因为电动机转速的时刻改变，电势与电流也在随着时间不断变化其变化率 有如下关系: 在关闭开关的时候,感应电流在感应电势的作用下

23、经过开关形成回路,制动电流和感应电流一样都是,变化关系为 当我们把开关断开时,的值将会迅速上升,使得感应电势持续变大,等到时,从而达到能量回馈的效果。 如果在回馈电路图中他的等效电阻是,那么回馈与制动的电流将会一样都是即 把制动时多余的能量储存在蓄电池中。图1：制动能量回馈发电电路图2.2 制动能量回馈发电及液压制动系统的功能和结构在保证制动力大小和安全制动距离的前提下，通过电机将减速制动时汽车损耗的部分动能转化为电能，并储存起来的系统叫做制动能量回馈发电系统。制动能量回馈发电技术可以将电动车输出动能能量的30-50%转换为惯性能，但由于部分能量在转化时损失，只有15-18%能真正被转换为电能

24、存储起来，大大增加电动汽车的续航里程，所以它是电动汽车普及及市场化不可缺少的一项技术。液压调节器电泵液压传感器阀控制器蓄电池超级电容电机转速传感器等其他传感器图2：纯电动汽车制动能量回馈发电及液压制动系统制动能量回馈发电及液压制动系统的组成如图2所示。制动能量回馈发电及液压制动系统一般包括电机制动子系统与液压制动子系统，其主要由电机、控制器、电泵、液压调节器、蓄电池、超级电容及各类传感器等装置组成。在车辆制动时，在保证足够制动力矩的条件下，优先采用电机回馈制动力，当回馈制动力不能提供足够制动力矩时再施加液压制动力。由于在大多数情况下，制动能量回馈发电系统和液压制动系统互相辅助工作，因此我们把此

25、两者合称为制动能量回馈发电及液压制动系统。在使用系统回收的能量时要考虑电机的运动状态、电池状态和制动稳定性等问题，所以随着电动汽车各部件状态的不同，在制动过程中回收的制动力总是在变化，所以我们必须能够准确快速地调节液压制动力使得总的制动力与汽车行驶需求的制动力相符。因此传统车的液压制动系统不能满足制动能量回收技术的要求，需要加以改造或者设计新的液压制动系统及其相适应的控制策略。使制动力大小足够以此保持安全的制动距离，同时增加电动汽车的续航里程。2.3 制动能量回馈发电及液压制动系统工作过程当汽车处于减速状态、抬起加速踏板或是踩下制动踏板减速这三种状态时，制动能量回馈发电及液压控制系统就会开启。

26、其具体工作模式有以下三种：(1)当制动减速度较大时，为了保证足够的制动力以及较小的制动距离，应以液压制动为主，制动能量回馈发电系统仅起辅助作用。在汽车紧急制动时，可根据初始速度的不同，由车上的液压制动系统提供制动力。(2)汽车在正常工况下减速停车的制动过程，可分为减速过程与停止过程。制动能量回馈发电系统负责减速过程，停止过程由液压制动系统完成。(3)电动汽车长下坡时，在制动力要求不大，可完全使用纯粹的制动能量回馈发电制动模式来满足制动需要。在以上三情况中，除了第一种外，其他两种情况都可以应用制动能量回馈发电系统。纯电动汽车制动能量回馈发电的基本功能实质上就是通过电机实现动能和电能的互相转化，由

27、于电动汽车制动能量回馈发电系统的电机既要当发电机使用，又要当电动机使用，并且两种工作模式频繁转换，对电机的性能提出了很高的要求。因此，电动汽车上采用的电机一般是开关磁组电机或者永磁无刷电机。其工作过程分为两个过程：在电动汽车正常行驶过程中，电机以电动机的形式运转，将蓄电池中的电能转化为动能，驱动汽车前进；在电动汽车制动减速时，电机以发电机的形式运转，将当前汽车的动能转化为电能，使汽车动能减少，达到汽车制动的目的，同时转化出的电能传入超级电容暂时储存，然后根据汽车的当前运动状态选择将电能充入蓄电池或是传入电机转化为动能。这样做可以大大减少汽车制动产生的能耗。窗体顶端 当汽车处于减速状态、抬起加速

