畢業(yè)設(shè)計(jì)：純電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回饋發(fā)電及液壓制動(dòng)控制系統(tǒng)

淮陰工學(xué)院

畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文）作者:李凌風(fēng)學(xué)號(hào)：1121507113學(xué)院:交通工程學(xué)院專業(yè):汽車服務(wù)工程題目:純電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回饋發(fā)電及液壓制動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)博士鄭建祥博士鄭建祥指導(dǎo)者：(姓名)(專業(yè)技術(shù)職務(wù))評(píng)閱者：(姓名)(專業(yè)技術(shù)職務(wù))年月畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文）中文摘要隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，汽車技術(shù)也在不斷進(jìn)步，與此同時(shí)，地球上的化石燃料能源也在逐漸枯竭。因此我們迫切希望有一種新能源汽車能夠取代傳統(tǒng)化石燃料汽車，電動(dòng)汽車被認(rèn)為是最有可能的。但由于續(xù)航里程的缺點(diǎn)，純電動(dòng)汽車很難投入市場(chǎng)，對(duì)此，人們認(rèn)為最好的方法便是采用制動(dòng)能量回饋發(fā)電技術(shù)。人們認(rèn)為，如果制動(dòng)能量回收系統(tǒng)成熟，純電動(dòng)汽車的行駛距離將增加10%到25%。因此制動(dòng)能量回饋發(fā)電技術(shù)的前景極為廣闊。本文研究純電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回饋發(fā)電及液壓制動(dòng)電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，首先說(shuō)明了隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，制動(dòng)能量回饋發(fā)電越技術(shù)來(lái)越受到重視，并介紹了國(guó)內(nèi)外對(duì)純電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回饋發(fā)電及液壓制動(dòng)系統(tǒng)的研究與發(fā)展現(xiàn)狀；而后本文說(shuō)明了純電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回饋發(fā)電及液壓制動(dòng)系統(tǒng)存在的功能以及原理并進(jìn)行思考分析；然后我們?cè)O(shè)計(jì)出了制動(dòng)能量回饋發(fā)電及液壓制動(dòng)系統(tǒng)的總體硬件部分，并簡(jiǎn)單的介紹了各個(gè)組成模塊；最后根據(jù)硬件給出了軟件總體部分的控制流程框圖，加以說(shuō)明，同時(shí)編寫了一段制動(dòng)能量回饋發(fā)電系統(tǒng)和液壓制動(dòng)系統(tǒng)開關(guān)控制程序，仿真并運(yùn)行成功。關(guān)鍵詞新能源汽車，制動(dòng)能量回饋發(fā)電，減少能耗淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文）第26頁(yè)共26頁(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文）外文摘要TitleDesignofcooperativeregenerativebrakingcontrolofHybridelectricvehicleAbstractInthisstudy,cooperativeregenerativebrakingcontroloffront-wheel-drivehybridelectricvehicleisproposedtorecoveroptimalbrakingenergywhileguaranteeingthevehiclelateralstability.Infront-wheel-drivehybridelectricvehicle,excessiveregenerativebrakingforrecuperationofthemaximumbrakingenergycancauseunder-steerproblem.Thisisduetothefactthattheresultantlateralforceonfronttiresaturatesandstartstodecrease.Therefore,costfunctionwithconstraintsisnewlydefinedtodetermineoptimumdistributionofbraketorquesincludingtheregenerativebraketorqueforimprovingthebrakingenergyrecoveryaswellasthevehiclelateralstability.Thiscostfunctionincludestrade-offrelationoftwoobjectives.Thephysicalmeaningoffirstobjectiveofcostfunctionistomaximizetheregenerativebraketorqueforimprovingthefueleconomyandthatofsecondobjectiveistoincreasethemechanical-frictionbraketorquesatrearwheelsratherthanregenerativebraketorqueatfrontwheelsforpreventingfronttiresaturation.Andweightingfactorincostfunctionisalsoproposedasafunctionofunder-steerindexrepresentingcurrentstateofthevehiclelateralmotioninordertogeneralizetheconstrainedoptimizationproblemincludingbothnormalandseverecorneringsituation.Forexample,asthevehicleapproachesitshandlinglimits,adaptationofweightingfactorispossibletoprioritizefronttiresaturationoverincreasingtherecuperationofbrakingenergyfordriversafetyandvehiclelateralstability.KeywordsNewenergyvehicles,brakingenergyfeedbackpowergeneration,reduceenergyexpending目錄TOC\o"1-3"\h\u304721緒論 5115951.1課題的研究背景及意義 538041.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及主要成果 630141.2.1國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 6256361.2.2國(guó)外制動(dòng)能量回饋發(fā)電及液壓制動(dòng)控制系統(tǒng)的主要成果 745831.3本論文的研究?jī)?nèi)容 8141972純電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回饋發(fā)電及液壓制動(dòng)控制系統(tǒng)的功能及原理 8327622.1純電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回饋發(fā)電系統(tǒng)的原理 8270872.2制動(dòng)能量回饋發(fā)電及液壓制動(dòng)系統(tǒng)的功能和結(jié)構(gòu) 9218462.3制動(dòng)能量回饋發(fā)電及液壓制動(dòng)系統(tǒng)工作過(guò)程 10322863系統(tǒng)硬件的總體設(shè)計(jì) 12200673.1硬件的總體方案 1260583.2單片機(jī)模塊 13327043.3電源模塊 13259013.4開關(guān)量采集模塊 14244623.5模擬量采集模塊 1495703.6輸出驅(qū)動(dòng)模塊 15220663.7外部存儲(chǔ)模塊設(shè)計(jì) 1564763.8CAN通信模塊設(shè)計(jì) 16312444軟件總體設(shè)計(jì) 1765424.1軟件總體流程框圖 17301934.2軟件程序調(diào)試 1928541結(jié)論 2222636致謝 2322491參考文獻(xiàn) 241緒論1.1課題的研究背景及意義電動(dòng)汽車(EV)的研究是在全世界環(huán)境問(wèn)題及能源短缺問(wèn)題日益突出的情況下興起的。