电动汽车驱动控制系统设计与研究--毕业设计.doc

单位代码 0 2
学 号
分 类 号 TH6
密 级

毕业设计说明书

电动汽车驱动控制系统设计与研究

院（系）名称
工学院机械系
专业名称
机械设计制造及其自动化
学生姓名

指导教师

黄河科技学院毕业设计说明书 第 33 页

电动汽车驱动控制系统设计与研究
摘 要
电动汽车代表一种新型清洁能源汽车，具有无污染，高效清洁，噪声低的特点。而四轮独立驱动电动汽车是电动汽车行业发展的重要方向，其关键技术研究主要包括驱动控制系统、整车控制和稳定性控制。汽车驱动控制技术是制约其发展的至关重要技术，因其理想的控制特性和广阔的应用前景，已经成为研究热点。
文章分析了电动汽车的国内外发展现状，对一些驱动控制方案的若干问题做了理论及其实际研究分析，设计出了以数字信号处理器和单片机的作为核心的驱动控制系统。主要有以下几个部分：首先，本文分析了电动汽车的国内外发展现状及四轮独立驱动技术的特点，而且研究了电动车永磁无刷直流电机的选择及控制方法；其次，为了实现良好的动力性能和操控稳定性，设计了四轮独立驱动的驱动控制研究方案；然后，在此研究方案的基础上，进行了基于DSP和单片机的多CPU控制（包括软、硬件设计）的整车驱动控制系统设计；最后，通过基于滑移率的模糊控制最优法，对电动汽车车轮滑移率进行实时有效地精确检测调控，实现对电动汽车驱动系统的操控灵活性及稳定性控制。

关键词：四轮独立驱动，电动汽车，模糊控制，控制系统，永磁无刷直流电机

The study and design of electric vehicle drive control system

Abstract
Electric cars on behalf of a new type of clean energy vehicles, has no pollution, high efficiency cleaning, low noise characteristics. The four-wheel independent drive EV is the important direction of the electric car industry development, and the key technology research mainly includes the drive control system, the vehicle control system and stability control system. The electric vehicle drive control technology is crucial that limit the development of the technology, because of its ideal control properties and broad application prospects, has become a hot research topic. Four-wheel independent drive electric vehicle are analyzed in this paper the status quo at home and abroad, the four-wheel independent drive electric vehicle control system of DSP and MCU more CPU done related research on several issues, do to drive control system theory and the practical analysis. The following mainly four parts:
The passage first analyzes the current situation of the development of electric vehicles at home and abroad and the characteristics of four-wheel independent drive technology, the electric car permanent magnet brushless DC motor selection, control method and electric vehicle dynamic characteristics of the corresponding research. Secondly，In order to achieve good dynamic performance and control stability, and design a four-wheel independent drive control study plan. and has carried on the simulation and experimental validation to the overall system. Then on the basis of the research plan, carries on the multiple CPU control based on DSP , including software and hardware design, the vehicle drive control system design. Finally, by the optimal method of fuzzy control based on slip ratio, the electric car wheel slip ratio in real-time accurate detection control effectively, realize the control of electric vehicle drive system flexibility and stability control.

Key words: four-wheel independent drive, electric cars, fuzzy control, the control system, the permanent magnet brushless DC motor.

