電動(dòng)車控制器設(shè)計(jì)與制作技術(shù)報(bào)告

1、電動(dòng)車控制器設(shè)計(jì)與制作技術(shù)報(bào)告同組姓名： 劉平萍、朱憲璘、張婷、嚴(yán)宇佳班 級(jí)： 12電信2班 題 目： 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)控制器 任課老師 ： 謝 軍 2015年 5月摘 要隨著國(guó)內(nèi)電動(dòng)車行業(yè)發(fā)展越來(lái)越盛行，電動(dòng)車的行車安全及其的充電安全日趨重要。而電動(dòng)車控制器是用來(lái)控制電動(dòng)車的運(yùn)行、運(yùn)行防飛車、停車倒車、假充電提醒以及電動(dòng)車的其它電子器件的核心控制器件，電動(dòng)車控制器是電動(dòng)車的大腦，是電動(dòng)車上重要的部件。電動(dòng)車就目前來(lái)看主要包括電動(dòng)自行車、電動(dòng)二輪摩托車、電動(dòng)三輪車、電動(dòng)三輪摩托車、電動(dòng)四輪車、電瓶車等，電動(dòng)車控制器也因?yàn)椴煌能囆投胁煌男阅芎吞攸c(diǎn)。如今世面上的電動(dòng)車的控制器也是種類繁多，大

2、多數(shù)生產(chǎn)廠家都是買一些元器件和主板進(jìn)行組裝，并沒(méi)有掌握其核心技術(shù)，也沒(méi)有了解控制器的軟件技術(shù)。而我們所要做的是電動(dòng)三輪車控制器。關(guān)鍵詞：剎車 單片機(jī) 報(bào)警 AbstractWiththedevelopmentofdomesticelectriccarindustryismoreandmorepopular,electricvehicledrivingsafetyandrechargeablesecurityhasbecomeincreasinglyimportant.Andelectricvehiclecontrollerisusedtocontroltheoperationoftheelec

3、triccar,runningspeed,stopastern,falsechargeremindandotherelectronicdevicesatthecoreofthecontroldevice,electricvehiclecontrolleristhebrainelectriccars,electricvehicleisimportantparts.Electriccarsfornowmainlyincludeelectricbicycle,electricmotorcycle,electrictricycle,electricthree-wheeledmotorcycle,ele

4、ctriccarriage,storagebattery,suchaselectricvehiclecontrolleralsobecauseofthedifferentmodelshavedifferentperformanceandcharacteristics.Varioustypesofelectricvehiclecontrollerisnowontheworld,mostmanufacturersarebuysomecomponentsandassemblemotherboard,didnotgraspitscoretechnology,alsonotunderstandtheso

5、ftwaretechnologyofthecontroller.Andwehavetodoistheelectrictricyclecontroller.Key words: Brake、Singlechipmicrocomput、Callthepolice。目錄1.引言51.1電動(dòng)車智能控制的簡(jiǎn)介及發(fā)展趨勢(shì)61.2本設(shè)計(jì)所要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)72系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案與實(shí)現(xiàn)82.1單片機(jī)模塊83主要元器件介紹93.2 MOS管75NF75123.3直流無(wú)刷電機(jī)133.3.2 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)153.3.3 轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的產(chǎn)生原因153.3.4 換相與轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)164電路總體構(gòu)成194.1電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)19

6、4.2電源系統(tǒng)194.2 -5V/+5V直流電壓204.3 +15V穩(wěn)壓電路204.3霍爾測(cè)速系統(tǒng)214.3.1霍爾效應(yīng)21參考文獻(xiàn)26致謝27附錄A驅(qū)動(dòng)電路圖28附錄圖B實(shí)物圖301.引言汽車的發(fā)展，給人們帶來(lái)了很多便利，在給人們帶來(lái)便利的同時(shí)也給人們帶來(lái)環(huán)境和噪聲污染，嚴(yán)重影響了人們的健康和環(huán)境，并伴隨著石油價(jià)格的增長(zhǎng)，使得使用汽車的成本越來(lái)越高。人們開(kāi)始注意到這個(gè)問(wèn)題，并呼吁改變這種情況，隨著這種呼聲的提高，電動(dòng)車呼之欲出。由于電動(dòng)車本身不排放污染大氣的有害氣體，即使按所耗電量換算為發(fā)電廠的排放，除硫和微粒外，其它污染物也顯著減少，由于電廠大多建于遠(yuǎn)離人口密集的城市，對(duì)人類傷害較少，而且