28、踏板或是踩下制动踏板减速时，制动能量回馈发电及液压控制系统就会开启。当电动汽车在高速行驶状态下时，驱动电机大多数情况下是以最高功率工作，电机产生的力矩与电动汽车速度或者驱动电动机的转速成反比。所以，在恒功率状态下，电机提供能量产生的转速越高，制动能量回收系统的回收的制动力就越少。电动汽车低速时，电动汽车的动能不足以为驱动电机提供能量来产生最大的制动力矩，因而制动能量回收系统回收的制动效果也就会随着车速的降低而减少。当制动能量回收系统输出的制动力矩小到不能满足制动要求时，液压制动系统才会开启，保证足够制动力。电动汽车制动能量回馈发电及液压制动系统一般应满足四个方面的要求：第一，为了保证汽车行驶过

29、程中的舒适性，液压制动力矩需要根据制动能量回收力矩的大小进行调节，最终使车辆获得所需要的总力矩，使汽车平顺行驶。第二，制动力应当根据需要按比例分配到电动汽车的前后车轮上，以此保证汽车制动时的安全性，防止出现侧滑、抖动等现象。第三，为了保证汽车的横向稳定性，加在前后轮上的最大制动力应不大于其允许的最大值。第四，纯电动汽车与传统汽车有很多地方不同，最大的不同便是发动机被发电机取代，与发动机相配套的液压泵无法使用，所以需要与发电机相配套安装的电动泵来使液压升高，以此来改变液压制动系统输出的力矩。第五，为了提高电动汽车制动能量回馈发电及液压制动系统的可靠性，电动汽车的制动系统需要安装防止制动失效的装置

30、，所以系统一般采用双管路制动以保证安全。纯电动汽车制动能量回馈发电及液压制动系统制动力分配的具体步骤如下：当车辆开始制动时，制动方面的电子处理器即得到制动信号，使制动液压增加产生所需要的制动力，并且制动能量回馈发电方面的电子处理器也得到制动能量回收的信号。制动控制系统与电动机控制系统相结合，确定电动汽车上的制动回收力矩和前后轮各自的液压制动力以保证平衡。3 系统硬件的总体设计3.1 硬件的总体方案 纯电动汽车制动能量回馈发电及液压制动系统的控制器设计首先需要充分考虑纯电动汽车制动的功能需求，以及控制器与其它子系统的电子控制单元的通信能力，硬件系统结构图如图3所示： AT89C52单片机 电源模

31、块 外部存储模块复位电路、晶振和芯片启动电路 输出驱动模块CAN收发通讯模块 模拟量采集模块 开关量采集模块图3：纯电动汽车制动能量回馈发电及液压制动控制系统硬件总体设计本系统硬件上主要由单片机模块、外部存储模块、输出驱动模块、模拟量采集模块、CAN通讯模块、电源模块和开关量采集模块组成。系统需要的具体功能主要有以下几项，首先是汽车驾驶需求的信息采集功能，其次是车辆状态信息处理功能，然后是整车能量管理功能，最后是控制信息输出功能。3.2 单片机模块本系统控制器的控制芯片采用单片机AT89C52。它是一种带4k字节Flash只读程序存储器的8位通用微处理器，也就是单片机。在制动能量回馈发电控制系

32、统中，单片机模块需要拥有以下功能：与外部存储器等模块相连接的双向I/O 接口，较大可反复擦写的Flash空间，处理车速传感器传来信号的计数器，通过CAN网络与其他子系统交流的数据处理器。对于这些功能，单片机AT89C52 都能满足。本文采用AT89C51单片机作为纯电动汽车制动能量回馈发电及液压制动控制系统的控制核心，满足对各模块的控制要求。它主要负责系统各模块间的协调工作，通过各传感器获取制动开关与钥匙信号等信息，对信息进行处理，输出相应的信号控制制动能量回馈发电及液压制动系统的开关，同时通过车速检测模块测得电动汽车当前车速反馈至微处理器，结合相应控制策略，对液压系统和制动能量回馈发电系统分

