电动汽车三档变速器控制器设计[毕业论文+CAD图纸]

汽车毕业论文课题:电动汽车三档变速器控制器设计含毕业论文、PCB电路图、CAD图纸、开题报告、英文文献翻译

电动汽车三档变速器控制器设计[毕业论文+CAD图纸]

目 录

第 1 章 前言………………………………………………………………………1
1 . 1 课 题的 研究 背景 和 意义 … …… …… … …… … …… …… … …… … …… 1
1 . 2 电 动汽 车变 速器 国 内外 的 发展 状况 … …… … …… …… … …… … …… 1
1.2.1 电动汽车变速器在国外的发展状况…………………………………… 2
1.2.2 电动汽车变速器在国内的发展状况…………………………………… 2
1 . 3 电 动汽 车概 述及 自 动变 速 器的 分类 … …… … …… …… … …… … …… 4
1 . 3 . 1 电 动 汽 车 概 述 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 4
1 . 3 . 2 自 动 变 速 器 的 分 类 … … … … … … … … … … … … … … … … … 6
1 . 4 本论文主要研究工作……………………………………………………… 6
1 . 5 本章小结…………………………………………………………………… 7
第 2 章 电动汽车三挡变速器结构设计及传感器选择…………………………8
2 . 1 电 动汽 车三 挡变 速 器结 构 设计 …… … …… … …… …… … …… … …… 8
2.2 电动汽车三挡变速器控制器传感器的选择……………………………………8
2.2.1 转速传感器的选择……………………………………………………… 9
2.2.2 位置传感器的选择……………………………………………………… 9
2 . 3 本章小结………………………………………………………………… 1 0
第 3 章 控制系统硬件设计………………………………………………………11
3.1 控制系统结构概述………………………………………………………… 11
3.2 硬件电路设计……………………………………………………………… 11
3.2.1 控制单元 ECU 的设计………………………………………………… 11
3.2.2 CAN 总线接口电路的设计 ……………………………………………14
3 . 2 . 3 电源电路的设计 …………………………………………………… 15
3.2.4 电磁阀驱动电路的设计……………………………………………… 16
3.2.5 油门踏板与刹车踏板处理电路的设计…………………………………17
3 . 2 . 6 车速信号处理电路的设计………………………………………… 1 7
3 . 3 本章小结………………………………………………………………… 1 7
结论……………………………………………………………………………18
致谢………………………………………………………………………………20
参考文献…………………………………………………………………………21

摘要

随着石化资源的枯竭和人们对汽车环保的要求越来越高，电动汽车被推向人们的视野，适合电动汽车使用的变速器也成为研究热点之一。电动汽车自动变速器是由微控制器控制换挡执行机构实现自动换挡。
日前，麦肯锡公司用了 8 个多月时间研究北美、欧洲、中国和印度的乘用车市场后，在其研究报告《中国蓄势待发：电动汽车的机遇》认为：在传统汽车行业，中国落后世界领先水平几十年，但在电动汽车等新能源汽车领域，大家处于相同起跑线，中国有成本和市场优势，有潜力和有可能在全球电动汽车市场取得领先地位。在大力推行节能减排的大趋势下，中国的汽车行业、政府部门和消费者都具备了迎接电动汽车的条件。在中国发展电动汽车，可以大幅减少温室气体排放，降低对进口石油的依赖。

尽管传统的内燃机汽车仍在当今世界占据主导地位，但发展清洁无污染的电动汽车已是大势所趋，也是世界各国的必然选择。当前全球主要汽车生产国及企业都在加大电动车辆的研制与开发力度，燃料电动汽车已成为世界各大汽车公司 21 世纪初激烈竞争的焦点，动力技术革命将彻底改变 2l 世纪汽车业的面貌，这一改变就是在近几年出现的燃料电动汽车。美国的通用福特公司日本的丰田、日产及本田公司，欧洲的奔驰、雪铁龙公司都在电动汽车的研制与开发上显示了很强的实力。眼下，电动汽车正迅速从研制试验阶段走向商品生产及应用阶段，但纯电动汽车由于受到电池续航能力、充电时间的困扰，目前还没有一款非常完善的产品推向市场。

此外，在国外已有越来越多的电动汽车采用性能先进的电动轮（又称轮毂电机），它用电机（多为永磁无刷式）直接驱动车轮，因此无传统汽车的变速箱、传动轴、驱动桥等复杂的机械传动部件，汽车结构大大简化。近几年，美、英、法、德等国纷纷将电动轮技术应用于军用越野车和轻型坦克上，并取得了重大成果。例如美海军陆战队在“悍马”基础上研制出串联式“影子”新型混合动力越野车，采用了电动轮技术。这一重要发展趋势，已引起世界主要汽车厂商的高度关注与跟进研发。

