专利名称：一种电动车辆再生制动及能源系统综合实验装置监控系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电动车辆再生制动及能源系统综合实验装置监控系统。具体 地说，就是涉及对电动车辆再生制动及能源系统综合实验装置运行的各项参数进行检测， 并对检测的数据进行分析计算，再根据分析结果对电动车辆再生制动及能源系统综合实验 装置进行控制。
背景技术：
随着传统汽车尾气排放问题的日益严重和石油资源的短缺，电动车辆取代传统燃 油车辆的趋势已经越来越明显。制约电动车辆发展的一大因素就是电池，但以传统的蓄电 池作为动力的电动车辆，受蓄电池比功率小、工作温度范围小、充放电寿命短等因素制约， 很难满足广大的市场需要。超级电容具有充电速度快、循环使用寿命长、大电流放电能力超 强、能量转换效率高等优点，因此，超级电容又被称作“电容电池”。采用超级电容和蓄电池 联合为电动车辆提供动力可以取长补短，发挥各自的长处，解决传统单一蓄电池提供动力 的尴尬局面。同时，由于城市中汽车经常地刹车，刹车时汽车的动能将会转化成热量损失， 降低了能源的利用率。再生制动亦称反馈制动，是一种使用在汽车上的制动技术，在制动时 将车辆的动能转换并存储起来，提高能量的利用效率。制约电池-电容混合动力电动车发展的关键因素就是电池、电容以及整车的数据 监控系统，要想高效率的利用电动车辆的动力源，就必须要解决电池、电容剩余电量的精确 计算，在此基础上，才能较为准确的协调电池、电容之间的工作关系。由于电容比能量低、蓄 电池比功率低的特点，且各部件之间的参数匹配较高，子系统之间的相互作用和影响复杂， 目前，还没有比较完善的再生制动电动车辆的数据监控系统。
实用新型内容本实用新型的目的是通过提供一种电动车辆再生制动及能源系统综合实验装置 监控系统，以克服上述背景技术的不足，使其具有性能可靠、控制智能等特点。本实用新型是采用以下技术手段实现的一种电动车辆再生制动及能源系统综合实验装置监控系统，包括微处理器单元 MCU、蓄电池组、超级电容组、电压传感器、电流传感器、温度传感器、转速转矩传感器、电机、 电机控制器、磁粉制动器、张力控制器、外部存储设备、触摸显示器、滤波电路、加速踏板模 块、制动踏板模块和声光报警电路。—种电动车辆再生制动及能源系统综合实验装置监控系统的监测流程为电压传 感器、温度传感器分别采集蓄电池组中每个电池的电压、温度信号，电流传感器采集蓄电池 组的总电流，采集到的信号分别经过滤波电路传递到微处理器单元MCU ；电压传感器、电流 传感器、温度传感器分别采集超级电容组的电压、电流、温度信号，采集到的信号分别经过 滤波电路传递到微处理器单元MCU;转速转矩传感器采集电机的转速、转矩信号，并将采集 到的转速、转矩信号传递到微处理器单元MCU ；微处理器单元MCU将采集到的电压、电流、温度、转速、转矩信号传送至触摸显示器进行显示；微处理器单元MCU将采集到的电压、电流、 温度、转速、转矩信号传送至外部存储设备进行存储；当微处理器单元MCU采集到的电压、 电流、温度信号超出正常范围后，声光报警电路发出报警音和报警灯光进行报警；一种电动车辆再生制动及能源系统综合实验装置监控系统的控制流程为制动踏 板模块输出电压Vl至微处理器单元MCU，微处理器单元MCU根据Vl的值控制电机控制器； 电机控制器根据微处理器单元MCU的输出控制电机停转所需的时间；Vl与电机停转所需的 时间存在正比关系；加速踏板模块输出电压V2至微处理器单元MCU，微处理器单元MCU根 据V2输出PWM的控制信号，该控制信号控制电机控制器；电机控制器的输出电压V3控制电 机转速；其中V3、V2存在线性关系，电机的转速与V2存在线性关系。