目录
1 绪 论 1
1.1背景及研究意义 1
1.2电动汽车的国内外发展状况 1
1.3电动汽车四轮独立驱动技术特点 3
2 轮毂电机驱动控制研究及车轮动力学研究 4
2.1 轮毂电机驱动控制研究 4
2.1.1 轮毂电机的选择 4
2.1.2 永磁无刷直流电动机的控制方法 5
2.1.3 轮毂式无刷直流电机的数学模型 6
2.2 车轮动力学研究 8
2.2.1 车轮胎坐标系 8
2.2.2 车轮滚动阻力 8
2.2.3 附着系数与滑移率 10
3 驱动系统的方案研究 12
3.1 动力驱动系统的选择 12
3.2 整车控制策略研究 12
3.2.1 传统汽车的控制系统 12
3.2.2 电动汽车整体控制策略 13
3.3 电动汽车驱动电机控制策略研究 14
3.3.1 转速控制策略 15
3.3.2 转矩控制策略 15
3.4滑移率状态控制方法 16
4 四轮独立驱动控制系统的设计 18
4.1 控制系统整体概述 18
4.2 系统硬件的设计 19
4.2.1 控制电路组成 19
4.2.2 检测电路 20
4.2.3 电源转换电路 21
4.3 系统软件设计 21
4.3.1 控制系统软件总体构成 21
4.3.2 部分软件功能的实现 22
5 模糊控制在控制系统中的应用 26
5.1电动汽车动力模型的建立 26
5.2模糊控制器的设计 26
5.3系统仿真 27
6 全文总结 29
致谢 30
参考文献 31
附录 33

1 绪 论
1.1背景及研究意义
伴随着全球资源匮乏，能源危机的不断加重，环境污染急剧恶化的问题，严重危及到人类自身生存问题，因而人们逐渐意识到节约资源、保护环境的迫切性，各国政府也鼓励新能源的开发与研究，由于传统燃油汽车的污染严重问题，以清洁能源为动力源的电动汽车技术的发展受到了各界人士日益关注。
自20世纪起，内燃机汽车随社会科学技术的发展，不仅为世界人们的物质生活带来了极大便利[1]，而且为人们的精神生活起到了提升作用，但消耗大量化石燃料并产生污染加剧了人类生存环境恶化程度。当今世界人们对化石燃料资源总量日益短缺的能源危机的要求，牵引着汽车行业必须向能耗低、无污染的绿色方向发展[2]。
我国的汽车行业起步较晚，且发展缓慢远远落后于其他先进国家，但近年来石油能源危机的出现，人们对于环保的要求，各国对电动汽车的开发的技术水平却在同一水平线上，相差不大。从环保和能源角度看，未来电动汽车的发展程度关系到许多产业的兴旺发达[3]，可能成为未来新的经济增长点。在我国，电动汽车更有着特殊的市场环境，电动车是一种较为理想交通工具。如果能抓住契机，大力研究发展电动车，必将有望成为我国支柱产业的新生长点[4]。
本课题通过对电动汽车的核心和基础--四轮独立驱动控制系统，进行研究分析，对于开发电动汽车新技术具有现实意义，对于充分发挥电动汽车控动力性能的优势具有极大指导作用。
1.2电动汽车的国内外发展状况
电动汽车的发展在历史上曾经被搁置了一段时间，但随着国际能源日益耗尽，各国人民能源危机意识逐渐增强，清洁能源的电动汽车的发展又焕发出了蓬勃生机。在电动汽车逐渐发展的过程中，电动汽车大体可以分为三类，即混合动力电动汽车、燃料电池电动汽车和纯电动汽车[5]。上世纪90年代，国际各大汽车集团公司持续开发研制出了多种实用型的科技含量较高的电动汽车，绝大部分受到了广大消费者的欢迎，如通用公司的EVI、本田公司的FCX v3，其中丰田公司较早批量生产的电动汽车——Prius，在清洁环境、节能等方面创造了多个第一[6][7]。
美国、日本等资本主义发达的国家，都积极投入到电动汽车的研发进程中，如今已生产出不同类型的电动汽车，方便了广大人民的不同用途，带给人类巨大的便利。美国政府在上世纪八十年代投入1亿多美金，对电动汽车的各种电子控制核心技术进行了大量的探索和研发，并且取得了巨大得成果，到1995年约有l多万辆电动汽车在市场投入正常使用；德国于1972年也大力开展电动汽车的开发试验工作，当年就制造出几百辆电动汽车[8]；1978年，日本也制定了一系列鼓励发展电动汽车的政策以及许多优惠活动，并且每年向试用区提供试用费，在其国内电动汽车的活动极为浩大。目前电动汽车在全世界己经使用的约4万辆。
近年来，随着电子控制技术、信息技术，汽车核心技术等的不断进步，新型电动汽车技术的发展有了坚实可靠的技术基础。许多汽车公司加紧发展电动汽车的先进技术，不断改进控制技术，提高电动汽车的整体控制性能，电动汽车行业正朝产业化方向一步步迈向前进。
我国汽车行业虽起步较晚，与西方发达国家尽管有不小的差距，但是我们的民族有着积极进取的心态，有着不甘落后的愿望，也希望学习新技术，高科技，让中华民族屹立于世界之巅，为中国人命造福，为世界人民造福。在电动汽车行业，我国与其他国家却平步青云，处于相差不大的水平线上，我国未来汽车工业的存在风险与机遇并存的状况。近几年来，我国汽车行业发展势头正猛，并且日趋高涨，随着政府关于新能源政策的落实，新能源汽车发展取得了非凡的成果。我国电动汽车的标准体系逐渐正规化，同时建立了电动汽车的数据资源库，其中燃料电池轿车累计运行距离可达四千公里，燃料电池客车可连续运行七八千米；纯电动轿车以及电动客车已通过国家有关试验认证，并且在一些城市正式运营。在2002年的第四届上海国际博览会上，“春晖一号”成功展出并荣获“创新奖”，成为此届国际工博会的一个亮点 [10]，它向世界展示了我国的科技研发实力与创新能力。 最近，我国又研制出部分有采用铅酸电池为动力源的样车。
1.3电动汽车四轮独立驱动技术特点
目前，四轮独立驱动的布局型式有两种：一种是电动机为内转子电机，电机与车轮采用轴式联接；另一种是电动机为外转子电机，电机置于车轮内部成为轮毂电机，车轮一般带有轮边减速器。
四轮独立驱动系统的特点[11][12]如下：
第一，传动系统得到进一步减化，整车质量得到减轻。将驱动电机和驱动轮一体化，提高了整体传动效率。
第二，采用了不同于燃油汽车的防抱死制动系统(ABS)、牵引力控制系统（TCS）和稳定性能更好的动力控制系统。
第四，真正实现汽车底盘系统的电子化、主动化。
第三，车轮设有能量制动回收装置，将驱动车轮制动能量回收利用，可大大提高汽车能量利用效率。这对提高电动汽车续驶里程是很重要的。