本文主要研究电动汽车变速器三档变速器控制器，结合自动变速器及其控制器的参考，主要研究和创新为：(1) 完成了对电动汽车变速器的研究现状调研，并详细分析了电动汽车的概述、变速器的分类。
(2) 对电动汽车三挡变速器结构进行了设计，并对电动汽车三挡变速器控制器中所采用的传感器进行了选择。
(3) 基于 MC9S12XS12 为主控芯片设计电动汽车三挡变速器控制器，包括硬件电路的设计和支持软件的设计。
关键词： 控制器 三档变速器 电动汽车

Design of electric car three block transmission controller

Abstract

With the depletion of fossil resources and people have become increasingly demandingenvironmentally friendly cars, electric cars were pushed into the wilderness, for the transmission of electric car use has become one of the hotspots. EV automatic transmission shift actuator is controlled by a microcontroller automatically shift.

Recently, McKinsey & Company study in North America, Europe, China and India passenger car market with a more than eight months later, in its research report "China ready: EV opportunity" that:

In the traditional automotive industry, China behind the world advanced level for decades, but in the field of electric vehicles, new energy vehicles, etc., we are at the same starting line, China has cost and market advantages, and may have the potential to achieve a leading position in the global electric vehicle market. In vigorously promote energy conservation trend, China's auto industry,government and consumers have the conditions to meet the electric car.

Development of electric vehicles in China, can significantly reduce greenhouse gas emissions and reduce dependence on imported oil.

While traditional internal combustion engine vehicle is still the world's dominant, but the development of clean non-polluting electric car is a general trend, but also the world of the inevitable choice. The current world's major auto producers and companies are increasing their research and development efforts of electric vehicles, fuel electric automobile has become the world's major car companies at the beginning of the 21st century the focus of intense competition, power technology revolution will completely change the face of the automotive industry 2l century this change is the emergence in recent years of fuel electric vehicles. US General Ford Japan's Toyota, Nissan and Honda, Europe's Mercedes-Benz, Citroen are in the research and development of electric vehicles show a strong strength. Right now, electric cars are rapidly from development and testing stage to commodity production and application stage, but the pure electric vehicles because plagued by battery life, charging time, there is no a very sophisticated products to market.

In addition, an increasing number of foreign advanced performance electric car electric wheel(also known as wheel hub motor), which uses the motor (mostly permanent magnet brushless)directly drive the wheels, so no conventional cars gearbox, shaft, drive bridges complex mechanical transmission parts, auto configuration is greatly simplified. In recent years, the United States, Britain, France, Germany and other countries have the technology applied electric wheel military off-road vehicles and light tanks, and achieved significant results. Such as the US Marines in the "Hummer"developed on the basis tandem "shadow" new hybrid SUV, the use of electric wheel technology. This important trend has caused the world's major automobile manufacturers attention and follow-upresearch and development.

This paper studies the electric vehicle transmission third gear transmission controller,incorporated herein by reference automatic transmission and its controller, the main research and innovation:

(1) completed the transmission of electric vehicle research of an investigation, and a detailed analysis of the outline of electric vehicles, transmission classification.

(2) three-speed transmission for electric vehicle architecture was designed, three-speed electric vehicles and sensors used in the transmission controller is a selection.

(3) as the main chip design based MC9S12XS12 electric car three-speed transmissioncontrollers, including hardware design and software design support.

Key Words Controller Third gear transmission Electric Vehicles1

第 1 章 前言

电动汽车相对于传统汽车有着节能，环保的特点，而节能环保又是当今世界的两大难题，因此电动汽车的前景很被人们看好。近几年来，电动汽车越来越受到人们的关注，电动汽车的发展也进入了一个空前的黄金期。电动汽车是由电力驱动系统，电源系统和辅助系统组成，这里的电力驱动系统中的控制器作用则是非常大的，如果电动汽车没有控制器的存在，那么将无从谈起电动汽车。

电动汽车变速器控制器的好坏决定了电动汽车的运行效率，对续航里程，最高车速，加速时间都有很大的影响，所以设计出一个好的电动汽车变速器控制器也就显得格外重要了。而电动汽车变速器控制器设计牵涉到选材、信号处理、调试等一系列的问题。