7、電廠是固定不動(dòng)的，集中的排放，清除各種有害排放物較容易，也已有了相關(guān)技術(shù)。由于電力可以從多種一次能源獲得，如煤、核能、水力等，解除人們對(duì)石油資源日見(jiàn)枯竭的擔(dān)心。電動(dòng)汽車還可以充分利用晚間用電低谷時(shí)富余的電力充電，使發(fā)電設(shè)備日夜都能充分利用，大大提高其經(jīng)濟(jì)效益。有些研究表明，同樣的原油經(jīng)過(guò)粗煉，送至電廠發(fā)電，經(jīng)充入電池，再由電池驅(qū)動(dòng)汽車，其能量利用效率比經(jīng)過(guò)精煉變?yōu)槠?，再?jīng)汽油機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車，因此有利于節(jié)約能源和減少二氧化碳的排量，正是這些優(yōu)點(diǎn)，使電動(dòng)車的研究和應(yīng)用成為一個(gè)“熱點(diǎn)”。 但是電動(dòng)車的蓄電池單位重量?jī)?chǔ)存的能量太少，又沒(méi)形成經(jīng)濟(jì)規(guī)模，故購(gòu)買價(jià)格較貴，電動(dòng)車的運(yùn)行速度不穩(wěn)定、無(wú)法實(shí)現(xiàn)能量反

8、饋。這些都限制了電車的發(fā)展。這次設(shè)計(jì)以現(xiàn)有電動(dòng)車為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)電動(dòng)車的智能化設(shè)計(jì)，達(dá)到速度穩(wěn)定、能量反饋的目的。1.1電動(dòng)車智能控制的簡(jiǎn)介及發(fā)展趨勢(shì)電動(dòng)車（Electric Vehicle）是指以車載電源為動(dòng)力，用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪行駛，且滿足道路安全法則對(duì)車輛的各項(xiàng)要求的車輛。電動(dòng)車與傳統(tǒng)燃油汽車相比較有一下有點(diǎn)：1.電動(dòng)車能夠?qū)崿F(xiàn)低排放，甚至于零排放，可以解決汽車對(duì)環(huán)境的污染問(wèn)題，環(huán)境和生態(tài)意義非常重大。2.電動(dòng)車采用電動(dòng)機(jī)為驅(qū)動(dòng)單元，使用的電能可以從多種能源獲得，如水電、核能、潮汐能、氫能、風(fēng)能、太陽(yáng)能等均可高效地轉(zhuǎn)化為電能。即使將發(fā)電廠的污染考慮在內(nèi)，電動(dòng)車也比燃油車造成的污染少得多。3.

9、電動(dòng)車的行駛基本無(wú)噪聲，是降低城市噪聲污染的重要途徑之一。4.實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便。5.對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制時(shí)，響應(yīng)時(shí)間短，轉(zhuǎn)矩控制準(zhǔn)確，有利于改善車輛的性能。中國(guó)人口眾多，具有世界上最龐大的電動(dòng)車市場(chǎng)截至目前為止我國(guó)電動(dòng)車出口量占世界的90%，而且有著顯著的提升趨勢(shì)。目前自行車擁有量4億多輛，如把10個(gè)自行車換成電動(dòng)車，就需要4000萬(wàn)輛電動(dòng)車。以每輛均價(jià)500元（保守市場(chǎng)價(jià)）來(lái)計(jì)算，就是60億，這是一個(gè)巨大的市場(chǎng)，有這強(qiáng)力的吸引力。1.2本設(shè)計(jì)所要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo) 本項(xiàng)目主要研究電動(dòng)車控制器，完成其從技術(shù)方案到產(chǎn)品調(diào)試的整個(gè)過(guò)程。項(xiàng)目研究的主要內(nèi)容有：根據(jù)項(xiàng)目目標(biāo)分析其功能需求，進(jìn)行電路的設(shè)計(jì)，軟