2 轮毂电机驱动控制研究及车轮动力学研究
轮毂电机驱动在电动汽车领域的应用，不仅是市场上较为新颖的驱动方式，还是驱动控制系统中的关键部件，直接关系到车辆的行驶性能，而且对于其他领域的研究也具重要意义。本章介绍了电机的选择，阐述了轮毂电机的工作原理，对其电机驱动控制方法也进行了进一步的研究。
2.1轮毂电机驱动控制研究
2.1.1 轮毂电机的选择
从结构形式上看，四轮独立驱动方式驱动电动机可分为轴伸式和轮毂式两种。伸式电动机采用一些简单的减速机构，电动机半径受到限制，而轮毂式电动机的尺寸主要受到轮胎直径的限制[13]。
目前，常用的电机主要有：直流电动机、开关磁阻电动机、交流同步电动机和永磁无刷电动机。直流电动机控制方法简单，其调速性能较好，但高速运行时磨损严重，维护不方便；开关磁阻电动机特点是结构简单可靠但它的脉动、噪声较大，还有待进一步改善；交流电动机结构简单容易维护，但功率大的调速系统成本较高；无刷直流电动机具有良好调速运行特性，可靠性高、寿命长、免维护的特点，适用于宽调速范围的电力驱动系统，其优良的性能用于电动汽车较为理想。
电动汽车在实际中需有极好的实用操控性能，同时还必须具有体积小、质量轻和能量利用率高的特点，通过比较几种电机，本文适合选用轮毂式无刷电动机作为目标驱动电机。轮毂式电动机包括电动机本体、位置传感器和电子开关线的原理图如图如下。

