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混合动力汽车整车控制系统






针对全球气候的逐步恶化、城市大气污染加剧以及石油资源过度消耗,许 多国家都正在积极开发节能型、环保型汽车。混合动力车辆已成为汽车技术研 究的热点, 而总线通讯技术和分布式控制网络也在汽车电子领域广泛应用。混合 动力汽车是传统燃油汽车和纯电动汽车两相结合的新车型,具有低污染和低油 耗的特点,是当前解决节能问题、环保问题的切实可行的

过渡方案。 为实现混合动力车辆能量管理和运动控制,基于 DSP 单片机和 CAN 总线技 术实现混合动力汽车整车能量控制器的设计,包括电源管理模块、DSP 外围配 置电路、CAN 接口电路、SCI 串口通信电路、LCD 显示电路、数据采集电路。 DSP 接收由数据采集单元采集来的车辆实时运行信息,如:加速踏板位置、刹 车踏板位置、车速等信息,进行计算,求出车辆运行需要的发动机转矩、 ISG 驱动电机转矩,并通过 CAN 总线以电信号的形式将输出传输到各个控制单元以 实现整车的实时控制。 相对传统内燃机汽车,本控制器取消了发动机怠速;提高了发动机平均负 荷率;实现了制动能量回收。优化了车辆的经济性。在车辆需要频繁加减速和 怠速起停的城市循环工况下,节能效果更加明显。

关键词:CAN 总线,DPS,混合动力汽车,整车能量控制

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The Power Control System Of Hybrid Electric Vehicle
Abstract
With the deterioration of the global climate and the excessive consume of the oil resources,developing energy-efficient automobiles becomes an important direction in the automobile industry.Hybrid electric vehicle has become hot-spot in automotive engineering,and bus communication and distributed control network are widely used in automotive electronics.Hybrid combustion engine electric and vehicle electric employing motor,has two power accepted souces-neternal been

world-widely as one of the most promising methods to solve these two problems. To realize energy management and kinetic control of HEV,according to DSP and CAN communication carry out the the vehicle power control module ,including the power management module,DSP module,CAN communication module, SCI communication module and LCD module.DSP receives the data that collected of the vehicle that the unit collects by the data to go an information, such as:Accelerate pedal position and braking pedal position,speed information, carry on a calculation, beg the motor that a vehicle circulates a demand to turn and ISG to drive electrical engineering to turn,and pass the CAN communication delivers the exportation to each control unit by the form of telecommunication with carry out the vehicle power control module. Opposite traditional internal combustion engine car, this controller canceled motor Dai soon;Raised a motor the burden rate is on the average;Carried out to make an amount of kinetic energy recall.It was excellent to turn the economy of the vehicle.Economize on energy effect Under circulating work condition in the city that needs to be multifarious to add and subtract soon to soon rise to stop in the vehicle,it's getting more obvious.