10、件的開(kāi)發(fā)，調(diào)試，最終做出一個(gè)功能齊全的產(chǎn)品。本項(xiàng)目的功能要求如下：分體報(bào)警+撥檔普通三檔：上電防飛車、運(yùn)行防飛車、巡航（Q）、ABS(X)、助力（ZL）、停止倒車（F2）、電剎轉(zhuǎn)換（DS與X孔相連）、電機(jī)角度（60/120）、抱死選擇（L接GND）、外接報(bào)警（低電平A3）、軟件三檔【一檔（60%）、二檔（80%）、三檔（100%）、默認(rèn)80%、由高到低】、切換模式【撥檔普通三檔（K1，K2）】、三檔指示【一檔（F4）、二檔(F5)、三檔（F7）】。2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案與實(shí)現(xiàn)2.1單片機(jī)模塊本次設(shè)計(jì)由單片機(jī)控制系統(tǒng)、電源模塊、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、方向檢測(cè)模塊、速度檢測(cè)模塊、中斷保護(hù)模塊組成。系統(tǒng)可以

11、把電動(dòng)車控制系統(tǒng)分為兩個(gè)大的子控制系統(tǒng)：方向控制系統(tǒng)與速度控制系統(tǒng)。方向控制系統(tǒng)由方向檢測(cè)模塊和方向控制模塊組成，單片機(jī)根據(jù)方向檢測(cè)模塊來(lái)判斷電動(dòng)機(jī)的的正反轉(zhuǎn)方向及大小，并通過(guò)方向控制模塊來(lái)確定電車的轉(zhuǎn)向。速度控制系統(tǒng)由直流電機(jī)控制模塊和速度檢測(cè)模塊組成，通過(guò)速度檢測(cè)模塊檢測(cè)電車的速度，經(jīng)過(guò)單片機(jī)處理，給驅(qū)動(dòng)芯片一個(gè)PWM信號(hào)，通過(guò)PWM信號(hào)的不同占空比來(lái)控制電機(jī)以不同的速度勻速行駛。根據(jù)電機(jī)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)和霍爾器件輸出的方波來(lái)測(cè)試電動(dòng)機(jī)的速度。具體工作流程如下圖1所示。圖1工作流程圖2.2單片機(jī)的概述X8M06C是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROMFalsh Progra

12、mmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的X8M06C是一種高效微控制器，提供了一種靈活性高且價(jià)格低廉其主要特點(diǎn)是：1) 與MCS-51 兼容 2) 4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 3) 壽命：1000寫/擦循環(huán) 4) 數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年 5) 全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz 6) 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 7) 1

13、28*8位內(nèi)部RAM 8) 32可編程I/O線 9) 兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 10) 5個(gè)中斷源 11) 可編程串行通道 12) 低功耗的閑置和掉電模式 a13) 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 3主要元器件介紹3.1放大器LM358LM358的總體電路設(shè)計(jì)還是比較簡(jiǎn)潔的，此類拓?fù)湓谀壳暗墓β蔬\(yùn)算放大器設(shè)計(jì)中是主流：輸入放大級(jí)是由兩只P溝道JFET組成的共源極差分電路，并且用鏡像恒流源做負(fù)載來(lái)提高增益；在輸入差分放大級(jí)和主電壓放大級(jí)之間是一個(gè)由射極跟隨器構(gòu)成的電流放大級(jí)，用來(lái)提高主電壓放大級(jí)的輸入阻抗和共源極差分電路的負(fù)載增益；主電壓放大級(jí)是一個(gè)簡(jiǎn)單的單級(jí)共射級(jí)放大電路，為了保證放大器的穩(wěn)定性，在主電

