專利名稱：一種電動車輛再生制動及能源系統(tǒng)綜合實驗裝置監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種電動車輛再生制動及能源系統(tǒng)綜合實驗裝置監(jiān)控系統(tǒng)。具體 地說，就是涉及對電動車輛再生制動及能源系統(tǒng)綜合實驗裝置運行的各項參數(shù)進行檢測， 并對檢測的數(shù)據(jù)進行分析計算，再根據(jù)分析結(jié)果對電動車輛再生制動及能源系統(tǒng)綜合實驗 裝置進行控制。
背景技術(shù)：
隨著傳統(tǒng)汽車尾氣排放問題的日益嚴(yán)重和石油資源的短缺，電動車輛取代傳統(tǒng)燃 油車輛的趨勢已經(jīng)越來越明顯。制約電動車輛發(fā)展的一大因素就是電池，但以傳統(tǒng)的蓄電 池作為動力的電動車輛，受蓄電池比功率小、工作溫度范圍小、充放電壽命短等因素制約， 很難滿足廣大的市場需要。超級電容具有充電速度快、循環(huán)使用壽命長、大電流放電能力超 強、能量轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點，因此，超級電容又被稱作“電容電池”。采用超級電容和蓄電池 聯(lián)合為電動車輛提供動力可以取長補短，發(fā)揮各自的長處，解決傳統(tǒng)單一蓄電池提供動力 的尷尬局面。同時，由于城市中汽車經(jīng)常地剎車，剎車時汽車的動能將會轉(zhuǎn)化成熱量損失， 降低了能源的利用率。再生制動亦稱反饋制動，是一種使用在汽車上的制動技術(shù)，在制動時 將車輛的動能轉(zhuǎn)換并存儲起來，提高能量的利用效率。制約電池-電容混合動力電動車發(fā)展的關(guān)鍵因素就是電池、電容以及整車的數(shù)據(jù) 監(jiān)控系統(tǒng)，要想高效率的利用電動車輛的動力源，就必須要解決電池、電容剩余電量的精確 計算，在此基礎(chǔ)上，才能較為準(zhǔn)確的協(xié)調(diào)電池、電容之間的工作關(guān)系。由于電容比能量低、蓄 電池比功率低的特點，且各部件之間的參數(shù)匹配較高，子系統(tǒng)之間的相互作用和影響復(fù)雜， 目前，還沒有比較完善的再生制動電動車輛的數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是通過提供一種電動車輛再生制動及能源系統(tǒng)綜合實驗裝置 監(jiān)控系統(tǒng)，以克服上述背景技術(shù)的不足，使其具有性能可靠、控制智能等特點。本實用新型是采用以下技術(shù)手段實現(xiàn)的一種電動車輛再生制動及能源系統(tǒng)綜合實驗裝置監(jiān)控系統(tǒng)，包括微處理器單元 MCU、蓄電池組、超級電容組、電壓傳感器、電流傳感器、溫度傳感器、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器、電機、 電機控制器、磁粉制動器、張力控制器、外部存儲設(shè)備、觸摸顯示器、濾波電路、加速踏板模 塊、制動踏板模塊和聲光報警電路?！N電動車輛再生制動及能源系統(tǒng)綜合實驗裝置監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)測流程為電壓傳 感器、溫度傳感器分別采集蓄電池組中每個電池的電壓、溫度信號，電流傳感器采集蓄電池 組的總電流，采集到的信號分別經(jīng)過濾波電路傳遞到微處理器單元MCU ；電壓傳感器、電流 傳感器、溫度傳感器分別采集超級電容組的電壓、電流、溫度信號，采集到的信號分別經(jīng)過 濾波電路傳遞到微處理器單元MCU;轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器采集電機的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩信號，并將采集 到的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩信號傳遞到微處理器單元MCU ；微處理器單元MCU將采集到的電壓、電流、溫度、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩信號傳送至觸摸顯示器進行顯示；微處理器單元MCU將采集到的電壓、電流、 溫度、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩信號傳送至外部存儲設(shè)備進行存儲；當(dāng)微處理器單元MCU采集到的電壓、 電流、溫度信號超出正常范圍后，聲光報警電路發(fā)出報警音和報警燈光進行報警；一種電動車輛再生制動及能源系統(tǒng)綜合實驗裝置監(jiān)控系統(tǒng)的控制流程為制動踏 板模塊輸出電壓Vl至微處理器單元MCU，微處理器單元MCU根據(jù)Vl的值控制電機控制器； 電機控制器根據(jù)微處理器單元MCU的輸出控制電機停轉(zhuǎn)所需的時間；Vl與電機停轉(zhuǎn)所需的 時間存在正比關(guān)系；加速踏板模塊輸出電壓V2至微處理器單元MCU，微處理器單元MCU根 據(jù)V2輸出PWM的控制信號，該控制信號控制電機控制器；電機控制器的輸出電壓V3控制電 機轉(zhuǎn)速；其中V3、V2存在線性關(guān)系，電機的轉(zhuǎn)速與V2存在線性關(guān)系。設(shè)置了輸出Vl電壓的制動踏板模塊，制動踏板模塊的開度與其輸出電壓成反比。設(shè)置了輸出V2電壓的加速踏板模塊，加速踏板模塊的開度與其輸出電壓成正比。設(shè)置了模擬地面阻力的磁粉制動器，對于模擬不同的地面阻力，只需要改變微處 理器單元MCU給張力控制器的控制值即可；微處理器單元MCU通過PWM的方式輸出電壓為 V4的控制信號到張力控制器，張力控制器根據(jù)輸入信號V4控制磁粉制動器的輸出力矩，磁 粉制動器的輸出力矩與張力控制器的輸入電壓V4成線性關(guān)系。蓄電池組與超級電容組并聯(lián)接入電機控制器，電機控制器與電機連接，蓄電池組、 超級電容組為系統(tǒng)的動力源。當(dāng)電機加速時，由蓄電池組、超級電容組共同提供動力；當(dāng)電 機作勻速轉(zhuǎn)動時，由蓄電池組供電。超級電容組可以防止電機加速時，蓄電池組大電流放電 對電池組本身的損壞。微處理器單元MCU與觸摸顯示器通過RS232串口連接，溫度傳感器選用貼片式溫 度傳感器。本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下明顯的優(yōu)勢和有益效果一種電動車輛再生制動及能源系統(tǒng)綜合實驗裝置監(jiān)控系統(tǒng)，通過增加超級電容 組，與蓄電池組共同供電，解決了單蓄電池組供電對蓄電池組本身使用壽命的限制；通過對 蓄電池組和超級電容組電壓、電流、溫度信號的采集與顯示，使得操作者方便的掌握裝置運 行的狀態(tài)；通過實時故障診斷報警模塊，可以方便、準(zhǔn)確的對車輛進行維修；通過數(shù)據(jù)存儲 模塊，將車況數(shù)據(jù)全部存儲在外部存儲設(shè)備里，實現(xiàn)“黑匣子”；通過采用微處理器單元MCU 控制，只要稍加修改，便能將整套系統(tǒng)移植到實車內(nèi)。
圖1是本實用新型的整體模塊框圖。其中部件編號說明如下1為MCU，2為蓄電池組，3為超級電容組，4為電壓傳感器，5為電流傳感器，6為溫 度傳感器，7為轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器，8為電機，9為電機控制器，10為磁粉制動器，11為張力控制 器，12為USB通信模塊，13為RS232串口，14為外部存儲設(shè)備，15為觸摸顯示器，16為濾波 電路，17為加速踏板模塊，18為制動踏板模塊，19為聲光報警電路。
具體實施方式
