摘 要

本文的研究对象是一款用于新加坡地下管网系统的电动工程车Tunnel maintenance vehicles (TMV)，本文的主要研究的是此款工程车的整车控制系统。

整车控制系统是电动汽车的“指挥中心”，它肩负着驾驶意图识别、转矩分配、能量管理、故障检测、协调各系统等的重要使命。整车控制系统的性能好坏直接影响着电动车的性能好坏。整车控制系统包括电机控制器（MCU）、整车控制器（VCU）、电池管理系统（BMS）等，而本文研究的重点是整车控制器,针对目标工程车的运行环境制定了合适的控制策略，并运用Matlab/Simulink软件进行控制策略的模拟仿真，并对仿真结果进行了分析。

硬件方面，针对控制器的电路原理、装配外壳以及相关的传感器进行了设计。

关键词：整车控制器；模糊控制；CAN总线；Matlab/Simulink；外壳；传感器

Abstract

This paper is a tunnel maintenance vehicle (TMV) for the underground pipe network system in Singapore. The main research task of this paper is the vehicle control system of this engineering vehicle. For the vehicle control system, this paper states from the hardware and software.
Vehicle control system is the electric car "command center", it shoulders the driving intention recognition, the torque distribution, the energy management, the breakdown detection, the coordination system and so on the important mission. The advantages and disadvantages of vehicle control system directly affect the advantages and disadvantages of electric vehicles. The vehicle control system includes vehicle control unit (VCU), motor control unit (MCU), battery management system (BMS) and so on. The main contents of this paper are vehicle controller, which is suitable for the control of the target vehicle. The simulation strategy is simulated by Matlab / Simulink software, and the simulation results are also analyzed.

In the hardware aspect, the controller circuit, the shell and the relevant sensors were designed

Key words: vehicle control unit; fuzzy control; CAN bus; Matlab / Simulink；Shell；Sensor

目 录

摘 要 3

Abstract 4

第1章 绪论 5

1.1 研究背景 5

1.2 国内外研究现状 5

1.2.1 国外研究现状 5

1.2.2 国内研究现状 6

1.3 研究目的及意义 7

1.4 文章结构及主要内容 7

第2章 整车控制系统及其功能 9

2.1 整车控制系统各组成的作用 9

2.1.1 电机控制器 9

2.1.2 能量管理系统 10

2.1.3 整车控制器 10

2.2整车控制逻辑 10

第3章 整车驱动控制 13

3.1 设计要求及电机参数 13

3.2 驱动控制策略设计计算 13

3.2.1 起步模式 13

3.2.2 加速模式 14

3.2.3 制动模式 21

第4章 整车控制器硬件 22

4.1 最小系统 13

4.1.1 电源模块 23

4.1.2 时钟电路 23

4.1.3 复位电路和BDM 24

4.2 开关量输入 24

4.3 脉冲量输入 24

4.4 模拟量输入 25

4.5 CAN通讯模块 26

4.6 控制器外壳 27

第5章 结论与展望 29

5.1 结论 29

5.2 展望 29

参考文献 30

致谢 13

第1章 绪论

1.1 研究背景

1886年，人类发明了汽车，一个新的时代从此到来。在汽车发明之后的一百多年来，汽车的数量呈现爆炸式的增长。仅就中国来说，截至2016年年底，全国内燃机车保有量达到了1.94亿辆^[1]。如此数量庞大的汽车数量需要消耗大量的燃油，同时由于中国的汽油品质不高，燃烧之后的燃料向大气中排放了大量的有害气体，对环境造成了无法估量的损坏。除此之外，石油资源短缺的问题也越来越严重。作为新能源汽车中非常重要的一款车型，纯电动汽车具有行驶安静、能源利用率高、低污染、零排放的优点，已经成为解决内燃机车所带来的诸多问题的重要手段之一^[2]。

在设计电动车的整车控制系统之前必须要先了解电动车的特性：

1）内燃机车以发动机为动力源，而电动车以电机为动力源。传统的汽车因为发动机功率大，可以带动很多辅助的车载电器设备，比如车用空调、发电机、真空助力装置等。然而，电动车由于电机的功率有限，上述的辅助电器必须独立供电^[3]。

2）发动机的持续运行必须要维持一定的转速，需要设置怠速模式，而电动机则非常灵敏，几乎是通电就可以带动车辆转动，可以维持车辆以很低的速度运行。也正因为如此，对于结构简单的电动车，甚至可以不需设置变速器。

3）由于电动机和发电机可以相互转化，利用此可以设计能量制动回收功能，节省电能，这是电动车的一大优势之一。

就纯电动车的结构功能来说，大致可以分为四个部分，即动力储能装置、动力驱动系统、车体总成以及整车控制系统。其中，整车控制系统占据着极其重要的地位。它是整个电动汽车能够平稳、高效运行的关键，是电动车的“神经中枢”。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

与汽车工业的整体发展一样，电动车整车控制系统的发展也是欧美日等西方发达国家比较领先。在长时间的发展过程中，形成了一个完整、成熟的生产标准。一般来说国外的零部件厂商一般负责VCU的底层软件和硬件开发，而整车厂则负责应用层软件的开发。除了一些专门从事电动车或者汽车电子的厂商参与了整车控制系统的研发，如博世、特斯拉等，一些传统的内燃机车生产制造商也在紧跟时代的步伐，投入了大量的资金用于整车控制器的开发。也因为整车控制器的研发成本高，周期长，并且投入和回报不一定成正比，整车控制器的核心技术也成为了各大厂商的商业机密。

整车控制器的研究核心内容包括驾驶员意图的识别、整车通信技术、制动能量回馈技术、行驶转矩分配、故障检测技术等。在这些技术中，整车通信和行驶转矩分配是比较核心的，也是各大厂商的研究重心。