Key words:CAN bus,DSP,Hybrid electric vehicle,the vehicle power control module

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第一章 绪论-------------------------------------------------------------------------------------------------------- 1 1.1 本课题的背景、目的和意义 ------------------------------------------------------------------------ 1 1.2 混合动力汽车国内外发展现状 --------------------------------------------------------------------- 3 1.3 混合动力汽车的分类 ---------------------------------------------------------------------------------- 6 1.4 混合动力汽车的特点及比较 ------------------------------------------------------------------------ 9 1.4.1 串联式混合动力汽车的特点 ---------------------------------------------------------------- 9 1.4.2 并联式混合动力汽车的特点 --------------------------------------------------------------- 10 1.4.3 混联式混合动力汽车的特点 --------------------------------------------------------------- 10 1.5 论文的研究内容 --------------------------------------------------------------------------------------- 11 第二章 方案论证 ------------------------------------------------------------------------------------------------ 12 2.1 ISG 型 HEV 的工作原理 ---------------------------------------------------------------------------- 12 2.2 控制器 CPU 的选择 ---------------------------------------------------------------------------------- 12 2.3 CAN 总线的在混合动力汽车上的运用 ---------------------------------------------------------- 13 2.4 动力总成控制系统的结构分析和选择 ----------------------------------------------------------- 15 2.5 系统硬件总体框图 ------------------------------------------------------------------------------------ 15 2.6 稳压芯片的选择 --------------------------------------------------------------------------------------- 16 2.7 RS-232 收发器接口芯片----------------------------------------------------------------------------- 17 2.8 CAN 收发器 -------------------------------------------------------------------------------------------- 17 2.9 ISG 型混合动力汽车动力传动系统布置方案和整车控制策略 ---------------------------- 17 第三章 HEV 动力总成硬件系统设计 ---------------------------------------------------------------------- 20 3.1 系统的硬件需求分析 --------------------------------------------------------------------------------- 20 3.2 功能模块划分 ------------------------------------------------------------------------------------------ 20 3.3 TMS320F2812 的介绍-------------------------------------------------------------------------------- 20 3.4 DSP 最小系统及相关电路 -------------------------------------------------------------------------- 22 3.4.1 供电电路 ---------------------------------------------------------------------------------------- 22 3.4.2 复位电路 ---------------------------------------------------------------------------------------- 23 3.4.3 时钟振荡电路 --------------------------------------------------------------------------------- 23 3.4.4 JTAG 接口电路-------------------------------------------------------------------------------- 23 3.4.5 SCI 串口通讯电路 ---------------------------------------------------------------------------- 24 3.4.6 AD 转换电路----------------------------------------------------------------------------------- 24 3.4.6 CAN 通讯接口电路 -------------------------------------------------------------------------- 25 3.5 LED 灯与按键电路 ----------------------------------------------------------------------------------- 26 3.6 LCD 液晶驱动电路 ----------------------------------------------------------------------------------- 27 3.7 油门/制动踏板位置信号采集电路 ---------------------------------------------------------------- 27 3.8 车速采集电路 ------------------------------------------------------------------------------------------ 28 3.9 发动机转速采集电路 --------------------------------------------------------------------------------- 29 第四章 HEV 动力总成软件系统设计 ---------------------------------------------------------------------- 30 4.1 软件系统总体设计 ------------------------------------------------------------------------------------ 30 4.1.1 能量控制算法 --------------------------------------------------------------------------------- 31 4.1.2 主程序流程图 --------------------------------------------------------------------------------- 32 4.2 AD 转换模块 ------------------------------------------------------------------------------------------- 34 4.3 显示模块 ------------------------------------------------------------------------------------------------ 35
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第五章 结论------------------------------------------------------------------------------------------------------- 36 5.1 总结------------------------------------------------------------------------------------------------------- 36 5.2 展望------------------------------------------------------------------------------------------------------- 36 参考文献 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------- 38 致 谢 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 40 附录 1:程序清单------------------------------------------------------------------------------------------------ 41 附录 2:硬件连接图 -------------------------------------------------------------------------------------------- 51

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第一章 绪论
1.1 本课题的背景、目的和意义
内燃机汽车经过 120 多年的发展和壮大,为人类文明做出了巨大贡献,创造 了难以计算的直接或间接经济利益【1】 。 但是, 随着内燃机汽车保有量的急剧增长, 人们越来越认识到传统的内燃机汽车对人类环境带来的危害。 汽车污染物排放所 引起的环境恶化、 大气污染已成为人类面临的一个严峻课题。众多的燃油汽车对 石油资源的需求量越来越大, 随着日渐严峻的能源危机的凸现,迫切要求各大汽 车生产厂家开发新能源汽车;同时,燃油汽车的排放还带来了严重的环境问题, 世界各国环保的呼声高涨, 制定了一系列十分严格的汽车排放法规,要求生产厂 家开发无污染和超低污染的汽车,以减少汽车排放。 按科学家预测, 地球上的石油资源如果按目前的消耗水平,石油资源仅汉可 以维持 60~100 年。 2l 世纪以来, 石油价格的上涨已对世界经济的发展形成了巨 大的威胁,人类将面临更加严峻的石油资源的危机和挑战。 随着全球环境与能源问题日益突出,开发低排放、低油耗的新型车辆成为世 界各国共同关注的发展方向。为了满足能源和环保的要求,经过对各种新燃料, 新能源和新动力的探索, 电动汽车成为最主要的选择之一,各种各样的电动汽车 脱颖而出
【2】