如圖1所示，微處理器單元MCU為整個電動車輛再生制動及能源系統(tǒng)綜合實驗裝監(jiān)控系統(tǒng)的控制核心，初始化時，當(dāng)在觸摸屏上選擇相應(yīng)的按鈕后，觸摸屏將檢測到的位置 信號發(fā)送至微處理器單元MCU，微處理器單元MCU根據(jù)位置信號判斷出用戶選擇的按鈕并 通過RS232串口發(fā)送相應(yīng)的顯示控制命令至觸摸屏；轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器、電壓傳感器、電流傳 感器、溫度傳感器測量的結(jié)果以電壓的形式傳送至微處理器單元MCU的AD 口，微處理器單 元MCU通過讀取AD 口的值并轉(zhuǎn)換后得到轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、電壓、電流和溫度的值，并將這些值傳 遞到觸摸顯示器進行顯示；當(dāng)采集到的電壓、電流、溫度信號超出正常范圍后，聲光報警電 路會發(fā)出報警音和報警燈光進行報警；微處理器單元MCU根據(jù)數(shù)據(jù)分析的結(jié)果來控制電機 控制器的輸出電壓以控制電機的轉(zhuǎn)速以及電機停轉(zhuǎn)所需的時間；微處理器單元MCU通過張 力控制器來控制磁粉制動器模擬不同的地面阻力；微處理器單元MCU將采集的所有數(shù)據(jù)按 照既定的格式存儲于外部存儲設(shè)備，實現(xiàn)“黑匣子”功能。電機控制器選用濟南科亞公司的MMT-DC48RT100BL，張力控制器型號為WLY-1A。具體工作原理如下1.數(shù)據(jù)采集與顯示硬件電路中包括有轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器、電壓傳感器、電流傳感 器、溫度傳感器，用于采集電機的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩信號，超級電容組的電壓、電流、溫度信號，以及 蓄電池組中每個電池的電壓、溫度信號和采集蓄電池組的總電流信號。為了數(shù)據(jù)采集的實 時性，本實用新型利用微處理器單元MCU的定時器中斷來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集與分析，微處理 器單元MCU定時器定時時間設(shè)置為50ms，即每過50ms，微處理器單元MCU便會對車況數(shù)據(jù) 進行采集與計算，將采集到的電壓、電流、溫度、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩信號傳送至觸摸顯示器進行顯
7J\ ο2.故障診斷及報警微處理器單元MCU通過定時器中斷時刻對車內(nèi)的傳感器數(shù)據(jù) 進行采集，并對采集的數(shù)據(jù)進行計算，電壓正常范圍為-48 48V，電流正常范圍為-40 40A，溫度正常范圍為-10 60°C，當(dāng)采集到的電壓、電流、溫度信號超出正常范圍后，聲光 報警電路會發(fā)出報警音和報警燈光進行報警，同時在觸摸屏上顯示出系統(tǒng)故障的位置和詳 細情況，方便維修人員進行快速、準(zhǔn)確的修理。3.對電機的控制制動踏板模塊輸出5-0V的電壓至微處理器單元MCU，當(dāng)沒有踩 制動踏板模塊時，制動踏板模塊輸出5V電壓；踩下制動踏板模塊后，制動踏板模塊的開度 與其輸出電壓成反比。微處理器單元MCU根據(jù)制動踏板模塊輸出的電壓控制電機控制器； 電機控制器根據(jù)微處理器單元MCU的輸出控制電機停轉(zhuǎn)所需的時間；制動踏板模塊的輸 出電壓與電機停轉(zhuǎn)所需的時間存在正比關(guān)系，電機停轉(zhuǎn)時間=4*制動踏板模塊輸出電壓 (s)，最短停轉(zhuǎn)時間為0. 2s ；加速踏板模塊輸出0-5V電壓至微處理器單元MCU，微處理器單 元MCU根據(jù)加速踏板模塊的輸出電壓輸出PWM的控制信號，該控制信號控制電機控制器；電 機控制器的輸出電壓控制電機轉(zhuǎn)速；其中電機控制器的輸出電壓與加速踏板模塊輸出電壓 存在線性關(guān)系，電機控制器輸出電壓=加速踏板模塊輸出電壓，電機的轉(zhuǎn)速與加速踏板模 塊輸出電壓存在線性關(guān)系，電機轉(zhuǎn)速=600*加速踏板模塊輸出電壓(r/min)。4.