14、壓放大級(jí)的輸出端到輸入差分放大級(jí)的輸出端加入了一個(gè)電容補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，跟補(bǔ)償電容并聯(lián)的二極管保證單級(jí)共射極放大電路構(gòu)成的主電壓放大級(jí)不進(jìn)入飽和狀態(tài)工作；輸出電流放大級(jí)是NPN和PNP構(gòu)成的互補(bǔ)射極跟隨器，兩個(gè)100的電阻用來(lái)穩(wěn)定輸出電流放大級(jí)的靜態(tài)電流，200的電阻用來(lái)限制輸出短路電流。LM358引腳圖及LM358內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如下圖2所示 圖2 LM358引腳及內(nèi)部結(jié)圖具體參數(shù)如表1所示表1 LM358具體參數(shù)表參數(shù)符號(hào)價(jià)值單位電源電壓VCC18V差分輸入電壓VI(DIFF)30V輸入電壓范圍VI15V輸出短路持續(xù)時(shí)間-連續(xù)_功率耗散PD500mW工作溫度范圍TOPR0 +70C存儲(chǔ)溫度范圍TSTG-

15、65 +150C電氣特征如表2所示表2 LM358電器特征參數(shù)表參數(shù)符號(hào)條件最小Typ.最大單位輸入失調(diào)電壓VIORS=10K510mV0 CTA+70 C輸入失調(diào)電壓漂移VIO/TRS=10K10V/ C0 CTA+70 C輸入失調(diào)電流IIO25100pA0 CTA+70 C4nA電流輸入偏置I偏置50200pA0 CTA+70 C8nA輸入電阻RI1012大信號(hào)電壓增益GVVO(P-P) = 10V25100V/mVRL = 2K15輸出電壓擺幅VO(P_P)RL = 10K1213.5V輸入電壓擺幅VII1115/-12V共模抑制比CMRRRS 10K70100dB電源抑制比PSRRRS

16、 10K70100dB電源電流ICC3.66.5mA擺率SRGV = 113V/S聲道分離CSf = 1Hz 20KHz120dB等效輸入噪聲電壓VNIRS = 10016nV/Hzf = 1KHz 3.2 MOS管75NF75 75NF75是N溝道場(chǎng)效應(yīng)管,參數(shù)：80A 75V 160W如下圖3所示：圖3 MOS管內(nèi)部圖3.3直流無(wú)刷電機(jī)圖3.3為無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)圖，以此說(shuō)明無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的工作原理。電機(jī)本體的電樞繞組為三相星形連接，位置傳感器與電機(jī)本體同軸，控制電路對(duì)位置信號(hào)進(jìn)行邏輯變換后產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路隔離放大后控制逆變器的功率開(kāi)關(guān)管，使電機(jī)的各項(xiàng)繞組按一定的順序工作。

17、圖4無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)至圖5 (a)所示位置時(shí)，控制電路根據(jù)所獲得的轉(zhuǎn)子位置信息，使VTl、VT6導(dǎo)通，即A、B兩相通電。電樞繞組在空間產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)為Fa，與定子磁場(chǎng)產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)Fr相互作用，使電機(jī)的轉(zhuǎn)子順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)子在空間轉(zhuǎn)過(guò)60電角度，到達(dá)圖5 (b)所示位置時(shí)，轉(zhuǎn)子位置傳感器輸出的信號(hào)經(jīng)控制電路邏輯變換后驅(qū)動(dòng)逆變器，使VTl、VT2導(dǎo)通，A、C兩相繞組通電，電樞繞組在空間產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)Fa如圖5 (b)所示，此時(shí)定轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相互作用，使電機(jī)的轉(zhuǎn)子繼續(xù)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)予在空間每轉(zhuǎn)過(guò)60電角度，逆變器開(kāi)關(guān)就發(fā)生一次切換，其導(dǎo)通邏輯為VTl、VT6一VTl、VT2一VT3、VT2一VT3

18、、VT4一VT5、VT4一VT5、VT6。在此過(guò)程中，轉(zhuǎn)子始終受到順時(shí)針?lè)较虻碾姶呸D(zhuǎn)矩作用，沿順時(shí)針?lè)较蜻B續(xù)旋轉(zhuǎn)。a) VT1、VT4導(dǎo)通，A、B相通電 b)VT1、VT6導(dǎo)通，A、C相通電圖5 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的工作原理示意圖在圖3.4(a)到圖2.4(b)的60電角度范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)沿順時(shí)針連續(xù)旋轉(zhuǎn)，而定子合成磁場(chǎng)在空間保持圖3.4(a)中Fa的位置靜止；只有當(dāng)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)連續(xù)旋轉(zhuǎn)60電角度，到達(dá)圖3.4(b)所示的Fr位置時(shí)，定子磁場(chǎng)才從圖3.4(a)的Fa位置跳躍到3.4(b)中的Fa位置?？梢?jiàn)定子合成磁場(chǎng)在空間不是連續(xù)旋轉(zhuǎn)的，而是一種跳躍式旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。轉(zhuǎn)子在空間沒(méi)轉(zhuǎn)過(guò)60電角度，定子繞組就進(jìn)