與傳統(tǒng)的化石燃料汽車相比，純電動(dòng)汽車具有無(wú)污染、噪聲小、效率高以及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單維修方便等顯著優(yōu)點(diǎn)，因此電動(dòng)汽車已經(jīng)成為汽車工業(yè)高新技術(shù)的標(biāo)桿。并且隨著地球上化石燃料的枯竭，電動(dòng)汽車是日后汽車工業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。近幾年來(lái)，世界各國(guó)對(duì)電動(dòng)汽車的開發(fā)投入了巨大的人力和物力，雖然還不盡如人意，但有關(guān)電動(dòng)汽車的一些關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)得到了突破。福特、通用、本田、豐田等許多品牌的環(huán)保型電動(dòng)汽車相繼投入大批量生產(chǎn)并進(jìn)入市場(chǎng)銷售，作為高科技代表的電動(dòng)汽車開始走入千家萬(wàn)戶，成為普通人的代步工具。但是迄今為止，續(xù)駛里程不足仍然是制約純電動(dòng)汽車獲得市場(chǎng)認(rèn)可的重要瓶頸，也是消費(fèi)者對(duì)純電動(dòng)汽車的最大顧慮，沒有人喜歡一臺(tái)走不遠(yuǎn)的汽車。但是如果能有效地回收制動(dòng)能量，電動(dòng)汽車的行駛距離將提高很多，這不僅對(duì)純電動(dòng)汽車的普及有著巨大的好處，同時(shí)也可以應(yīng)用到其他汽車上，大大減少能源的消耗。本課題所要解決的是純電動(dòng)汽車制動(dòng)能量的自動(dòng)回收發(fā)電。眾所周知，電機(jī)不僅可以在電動(dòng)機(jī)狀態(tài)運(yùn)行，也可以在發(fā)電機(jī)狀態(tài)運(yùn)行，更可以同時(shí)運(yùn)行。當(dāng)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)為制動(dòng)能量制動(dòng)回收時(shí)，可以把回收的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能回饋給電網(wǎng)。因此，在電動(dòng)汽車剎車時(shí)，如果驅(qū)動(dòng)電機(jī)在再生發(fā)電時(shí)工作，既可在產(chǎn)生剎車所需要的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，又可將車體向前的動(dòng)能轉(zhuǎn)換電能，通過(guò)動(dòng)能將轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存起來(lái)，回收部分能量，這樣可以加大電動(dòng)汽車的續(xù)航能力。特別是在擁擠的城市中，由于城市中汽車較多，會(huì)出現(xiàn)各種情況，汽車經(jīng)常需要不停地啟動(dòng)與制動(dòng)，在此過(guò)程中汽車會(huì)損失大量能量，因此人們認(rèn)為，如果制動(dòng)能量回饋發(fā)電技術(shù)成熟，普通電動(dòng)汽車的行駛距離將能夠增加10%到25%。制動(dòng)能量回饋發(fā)電系統(tǒng)一般包括電機(jī)制動(dòng)子系統(tǒng)和液壓制動(dòng)子系統(tǒng)，車輛制動(dòng)時(shí)，在保證足夠制動(dòng)力矩的條件下，優(yōu)先采用電機(jī)回饋制動(dòng)力，當(dāng)回饋制動(dòng)力不能提供足夠制動(dòng)力矩時(shí)再施加液壓制動(dòng)力。在采用電機(jī)回收的制動(dòng)力時(shí)要考慮電機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、電池狀態(tài)和制動(dòng)穩(wěn)定性等問(wèn)題，所以隨著電動(dòng)汽車各部件狀態(tài)的不同，在制動(dòng)過(guò)程中電機(jī)回饋制動(dòng)力總是在變化，所以我們不能采用傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)的控制方法，必須重新設(shè)計(jì)專門針對(duì)制動(dòng)能量回饋發(fā)電系統(tǒng)的控制策略。1.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及主要成果1.2.1國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀制動(dòng)能量回饋發(fā)電制動(dòng)系統(tǒng)可以將電動(dòng)車輸出動(dòng)能能量的30-50%轉(zhuǎn)換為慣性能，但由于部分能量在轉(zhuǎn)化時(shí)損失，只有15-18%能真正被轉(zhuǎn)換為電能存儲(chǔ)起來(lái)。在國(guó)外對(duì)電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回饋發(fā)電技術(shù)的研究中，利用蓄電池吸收回饋能量，將燃料電池、蓄電池組和制動(dòng)能量回收系統(tǒng)相結(jié)合起來(lái)的方式占了絕大多數(shù)。制動(dòng)能量回饋發(fā)電系統(tǒng)的作用是在汽車制動(dòng)時(shí)以電能的形式回收到蓄電池儲(chǔ)存，減少制動(dòng)損耗的動(dòng)能，其過(guò)程也就是制動(dòng)能量回饋發(fā)電。這種制動(dòng)能量回饋發(fā)電技術(shù)以燃料電池為主要能源，以依靠蓄電池來(lái)作為儲(chǔ)能裝置回收的能量作為輔助能源，擁有眾多優(yōu)點(diǎn)，前景廣闊，但是目前該技術(shù)還不成熟，有相當(dāng)大的路要走。在2000年，美國(guó)梅里公司開發(fā)出了超級(jí)電容器，這種電容在當(dāng)今幾乎所有已投入市場(chǎng)上的電動(dòng)汽車上都有應(yīng)用，并且良好表現(xiàn)。梅里公司依靠它獲得了巨大經(jīng)濟(jì)利益，因此他們推出了用于電動(dòng)汽車的超級(jí)電容的改進(jìn)計(jì)劃，目標(biāo)是使超級(jí)電容能夠達(dá)到功率密度2000W/kg和能量密度20Wh/kg的水平。人們?cè)陔妱?dòng)汽車技術(shù)的開上發(fā)雖然十分重視制動(dòng)能量回饋發(fā)電技術(shù)，但在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)大多只考慮車輛在城市行駛時(shí)的工況：非常頻繁的剎車和啟動(dòng)或者加速。思路也是利用各種超級(jí)電容與蓄電池等裝置的組合實(shí)現(xiàn)制動(dòng)能量的回收，然后將能量轉(zhuǎn)化為電能存儲(chǔ)到超級(jí)電容中，最后回收到蓄電池中。但是適用其他工況中制動(dòng)能量回饋發(fā)電技術(shù)的研究幾乎沒有。一般來(lái)說(shuō)，在城市工況下，汽車確實(shí)需要經(jīng)常制動(dòng)與起動(dòng)，有效地回收制動(dòng)能量，可使電動(dòng)汽車的續(xù)航能力提高10%到25%。比如，美國(guó)福特公司的福克斯電動(dòng)汽車和本田公司的因斯特這兩種比較有名的電動(dòng)汽車都運(yùn)用了比較成熟的制動(dòng)能量回饋發(fā)電技術(shù)，?？怂闺妱?dòng)汽車制動(dòng)能量回饋發(fā)電系統(tǒng)大約可以使續(xù)駛里程增加20%;而因斯特電動(dòng)汽車的制動(dòng)能量回饋發(fā)電系統(tǒng)則大約可以使續(xù)駛里程增加25%。目前國(guó)內(nèi)對(duì)于制動(dòng)能量回收系統(tǒng)的研究還處在實(shí)驗(yàn)階段，對(duì)制動(dòng)能量回饋發(fā)電技術(shù)的研究現(xiàn)多停留在理論分析和驗(yàn)證階段，而且只有個(gè)別實(shí)驗(yàn)室建立模型使用超級(jí)電容來(lái)對(duì)實(shí)現(xiàn)制動(dòng)能量回收功能進(jìn)行研究。