图2-1永磁无刷直流电动机原理图
三个光敏元件VPl、VP2、VP3的相对位置各相差120度。旋转遮光板遮挡照射光线依次投在各个器件上，根据光线照射感应情况可以判断转子的准确位置[14]。当元件VPl随着转子的旋转被遮光板周期照射时，M1呈导通状态，转子的磁极顺时针转动。当电动机转了120度后，与旋转轴相连的挡光纸也以相同的速度转动，这样P2处于被照射状态，晶体管M2通断状态变为接通，带动遮光板旋转继续按顺时针方向转动。当转子磁极再转120度后，由遮光板旋转使VP3被照射，晶体管M3呈导通状态，电流流入绕组C，转子磁极继续顺时针旋转，再转过120度后，结束一个周期进行下个循环。如此，随着转子扇形片的转动，由于位置传感器VPl、VP2、VP3的得感应下，各相依次地通电，能够使各个电流的方向变换 [15]。
霍尔位置传感器输出波形如图2-2所示。

图2-2霍尔位置传感器输出波形
2.1.2 永磁无刷直流电动机的控制方法
对永磁轮毂电动机的结构和性能有了详细了解，根据实际情况，我们选择了磁敏式轮毂电动机。一般地，永磁无刷直流电动机的电机采用三相对称绕组，不同的绕组接法和驱动方式将会产生不同的运转性能并且成本也不一样，综合多种因素考虑，我们选择三相星形连接方式。
永磁无刷直流电动机的控制原理如图所示：

图2-3无刷直流电机控制原理图
电动机的电枢绕组为三相星形连接，电动机本体和位置传感器位于同一根轴上，传感器控制系统电路对转轴的位置信号进行检测，转换后产生使电动机转动的驱动信号，各相电机绕组按一定方式互不干扰进行工作，使电动机正常运转。
表2-1中“+”代表电流流入， “-”代表电流流出。

PWM对电机转速的快慢起着重要作用，是精准控制车辆速度的关键[16][17]。
2.1.3 轮毂式无刷直流电机的数学模型
为了方便我们的研究，这里我们简化了模型一般分析，对上述永磁无刷电动机做了一些合理性假设：
（1) 不计涡流和磁滞损耗等问题；（2)不计阻尼线圈的阻尼对电机的影响；（3)将轮毂驱动电机的三相绕组分布设为完全对称且为60度，忽略转子线圈磁阻，则电机的电压方程如下
（2-1）
在三相对称星形电机中有iA+iB+iC=0，因而M *iA+M*iB+M*iC=0， 则式(2-1)也可以表示成：
（2-2）
式中eA、eB、eC表示三相电机定子感应电动势；UA、UB、UC和iA、iB、iC分别是三相电流和电压；M为互感；L为自感；P表示微分算子；Rs表示定子绕组的相电阻。 那么由式(2-2)可以得到如下的等效电路图：

图2-4永磁无刷直流电机等小电路图
电磁转矩方程式为：
Te=(eAiA+ eBiB+ eCiC)/w （2-3）
机械方程为：
Te –Tl=J （2-4）
式中J表示系统的转动惯量，L表示负载转矩，W为机械角速度[18]。
轮毂式直流电动机虽然具有良好调速性能，可靠性能、免维护的特点，但在实际换向过程中有转矩波动，并且当电压不断减小时，它实际输出的力矩比人们期望的理想值要低。下面三个图分别给出了永磁无刷电机、有刷电动机和内燃机的转速-转矩特性曲线之间的差异。

图2-5永磁无刷直流电机 图2-6永磁有刷直流电机 图2-7内燃机
2.2车轮动力学研究
2.2.1 车轮胎坐标系
轮胎接触的作用面对轮胎的有效作用力对车辆影响较大，对轮胎受力分析可以传统汽车轮胎的受力情况为参考。下图是根据美国SAE学会较为常用的坐标系，地面对轮胎作用有三个力矩和三个力，轮胎滚动时有两个重要的角度，侧偏角ɑ和外倾角ɤ [19]。