對磁粉制動器的控制微處理器單元MCU通過PWM的方式輸出0_5V的控制信 號到張力控制器，張力控制器根據(jù)輸入信號控制磁粉振動器輸出0-50Nm的力矩，磁粉制動 器的輸出力矩與張力控制器的輸入電壓成線性關(guān)系。5.能源選擇蓄電池組和超級電容組通過開關(guān)器件與電機控制器連接。其中，由 四節(jié)12V單體蓄電池串聯(lián)組成48V蓄電池組；超級電容組的參數(shù)為48V/135F。當(dāng)檢測到加速時，即加速踏板踩下，微處理器單元MCU導(dǎo)通蓄電池組和超級電容組的開關(guān)器件，由蓄電 池組和超級電容組同時為電機供電；當(dāng)檢測到電機勻速或減速運行時，微處理器單元MCU 導(dǎo)通蓄電池組開關(guān)器件，關(guān)斷超級電容組開關(guān)器件，由蓄電池組單一供電。6. “黑匣子”模塊“黑匣子”模塊硬件電路采用USB接口芯片CH375來實現(xiàn)?？?以將電動車輛再生制動及能源系統(tǒng)綜合實驗裝置監(jiān)控系統(tǒng)測量的所有數(shù)據(jù)存儲在支持USB 接口協(xié)議的外部設(shè)備上，當(dāng)車輛由于不可力抗的因素而發(fā)生毀滅性損毀后，公安及相關(guān)部 門可以根據(jù)外部存儲設(shè)備里面的內(nèi)容分析車輛毀滅前的行駛狀態(tài)和數(shù)據(jù)，方便偵查工作的 進行。7.微處理器單元MCU 微處理器單元MCU為整個電動車輛再生制動及能源系統(tǒng)綜 合實驗裝置監(jiān)控系統(tǒng)的控制核心，微處理器單元MCU通過中斷實時檢測觸摸屏發(fā)送來的位 置信號以確定所要測量的數(shù)據(jù)以及觸摸屏所要顯示的內(nèi)容；微處理器單元MCU通過讀取AD 口的電壓值來計算電壓、電流的值；同時，微處理器單元MCU與外部存儲設(shè)備通過USB接口 進行數(shù)據(jù)交互，完成采集數(shù)據(jù)的存儲。
權(quán)利要求1.一種電動車輛再生制動及能源系統(tǒng)綜合實驗裝置監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于設(shè)置了微 處理器單元MCU(I)，蓄電池組O)、超級電容組(3)、電壓傳感器G)、電流傳感器(5)、溫度 傳感器(6)、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器(7)、電機(8)、電機控制器(9)、磁粉制動器(10)、張力控制器 (11)、外部存儲設(shè)備(14)、觸摸顯示器(15)、濾波電路(16)、加速踏板模塊(17)、制動踏板 模塊(18)和聲光報警電路(19)；電壓傳感器(4)、溫度傳感器(6)分別采集蓄電池組( 中每個電池的電壓、溫度信號， 電流傳感器(6)采集蓄電池組( 的總電流信號，采集到的信號分別經(jīng)過濾波電路(16)傳 遞到微處理器單元MCU(I)；電壓傳感器G)、電流傳感器(5)、溫度傳感器(6)分別采集超 級電容組C3)的電壓、電流、溫度信號，采集到的信號分別經(jīng)過濾波電路(16)傳遞到微處理 器單元MCU(I)；轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器(7)采集電機(8)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩信號，并將采集到的轉(zhuǎn)速、 轉(zhuǎn)矩信號傳遞到微處理器單元MCU(I)；微處理器單元MCU(I)將采集到的電壓、電流、溫度、 轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩信號傳送至觸摸顯示器(1 進行顯示；微處理器單元MCU(I)將采集到的電壓、 電流、溫度、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩信號傳送至外部存儲設(shè)備(14)進行存儲；當(dāng)微處理器單元MCU(I)采 