中國(guó)華南理工大學(xué)電動(dòng)汽車重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)出的制動(dòng)能量回收控制系統(tǒng)，在電動(dòng)汽車上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該制動(dòng)能量回收系統(tǒng)可以使續(xù)駛里程增加百分之十。而大多數(shù)制動(dòng)能量回收系統(tǒng)控制策略則采用了液壓制動(dòng)系統(tǒng)與制動(dòng)能量回收系統(tǒng)相結(jié)合的策略：也就是在電動(dòng)汽車低速行駛時(shí)采用制動(dòng)能量回收系統(tǒng)，高速時(shí)按比例分配，使制動(dòng)能量回收系統(tǒng)與液壓制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)合。這樣做可以有效避免制動(dòng)能量回收系統(tǒng)制動(dòng)力不足的缺點(diǎn)，使制動(dòng)能量回收系技術(shù)可以投入市場(chǎng)使用，但是由于要分配制動(dòng)能量回收系統(tǒng)制動(dòng)力和液壓制動(dòng)力的大小，使其達(dá)到需要的制動(dòng)力大小，所以需要設(shè)計(jì)新的制動(dòng)控制器。近幾年來(lái)，中國(guó)技術(shù)人員對(duì)電動(dòng)汽車技術(shù)的研發(fā)成績(jī)單還是有很多亮點(diǎn)的，但可以大量生產(chǎn)并投入市場(chǎng)上的產(chǎn)品還是非常少的。盡管中國(guó)許多汽車公司比如比亞迪都在大力研發(fā)各種有關(guān)電動(dòng)汽車的技術(shù)，但由于接觸電動(dòng)汽車這一課題較晚，與國(guó)外電動(dòng)汽車的開發(fā)進(jìn)度相比有不小的差距。但國(guó)內(nèi)已有不少高校實(shí)驗(yàn)室和研究所在進(jìn)行有關(guān)實(shí)驗(yàn)，很多都很實(shí)用，有廣闊的前景。而在技術(shù)方面，要想把電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)做好，制動(dòng)能量回饋發(fā)電及液壓制動(dòng)系統(tǒng)的研究是必不可少的，希望業(yè)內(nèi)人士能奮起直追，補(bǔ)上這電動(dòng)汽車技術(shù)重要的一塊。1.2.2國(guó)外制動(dòng)能量回饋發(fā)電及液壓制動(dòng)控制系統(tǒng)的主要成果由于電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回饋發(fā)電系統(tǒng)涉及到蓄電池性能，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的性能，制動(dòng)力分配等各個(gè)方面，目前國(guó)外電動(dòng)汽車的制動(dòng)能量回饋發(fā)電控制系統(tǒng)的研究也大多還處于實(shí)驗(yàn)階段，但有一些系統(tǒng)己經(jīng)投入實(shí)際運(yùn)行。而國(guó)內(nèi)在制動(dòng)能量回收方面的研究非常少，僅有的一些研究還處于如何構(gòu)造電機(jī)的控制電路實(shí)現(xiàn)制動(dòng)功能及設(shè)計(jì)制動(dòng)力分配方案等階段。所以下面簡(jiǎn)要介紹一下國(guó)外幾個(gè)比較成功的系統(tǒng)：(1)HEVAN系統(tǒng)是比利時(shí)飛利浦大學(xué)研制的混合動(dòng)力汽車制動(dòng)能量回饋發(fā)電控制系統(tǒng)。HEVAN控制的制動(dòng)能量回饋發(fā)電系統(tǒng)是通過(guò)對(duì)電機(jī)的控制而實(shí)現(xiàn)的，此系統(tǒng)配有永磁無(wú)刷直流電機(jī)，其控制系統(tǒng)的主要方法是在汽車低速行駛時(shí)提高電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)，增加制動(dòng)能量回收系統(tǒng)產(chǎn)生的力矩，以使制動(dòng)系統(tǒng)正常工作。在制動(dòng)能量回收的階段，HEVAN系統(tǒng)用于提高電機(jī)電動(dòng)勢(shì)的方案主要有兩種：增強(qiáng)磁場(chǎng)強(qiáng)度與逆變升壓。經(jīng)對(duì)比實(shí)驗(yàn)可得如下結(jié)論:制動(dòng)能量回收系統(tǒng)在使用交流電機(jī)時(shí)，在低速狀態(tài)下回收制動(dòng)能量要比永磁直流電機(jī)多，但是由于電機(jī)只有在低速時(shí)力矩較小，所以總體效率較低。在低速時(shí)，逆變升壓有兩個(gè)好處:可回收的充電電流較大而且由于不需要逆變時(shí)間，設(shè)計(jì)的控制方案簡(jiǎn)單。（2)PHEV系統(tǒng)是美國(guó)加利福利亞大學(xué)實(shí)驗(yàn)室研制一系列安裝制動(dòng)能量回收控制系統(tǒng)的混和動(dòng)力車的全稱，它是一種并行結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)，這種并行結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)控制的電動(dòng)汽車均裝備了制動(dòng)能量回饋發(fā)電系統(tǒng)。這種制動(dòng)能量回饋發(fā)電系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)及其道路實(shí)驗(yàn)顯示，在理想的道路狀況下，裝備了制動(dòng)能量回收系統(tǒng)的電動(dòng)汽車比未裝備此種系統(tǒng)的電動(dòng)汽車多出16%的續(xù)航里程。（3）HILS系統(tǒng)是韓國(guó)首爾大學(xué)研制專門用于電動(dòng)汽車的制動(dòng)力分配系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于閉環(huán)的硬件仿真，利用多個(gè)傳感器和專門設(shè)計(jì)的液壓控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了汽車前后輪制動(dòng)力大小的分配，使汽車平穩(wěn)行駛。為了對(duì)HILS系統(tǒng)的功能驗(yàn)證，人們把實(shí)際的液壓裝置放入軟件搭建的仿真模型，進(jìn)行了多個(gè)傳感器的實(shí)時(shí)采集和系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制的試驗(yàn)。試驗(yàn)表明，裝備有HILS系統(tǒng)的電動(dòng)汽車的能耗減少了3.5%。1.3本論文的研究?jī)?nèi)容本文研究純電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回饋發(fā)電及液壓制動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，首先說(shuō)明了隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，制動(dòng)能量回饋發(fā)電越技術(shù)來(lái)越受到重視，并介紹了國(guó)內(nèi)外對(duì)純電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回饋發(fā)電及液壓制動(dòng)系統(tǒng)的研究與發(fā)展現(xiàn)狀；而后本文說(shuō)明了純電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回饋發(fā)電及液壓制動(dòng)系統(tǒng)存在的功能以及原理并進(jìn)行思考分析；然后我們?cè)O(shè)計(jì)出了制動(dòng)能量回饋發(fā)電及液壓制動(dòng)系統(tǒng)的總體硬件部分，并簡(jiǎn)單的介紹了各個(gè)組成模塊；最后根據(jù)硬件給出了軟件總體部分的控制流程框圖，加以說(shuō)明，同時(shí)編寫了一段制動(dòng)能量回饋發(fā)電系統(tǒng)和液壓制動(dòng)系統(tǒng)開關(guān)控制程序，仿真并運(yùn)行成功。2純電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回饋發(fā)電及液壓制動(dòng)控制系統(tǒng)的功能及原理2.1純電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回饋發(fā)電系統(tǒng)的原理制動(dòng)能量回饋發(fā)電的原理如圖1所示。