图2-8轮胎受力坐标系
2.2.2 车轮滚动阻力
由于车轮轮胎与地面接触，实际接触面极其复杂，因此轮胎表面受到的阻力没有规律，分布也不均匀。一般地，对轮胎阻力有显著影响的因素主要有：路面情况、轮胎、车轮材料等。由于作用力分布的滞后现象，会是作用在轮胎的后部小于前部。示意图如下：

图2-9地面对车轮阻力图
车轮纯滚动时，阻力随作用在轮胎上的载荷N而改变，车轮滚动时，由地面对车轮的滚动阻力可表示为：
ƒƒg = kƒ N （2-5）
其中，ƒƒg为阻力系数。设车轮半径、纯滚动的接地电阻转矩可以表示如下：
Tƒg = ƒƒg R （2-6）
车轮的全部滚动阻力为：
ƒf ≈kƒ N cosa：+ƒsina= ƒƒg cosa+ƒsina （2-7）
当侧偏角相当小时阻力可表示为： ƒ= ka a （2-8）
于是有： ƒf= ƒƒg+ ka a2 （2-9）
汽车车轮做纯滚动阻力时，滚动阻力很小，通常滚动阻力作用系数取kƒ≈0.13～0.18。为了方便，我们将多种因素综合起来统一简化为综合滚动系数 ，滚动阻力又可表示为：
ƒƒp= kƒpN （2-10）
表2-2不同状况的摩擦系数
2.2.3 附着系数与滑移率
轮胎与接触面间的作用力受到附着系数的影响很大。利用附着系数是在保证车轮不抱死的情况下最大的驱动动力。若路面附着系数较小时，汽车制动时就会长生较大滑移距离，就会使轮胎在路面上的磨擦损耗更加厉害，这大大降低了汽车的动力性能，大大降低驱动汽车的稳定性和安全性，因此合适的附着系数对于提高汽车的动力性、安全性意义重大。
若车轮上要传递比较大的驱动力矩或制动力矩会出现“打滑”现象。当v=vx时，相对接触面线速度为零，轮胎处于完全滚动状况；当v<vx时，处于两种混合状况；当v>vx，轮胎则处于打滑的状况。
滑移率λ= *100% （2-11）
式中，v为车体速度，vx为车轮的速度。
滑移率λ和附着系数µ的关系如图2-10。图中µ-λ曲线性质如下：
(1)在λ=0～15％之间，µ随λ线性增长；
(2)在λ=15％～30％之间，µ值可达到最大值µP；
(3)在λ=30％～100％之间呈曲线下降趋势，当λ=100％时µ值降为µG。

图2-10滑移率与附着系数的关系曲线

当滑移率为0时，侧向附着系数却最大接近0.2，此时横向稳定性能较好，不宜发生滑移；当滑移率为l时，侧向附着系数减为最小几乎为0，此时汽车极有可能会发生侧向滑移。因此，从侧向稳定性上考虑，车轮的纵向滑移率越小越好。

3驱动系统的方案研究
3.1动力驱动系统的选择
电动汽车的动力系统布局主要为两大类：分散式和集中式，集中式是市场最为普遍的形式。
多电机布局的方式是布置多个驱动电机，各个电机利用传动半轴把转矩分别相应传给各个驱动车轮。如果能让轮毂同驱动电动机两者之间直接结合，便成为下图所示的轮毂电机。下面有两种这样的结构布置：

图3-1多电机独立驱动：半轴传动(左)与电动轮驱动(右)
采用多电机均匀布置形式使汽车内部内空间有了更多的可变动性，有利于控制电动汽车的稳定性和舒适性，处于提高电动汽车综合性能方面及节约成本费用等[20][21]的考虑，这里我们选择多电机均匀布置形式。
3.2整车控制策略研究
3.2.1 传统汽车的控制系统
传统汽车主要是通过对油门踏板和方向盘进行操控来实现汽车的整体控制的。图3-2为汽车转向示意图，左前轮转角为θ1，右前轮相应的的转角为θ2。