19、行一次換流，定子合成磁場(chǎng)的磁狀態(tài)就發(fā)生一次跳躍?？梢?jiàn)，電動(dòng)機(jī)有六種磁狀態(tài)，每一次有兩相導(dǎo)通，每相繞組的導(dǎo)通時(shí)間對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)120電角度。無(wú)刷直流電機(jī)的這種工作方式稱為兩相星形六狀態(tài)。3.3.2 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)通常，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)可以定義為最大電磁轉(zhuǎn)矩和最小電磁轉(zhuǎn)矩之差與額定運(yùn)行時(shí)的平均電磁轉(zhuǎn)矩之間的比值，即 (2.11)式中，T為轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)；Tmax為最大電磁轉(zhuǎn)矩；Tmin為最小電磁轉(zhuǎn)矩；TN為額定運(yùn)行時(shí)的平均轉(zhuǎn)矩。3.3.3 轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的產(chǎn)生原因理想的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)繞組反電動(dòng)勢(shì)是梯形波，不會(huì)有轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。但是電機(jī)本體或是控制系統(tǒng)的對(duì)理想情況的任何偏離都會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。轉(zhuǎn)矩波動(dòng)分為以下幾類：(

20、1)電磁因素引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。電磁因素引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)是由于繞組電流和永磁場(chǎng)的相互作用而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。理想情況下，電樞采用集中繞組結(jié)構(gòu)，電動(dòng)勢(shì)波形具有120電角度的平頂，但實(shí)際往往做不到極弧系數(shù)為l，且常常采用分布繞組，因此會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，它與氣隙磁通密度分布和繞組電流波形以及繞組形式有關(guān)。(2)齒槽引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。由于定子齒槽的存在，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)定子磁阻隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角度變化而變化，因而會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)。(3)電樞反應(yīng)引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。電樞反應(yīng)改變了永磁體的方波氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度分布波形，使氣隙磁場(chǎng)的前極尖部分被加強(qiáng)，后極尖部分被減弱。該畸變的磁場(chǎng)與通電繞組相互作用，電磁轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)、定子相對(duì)位置的變化而產(chǎn)生

21、了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。(4)機(jī)械加工引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。機(jī)械加工和材料的不一致也是引起轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的重要原因。工藝誤差造成摩擦轉(zhuǎn)矩不均勻，繞組各相電氣參數(shù)不對(duì)稱，各永磁極性能不一致等。(5)電流換相引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。由于換相時(shí)相繞組電流發(fā)生瞬變導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的電磁功率瞬變，進(jìn)而產(chǎn)生了換相轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。換相轉(zhuǎn)矩波動(dòng)與相繞組旋轉(zhuǎn)反電動(dòng)勢(shì)的波形、換相位置角、換相時(shí)刻的相電流初值以及相繞組阻抗參數(shù)等因素有關(guān)。其中，換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)是引起轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的主要原因。3.3.4 換相與轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)每經(jīng)過(guò)一個(gè)磁狀態(tài)，就需要進(jìn)行一次換相，每一次換相都會(huì)對(duì)電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生一定影響。下面以兩相導(dǎo)通星形三相六狀態(tài)為例，進(jìn)行換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)分析。如圖2.