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),因?yàn)樾铍姵仉妷哼h(yuǎn)遠(yuǎn)高于制動(dòng)能量回饋發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)出的電壓,所以為了順利將多余的能量充入蓄電池,我們需要使用特殊的控制系統(tǒng),使得電動(dòng)機(jī)能夠?qū)⒅苿?dòng)能量順利發(fā)電。從圖1我們可以知道制動(dòng)能量回饋再生制動(dòng)的原理。圖中包含了電阻,制動(dòng)限流電阻,蓄電池的電壓U,電機(jī)的感應(yīng)電勢(shì)E,電機(jī)電樞的電感L。發(fā)電時(shí),斷開電動(dòng)機(jī)的電樞驅(qū)動(dòng)電流,在電樞右端安裝一個(gè)開關(guān)電路。因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的時(shí)刻改變，電勢(shì)與電流也在隨著時(shí)間不斷變化其變化率有如下關(guān)系:在關(guān)閉開關(guān)的時(shí)候,感應(yīng)電流在感應(yīng)電勢(shì)的作用下經(jīng)過(guò) 開關(guān)形成回路,制動(dòng)電流和感應(yīng)電流一樣都是,變化關(guān)系為當(dāng)我們把開關(guān)斷開時(shí),的值將會(huì)迅速上升,使得感應(yīng)電勢(shì)持續(xù)變大,等到時(shí),從而達(dá)到能量回饋的效果。如果在回饋電路圖中他的等效電阻是,那么回饋與制動(dòng)的電流將會(huì)一樣都是即把制動(dòng)時(shí)多余的能量?jī)?chǔ)存在蓄電池中。圖1：制動(dòng)能量回饋發(fā)電電路圖圖1：制動(dòng)能量回饋發(fā)電電路圖2.2制動(dòng)能量回饋發(fā)電及液壓制動(dòng)系統(tǒng)的功能和結(jié)構(gòu)在保證制動(dòng)力大小和安全制動(dòng)距離的前提下，通過(guò)電機(jī)將減速制動(dòng)時(shí)汽車損耗的部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，并儲(chǔ)存起來(lái)的系統(tǒng)叫做制動(dòng)能量回饋發(fā)電系統(tǒng)。制動(dòng)能量回饋發(fā)電技術(shù)可以將電動(dòng)車輸出動(dòng)能能量的30-50%轉(zhuǎn)換為慣性能，但由于部分能量在轉(zhuǎn)化時(shí)損失，只有15-18%能真正被轉(zhuǎn)換為電能存儲(chǔ)起來(lái)，大大增加電動(dòng)汽車的續(xù)航里程，所以它是電動(dòng)汽車普及及市場(chǎng)化不可缺少的一項(xiàng)技術(shù)。液壓調(diào)節(jié)器電泵液壓調(diào)節(jié)器電泵液壓傳感器閥液壓傳感器閥控制器蓄電池超級(jí)電容電機(jī)控制器蓄電池超級(jí)電容電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器等其他傳感器轉(zhuǎn)速傳感器等其他傳感器圖2：純電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回饋發(fā)電及液壓制動(dòng)系統(tǒng)

圖2：純電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回饋發(fā)電及液壓制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)能量回饋發(fā)電及液壓制動(dòng)系統(tǒng)的組成如圖2所示。制動(dòng)能量回饋發(fā)電及液壓制動(dòng)系統(tǒng)一般包括電機(jī)制動(dòng)子系統(tǒng)與液壓制動(dòng)子系統(tǒng)，其主要由電機(jī)、控制器、電泵、液壓調(diào)節(jié)器、蓄電池、超級(jí)電容及各類傳感器等裝置組成。在車輛制動(dòng)時(shí)，在保證足夠制動(dòng)力矩的條件下，優(yōu)先采用電機(jī)回饋制動(dòng)力，當(dāng)回饋制動(dòng)力不能提供足夠制動(dòng)力矩時(shí)再施加液壓制動(dòng)力。由于在大多數(shù)情況下，制動(dòng)能量回饋發(fā)電系統(tǒng)和液壓制動(dòng)系統(tǒng)互相輔助工作，因此我們把此兩者合稱為制動(dòng)能量回饋發(fā)電及液壓制動(dòng)系統(tǒng)。在使用系統(tǒng)回收的能量時(shí)要考慮電機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、電池狀態(tài)和制動(dòng)穩(wěn)定性等問(wèn)題，所以隨著電動(dòng)汽車各部件狀態(tài)的不同，在制動(dòng)過(guò)程中回收的制動(dòng)力總是在變化，所以我們必須能夠準(zhǔn)確快速地調(diào)節(jié)液壓制動(dòng)力使得總的制動(dòng)力與汽車行駛需求的制動(dòng)力相符。因此傳統(tǒng)車的液壓制動(dòng)系統(tǒng)不能滿足制動(dòng)能量回收技術(shù)的要求，需要加以改造或者設(shè)計(jì)新的液壓制動(dòng)系統(tǒng)及其相適應(yīng)的控制策略。使制動(dòng)力大小足夠以此保持安全的制動(dòng)距離，同時(shí)增加電動(dòng)汽車的續(xù)航里程。2.3制動(dòng)能量回饋發(fā)電及液壓制動(dòng)系統(tǒng)工作過(guò)程當(dāng)汽車處于減速狀態(tài)、抬起加速踏板或是踩下制動(dòng)踏板減速這三種狀態(tài)時(shí)，制動(dòng)能量回饋發(fā)電及液壓控制系統(tǒng)就會(huì)開啟。其具體工作模式有以下三種：(1)當(dāng)制動(dòng)減速度較大時(shí)，為了保證足夠的制動(dòng)力以及較小的制動(dòng)距離，應(yīng)以液壓制動(dòng)為主，制動(dòng)能量回饋發(fā)電系統(tǒng)僅起輔助作用。在汽車緊急制動(dòng)時(shí)，可根據(jù)初始速度的不同，由車上的液壓制動(dòng)系統(tǒng)提供制動(dòng)力。(2)汽車在正常工況下減速停車的制動(dòng)過(guò)程，可分為減速過(guò)程與停止過(guò)程。制動(dòng)能量回饋發(fā)電系統(tǒng)負(fù)責(zé)減速過(guò)程，停止過(guò)程由液壓制動(dòng)系統(tǒng)完成。(3)電動(dòng)汽車長(zhǎng)下坡時(shí)，在制動(dòng)力要求不大，可完全使用純粹的制動(dòng)能量回饋發(fā)電制動(dòng)模式來(lái)滿足制動(dòng)需要。在以上三情況中，除了第一種外，其他兩種情況都可以應(yīng)用制動(dòng)能量回饋發(fā)電系統(tǒng)。純電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回饋發(fā)電的基本功能實(shí)質(zhì)上就是通過(guò)電機(jī)實(shí)現(xiàn)動(dòng)能和電能的互相轉(zhuǎn)化，由于電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回饋發(fā)電系統(tǒng)的電機(jī)既要當(dāng)發(fā)電機(jī)使用，又要當(dāng)電動(dòng)機(jī)使用，并且兩種工作模式頻繁轉(zhuǎn)換，對(duì)電機(jī)的性能提出了很高的要求。因此，電動(dòng)汽車上采用的電機(jī)一般是開關(guān)磁組電機(jī)或者永磁無(wú)刷電機(jī)。其工作過(guò)程分為兩個(gè)過(guò)程：在電動(dòng)汽車正常行駛過(guò)程中，電機(jī)以電動(dòng)機(jī)的形式運(yùn)轉(zhuǎn)，將蓄電池中的電能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，驅(qū)動(dòng)汽車前進(jìn)；在電動(dòng)汽車制動(dòng)減速時(shí)，電機(jī)以發(fā)電機(jī)的形式運(yùn)轉(zhuǎn)，將當(dāng)前汽車的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，使汽車動(dòng)能減少，達(dá)到汽車制動(dòng)的目的，同時(shí)轉(zhuǎn)化出的電能傳入超級(jí)電容暫時(shí)儲(chǔ)存，然后根據(jù)汽車的當(dāng)前運(yùn)動(dòng)狀態(tài)選擇將電能充入蓄電池或是傳入電機(jī)轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。