图3-2汽车转向示意图
示意图分析的几何关系如下所示：
l=c (3-1)
r= (3-2)
θ= (3-3)
θ2= (3-4)
w= (3-5)
式中，w为转向角速度，v为汽车运动速度。
通过分析可知，可根据方向盘的旋转角度可以确定运行速度及角速度，然后分析油门对传统汽车行驶状态的影响。而油门作用就是控制供油量的多少，来控制驱动力的变化大小。
然而，随着技术的发展，人们对汽车动力性、安全舒适性有了较高的要求，传统车上也引进了先进的汽车电子控制技术。但是这些方式都还不是太理想，工程实现过于繁杂[5]。
3.2.2 电动汽车整体控制策略
对电动汽车的控制有电压控制、电流控制，转矩控制等。
表3-1各种控制方式下车辆运行性能。

从表中可以看出，电动机控制方式与传统燃油汽车油门控制产生的输入功率最为接近的。当加速时驱动电机的启动性能要比传统内燃机好，可以以最大转矩加速，提高机械效率，缩短启动时间；电流控制、电压控制、功率控制三者类似。
速度控制具有一定的优势，不仅能够方便地实现能量再生制动，还可以对调节其它变量，使电动汽车的操控性更加良好。速度控制下可以使用智能锁定功能，使车辆根据不同的路面的变化情况自行调节车轮速度，但至今还不完善 [22]。
3.3电动汽车驱动电机控制策略研究
对于系统来说，要对四个驱动电机的运行进行分别控制，之后将信息整合到控制器中，在对各个轮分别调配，从而实现车体整体系统的控制。
对于每台电动机的控制，下面做出了分析，理想的的恒功率特性公式即：
Tw=const (3-6)
在工程中输出特性如下图所示。

图3-3理想车辆的驱动特性 图3-4内燃机的驱动特性
对传统车辆来说，转速控制范围较窄，假设传统汽车的变速器有3个档位，图中实线和虚线分别表示不同踏板位置下的驱动特性及外廓线。因此可以看出，踏板在不同特定位置控制不同的前进速度。
3.3.1 转速控制策略
对于电机控制系统，在理论上有一些完善的控制方法，下面讨论在转速控制方面的应用。
根据图3-2，当车体的运动角速度为wc，汽车左前轮的转角为θ1时，四个车轮的速度可以分别表示为：
V1=wc (3-7)
V2=wc (3-8)
V3= cwc (3-9)
V4=(c+2b)wc (3-10)
上式中， l和b为车体的参数，c与转角l和θ1具有函数关系，在具体运动状态下wc也只由车体速度和车轮转角决定。
由于车轮滑移率影响，如果控制多个车轮转速，会使不同车轮之间的滑移率不同甚至出现滑转，那么速度控制在四轮独立驱动控制系统中不宜采用。
3.3.2 转矩控制策略
汽车动力学中，如果能够对驱动电机的转矩实现精确的控制就能使电动汽车的动力特性和稳定特性，用直接转矩方式就能达到很好效果。
从结构方面来看，直接转矩控制能获得较高的精度特性。在控制方法上，DTC系统具有的特点是：不必数学模型的转化，简化了矢量控制的复杂计算；采用双位式控制简化了控制器的结构，结果便于可以直接测得，提高控制系统的直接性；在多变的路况中运行时，可以直接快速的获得调节控制转矩。
在这种技术下，有两种不同类型控制器是用来代替磁滞带调节转矩和磁通的大小，通过生成电压逆变器控制命令。注意的是,不需要解耦机制通量大小和转矩PI控制器可以轻松调节，向量的选择也发生了变化。
感应电动机定子磁通可以估计:
Φds = (3-16)
Φqs = (3-17)
/Φs/ = (3-18)
θs=tan-1（Φqs/Φds） (3-19)
电磁转矩Tem可以遵循:
Tem=p（Φdsiqs-Φqsids） (3-20)
支持电动机的原理是基于一个活动周期内两个相邻活跃向量和两个零矢量之间的切换。它采用空间矢量的概念来计算开关的任务循环。
3.4滑移率状态控制方法
汽车牵引力是电动机输出的动力作用于驱动轮，驱动轮在路面滚动形成推动汽车前进的动力，汽车的动态信息可以通过检测侧向滑动角和摆角速度获得，若要获得滑动角信息，需要使用质量较好的传感检测装置，当在恶劣的天气时还要与其他控制方法共同协调控制，这样不仅控制装置难度大，而且增加了成本，不利于电动汽车在市场上的使用与推广。
由机械动力学原理可知，作用于四轮的垂直载荷分别为：
N1=mg (3-21)
N2=mg (3-22)
N3=mg (3-23)
N4=mg (3-24)
因为离心力所产生的侧向翻转力矩是：
Mx=Fa *h (3-25)
四个驱动轮相应的垂直载荷分别为：
N1 = Nq - Mxb (3-26)
N2 = Nq+ Mxb (3-27)
N3 = Nh - Mxb (3-28)
N 4= Nh+ Mxb (3-29)
其中Nh=，Nq=；因此，所得到的转矩分配比例为：
Kqt（v，θ1）== (3-30)
Kht（v，θ1）== (3-31)
其中Fa=,Mx=Fah
可以证明， 对于汽车θ1<30的转弯和〈0.7的车体情况，以r=估算出转弯半径的相对误差在5％以内，因此可用于工程上。