电动汽车主要包括纯电动汽车(Electric Vehicle,EV)、混合动力汽车(Hybrid Electrical Vehicle,HEV)和燃料电池汽车(Fuel Cell Vehicle,FCV)【3、4】 。纯电动汽 车完全由车载电池提供电能,依靠电动机驱动整车,具有零排放、低噪声、结构 简单、易于维护等优点,它的充电可以利用夜晚用电低谷时间完成。这可大大缓 解供电、用电矛盾中对电力储备能力的要求。但是,由于蓄电池是纯电动汽车的 唯一动力能源, 而一般蓄电池的能量密度与汽油相差极大,所以纯电动汽车的性 能无法与传统的燃油汽车相比较,而且电动汽车一次充电的行驶里程短、初始价 格高、充电时间长也是使用受到限制的主要障碍。电动车用蓄电池在能量密度、 比功率和寿命和续驶里程等方面的不足是电动车全面走向市场的瓶颈问题, 这些 问题都制约了纯电动汽车的产业化发展。 至今纯电动汽车仍未达到广泛普及的实 用阶段,最严重的问题是动力电池技术上的困扰,能量密度低、续驶里程短、充 电时间长等,其性能价格比太低,远不能与现有内燃机汽车相竞争,用户难于接 受,特别是充电站网的建设困难可能要大于研制、生产电动汽车本身。燃料电池 汽车具有极高的效率、低排放、低噪音,其甲醇燃料或乙醇燃料有广泛的来源, 并可再生等重大优势,例如巴西使用甘蔗制造的乙醇燃料产量高,成本低,尤其

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排放物仅为二氧化碳和水, 所以燃料电池汽车为各大汽车生产厂家所重视,已成 为世界各大汽车集团新世纪激烈,竞争的焦点,被喻为 2l 世纪改变人类生活的 十大高科技之首,但产业化仍需较长时间。这种情况下,混合动力汽车就成为一 个两全其美的解决途径, 在世界范围内成为新型汽车开发的热点,成为当前解决 节能、环保问题切实可行的过渡方案。 混合动力汽车英文缩写为 HEV,即 Hybrid Electric Vehicles。根据国际机电 委员会下属的电力机动车技术委员会的建议【5】 , 混合动力汽车是指由两种或两种 以上的储能器、 能源或转换器作为驱动能源, 其中至少有一种能提供电能的车辆。 根据这个通用定义,混合动力汽车有很多可能形式,例如汽油机和蓄电池混合、 柴油机和蓄电池混合、蓄电池和燃料电池混合、蓄电池和飞轮混合、蓄电池和超 大容量电容器混合等。但该定义容易混淆,不易为人们接受。目前,一般把采用 燃料电池和蓄电池作为动力的汽车称为燃料电池电动车, 把采用蓄电池和电容器 作为动力的汽车称为超大容量电容器辅助动力电动车,而混合动力汽车(HEY)专 指既有内燃机又有电动机驱动的车辆。 由此可知, 所谓混合动力汽车(Hybrid Electric Vehicle), 是车上装有热动力源 (由传统的汽油机或者柴油机产生)与电动力源(电池与电动机)两种动力源, 并且以蓄电池组作为电能存储装置的车辆。 它是介于内燃机汽车和纯电动汽车之 间的一种独立车型。 通过在混合动力汽车上使用电机,使得动力系统可以按照整 车的实际运行状况灵活调控, 而发动机保持在综合性能最佳的区域内工作,从而 降低油耗与尾气排放, 节能环保。将产生动力的部件与电能储存元件以不同的方 式结合起来,可以形成不同类型的 HEV。简而言之,HEV 就是将传统的内燃机 (又称辅助动力装置 APU) 、电力驱动和储能装置结合在一起。与常规的内燃机 动力相比,混合动力的主要优点是,这种汽车在起步时用电动机驱动,采用了高 功率的能量储存装置(飞轮、超级电容器或蓄电池)向汽车提供瞬时能量,可以 减小发动机尺寸、提高效率、降低排放,消除了内燃机起步时由于燃烧不充分而 排黑烟的现象。 在汽车减速或刹车时,电机作为发电机把动能转化成电能储存到 蓄电池中,实现能量回收,从而达到节能的目的。据有关数据统计,混合动力汽 车可节能 40%。同时,由于内燃机工作在高效的区域,有害气体的排放可减少 90%左右, 起到了环保的作用。 混合动力汽车是介于内燃机汽车和零排放纯电动 汽车之问的一种形式,其成本比纯电动汽车低且技术上比纯电动汽车容易实现。 这也是它能够迅速实现产业化的重要因素。由于各国、各地区的排放法规同益严 格, 目前已有不少国家实际使用了混合动力汽车,一些汽车公司己开始生产和销 售这种车型。 与纯电动汽车和传统内燃机汽车相比,混合动力汽车具有如下的优点:

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1)可以最大限度发挥内燃机汽车和纯电动汽车的双重优点; 2)由于有电动机作为辅助动力,对电池的比能量要求降低,电池的数量和重 量可减少,大幅降低了电池组的成本,因此汽车自身重量减轻; 3)汽车的续驶里程和动力性可达到内燃机的水平; 4)可使发动机在最佳的工况区稳定运行, 从而有效避免或减少了发动机变工 况(特别是低速、怠速)下的不良运行,再由于可回收制动能量,可使混合动力 汽车成为较低排放的节能汽车; 5)在一些对汽车排放严格限制的地区(如商业区、游览区、居民区等) ,或 人口密集的市区等车速不高、停停开开的地段行驶,混合动力汽车可以关闭 APU,采用纯电动方式驱动车辆,实现零排放; 6)由于电动机可提供辅助动力,因此可配备功率较小的发动机,并可通过电 动机回收汽车减速和制动时的能量,进一步降低汽车的能量消耗和排污。 混合电动汽车基本上不改变现有的汽车产业结构,不改变现有能源(石油燃 料)的体系,不改变用户对汽车的使用习惯,也是它能够迅速实现产业化的重要 因素。专家们预测,在未来十年内将可能有 40%的燃油汽车实现混合驱动。

1.2 混合动力汽车国内外发展现状
20 世纪 90 年代以来,国外所有知名汽车公司均投入巨资开始进行电动汽车 和混合动力汽车实用车型的研制和开发;很多公司采用了包括现代电子、精密机 械、控制技术、新型材料甚至航天技术在内的各种高新技术,使不少样车的主要 动力性指标达到了燃油汽车的水平。国外普遍认为它是投资少、选择余地大、易 于满足未来排放标准和节能目标、市场接受度高的主流清洁车型,从而引起各大 汽车公司的关注。90 年代以来,日本、美国、欧洲各大汽车公司纷纷开始研制 混合动力型汽车【6】 。进入 21 世纪后,各国加快了 HEV 的概念产品化的进程, 相继推出了不同形式的 HEV 产品,Toyata 的 Prius,Honda 的 Insight,Ford 的 Prodigy,Nissan 的 Tino,GM 的 Precept 等都是具有代表性的车型;其中 Prius 和 Insight 已是成熟的产品,并在继续扩大生产规模,其它车型也将在近几年内 推向市场。很多车型都显示出了优良的环保与节能性能。随着电动汽车、混合动 力汽车性能的日益提高以及其成本的不断降低, 混合动力汽车的市场份额正逐渐 增大,使其已成为重点发展的新型汽车【7】 。 在日本,1995 年 5 月日产公司开发出了可以使续驶罩程增加一倍的串联式 混合动力型微型轿车。丰田公司的 Coaster 从 1997 年 8 月开始销售,至 2001 年 3 月末, 约售出 40 辆。 丰田公司的 Prius 从 1997 年 12 月开始在国内销售, 至 2001 年 8 月末,约售出 53400 辆。在 2003 年纽约国际车展上,日本丰阳公司展出了 采用第二代丰田混合动力系统(Toyota Hybrid System,THS II)的混合动力轿车