设置了输出Vl电压的制动踏板模块，制动踏板模块的开度与其输出电压成反比。设置了输出V2电压的加速踏板模块，加速踏板模块的开度与其输出电压成正比。设置了模拟地面阻力的磁粉制动器，对于模拟不同的地面阻力，只需要改变微处 理器单元MCU给张力控制器的控制值即可；微处理器单元MCU通过PWM的方式输出电压为 V4的控制信号到张力控制器，张力控制器根据输入信号V4控制磁粉制动器的输出力矩，磁 粉制动器的输出力矩与张力控制器的输入电压V4成线性关系。蓄电池组与超级电容组并联接入电机控制器，电机控制器与电机连接，蓄电池组、 超级电容组为系统的动力源。当电机加速时，由蓄电池组、超级电容组共同提供动力；当电 机作勻速转动时，由蓄电池组供电。超级电容组可以防止电机加速时，蓄电池组大电流放电 对电池组本身的损坏。微处理器单元MCU与触摸显示器通过RS232串口连接，温度传感器选用贴片式温 度传感器。本实用新型与现有技术相比，具有以下明显的优势和有益效果一种电动车辆再生制动及能源系统综合实验装置监控系统，通过增加超级电容 组，与蓄电池组共同供电，解决了单蓄电池组供电对蓄电池组本身使用寿命的限制；通过对 蓄电池组和超级电容组电压、电流、温度信号的采集与显示，使得操作者方便的掌握装置运 行的状态；通过实时故障诊断报警模块，可以方便、准确的对车辆进行维修；通过数据存储 模块，将车况数据全部存储在外部存储设备里，实现“黑匣子”；通过采用微处理器单元MCU 控制，只要稍加修改，便能将整套系统移植到实车内。
图1是本实用新型的整体模块框图。其中部件编号说明如下1为MCU，2为蓄电池组，3为超级电容组，4为电压传感器，5为电流传感器，6为温 度传感器，7为转速转矩传感器，8为电机，9为电机控制器，10为磁粉制动器，11为张力控制 器，12为USB通信模块，13为RS232串口，14为外部存储设备，15为触摸显示器，16为滤波 电路，17为加速踏板模块，18为制动踏板模块，19为声光报警电路。
具体实施方式
如图1所示，微处理器单元MCU为整个电动车辆再生制动及能源系统综合实验装监控系统的控制核心，初始化时，当在触摸屏上选择相应的按钮后，触摸屏将检测到的位置 信号发送至微处理器单元MCU，微处理器单元MCU根据位置信号判断出用户选择的按钮并 通过RS232串口发送相应的显示控制命令至触摸屏；转速转矩传感器、电压传感器、电流传 感器、温度传感器测量的结果以电压的形式传送至微处理器单元MCU的AD 口，微处理器单 元MCU通过读取AD 口的值并转换后得到转速、转矩、电压、电流和温度的值，并将这些值传 递到触摸显示器进行显示；当采集到的电压、电流、温度信号超出正常范围后，声光报警电 路会发出报警音和报警灯光进行报警；微处理器单元MCU根据数据分析的结果来控制电机 控制器的输出电压以控制电机的转速以及电机停转所需的时间；微处理器单元MCU通过张 力控制器来控制磁粉制动器模拟不同的地面阻力；微处理器单元MCU将采集的所有数据按 照既定的格式存储于外部存储设备，实现“黑匣子”功能。电机控制器选用济南科亚公司的MMT-DC48RT100BL，张力控制器型号为WLY-1A。具体工作原理如下1.数据采集与显示硬件电路中包括有转速转矩传感器、电压传感器、电流传感 器、温度传感器，用于采集电机的转速、转矩信号，超级电容组的电压、电流、温度信号，以及 蓄电池组中每个电池的电压、温度信号和采集蓄电池组的总电流信号。为了数据采集的实 时性，本实用新型利用微处理器单元MCU的定时器中断来实现数据的采集与分析，微处理 器单元MCU定时器定时时间设置为50ms，即每过50ms，微处理器单元MCU便会对车况数据 进行采集与计算，将采集到的电压、电流、温度、转速、转矩信号传送至触摸显示器进行显