這樣做可以大大減少汽車制動(dòng)產(chǎn)生的能耗。當(dāng)汽車處于減速狀態(tài)、抬起加速踏板或是踩下制動(dòng)踏板減速時(shí)，制動(dòng)能量回饋發(fā)電及液壓控制系統(tǒng)就會(huì)開啟。當(dāng)電動(dòng)汽車在高速行駛狀態(tài)下時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)大多數(shù)情況下是以最高功率工作，電機(jī)產(chǎn)生的力矩與電動(dòng)汽車速度或者驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速成反比。所以，在恒功率狀態(tài)下，電機(jī)提供能量產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速越高，制動(dòng)能量回收系統(tǒng)的回收的制動(dòng)力就越少。電動(dòng)汽車低速時(shí)，電動(dòng)汽車的動(dòng)能不足以為驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供能量來(lái)產(chǎn)生最大的制動(dòng)力矩，因而制動(dòng)能量回收系統(tǒng)回收的制動(dòng)效果也就會(huì)隨著車速的降低而減少。當(dāng)制動(dòng)能量回收系統(tǒng)輸出的制動(dòng)力矩小到不能滿足制動(dòng)要求時(shí)，液壓制動(dòng)系統(tǒng)才會(huì)開啟，保證足夠制動(dòng)力。電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回饋發(fā)電及液壓制動(dòng)系統(tǒng)一般應(yīng)滿足四個(gè)方面的要求：第一，為了保證汽車行駛過(guò)程中的舒適性，液壓制動(dòng)力矩需要根據(jù)制動(dòng)能量回收力矩的大小進(jìn)行調(diào)節(jié)，最終使車輛獲得所需要的總力矩，使汽車平順行駛。第二，制動(dòng)力應(yīng)當(dāng)根據(jù)需要按比例分配到電動(dòng)汽車的前后車輪上，以此保證汽車制動(dòng)時(shí)的安全性，防止出現(xiàn)側(cè)滑、抖動(dòng)等現(xiàn)象。第三，為了保證汽車的橫向穩(wěn)定性，加在前后輪上的最大制動(dòng)力應(yīng)不大于其允許的最大值。第四，純電動(dòng)汽車與傳統(tǒng)汽車有很多地方不同，最大的不同便是發(fā)動(dòng)機(jī)被發(fā)電機(jī)取代，與發(fā)動(dòng)機(jī)相配套的液壓泵無(wú)法使用，所以需要與發(fā)電機(jī)相配套安裝的電動(dòng)泵來(lái)使液壓升高，以此來(lái)改變液壓制動(dòng)系統(tǒng)輸出的力矩。第五，為了提高電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回饋發(fā)電及液壓制動(dòng)系統(tǒng)的可靠性，電動(dòng)汽車的制動(dòng)系統(tǒng)需要安裝防止制動(dòng)失效的裝置，所以系統(tǒng)一般采用雙管路制動(dòng)以保證安全。純電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回饋發(fā)電及液壓制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)力分配的具體步驟如下：當(dāng)車輛開始制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)方面的電子處理器即得到制動(dòng)信號(hào)，使制動(dòng)液壓增加產(chǎn)生所需要的制動(dòng)力，并且制動(dòng)能量回饋發(fā)電方面的電子處理器也得到制動(dòng)能量回收的信號(hào)。制動(dòng)控制系統(tǒng)與電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)相結(jié)合，確定電動(dòng)汽車上的制動(dòng)回收力矩和前后輪各自的液壓制動(dòng)力以保證平衡。3系統(tǒng)硬件的總體設(shè)計(jì)3.1硬件的總體方案純電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回饋發(fā)電及液壓制動(dòng)系統(tǒng)的控制器設(shè)計(jì)首先需要充分考慮純電動(dòng)汽車制動(dòng)的功能需求，以及控制器與其它子系統(tǒng)的電子控制單元的通信能力，硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示：AT89C52單片機(jī)AT89C52單片機(jī)電源模塊外部存儲(chǔ)模塊外部存儲(chǔ)模塊復(fù)位電路、晶振和芯片啟動(dòng)電路復(fù)位電路、晶振和芯片啟動(dòng)電路輸出驅(qū)動(dòng)模塊輸出驅(qū)動(dòng)模塊CAN收發(fā)通訊模塊CAN收發(fā)通訊模塊模擬量采集模塊模擬量采集模塊開關(guān)量采集模塊開關(guān)量采集模塊圖3：純電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回饋發(fā)電及液壓制動(dòng)控制系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì)圖3：純電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回饋發(fā)電及液壓制動(dòng)控制系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì)本系統(tǒng)硬件上主要由單片機(jī)模塊、外部存儲(chǔ)模塊、輸出驅(qū)動(dòng)模塊、模擬量采集模塊、CAN通訊模塊、電源模塊和開關(guān)量采集模塊組成。系統(tǒng)需要的具體功能主要有以下幾項(xiàng)，首先是汽車駕駛需求的信息采集功能，其次是車輛狀態(tài)信息處理功能，然后是整車能量管理功能，最后是控制信息輸出功能。3.2單片機(jī)模塊本系統(tǒng)控制器的控制芯片采用單片機(jī)AT89C52。它是一種帶4k字節(jié)Flash只讀程序存儲(chǔ)器的8位通用微處理器，也就是單片機(jī)。在制動(dòng)能量回饋發(fā)電控制系統(tǒng)中，單片機(jī)模塊需要擁有以下功能：與外部存儲(chǔ)器等模塊相連接的雙向I/O接口，較大可反復(fù)擦寫的Flash空間，處理車速傳感器傳來(lái)信號(hào)的計(jì)數(shù)器，通過(guò)CAN網(wǎng)絡(luò)與其他子系統(tǒng)交流的數(shù)據(jù)處理器。對(duì)于這些功能，單片機(jī)AT89C52都能滿足。本文采用AT89C51單片機(jī)作為純電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回饋發(fā)電及液壓制動(dòng)控制系統(tǒng)的控制核心，滿足對(duì)各模塊的控制要求。它主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)各模塊間的協(xié)調(diào)工作，通過(guò)各傳感器獲取制動(dòng)開關(guān)與鑰匙信號(hào)等信息，對(duì)信息進(jìn)行處理，輸出相應(yīng)的信號(hào)控制制動(dòng)能量回饋發(fā)電及液壓制動(dòng)系統(tǒng)的開關(guān)，同時(shí)通過(guò)車速檢測(cè)模塊測(cè)得電動(dòng)汽車當(dāng)前車速反饋至微處理器，結(jié)合相應(yīng)控制策略，對(duì)液壓系統(tǒng)和制動(dòng)能量回饋發(fā)電系統(tǒng)分別分配的制動(dòng)力進(jìn)行調(diào)整，使汽車能夠安全、有效的實(shí)現(xiàn)制動(dòng)功能。3.3電源模塊電源模塊主要為制動(dòng)能量回饋發(fā)電控制系統(tǒng)各模塊正常工作提供所需要的電源，所以一個(gè)好的電源模塊是電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回饋發(fā)電控制系統(tǒng)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)。對(duì)于電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回饋發(fā)電及液壓制動(dòng)控制系統(tǒng)，選擇合適的電源模塊尤為重要。