33、别分配的制动力进行调整，使汽车能够安全、有效的实现制动功能。3.3 电源模块电源模块主要为制动能量回馈发电控制系统各模块正常工作提供所需要的电源，所以一个好的电源模块是电动汽车制动能量回馈发电控制系统正常运行的基础。对于电动汽车制动能量回馈发电及液压制动控制系统，选择合适的电源模块尤为重要。首先，我们应当根据电路及其他模块需要的电流、电压大小等方面来考虑，选择一种电源；然后对选择的电源进行测试，观察该电源模块是否满足我们期望的性能；最后也是最重要的一点就是，要保证该电源模块的可靠性和安全性，因此最好选用已经被广泛应用且被证明过技术成熟的电源。一般纯电动汽车使用的蓄电池的电压为12V，本文的电源

34、模块便基于12V蓄电池来做设计。本文的电源模块设计基于以上考虑，采用福特福克斯电动汽车使用的12V车载蓄电池。3.4 开关量采集模块电动汽车制动能量回馈发电及液压制动系统的控制器需要采集的开关量主要有车速大小、制动开关与钥匙信号等，这些开关量的采集主要是通过使用各种传感器，比如车速的采集是通过转速传感器，制动开关时电流传感器。采集后将这些传感器信号传输到单片机，这些开关量的采集对于控制器及其重要。能够作为控制器控制电动汽车制动能量回馈发电及液压制动系统的依据。开关量中最重要的是车速大小值的采集，车速信号基本上是由汽车上的转速传感器进行采集，虽然汽车上其他子系统是能够对车速信号进行采集的。但是控

35、制器还是需要专门采集车速信号，原因有两个：一是因为汽车上其它子系统发送过来车速信号需要通过通讯装置传递，因此会有一定延迟，但是车速每时每刻都在变化，这样会导致采集到的信号不准确，而控制器直接采集车速信号，能够保证信号的准确性;二是防止其它子系统出现问题，车速信号不准确使系统出现错误的控制，造成安全隐患。本系统设计采用磁电式轮速传感器检测车速。本系统采用的单片机AT89C52附带的定时器模块拥有快速的实现定时、计数以及脉冲产生和脉冲计算等功能。磁电式轮速传感器传出的信号为有一定幅值、频率的电势脉冲，考虑到无用信号干扰的原因，信号在进入单片机之前，脉冲频率较高，应先经过高速光藕。在高速光藕中，电势

36、脉冲经过分压和滤波以后，才能进入到单片机中。然后通过单片机的定时器模块的计算，便能准确采集到每秒钟产生的脉冲个数，也就是脉冲的频率。脉冲信号的频率反映了车轮旋转的快慢，也就是车速大小，可以作为控制权的决策依据。3.5模拟量采集模块模拟量采集模块一般主要由各类传感器和A/D模块组成。电动汽车上的模拟量信号非常多，而模拟量采集模块需要做的是通过传感器将这些信号采集进来。这些模拟信号中有很多都非常重要，属于必须要采集的部分，比如加速踏板的开度、辅助电池电压、制动踏板开度和制动缸的压力等等。这些信号大多由传感器采集，得到的信号通过A/D模块通道，输入单片机。A/D模块一般能够实现以下功能：（1） 拥有