集到的電壓、電流、溫度信號超出正常范圍后，聲光報警電路(19)發(fā)出報警音和報警燈光 進行報警；制動踏板模塊(18)輸出電壓Vl至微處理器單元MCU(I)，微處理器單元MCU(I)根據(jù) Vl的值控制電機控制器(9)；電機控制器(9)根據(jù)微處理器單元MCU(I)的輸出控制電機 (8)停轉(zhuǎn)所需的時間；Vl與電機停轉(zhuǎn)所需的時間存在正比關(guān)系；加速踏板模塊(17)輸出電 壓V2至微處理器單元MCU(I)，微處理器單元MCU(I)根據(jù)V2輸出PWM的控制信號，該控制 信號控制電機控制器(9)；電機控制器(9)的輸出電壓V3控制電機(8)轉(zhuǎn)速；其中V3、V2 存在線性關(guān)系，電機(8)的轉(zhuǎn)速與V2存在線性關(guān)系。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動車輛再生制動及能源系統(tǒng)綜合實驗裝置監(jiān)控系統(tǒng)，其特 征在于設(shè)置了輸出Vl電壓的制動踏板模塊(18)，制動踏板模塊(18)的開度與其輸出電 壓成反比。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動車輛再生制動及能源系統(tǒng)綜合實驗裝置監(jiān)控系統(tǒng)，其特 征在于設(shè)置了輸出V2電壓的加速踏板模塊(17)，加速踏板模塊(17)的開度與其輸出電 壓成正比。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動車輛再生制動及能源系統(tǒng)綜合實驗裝置監(jiān)控系統(tǒng)，其特 征在于設(shè)置了模擬地面阻力的磁粉制動器(10)，對于模擬不同的地面阻力，只需要改變 微處理器單元MCU(I)給張力控制器(11)的控制值即可；微處理器單元MCU(I)通過PWM的 方式輸出電壓為V4的控制信號到張力控制器，張力控制器(11)根據(jù)輸入信號V4控制磁粉 制動器(10)的輸出力矩，磁粉制動器(10)的輸出力矩與張力控制器(11)的輸入電壓V4 成線性關(guān)系。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動車輛再生制動及能源系統(tǒng)綜合實驗裝置監(jiān)控系統(tǒng)，其特 征在于設(shè)置的蓄電池組⑵和超級電容組⑶并聯(lián)接入電機控制器(9)，電機控制器(9) 與電機⑶連接，當(dāng)電機⑶加速時，由蓄電池組O)、超級電容組⑶共同提供動力；當(dāng)電 機作勻速轉(zhuǎn)動時，由蓄電池組(2)供電。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動車輛再生制動及能源系統(tǒng)綜合實驗裝置監(jiān)控系統(tǒng)，其特 征在于設(shè)置了貼片式溫度傳感器(6)。
專利摘要本實用新型涉及一種電動車輛再生制動及能源系統(tǒng)綜合實驗裝置監(jiān)控系統(tǒng)，本實用新型包括微處理器單元，蓄電池組、超級電容組、電壓傳感器、電流傳感器、溫度傳感器、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器、電機、電機控制器、磁粉制動器、張力控制器、外部存儲設(shè)備、觸摸顯示器、濾波電路、加速踏板模塊、制動踏板模塊和聲光報警電路。本實用新型對電動車輛再生制動及能源系統(tǒng)綜合實驗裝置運行的各項參數(shù)進行檢測，并對檢測的數(shù)據(jù)進行分析計算，根據(jù)分析結(jié)果對電動車輛再生制動及能源系統(tǒng)綜合實驗裝置進行控制。
文檔編號G01M17/007GK201909717SQ201120007489
公開日2011年7月27日 申請日期2011年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月11日
發(fā)明者馮能蓮, 周大森, 賓洋, 雍加望 申請人:北京工業(yè)大學(xué)