7J\ ο2.故障诊断及报警微处理器单元MCU通过定时器中断时刻对车内的传感器数据 进行采集，并对采集的数据进行计算，电压正常范围为-48 48V，电流正常范围为-40 40A，温度正常范围为-10 60°C，当采集到的电压、电流、温度信号超出正常范围后，声光 报警电路会发出报警音和报警灯光进行报警，同时在触摸屏上显示出系统故障的位置和详 细情况，方便维修人员进行快速、准确的修理。3.对电机的控制制动踏板模块输出5-0V的电压至微处理器单元MCU，当没有踩 制动踏板模块时，制动踏板模块输出5V电压；踩下制动踏板模块后，制动踏板模块的开度 与其输出电压成反比。微处理器单元MCU根据制动踏板模块输出的电压控制电机控制器； 电机控制器根据微处理器单元MCU的输出控制电机停转所需的时间；制动踏板模块的输 出电压与电机停转所需的时间存在正比关系，电机停转时间=4*制动踏板模块输出电压 (s)，最短停转时间为0. 2s ；加速踏板模块输出0-5V电压至微处理器单元MCU，微处理器单 元MCU根据加速踏板模块的输出电压输出PWM的控制信号，该控制信号控制电机控制器；电 机控制器的输出电压控制电机转速；其中电机控制器的输出电压与加速踏板模块输出电压 存在线性关系，电机控制器输出电压=加速踏板模块输出电压，电机的转速与加速踏板模 块输出电压存在线性关系，电机转速=600*加速踏板模块输出电压(r/min)。4.对磁粉制动器的控制微处理器单元MCU通过PWM的方式输出0_5V的控制信 号到张力控制器，张力控制器根据输入信号控制磁粉振动器输出0-50Nm的力矩，磁粉制动 器的输出力矩与张力控制器的输入电压成线性关系。5.能源选择蓄电池组和超级电容组通过开关器件与电机控制器连接。其中，由 四节12V单体蓄电池串联组成48V蓄电池组；超级电容组的参数为48V/135F。当检测到加速时，即加速踏板踩下，微处理器单元MCU导通蓄电池组和超级电容组的开关器件，由蓄电 池组和超级电容组同时为电机供电；当检测到电机勻速或减速运行时，微处理器单元MCU 导通蓄电池组开关器件，关断超级电容组开关器件，由蓄电池组单一供电。6. “黑匣子”模块“黑匣子”模块硬件电路采用USB接口芯片CH375来实现。可 以将电动车辆再生制动及能源系统综合实验装置监控系统测量的所有数据存储在支持USB 接口协议的外部设备上，当车辆由于不可力抗的因素而发生毁灭性损毁后，公安及相关部 门可以根据外部存储设备里面的内容分析车辆毁灭前的行驶状态和数据，方便侦查工作的 进行。7.微处理器单元MCU 微处理器单元MCU为整个电动车辆再生制动及能源系统综 合实验装置监控系统的控制核心，微处理器单元MCU通过中断实时检测触摸屏发送来的位 置信号以确定所要测量的数据以及触摸屏所要显示的内容；微处理器单元MCU通过读取AD 口的电压值来计算电压、电流的值；同时，微处理器单元MCU与外部存储设备通过USB接口 进行数据交互，完成采集数据的存储。
权利要求1.一种电动车辆再生制动及能源系统综合实验装置监控系统，其特征在于设置了微 处理器单元MCU(I)，蓄电池组O)、超级电容组(3)、电压传感器G)、电流传感器(5)、温度 传感器(6)、转速转矩传感器(7)、电机(8)、电机控制器(9)、磁粉制动器(10)、张力控制器 (11)、外部存储设备(14)、触摸显示器(15)、滤波电路(16)、加速踏板模块(17)、制动踏板 模块(18)和声光报警电路(19)；电压传感器(4)、温度传感器(6)分别采集蓄电池组( 中每个电池的电压、温度信号， 