37、三个转换请求方式，包括外部事件触发请求、自动扫描请求、可编程队列请求，可以对大多数情况进行应对;（2）有16路模拟量输入通道，能够输入众多模拟量信号; （3）两个A/D转换器之间能够实现同步采样和并行转换的功能，可以进行某些特殊应用; （4）能够对采集哪些传感器传来的信号进行选择，同时对这些信号进行处理，这将能够有效的减轻中央处理器的负担。本文采用的AT89C52单片机通用设备中的一种A/D模块，型号为HI1175JCB5，这种A/D采样模块中，设计合理的模拟量信号采集电路能够保证模拟量采集的稳定性，与此相适应的控制程序则能够保证制动能量回馈发电及液压制动系统控制器A/D模块采样的准确性，最后

38、还能对传感器传来的信号进行选择，减轻CPU的负担。一般状况下，汽车上通过传感器采集的模拟量信号都不能直接被单片机采集，因为通常传感器采集的信号中含有大量无用信号，或者信号很微弱，需要对信号进行转化。所以在本文制动能量回馈发电及液压制动控制系统的设计中，模拟量信号进入控制器以后，先要经过滤波电路，滤去无用信号和一些杂波，然后才能进入单片机的A/D采集通道，最终通过A/D模块转换成数字量，作为重要控制因素送入控制器储存空间。3.6 输出驱动模块纯电动汽车制动能量回馈发电及液压制动系统的控制器需要输出的信号主要有指示灯驱动信号、继电器驱动信号等，并且驱动信号驱动电流和指示灯继电器驱动对电流大小的要求

39、不同，继电器所需驱动电流通常大于0.5A，指示灯所需的驱动电流通常小于200mA。而单片机的最大输出驱动电流不超过l0mA。这些电器设备所需的电流大小各不相同，需要我们采取一些措施来使输出驱动模块正常运转。我们采用的方法是用多个三极管组成放大电路，当驱动电流通过这些三极管组成的放大电路时，电流大小会根据需要被放大电路增加，以达到驱动外部设备的目的。但采用这种方式将有一定缺点，由于不同的驱动电流需要选择不同的三极管，因此控制输出驱动模块的电路结构会变得比较复杂。本文采用以福特福克斯电动汽车的车载功率驱动芯片LMD18245为核心的功率驱动模块。该款功率驱动芯片功能强大，且被大量投入市场，因此技术

40、成熟，可靠性强，能够满足系统控制器对于系统上各种外围设备的驱动要求。这样的设计能够使电路结构简单、容易控制，同时提高输出驱动模块的可靠性。3.7 外部存储模块设计本文采用的AT89C52单片机具有最高8Kb的RAM空间大小以及4Kb的Flash空间，空间不大，无法存储大量数据。而在实际应用中还有大量数据对系统控制器有用，特别是一些参数，例如蓄电池容量、最高车速以及制动踏板状态等，这些参数很多都是控制器控制系统的重要依据，所以都需要保存，但是如果都存放在Flash空间之中，将会使Flash空间大大减少，控制器功能无法快速实现。为了能够满足这些参数和程序的存储需求，整车控制器的单片机需要增加存储空

41、间以存放这些静态参数。 考虑到各种适用的存储器中只有Flash和EEPROM这两种的擦写比较容易，并且EEPROM同时具有擦除能力与单字节编程功能。还有，EEPROM通信数据线只有四根，分别是时钟线、片选线、数据输出和数据输入，只占用4个I/O接口，十分方便;但使用Flash存储器的话，其通信数据线较多，单片机上的管脚数量不够多，需要外接管脚，这会大大增加我们的工作量，同时使电路变得复杂，因此外部存储通常我们采用EEPROM芯片 。由于以上原因，本系统的外部存储器主要采用EEPROM作为存储芯片。EEPROM芯片的存储空间有16K，能够满足本文制动能量回收系统控制器对于静态参数以及各种程序的存