4 四轮独立驱动控制系统的设计
四轮独立驱动是一种区别于传统和区别于一般电动汽车驱动的新的驱动方式，是对四个独立轮毂电机工作特性合适的控制，将信息综合分析分配到各个动力轮，从而控制整个车辆。
4.1控制系统整体概述
四轮独立驱动控制系统是整个车辆正常行驶及其整体电动汽车调配系统的核心，它将与驱动相关的控制输入信号（如加减速、制动、转向等信号）进行搜集和整理，并且有序的控制各个部分的工作，以获得电动汽车的驱动性能和稳定性能。
驱动控制系统结构框图如4-1所示。

图4-l四轮独立驱动控制系统整体框图
主控制器核心接收从四台电动机的转子位置、转速等信号，通过对这些信号进行信息处理输出作用于驱动电路的驱动信号波。功率电路主要包括电流检测、硬件过流判定和欠压等信号的产生。
4.2系统硬件的设计
4.2.1 控制电路组成
本课题驱动控制系统的硬件部分是个采用具有数字信号处理器（DSP）功能的TMS320F2812电路板芯片与PICl6F73单片机相结合的组合方式作为控制电路的核心。
这种组合的方式减小了单一单片机的负担和提高控制系统的控制精度及控制速度。整体工作原理是DSP（上端控制器）主要功能是接收加减速，转向，正反转等给定信号及四个电机的转速，电流，电压等信号，之后将这些信号以最优化处理分别传给接收信号的下端控制器，PIC单片机（下端控制器）接收相应处理后信号，发出指令而控制电动汽车的驱动电机运转。
本文上端控制器选用了市场上常见的但又有差别经过改造的DSP2812控制板，其中最优化的用于自动控制化的一款芯片内设有Flash，加快了信号处理速度[8]。TMS320F2812电路板集中了微控制器与数字信号处理器的特殊优点，最高主频150MHz，该处理器对信息和数据的处理可实现高速化。
此DSP控制板在汽车驱动系统技术的应用上，还预留了多项扩展接口，其主要性能特征如下[24]：具有12位的0--3.3v的AD转换等；芯片上外设有两个相接的事件管理器(EVA和EVB)，已经标准化的扩展的总线和JTAG接口；扩展内容为最大容量的Flash，并且外扩以太网达10M接口。