电流传感器(6)采集蓄电池组( 的总电流信号，采集到的信号分别经过滤波电路(16)传 递到微处理器单元MCU(I)；电压传感器G)、电流传感器(5)、温度传感器(6)分别采集超 级电容组C3)的电压、电流、温度信号，采集到的信号分别经过滤波电路(16)传递到微处理 器单元MCU(I)；转速转矩传感器(7)采集电机(8)的转速、转矩信号，并将采集到的转速、 转矩信号传递到微处理器单元MCU(I)；微处理器单元MCU(I)将采集到的电压、电流、温度、 转速、转矩信号传送至触摸显示器(1 进行显示；微处理器单元MCU(I)将采集到的电压、 电流、温度、转速、转矩信号传送至外部存储设备(14)进行存储；当微处理器单元MCU(I)采 集到的电压、电流、温度信号超出正常范围后，声光报警电路(19)发出报警音和报警灯光 进行报警；制动踏板模块(18)输出电压Vl至微处理器单元MCU(I)，微处理器单元MCU(I)根据 Vl的值控制电机控制器(9)；电机控制器(9)根据微处理器单元MCU(I)的输出控制电机 (8)停转所需的时间；Vl与电机停转所需的时间存在正比关系；加速踏板模块(17)输出电 压V2至微处理器单元MCU(I)，微处理器单元MCU(I)根据V2输出PWM的控制信号，该控制 信号控制电机控制器(9)；电机控制器(9)的输出电压V3控制电机(8)转速；其中V3、V2 存在线性关系，电机(8)的转速与V2存在线性关系。
2.根据权利要求1所述的电动车辆再生制动及能源系统综合实验装置监控系统，其特 征在于设置了输出Vl电压的制动踏板模块(18)，制动踏板模块(18)的开度与其输出电 压成反比。
3.根据权利要求1所述的电动车辆再生制动及能源系统综合实验装置监控系统，其特 征在于设置了输出V2电压的加速踏板模块(17)，加速踏板模块(17)的开度与其输出电 压成正比。
4.根据权利要求1所述的电动车辆再生制动及能源系统综合实验装置监控系统，其特 征在于设置了模拟地面阻力的磁粉制动器(10)，对于模拟不同的地面阻力，只需要改变 微处理器单元MCU(I)给张力控制器(11)的控制值即可；微处理器单元MCU(I)通过PWM的 方式输出电压为V4的控制信号到张力控制器，张力控制器(11)根据输入信号V4控制磁粉 制动器(10)的输出力矩，磁粉制动器(10)的输出力矩与张力控制器(11)的输入电压V4 成线性关系。
5.根据权利要求1所述的电动车辆再生制动及能源系统综合实验装置监控系统，其特 征在于设置的蓄电池组⑵和超级电容组⑶并联接入电机控制器(9)，电机控制器(9) 与电机⑶连接，当电机⑶加速时，由蓄电池组O)、超级电容组⑶共同提供动力；当电 机作勻速转动时，由蓄电池组(2)供电。
6.根据权利要求1所述的电动车辆再生制动及能源系统综合实验装置监控系统，其特 征在于设置了贴片式温度传感器(6)。
专利摘要本实用新型涉及一种电动车辆再生制动及能源系统综合实验装置监控系统，本实用新型包括微处理器单元，蓄电池组、超级电容组、电压传感器、电流传感器、温度传感器、转速转矩传感器、电机、电机控制器、磁粉制动器、张力控制器、外部存储设备、触摸显示器、滤波电路、加速踏板模块、制动踏板模块和声光报警电路。本实用新型对电动车辆再生制动及能源系统综合实验装置运行的各项参数进行检测，并对检测的数据进行分析计算，根据分析结果对电动车辆再生制动及能源系统综合实验装置进行控制。
文档编号G01M17/007GK201909717SQ201120007489
公开日2011年7月27日 申请日期2011年1月11日 优先权日2011年1月11日
发明者冯能莲, 周大森, 宾洋, 雍加望 申请人:北京工业大学