首先，我們應(yīng)當(dāng)根據(jù)電路及其他模塊需要的電流、電壓大小等方面來(lái)考慮，選擇一種電源；然后對(duì)選擇的電源進(jìn)行測(cè)試，觀察該電源模塊是否滿足我們期望的性能；最后也是最重要的一點(diǎn)就是，要保證該電源模塊的可靠性和安全性，因此最好選用已經(jīng)被廣泛應(yīng)用且被證明過(guò)技術(shù)成熟的電源。一般純電動(dòng)汽車使用的蓄電池的電壓為12V，本文的電源模塊便基于12V蓄電池來(lái)做設(shè)計(jì)。本文的電源模塊設(shè)計(jì)基于以上考慮，采用福特?？怂闺妱?dòng)汽車使用的12V車載蓄電池。3.4開關(guān)量采集模塊電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回饋發(fā)電及液壓制動(dòng)系統(tǒng)的控制器需要采集的開關(guān)量主要有車速大小、制動(dòng)開關(guān)與鑰匙信號(hào)等，這些開關(guān)量的采集主要是通過(guò)使用各種傳感器，比如車速的采集是通過(guò)轉(zhuǎn)速傳感器，制動(dòng)開關(guān)時(shí)電流傳感器。采集后將這些傳感器信號(hào)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)，這些開關(guān)量的采集對(duì)于控制器及其重要。能夠作為控制器控制電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回饋發(fā)電及液壓制動(dòng)系統(tǒng)的依據(jù)。開關(guān)量中最重要的是車速大小值的采集，車速信號(hào)基本上是由汽車上的轉(zhuǎn)速傳感器進(jìn)行采集，雖然汽車上其他子系統(tǒng)是能夠?qū)囁傩盘?hào)進(jìn)行采集的。但是控制器還是需要專門采集車速信號(hào)，原因有兩個(gè)：一是因?yàn)槠嚿掀渌酉到y(tǒng)發(fā)送過(guò)來(lái)車速信號(hào)需要通過(guò)通訊裝置傳遞，因此會(huì)有一定延遲，但是車速每時(shí)每刻都在變化，這樣會(huì)導(dǎo)致采集到的信號(hào)不準(zhǔn)確，而控制器直接采集車速信號(hào)，能夠保證信號(hào)的準(zhǔn)確性;二是防止其它子系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題，車速信號(hào)不準(zhǔn)確使系統(tǒng)出現(xiàn)錯(cuò)誤的控制，造成安全隱患。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用磁電式輪速傳感器檢測(cè)車速。本系統(tǒng)采用的單片機(jī)AT89C52附帶的定時(shí)器模塊擁有快速的實(shí)現(xiàn)定時(shí)、計(jì)數(shù)以及脈沖產(chǎn)生和脈沖計(jì)算等功能。磁電式輪速傳感器傳出的信號(hào)為有一定幅值、頻率的電勢(shì)脈沖，考慮到無(wú)用信號(hào)干擾的原因，信號(hào)在進(jìn)入單片機(jī)之前，脈沖頻率較高，應(yīng)先經(jīng)過(guò)高速光藕。在高速光藕中，電勢(shì)脈沖經(jīng)過(guò)分壓和濾波以后，才能進(jìn)入到單片機(jī)中。然后通過(guò)單片機(jī)的定時(shí)器模塊的計(jì)算，便能準(zhǔn)確采集到每秒鐘產(chǎn)生的脈沖個(gè)數(shù)，也就是脈沖的頻率。脈沖信號(hào)的頻率反映了車輪旋轉(zhuǎn)的快慢，也就是車速大小，可以作為控制權(quán)的決策依據(jù)。3.5模擬量采集模塊模擬量采集模塊一般主要由各類傳感器和A/D模塊組成。電動(dòng)汽車上的模擬量信號(hào)非常多，而模擬量采集模塊需要做的是通過(guò)傳感器將這些信號(hào)采集進(jìn)來(lái)。這些模擬信號(hào)中有很多都非常重要，屬于必須要采集的部分，比如加速踏板的開度、輔助電池電壓、制動(dòng)踏板開度和制動(dòng)缸的壓力等等。這些信號(hào)大多由傳感器采集，得到的信號(hào)通過(guò)A/D模塊通道，輸入單片機(jī)。A/D模塊一般能夠?qū)崿F(xiàn)以下功能：擁有三個(gè)轉(zhuǎn)換請(qǐng)求方式，包括外部事件觸發(fā)請(qǐng)求、自動(dòng)掃描請(qǐng)求、可編程隊(duì)列請(qǐng)求，可以對(duì)大多數(shù)情況進(jìn)行應(yīng)對(duì);（2）有16路模擬量輸入通道，能夠輸入眾多模擬量信號(hào);（3）兩個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器之間能夠?qū)崿F(xiàn)同步采樣和并行轉(zhuǎn)換的功能，可以進(jìn)行某些特殊應(yīng)用;（4）能夠?qū)Σ杉男﹤鞲衅鱾鱽?lái)的信號(hào)進(jìn)行選擇，同時(shí)對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行處理，這將能夠有效的減輕中央處理器的負(fù)擔(dān)。本文采用的AT89C52單片機(jī)通用設(shè)備中的一種A/D模塊，型號(hào)為

HI1175JCB5，這種A/D采樣模塊中，設(shè)計(jì)合理的模擬量信號(hào)采集電路能夠保證模擬量采集的穩(wěn)定性，與此相適應(yīng)的控制程序則能夠保證制動(dòng)能量回饋發(fā)電及液壓制動(dòng)系統(tǒng)控制器A/D模塊采樣的準(zhǔn)確性，最后還能對(duì)傳感器傳來(lái)的信號(hào)進(jìn)行選擇，減輕CPU的負(fù)擔(dān)。一般狀況下，汽車上通過(guò)傳感器采集的模擬量信號(hào)都不能直接被單片機(jī)采集，因?yàn)橥ǔ鞲衅鞑杉男盘?hào)中含有大量無(wú)用信號(hào)，或者信號(hào)很微弱，需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)化。所以在本文制動(dòng)能量回饋發(fā)電及液壓制動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，模擬量信號(hào)進(jìn)入控制器以后，先要經(jīng)過(guò)濾波電路，濾去無(wú)用信號(hào)和一些雜波，然后才能進(jìn)入單片機(jī)的A/D采集通道，最終通過(guò)A/D模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，作為重要控制因素送入控制器儲(chǔ)存空間。3.6輸出驅(qū)動(dòng)模塊純電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回饋發(fā)電及液壓制動(dòng)系統(tǒng)的控制器需要輸出的信號(hào)主要有指示燈驅(qū)動(dòng)信號(hào)、繼電器驅(qū)動(dòng)信號(hào)等，并且驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電流和指示燈繼電器驅(qū)動(dòng)對(duì)電流大小的要求不同，繼電器所需驅(qū)動(dòng)電流通常大于0.5A，指示燈所需的驅(qū)動(dòng)電流通常小于200mA。而單片機(jī)的最大輸出驅(qū)動(dòng)電流不超過(guò)l0mA。這些電器設(shè)備所需的電流大小各不相同，需要我們采取一些措施來(lái)使輸出驅(qū)動(dòng)模塊正常運(yùn)轉(zhuǎn)。我們采用的方法是用多個(gè)三極管組成放大電路，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電流通過(guò)這些三極管組成的放大電路時(shí)，電流大小會(huì)根據(jù)需要被放大電路增加，以達(dá)到驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備的目的。但采用這種方式將有一定缺點(diǎn)，由于不同的驅(qū)動(dòng)電流需要選擇不同的三極管，因此控制輸出驅(qū)動(dòng)模塊的電路結(jié)構(gòu)會(huì)變得比較復(fù)雜。本文采用以福特福克斯電動(dòng)汽車的車載功率驅(qū)動(dòng)芯片LMD18245為核心的功率驅(qū)動(dòng)模塊。該款功率驅(qū)動(dòng)芯片功能強(qiáng)大，且被大量投入市場(chǎng)，因此技術(shù)成熟，可靠性強(qiáng)，能夠滿足系統(tǒng)控制器對(duì)于系統(tǒng)上各種外圍設(shè)備的驅(qū)動(dòng)要求。