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Prius2004。 2005 年 11 月 23 日在北京开幕的国际清洁汽车技术展览会上,世界主要汽 车制造商展出了最新的清洁汽车,主要是混合动力汽车,证明了现在业内人士基 本认同混合动力汽车的发展地位。传统内燃机传动是功率与效率的折中。提高功 率则降低效率,反之亦然。丰田油气混合动力系统不是采取折中的方案,而是让 两者协同起来,即混合协同驱动(HSD)。丰田公司展出的第三代 Prius 混合动力 轿车,动力系统仍旧采用 THS 混联式结构。 除了丰阳公司以外,本田、日产等大公司也不甘落后,分别研制了自己的混 合动力汽车。其中本田公司已投产 Insight 混合动力电动轿车,被美国环保总署 评为 2001 年美国十大节能汽车的第一名, 第二名则为丰田汽车公司的 Prius 混合 动力电动轿车。Insight 是由 1.0L 的三缸汽油机和 10kw 的 ISG 组成的并联式混 合动力汽车。日产则推出了 Tino,其中一个电机位于离合器和 CVT 之间,另一 电机通过带传动在发动机的前部与发动机相连,起发电机和起动机的作用。 在美国,自 1990 年以来,由于环境问题以及美国加州“零排放车辆法”的 推行,各大汽车厂商更加注重对电动汽车的开发。1993 年 9 月,美国能源部和 三大汽车公司牵头成立了“新一代汽车伙伴关系(PNGV)” ,美国政府通过 PNGV 与汽车界达成了多种合作研究、开发协议,并协调政府有关部门,国家实验室和 三大汽车公司的人力、物力资源,开展高效节能汽车包括 HEV 的研究。美国政 府于 1997 年与克莱斯勒公司、福特公司和通用汽车公司合作,实施新型汽车合 作计划(PNGV),该计划制定的混合动力汽车开发的目标是:2002 年进行试验性 推广,2004 年达到全面商业化生产。在 2000 年的北美国际汽车展上,三大公司 分别展出了自行研制的混合动力轿车:通用 precept,福特 Prodigy,戴姆勒一克 莱斯勒 Dodge ESX3。 Precept 是通用汽车公司展出的一款具有先进技术的环保车, 直接归属 PNGV(Partnership for a New Generation of Vehicles)项目。 它是一种采用 发动机为主,电动机为辅的配置方式,适合五人乘坐的家用轿车,设计百公里油 耗为 3.5L,燃油效率是使用一般燃料的同类车型的三倍。通用汽车公司于 2004 年在美国部分州推出了“Silverado”和“GMC Sierra”等简易型混合动力汽车, 并将在 2006 年推出“Satum VUE Green Line” 。同时,它还与戴姆勒一克莱斯勒 公司合作,计划于 2007 年研发出双模式完全混合动力技术系统。福特汽车公司 1998 年开发出了福特 P2000 型 5 座并联式混合动力汽车。2003 年,福特汽车公 司又推出了名为“freestly”的混合动力汽车。 在欧洲,各大汽车厂商争先恐后的推出了本公司研制的混合动力汽车。其 HEV 的突出代表是法国的 Berlinge,在性价比上能与燃油汽车相抗衡,代表了国 际实用先进水平。德国西门子和博世(Bosch)等著名零部件公司积极与大汽车公