22、5無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)等效電路所示，假定功率開(kāi)關(guān)管從VTl、VT6導(dǎo)通變?yōu)閂T6、VT2導(dǎo)通，電路狀態(tài)由A、C兩相繞組導(dǎo)通切換到B、C兩相繞組導(dǎo)通。換相時(shí)，VTl關(guān)斷，由于A相電流不能突變，經(jīng)VD2續(xù)流，形成A相一C相一VT6一VD2一A相的續(xù)流回路。同時(shí)VT2，VT6導(dǎo)通，形成了電源一VT3一B相一C相一電源的回路。1、換相過(guò)程中的相電流和轉(zhuǎn)矩為了簡(jiǎn)化分析，忽略電樞繞組的電阻，則換相過(guò)程中電路方程可變?yōu)?（2.12）又因?yàn)楦骼@組的反電動(dòng)勢(shì)為平頂寬大于等于120電角度的梯形波，所以 （2.13）由于ia+ib+ic=0 (2.14)把（2.13）和（2.14）代入（2.12），得 解上述方程組，并將

23、結(jié)果代入（2.14），得換相過(guò)程個(gè)相電流的變化率為 解上述微分方程組，各相電流的換相前的初始值和換相后的穩(wěn)態(tài)值如圖3.5所示，設(shè)換相開(kāi)始時(shí)刻即積分起始時(shí)刻為0時(shí)刻，換相時(shí)間為tf,A相繞組電流ia降為O，B相繞組電流ib從O上升到穩(wěn)態(tài)值I，C相為非換相繞組，換相前后的電流值均為I。換相期間，各相電流的瞬時(shí)值為2.電機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)換相的影響根據(jù)不同轉(zhuǎn)速，換相存在三種情況，如圖3.6所示。圖6 三相電流示意圖3.換相對(duì)轉(zhuǎn)矩的影響在換相過(guò)程中，電磁轉(zhuǎn)矩為 由基爾霍夫電流定理，知a、b、c電流和為0，所以 可見(jiàn)，換相期間的電磁轉(zhuǎn)矩與非換相繞組的電流成正比。非換相時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩由兩相繞組的合成磁動(dòng)勢(shì)與轉(zhuǎn)子永磁磁

24、動(dòng)勢(shì)相互作用產(chǎn)生，其計(jì)算公式為： 4電路總體構(gòu)成4.1電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的核心，也是區(qū)別于內(nèi)燃機(jī)汽車的最大不同點(diǎn)。電動(dòng)汽車對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求很高。一般認(rèn)為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)符合下列要求：1）瞬時(shí)功率大，短時(shí)過(guò)載能力強(qiáng)，以滿足爬坡及加速的需要；2)調(diào)速范圍寬廣；3)在運(yùn)行的全部速度范圍和負(fù)載范圍內(nèi)，具有較高的效率。也就是在電機(jī) 所有工作范圍內(nèi)綜合效率高，以盡量提高電動(dòng)汽車一次續(xù)駛里程；4)可靠性高，使用方便簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉；5)功率密度高，體積小，質(zhì)量輕。一般地，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由電氣和機(jī)械系統(tǒng)組成。電氣系統(tǒng)由電子控制器，功率變換器驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)組成；機(jī)械系統(tǒng)由機(jī)械傳動(dòng)裝置和車輪組成。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的功能是

25、將儲(chǔ)存在蓄電池中的電能高效地轉(zhuǎn)化為車輪的動(dòng)能進(jìn)而推進(jìn)汽車行駛，并能夠在汽車減速制動(dòng)或者下坡時(shí)，實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)。4.2電源系統(tǒng)電源模塊在電車的智能控制里好比人的心臟，向其他模塊供電，保證他們正常工作，由于電車的電壓會(huì)有擾動(dòng)，而且電機(jī)的功率改變會(huì)導(dǎo)致電壓的突變，因此所要給電源穩(wěn)壓，本電車采用48V電源箱供電。4.2 -5V/+5V直流電壓電動(dòng)車的工作電壓是43V ，而單片機(jī)、方向控制系統(tǒng)、速度控制系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)電路的電壓是5V，單片機(jī)等的工作電壓要求其有穩(wěn)定的電源電壓，所以需要對(duì)其蓄電池的電壓進(jìn)行降壓處理，這樣才能夠得到所需電壓。使用7805和7905作為系統(tǒng)的電源管理芯片的優(yōu)點(diǎn)如下：1)只需要很少的外