這樣的設(shè)計(jì)能夠使電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易控制，同時(shí)提高輸出驅(qū)動(dòng)模塊的可靠性。3.7外部存儲(chǔ)模塊設(shè)計(jì)本文采用的AT89C52單片機(jī)具有最高8Kb的RAM空間大小以及4Kb的Flash空間，空間不大，無(wú)法存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)。而在實(shí)際應(yīng)用中還有大量數(shù)據(jù)對(duì)系統(tǒng)控制器有用，特別是一些參數(shù)，例如蓄電池容量、最高車速以及制動(dòng)踏板狀態(tài)等，這些參數(shù)很多都是控制器控制系統(tǒng)的重要依據(jù)，所以都需要保存，但是如果都存放在Flash空間之中，將會(huì)使Flash空間大大減少，控制器功能無(wú)法快速實(shí)現(xiàn)。為了能夠滿足這些參數(shù)和程序的存儲(chǔ)需求，整車控制器的單片機(jī)需要增加存儲(chǔ)空間以存放這些靜態(tài)參數(shù)?？紤]到各種適用的存儲(chǔ)器中只有Flash和EEPROM這兩種的擦寫比較容易，并且EEPROM同時(shí)具有擦除能力與單字節(jié)編程功能。還有，EEPROM通信數(shù)據(jù)線只有四根，分別是時(shí)鐘線、片選線、數(shù)據(jù)輸出和數(shù)據(jù)輸入，只占用4個(gè)I/O接口，十分方便;但使用Flash存儲(chǔ)器的話，其通信數(shù)據(jù)線較多，單片機(jī)上的管腳數(shù)量不夠多，需要外接管腳，這會(huì)大大增加我們的工作量，同時(shí)使電路變得復(fù)雜，因此外部存儲(chǔ)通常我們采用EEPROM芯片。由于以上原因，本系統(tǒng)的外部存儲(chǔ)器主要采用EEPROM作為存儲(chǔ)芯片。EEPROM芯片的存儲(chǔ)空間有16K，能夠滿足本文制動(dòng)能量回收系統(tǒng)控制器對(duì)于靜態(tài)參數(shù)以及各種程序的存儲(chǔ)需求。在外部存儲(chǔ)器與單片機(jī)之間的通信交流將通過(guò)AT89C52的串口來(lái)實(shí)現(xiàn)，此通信模式的具體表現(xiàn)為數(shù)據(jù)的收發(fā)線獨(dú)立，數(shù)據(jù)位的收發(fā)與時(shí)鐘信號(hào)同步。串口通信系統(tǒng)采用全雙工模式，特點(diǎn)是一個(gè)主機(jī)可以同時(shí)和多個(gè)從機(jī)通信，非常適合控制器中的各個(gè)外部低速元器件之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信交流。本系統(tǒng)的EEPROM存儲(chǔ)芯片將采用256*16的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)功能。3.8CAN通信模塊設(shè)計(jì)在當(dāng)前技術(shù)狀況下，CAN網(wǎng)絡(luò)是制動(dòng)能量回收系統(tǒng)控制系統(tǒng)中動(dòng)力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖罴淹緩剑瑫r(shí)由于CAN網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)已成熟，被廣泛應(yīng)用，因此可靠性極高，而制動(dòng)能量回饋發(fā)電制動(dòng)系統(tǒng)控制器的CAN網(wǎng)絡(luò)能否準(zhǔn)確穩(wěn)定的傳輸數(shù)據(jù)是純電動(dòng)汽車的高性能和安全的保障。在本文的純電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回饋發(fā)電及液壓制動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，CAN網(wǎng)絡(luò)是控制器與其他電動(dòng)汽車子系統(tǒng)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的最主要的通道。其主要特點(diǎn)如下：（1）CAN模塊在應(yīng)用上的兼容性很強(qiáng)大，能夠同時(shí)兼容多個(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議;（2）CAN模塊最高有256個(gè)消息對(duì)象，每一個(gè)對(duì)象都能夠分配給任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)，使信息快速準(zhǔn)確傳遞，能夠同時(shí)設(shè)置兩節(jié)點(diǎn)互相接收或者發(fā)送信息;（3）CAN模塊帶有消息緩沖功能，能夠與消息對(duì)象相結(jié)合，以此直接實(shí)現(xiàn)兩個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)之間信息的互相傳輸;（4）CAN模塊擁有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)接收處理能力，能夠進(jìn)行接收信息濾波，過(guò)濾無(wú)用信號(hào);（5）CAN模塊擁有中斷處理模塊功能，有16個(gè)中斷輸出可用，同時(shí)能夠接收信息后對(duì)信息進(jìn)行初步處理。本系統(tǒng)采用的AT89C52的集成CAN模塊，型號(hào)為PCA82C251,這是一種高速CAN網(wǎng)絡(luò)，擁有8個(gè)獨(dú)立的CAN節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)間都能互相接收或者發(fā)送信息，功能非常強(qiáng)大，能夠滿足本系統(tǒng)對(duì)于多路CAN網(wǎng)絡(luò)的性能要求。同時(shí)，CAN模塊PCA82C251擁有獨(dú)立的CAN控制器，所以CAN模塊在設(shè)計(jì)過(guò)程中無(wú)需考慮額外與專門的CAN控制器相連接的情況。而且CAN模塊擁有良好的消息緩沖功能，給控制器對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制留下選擇的余地。4軟件總體設(shè)計(jì)4.1軟件總體流程框圖我們采用模塊化的程序結(jié)構(gòu)作為制動(dòng)能量回饋發(fā)電及液壓制動(dòng)系統(tǒng)的控制程序。為了便于其它模塊調(diào)用，每個(gè)模塊都有相應(yīng)的數(shù)據(jù)接口。主要程序模塊包括：系統(tǒng)初始化模塊、模擬量采集模塊、開關(guān)量采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和其它主要控制模塊。主要功能是對(duì)模擬量采集模塊、開關(guān)量采集模塊采集到的信息進(jìn)行處理完成對(duì)純電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回饋發(fā)電及液壓制動(dòng)系統(tǒng)的控制，具體控制步驟如下：采集模塊信號(hào)輸入主程序采集模塊信號(hào)輸入主程序模塊初始化模塊初始化信號(hào)識(shí)別處理信號(hào)識(shí)別處理開中斷開中斷N信號(hào)有效？N信號(hào)有效？Y有中斷？Y有中斷？YYNN制動(dòng)能量回收系統(tǒng)是否開啟？等待制動(dòng)能量回收系統(tǒng)是否開啟？等待Y制動(dòng)能量回收系統(tǒng)程序開關(guān)打開Y制動(dòng)能量回收系統(tǒng)程序開關(guān)打開N輸出驅(qū)動(dòng)模塊N輸出驅(qū)動(dòng)模塊N液壓制動(dòng)系統(tǒng)是否開啟？N液壓制動(dòng)系統(tǒng)是否開啟？Y液壓制動(dòng)系統(tǒng)程序開關(guān)打開Y液壓制動(dòng)系統(tǒng)程序開關(guān)打開調(diào)用兩制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)力分配程序微處理器分析制動(dòng)力的分配調(diào)用兩制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)力分配程序微處理器分析制動(dòng)力的分配圖4：總體軟件流程框圖圖4：總體軟件流程框圖總體流程框圖如圖4所示。首先，將系統(tǒng)的各個(gè)模塊進(jìn)行初始化，開啟中斷，如果有中斷信號(hào)產(chǎn)生，則將開關(guān)量采集模塊、模擬量采集模塊等采集模塊發(fā)出的信號(hào)輸入給信號(hào)處理器，如果信號(hào)無(wú)效，則繼續(xù)等待，直到下一次中斷。