图4-2 DSP2812控制板的简体框图
下端控制器的驱动应用PIC16F73单片机，它是一种8位微型单片机，处理数据功能比较优良。在自动控制中应用非常广泛，PICl6F73的其特性如下[25]：
1)片内存储器：192位Data SRAM 和4K的Flash
2)接口外部设备：8位A／D转换器，1个串行接口， 2路捕获输入／比较输出。下端控制器电路图见附录，这里不再画出
4.2.2 检测电路
(1)电流检测电路
检测电路系统中的电流，其主要目的[26]是使功率变换器起到过电流保护作用和作为反馈电流检测量。本文通过采样电阻上的电压信号先经过放大处理，然后传送到DSP中的A／D转换装置，经过A／D转换处理后，输出的结果可用于电流调节器中，以应对系统的过电流保护。

图4-3电流检测电路图
(2)欠压保护电路
本系统中将电路预先设定的电压与检测的实际电压进行比较，当实际电压低于预先设定电压值时，那么电路中的输出信号会被送到DSP（数字信号处理器）的中断引脚中，这样，主路电源被切断，达到实际电路系统的保护效果。图4-4给出了欠压检测电路图。

图4-4欠压检测电路图
4.2.3 电源转换电路
电动汽车的驱动能源完全由来蓄电池供应，提供的直流电压是48V，但控制系统电路中，DSP所需要的是1．8V和3．3V电压，一些元器件及单片机需要的电压是5V，故电源转换电路的设计是必须的。欠保护电路部分如图4-4。在电源转换电路中，+3．3AV是给DSP提供模拟电压，如图4-5所示。

图4-5电源转换电路
4.3系统软件设计
4.3.1 控制系统软件总体构成
四轮独立驱动控制系统软件结构框图如图4-6所示。

图4-6驱动控制系统软件结构框图
系统中的速度调节模块是通过比较和调节设定速度与实际速度的差异，来控制整车控制系统的驱动力，将转矩分配控制器计算出合适的分配比例，传输给每个驱动轮控制器并予以特定指令，从而调节对应的各个驱动力转矩进而合理控制四个驱动车轮。
4.3.2 部分软件功能的实现
(1)车速计算模块
车轮速度可以通过将传感器产生的脉波信号转换为驱动信号再传输入系统控制器中，控制器按一定的计算法则进行计算分析，则可以得到车轮的准确速度。用一个16位的计数器来实现准确计数，则
每分钟的脉冲数为：M2=60*100*PACNx
程序流程图如下

图4-7 速度测量处理程序流程图
(2)车速调节模块
车速调节模块是将原先设定的速度和经过控制系统中信号的计算处理得到的速度 与实际中车辆的行驶速度进行比较，之后加以合适的调节分配。

图4-8车速调节框图
(3)电流调节模块
电流调节首先判断实际电流与给定电流的误差值，之后信号电流经过限流处理后，经过电路中调节器的控制调节计算，进一步地可获得轮毂电机运转所需的脉宽调制波的占空比，之后对前一状态的PWM信号的占空比进行调节，最终实现对电动机的驱动。电流调节如图4-10所示：

图4-10电流调节模块
(4)滑移率判定模块
当路况比较平坦的路面上时，车轮正常运行产生滑移率较小，通过滑移系统调节滑移率近似为零，当路面状况变化较大起伏不平或者出现非正常行驶时，那么车轮就容易发生滑移。下图给出了左后驱动轮打滑判定，其他亦然。

图4-11滑移判定模块
(5)电动机整体控制模块
PICl6F73单片机的主要功能是接收来自顶端控制器的驱动信号及对轮毂电机转子位置信号进行采集并加以处理，输出并计算驱动电机PWM驱动信号波，从而控制驱动电机的特定运行状态。电动机的整体控制模块流程图如图4-12所示。

图4-12电动机整体控制模块流程图

5 模糊控制在控制系统中的应用
牵引力控制系统(TCS)，