26、圍器件就可以達(dá)到應(yīng)用系統(tǒng)的要求，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的電壓輸出；2)由于“熱損失”小，在設(shè)計(jì)中基本可以不用考慮電源芯片的散熱問(wèn)題，為電路的設(shè)計(jì)帶來(lái)了方便；3)具有輸入電壓范圍大、過(guò)熱、過(guò)流及電壓反接保護(hù)，有更低的工作壓降和最小的靜態(tài)工作電流(體現(xiàn)了其低功耗的優(yōu)點(diǎn))。本設(shè)計(jì)中給單片機(jī)、角度傳感器、放大電路和測(cè)速傳感器提供的5V電壓的電路圖有7805、7905以及外圍元件組成。由于直流電機(jī)在高速運(yùn)行時(shí)的大電流特性，使得供電電源被嚴(yán)重污染。為了解決紋波對(duì)7805輸入電源的影響，在輸入端采取了濾波措施，即在輸入、輸出端增加了電容與電阻組成的RC濾波電路，可以有效的減小直流電機(jī)的輸出紋波對(duì)5V電源的影響。4.3 +

27、15V穩(wěn)壓電路 顯示電路所需要電壓是15V，要求其電壓的穩(wěn)定，與5V電源要求一致，所以選擇7812作為其穩(wěn)壓電路，其電路有7812及外圍電路組成。4.3霍爾測(cè)速系統(tǒng) 在電動(dòng)車的設(shè)計(jì)中，測(cè)速傳感器的設(shè)計(jì)主要有兩種：霍爾傳感器和光電式脈沖編碼器。霍爾傳感器是基于霍爾效應(yīng)原理，將電流、磁場(chǎng)、位移、壓力、壓差轉(zhuǎn)速等被測(cè)量轉(zhuǎn)換成電動(dòng)勢(shì)輸出的一種傳感器。雖然轉(zhuǎn)換率低、溫度影響大、要求轉(zhuǎn)換精度較高時(shí)必須進(jìn)行溫度補(bǔ)償，但霍爾傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、堅(jiān)固、頻率響應(yīng)寬（從直流到微波）、動(dòng)態(tài)范圍（輸出電動(dòng)勢(shì)的變化）大、無(wú)觸點(diǎn)、壽命長(zhǎng)、可靠性高，以及易于微型化和集成電路化等優(yōu)點(diǎn)。光電式脈沖編碼器是將機(jī)械位移、轉(zhuǎn)角

28、或速度變化轉(zhuǎn)換成電脈沖輸出，是精密數(shù)控采用的檢測(cè)傳感器。光電編碼器的最大特點(diǎn)是非接觸式，此外還具有精度高、響應(yīng)快、可靠性高等特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)采用霍爾傳感器，盡管這種方案具有精度不高的缺點(diǎn)，但通過(guò)計(jì)算，它的分辨率是可以接受的。4.3.1霍爾效應(yīng)金屬或半導(dǎo)體薄片置于磁場(chǎng)中，當(dāng)有電流流過(guò)時(shí)，在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這種物理現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。如圖三所示：mvZ1YBXIv243圖三 霍爾效應(yīng)圖假設(shè)薄片為型半導(dǎo)體，磁場(chǎng)方向垂直于薄片，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。在薄片左右兩端通以電流（稱為控制電流），那么半導(dǎo)體中的截流子（電子）將沿著與電流的相反方向運(yùn)動(dòng)。由于外磁場(chǎng)的作用，使電子受到磁場(chǎng)力（洛侖茲力）作

29、用而發(fā)生偏轉(zhuǎn)，結(jié)果在半導(dǎo)體的后端面上電子有所積累而帶負(fù)電，前端面則因缺少電子而帶正電，在前后兩個(gè)端面之間形成電場(chǎng),稱作霍爾電場(chǎng)?；魻栯妶?chǎng)產(chǎn)生的電場(chǎng)力和洛侖茲力相反，它阻礙載流子繼續(xù)堆積，直到霍爾電場(chǎng)力和洛侖茲力相等。這時(shí)，片子兩側(cè)建立起一個(gè)穩(wěn)定的電壓，這就是霍爾電壓。利用霍爾器件可以制作高靈敏度無(wú)抖動(dòng)的接近開(kāi)關(guān)，這也是我們速度傳感器的基本原理。 使用霍爾器件檢測(cè)磁場(chǎng)的方法極為簡(jiǎn)單，將霍爾器件作成各種形式的探頭，放在被測(cè)磁場(chǎng)中，因霍爾器件只對(duì)垂直子霍爾片表面的磁感應(yīng)強(qiáng)度敏感，磁力線必須和器件表面垂直，通電后即可由輸出電壓得到被測(cè)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。若不垂直，則應(yīng)求出其垂直分量來(lái)計(jì)算被測(cè)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)