如果信號(hào)有效，微處理器對(duì)有效信號(hào)進(jìn)行初步處理分析，先判斷是否需要開啟制動(dòng)能量回收系統(tǒng)。不需要就結(jié)束程序，需要就開啟制動(dòng)能量回收系統(tǒng)程序開關(guān)；然后判斷是否需要開啟液壓系統(tǒng)。不需要就直接將程序開關(guān)信號(hào)傳入微處理器，需要就開啟液壓系統(tǒng)程序，將兩段程序一起傳入微處理器。接著，微處理器再對(duì)所需要的傳感器信號(hào)進(jìn)一步處理，比如通過(guò)車速采集模塊判斷車速，以此確定制動(dòng)回收系統(tǒng)是否能提供足夠制動(dòng)效果，如不能便開啟液壓制動(dòng)系統(tǒng)。根據(jù)處理好的信號(hào)，車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等信息，微處理器給出具體的控制策略，調(diào)用控制程序控制兩制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)力的分配，使其制動(dòng)力之和達(dá)到輸出驅(qū)動(dòng)模塊。從而完成對(duì)純電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回饋發(fā)電及液壓制動(dòng)系統(tǒng)的控制。4.2軟件程序調(diào)試我們將使用Proteus軟件對(duì)子功能模塊的程序進(jìn)行簡(jiǎn)單仿真調(diào)試。Proteus是一款在世界范圍內(nèi)都非常有名的軟件，其特點(diǎn)有：（1）功能強(qiáng)大，是目前世界上唯一集電路設(shè)計(jì)、制版及仿真這些功能于一身的仿真模擬設(shè)計(jì)軟件，不僅能對(duì)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析，還能進(jìn)行仿真調(diào)試。（2）提供軟件調(diào)試功能，同時(shí)支持第三方軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，比如Keil、IAR和UNIT等多種軟件。（3）Proteus軟件也能支持眾多主流單片機(jī)仿真，就比如本文所應(yīng)用的8051系列。圖5：制動(dòng)能量回饋發(fā)電系統(tǒng)和液壓制動(dòng)系統(tǒng)開關(guān)控制仿真電路圖圖5：制動(dòng)能量回饋發(fā)電系統(tǒng)和液壓制動(dòng)系統(tǒng)開關(guān)控制仿真電路圖電路圖如上圖5所示，電路中的元器件主要有：?jiǎn)纹瑱C(jī)、壓力傳感器、ADC轉(zhuǎn)化器，顯示屏和一些LED燈泡。此電路圖顯示的是汽車正常剎車減速時(shí)根據(jù)車速大小對(duì)制動(dòng)能量回饋發(fā)電及液壓制動(dòng)系統(tǒng)的控制。首先，汽車上的轉(zhuǎn)速傳感器采集到車速信號(hào)，經(jīng)過(guò)兀型濾波電路，濾去無(wú)用信號(hào)，然后進(jìn)入單片機(jī)被轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，被控制器采集，得到車速大小。剎車與壓力傳感器相連，踩下剎車，從壓力傳感器傳出信號(hào)，經(jīng)A/D模塊傳入單片機(jī)，開始實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)功能，根據(jù)車速大小，此電路圖的具體功能如下：圖6：電路狀態(tài)1圖6：電路狀態(tài)1(1)如上圖6所示，當(dāng)電動(dòng)汽車速度在10km/h以下時(shí)，車速太小，由于制動(dòng)能量回饋發(fā)電系統(tǒng)的制動(dòng)能量回收能力隨著車速的降低而減少，并且速度太小，制動(dòng)能量回饋發(fā)電系統(tǒng)起到作用很有限，考慮電機(jī)的使用壽命等因素，制動(dòng)能量回饋發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)關(guān)閉，傳統(tǒng)液壓起主要作用。所以速度在10km/h以下時(shí),踩下剎車，電力回收制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)閉，而液壓制動(dòng)系統(tǒng)打開。圖7：電路狀態(tài)2圖7：電路狀態(tài)2(2)如上圖7所示，當(dāng)電動(dòng)汽車速度在10km/h到60km/h時(shí)，電動(dòng)汽車的動(dòng)能足以為驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供能量來(lái)產(chǎn)生汽車需求的制動(dòng)力矩，不需要液壓制動(dòng)系統(tǒng)的輔助。所以踩下剎車時(shí)，電力回收制動(dòng)系統(tǒng)打開，液壓制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)閉。圖8：電路狀態(tài)3圖8：電路狀態(tài)3（3）如上圖8所示，當(dāng)電動(dòng)汽車速度在60km/h以上時(shí)，儲(chǔ)能器被完全充滿，制動(dòng)能量回饋發(fā)電制動(dòng)系統(tǒng)達(dá)到了最大輸出功率，但汽車制動(dòng)需要的制動(dòng)力大于制動(dòng)能量回饋發(fā)電系統(tǒng)能夠提供的最大制動(dòng)力，所以不能完全滿足汽車的制動(dòng)力需求，需要液壓制動(dòng)系統(tǒng)的輔助。所以液壓制動(dòng)系統(tǒng)和電力回收制動(dòng)系統(tǒng)同時(shí)開啟。結(jié)論本文主要研究純電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回饋發(fā)電液壓制動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要介紹了純電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回饋發(fā)電液壓制動(dòng)系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)原理，并給出了系統(tǒng)的硬件總體設(shè)計(jì)與軟件總體設(shè)計(jì)。系統(tǒng)硬件上主要由單片機(jī)模塊、外部存儲(chǔ)模塊、輸出驅(qū)動(dòng)模塊、模擬量采集模塊、CAN通訊模塊、電源模塊和開關(guān)量采集模塊組成，軟件上，本文給出了系統(tǒng)的流程圖算法并進(jìn)行分析。同時(shí)畫出子功能模塊電路圖，也就是制動(dòng)能量回饋發(fā)電系統(tǒng)和液壓制動(dòng)系統(tǒng)開關(guān)控制仿真電路圖，電路中的元器件主要有：?jiǎn)纹瑱C(jī)、壓力傳感器、ADC轉(zhuǎn)化器，顯示屏和一些LED燈泡，通過(guò)系統(tǒng)軟件硬件的協(xié)調(diào)作用，在Proteus仿真軟件上運(yùn)行成功。由于本人水平有限，本次設(shè)計(jì)有著許多不足之處，需要進(jìn)一步改進(jìn)和完善。比如在純電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回饋發(fā)電液壓制動(dòng)系統(tǒng)中，制動(dòng)能量回饋發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的制動(dòng)力及液壓系統(tǒng)產(chǎn)生的制動(dòng)力具體如何分配；如何保控制系統(tǒng)的可靠性等等。制動(dòng)能量回饋發(fā)電液壓制動(dòng)系統(tǒng)的任何差錯(cuò)都有可能造成車毀人亡的嚴(yán)重后果，所以我們需要更加嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度和更高的知識(shí)水平來(lái)實(shí)現(xiàn)純電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回饋發(fā)電及液壓制動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。致謝從畢業(yè)設(shè)計(jì)課題確定已經(jīng)三個(gè)多月過(guò)來(lái)了，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的工作已經(jīng)到了收尾階