1.1 课题研究的背景和意义

随着石油资源价格不断飙升，在资源日益枯竭的未来，减少汽车的燃油消耗已成为汽车工业的难题之一。传统汽车使用的燃料主要是柴油和汽油等不可再生燃料。不仅排放出大量的危害气体，产生温室效应和污染空气，同时还排出大量的 PM2.5，对人的危害极大。

因此，电动汽车的再次兴起是大势所趋，也是众望所归。纯电动汽车是机械系统与电子系统的结合体，涉及到电机、电池、电控、和汽车工程等多个领域。随着科技的发展，纯电动汽车不仅要满足人们对汽车的行驶车速、加速时间和爬坡能力以及行驶里程等基本性能的需求，还需要满足人们对车辆舒适性、操作简便性等现代化的需求。开发新型的电动汽车已然成为国内外汽车行业发展的热点，变速器作为
车辆动力传动系统的关键件，给电动汽车匹配一个好的自动变速器也成为热点研究方向。三个挡位的变速器，让人们可以根据电动汽车的不同工况来选择所需要的挡位。例如起步和上坡工况，可以选择速比较大的挡位，以增加电动汽车的扭矩，使得电动汽车顺利起步和爬坡。在平直路面上高速行驶工况，电动汽车的行驶阻力较小，电动汽车可以选择一个速比较小的挡位，以保证汽车的动力更直接的传递给电动汽车。降低汽车的负荷，提高汽车的工作效率，增加电动汽车的续驶里程。与固定挡变速器相比，三个挡位的变速器更适用于电动汽车，是以后电动汽车变速器发展的趋势。

1.2 电动汽车变速器国内外的发展状况

1.2.1 电动汽车变速器在国外的发展状况

国外对自动变速器的研究历史比较长，可以追溯到上个世纪 60 年代，当时欧洲的一些汽车公司已经开始研究自动变速器， 并且在上个世纪 80 年代制造出可以装车应用的自2动变速器产品。 1986 年，法拉利车队第一个在 F1 比赛中使用了自动变速器。之后，依维柯轻型卡车在 1989 年也使用了自动变速器。阿尔法罗密欧某款跑车在 1992 年也成为了第一个使用自动变速器的乘用车。

由于之前的技术储备，为以后的自动变速器大批量生产奠定了基础。法拉利率先应用的自动变速器在 1999 年被大量生产。随着研究的深入和换挡舒适性的提高，自动变速器技术开始应用在高档汽车上。随着自动变速器的技术提升，未来在入门级汽车细分市场份额中可以媲美手动变速器。

目前，自动变速器在欧洲和美国的重型汽车市场已经占有一席之地，配备自动变速器的大型货车的比例越来越高。很多汽车零部件供应商和重型汽车公司，开始研究新一代的适用于大型货车上应用的自动变速器产品。不同公司的自动变速器产品在结构很相近，都是在原来的变速器基础上改装，加上带有自动控制系统的换挡执行机构，但是不同厂家的控制系统的策略和制造水平不一样，自动变速器产品性能也有一些差异。

国外应用自动变速器的汽车公司还有很多，例如：日本的铃木公司的卡车、三菱重工的卡车以及丰田旗下的日野卡车都有配备自动变速器的车型；美国 MARK 公司、德国的西门子汽车公司、沃尔沃汽车公司都在载货汽车上成功应用了自动变速器。

在载货汽车上匹配自动变速器已经成为一个趋势，尤其是在欧美和日本，自动变速器已经成为重型汽车的标配。 在欧美和日本的自动变速器技术中，德国采埃 ASTRONIC 的系统最为典型，该系统主要技术特点有以下几点：

1、变速器的所有功能集成在换挡控制模块中，减少了故障的来源，可靠性比较高。

2、自动变速器与整车采用 CAN 总线进行通讯。驾驶员可以选择不同的驾驶模式：自动模式和手动模式，自动模式里还可以选择经济性换挡和动力性换挡。考虑到安全性，任何情况下，驾驶员都可以手动干预换挡。

3、驾驶员可以根据自己的习惯，选择操作换挡杆换挡或者方向盘上集成的换挡控制按键换挡。

4、没有离合器踏板，离合器采用控制器采用电动或者气动，当离合器过载时会发出过载报警。

5、自动变速器的自动换挡的执行机构采用电动或者气动。换挡模块安装在变速箱的壳体上，方便拆卸。换挡过程，由 ECU 控制发动机主动调速，达到迅速同步的目标，缩短换挡时间。