42、储需求。在外部存储器与单片机之间的通信交流将通过AT89C52的串口来实现，此通信模式的具体表现为数据的收发线独立，数据位的收发与时钟信号同步。串口通信系统采用全双工模式，特点是一个主机可以同时和多个从机通信，非常适合控制器中的各个外部低速元器件之间进行数据通信交流。本系统的EEPROM存储芯片将采用256*16的形式来实现数据的存储功能。3.8 CAN通信模块设计在当前技术状况下，CAN网络是制动能量回收系统控制系统中动力系统网络数据传输的最佳途径，同时由于CAN网络通讯技术已成熟，被广泛应用，因此可靠性极高，而制动能量回馈发电制动系统控制器的CAN网络能否准确稳定的传输数据是纯电动汽车的高

43、性能和安全的保障。在本文的纯电动汽车制动能量回馈发电及液压制动控制系统的设计中，CAN网络是控制器与其他电动汽车子系统之间进行数据通信的最主要的通道。其主要特点如下： （1）CAN模块在应用上的兼容性很强大，能够同时兼容多个网络协议; （2）CAN模块最高有256个消息对象，每一个对象都能够分配给任意一个节点，使信息快速准确传递，能够同时设置两节点互相接收或者发送信息;（3）CAN模块带有消息缓冲功能，能够与消息对象相结合，以此直接实现两个CAN节点之间信息的互相传输;（4）CAN模块拥有强大的数据接收处理能力，能够进行接收信息滤波，过滤无用信号;（5）CAN模块拥有中断处理模块功能，有16个

44、中断输出可用，同时能够接收信息后对信息进行初步处理。本系统采用的AT89C52的集成CAN模块，型号为PCA82C251,这是一种高速CAN网络，拥有8个独立的CAN节点，每个节点间都能互相接收或者发送信息，功能非常强大，能够满足本系统对于多路CAN网络的性能要求。同时，CAN模块PCA82C251拥有独立的CAN控制器，所以CAN模块在设计过程中无需考虑额外与专门的CAN控制器相连接的情况。 而且CAN模块拥有良好的消息缓冲功能，给控制器对系统的实时控制留下选择的余地。4 软件总体设计4.1 软件总体流程框图我们采用模块化的程序结构作为制动能量回馈发电及液压制动系统的控制程序。为了便于其它模

45、块调用，每个模块都有相应的数据接口。主要程序模块包括：系统初始化模块、模拟量采集模块、开关量采集模块、数据处理模块和其它主要控制模块。主要功能是对模拟量采集模块、开关量采集模块采集到的信息进行处理完成对纯电动汽车制动能量回馈发电及液压制动系统的控制，具体控制步骤如下：采集模块信号输入 主程序模块初始化信号识别处理开中断 N信号有效？Y有中断？YN制动能量回收系统是否开启？ 等待Y制动能量回收系统程序开关打开N输出驱动模块N液压制动系统是否开启？Y液压制动系统程序开关打开调用两制动系统制动力分配程序微处理器分析制动力的分配图4：总体软件流程框图总体流程框图如图4所示。首先，将系统的各个模块进行初

46、始化，开启中断，如果有中断信号产生，则将开关量采集模块、模拟量采集模块等采集模块发出的信号输入给信号处理器，如果信号无效，则继续等待，直到下一次中断。如果信号有效，微处理器对有效信号进行初步处理分析，先判断是否需要开启制动能量回收系统。不需要就结束程序，需要就开启制动能量回收系统程序开关；然后判断是否需要开启液压系统。不需要就直接将程序开关信号传入微处理器，需要就开启液压系统程序，将两段程序一起传入微处理器。接着，微处理器再对所需要的传感器信号进一步处理，比如通过车速采集模块判断车速，以此确定制动回收系统是否能提供足够制动效果，如不能便开启液压制动系统。根据处理好的信号，车辆运动状态等信息，微

47、处理器给出具体的控制策略，调用控制程序控制两制动系统制动力的分配，使其制动力之和达到输出驱动模块。从而完成对纯电动汽车制动能量回馈发电及液压制动系统的控制。4.2 软件程序调试我们将使用Proteus软件对子功能模块的程序进行简单仿真调试。Proteus是一款在世界范围内都非常有名的软件，其特点有：（1）功能强大，是目前世界上唯一集电路设计、制版及仿真这些功能于一身的仿真模拟设计软件，不仅能对电路进行设计和分析，还能进行仿真调试。（2）提供软件调试功能，同时支持第三方软件编译和调试环境，比如Keil、IAR和UNIT等多种软件。（3）Proteus软件也能支持众多主流单片机仿真，就比如本文所应