30、強(qiáng)度值。而且，因霍爾元件的尺寸極小，可以進(jìn)行多點(diǎn)檢測(cè)，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，可以得到電場(chǎng)的分布狀態(tài)，并可對(duì)狹縫、小孔中的磁場(chǎng)進(jìn)行檢測(cè)。轉(zhuǎn)盤的輸入軸與被測(cè)轉(zhuǎn)軸相連，當(dāng)被測(cè)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)盤隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，固定在轉(zhuǎn)盤附近的霍爾傳感器便可在每一個(gè)小磁鐵通過(guò)時(shí)產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的脈沖，檢測(cè)出單位時(shí)間的脈沖數(shù)，便可知被測(cè)轉(zhuǎn)速。根據(jù)磁性轉(zhuǎn)盤上小磁鐵數(shù)目多少，就可以確定傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)速的分辨率。如圖7所示： 轉(zhuǎn)盤 輸入軸 磁鐵 霍爾元件圖7霍爾效應(yīng)結(jié)構(gòu)圖 5硬件調(diào)試在硬件電路設(shè)計(jì)過(guò)程中硬件調(diào)試主要是查看硬件芯片選取是否正確，特別是小型的元器件比如貼片電阻的阻值一定要看清楚，芯片引腳連接是否連接正確，焊接電路板后板子是否有問(wèn)

31、題。在檢查板子的時(shí)候一定要細(xì)心，我們看看清楚每個(gè)焊點(diǎn)是否有虛焊漏焊的情況，還有是否有因?yàn)楹附z而造成的短路情況。在連接電路的時(shí)候我們一定要遵循電路的連接規(guī)則：1.電路連接的過(guò)程中，開(kāi)關(guān)應(yīng)該是斷開(kāi)的。2.每處接線必須接牢，防止虛接。3.先接好用電器，開(kāi)關(guān)等元件，最后接電源。4.連接后要認(rèn)真檢查，確認(rèn)無(wú)誤后，才閉合開(kāi)關(guān)。5.閉合開(kāi)關(guān)后，如果出現(xiàn)不正常情況，應(yīng)立即斷開(kāi)電路，仔細(xì)檢查，排除故障 剛開(kāi)始連接的時(shí)候我們需要的是48V的電源，而我們并沒(méi)有這么大的電源，只能用24V的電源箱進(jìn)行串聯(lián)。在使用電源箱之前一定要對(duì)電源箱進(jìn)行，就是沒(méi)有檢查不知道自己所用的電箱是不穩(wěn)定的以至于電容被擊穿板子燒壞了一塊。所以

32、細(xì)心是電子實(shí)驗(yàn)中必不可少的素質(zhì)，任何的粗心大意都會(huì)造成不必要的損失。心得與體會(huì)通過(guò)此次課程設(shè)計(jì)，使我們更加扎實(shí)的掌握了有關(guān)單片機(jī)C語(yǔ)言編程和電路結(jié)構(gòu)兩方面的知識(shí)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中雖然遇到了一些問(wèn)題，但經(jīng)過(guò)一次又一次的思考，一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在，也暴露出了前期我們?cè)谶@方面的知識(shí)欠缺和經(jīng)驗(yàn)不足。實(shí)踐出真知，通過(guò)親自動(dòng)手制作，使我們掌握的知識(shí)不再是紙上談兵。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到問(wèn)題，可以說(shuō)得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會(huì)遇到過(guò)各種各樣的問(wèn)題，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對(duì)以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，比如說(shuō)芯片的選擇、集成塊的選擇、貼片元件的焊接，對(duì)單片機(jī)匯編語(yǔ)言掌握得不好。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)之后，可以把以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)重新溫故?；仡櫞舜握n程設(shè)計(jì)，我們感慨頗多，從理論到實(shí)踐，在這段日子里，可以說(shuō)得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的東西，同時(shí)不僅可以鞏固了以前所