48、用的8051系列。图5：制动能量回馈发电系统和液压制动系统开关控制仿真电路图电路图如上图5所示，电路中的元器件主要有：单片机、压力传感器、ADC转化器，显示屏和一些LED灯泡。此电路图显示的是汽车正常刹车减速时根据车速大小对制动能量回馈发电及液压制动系统的控制。首先，汽车上的转速传感器采集到车速信号，经过兀型滤波电路，滤去无用信号，然后进入单片机被转换成数字量，被控制器采集，得到车速大小。刹车与压力传感器相连，踩下刹车，从压力传感器传出信号，经A/D模块传入单片机，开始实现子系统功能，根据车速大小，此电路图的具体功能如下：图6：电路状态1 (1)如上图6所示，当电动汽车速度在10km/h以下时

49、，车速太小，由于制动能量回馈发电系统的制动能量回收能力随着车速的降低而减少，并且速度太小，制动能量回馈发电系统起到作用很有限，考虑电机的使用寿命等因素，制动能量回馈发电系统应当关闭，传统液压起主要作用。所以速度在10km/h以下时,踩下刹车，电力回收制动系统关闭，而液压制动系统打开。图7：电路状态2 (2)如上图7所示，当电动汽车速度在10km/h到60km/h时，电动汽车的动能足以为驱动电机提供能量来产生汽车需求的制动力矩，不需要液压制动系统的辅助。所以踩下刹车时，电力回收制动系统打开，液压制动系统关闭。图8：电路状态3（3）如上图8所示，当电动汽车速度在60km/h以上时，储能器被完全充满

50、，制动能量回馈发电制动系统达到了最大输出功率，但汽车制动需要的制动力大于制动能量回馈发电系统能够提供的最大制动力，所以不能完全满足汽车的制动力需求，需要液压制动系统的辅助。所以液压制动系统和电力回收制动系统同时开启。结 论本文主要研究纯电动汽车制动能量回馈发电液压制动控制系统设计，主要介绍了纯电动汽车制动能量回馈发电液压制动系统的组成结构原理，并给出了系统的硬件总体设计与软件总体设计。系统硬件上主要由单片机模块、外部存储模块、输出驱动模块、模拟量采集模块、CAN通讯模块、电源模块和开关量采集模块组成，软件上，本文给出了系统的流程图算法并进行分析。同时画出子功能模块电路图，也就是制动能量回馈发电

51、系统和液压制动系统开关控制仿真电路图，电路中的元器件主要有：单片机、压力传感器、ADC转化器，显示屏和一些LED灯泡，通过系统软件硬件的协调作用，在Proteus仿真软件上运行成功。由于本人水平有限，本次设计有着许多不足之处，需要进一步改进和完善。比如在纯电动汽车制动能量回馈发电液压制动系统中，制动能量回馈发电系统产生的制动力及液压系统产生的制动力具体如何分配；如何保控制系统的可靠性等等。制动能量回馈发电液压制动系统的任何差错都有可能造成车毁人亡的严重后果，所以我们需要更加严谨的态度和更高的知识水平来实现纯电动汽车制动能量回馈发电及液压制动控制系统的设计。致 谢 从毕业设计课题确定已经三个多月过来了，本次毕业设计的工作已经到了收尾阶段，由于在校期间实践操作经验有限，理论课程的学习也并没有学透学精，因而在此次的毕业设计中碰到了不少的麻烦，只能在图书馆大量收集有关资料，进行学习。曾经几度束手无策，好在有郑建祥老师耐心的指导，以及一起学习做设计同学的支持和帮助，让我得以按时完成