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司联手开发混合动力汽车。法国雷诺公司研制的 VERT 和 HYMME 两款混合动 力汽车己进行了 10000 公罩的运行试验。瑞典沃尔沃公司也开发出基于沃尔沃 FL6 卡车改装的混合动力汽车。1995 年 8 月,沃尔沃客车公司提出了世界欢迎 的“环保概念客车”(EnvironmentalConcept Bus,ECB)。1999 年,该车在瑞典歌 德斯堡进行路试检测。 我国目前也非常重视混合动力汽车的研究与开发, 一些单位的起步研究工作 正在展开。 “电动汽车技术研究”是国家科委“八五”科技相关项目。1996 年“八 五”重点科技攻关项目“电动汽车关键技术研究”在清华大学通过了国家计委、 教委、和机械部的验收: “九五”期问,东风汽车公司承担并完成了国家重大科 技攻关项目“电动轿车概念车设计”的整车研制工作。在电动汽车关键技术尤其 是混合动力汽车方面, 很多科研单位也进行了诸如混合方式和控制策混合动力汽 下传动系统模掣化及优化控制略研究、 参数匹配和性能预测研究等前期工作。 “九 五”末期我国在电动汽车的三大关键技术领域(电池、电机、电控系统)取得突破。 国家科技部已将电动汽车产业化作为“十五一 863 重大专项的内容。 我国有关电动汽车的研制开始于 20 世纪 90 年代。 采取产学研相结合的方式, 投资 8.8 亿元用于支持电动汽车的研究、开发和产业化。在混合动力汽车方面, 目前已经通过了两轮研发, 进入了整车试验阶段。在国家的支持以及混合动力良 好的市场前景推动下, 全国很多汽车生产企业和高校联合开展了混合动力汽车的 研究和开发工作,在电机驱动、整车仿真、试验、电池技术等方面都取得了很大 的进步。也积累了许多宝贵的经验。从 1996 年开始,广东省科委统一协调组织 研制电动汽车, 并取得了可喜的进展。 中国远望 (集团) 总公司与北京理工大学、 国防科技大学和河北胜利客车厂等单位联合,于 1996 年 3 月研制成功了 5l 座 YW6120 型电动大客车。在此基础上,我国混合动力汽车的研制也有了一定的进 展。1998 年,清华大学与厦门金龙公司合作研制了混合动力客车;同年,江苏 理工大学承担了江苏省科委下达的重点工业科技攻关项目——混合动力公交轻 型客车 ZJK6700 HEV 串联式混合动力的研制,目前样车的研制工作已经结束。 第一汽车集团公司于 2001 年在第三届北京国际清洁车展上推出一款混合动力轿 车——红旗 CA7180AE,这是第一汽车集团公司技术中心、美国电动车(亚洲) 公司、 汕头国家电动汽车试验示范区三方共同合作的成果。这款串联式结构混合 动力轿车的中高档车型, 发动机为 13kw 汽油机, 电机为直流 15kw, 144V(105Ah) 铅酸电池,4×2 前驱动形式,最高车速可达 135km/h。清华大学与沈阳金杯客车 制造有限公司在 2001 年 3 月签订了 “SY6480 混动力电动客车的研制与开发” 合 作项目的合同。华中科技大学也在国内率先研制出 HEV,并参加深圳高交会。 深圳明华环保汽车有限公司于 2001 年 4 月推出了混合动力电动环保汽车

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MH6720,引起社会各界关注;该车采用的是并联式混合动力系统,发动机为 87KW;电机为 312V、充电次数大于 500 次;异步交流电机平均功率为 36Kw: 满载最高车速为 90Km/h;最大爬坡度为 33%;续驶行程可达 1080Km,纯电机 驱动时为 100Km;百公里等速油耗 7.69L;乘客数为 22;其尾气排放达欧洲标 准, 噪声指标也大大低于国产普通中巴车。上汽集团奇瑞汽车有限公司专门成立 了清洁汽车项目组, 投入了大量的资金和人力进行混合动力汽车的研究和开发工 作, 目前也已有样车通过了科技部专家组的验收。奇瑞公司还制定了混合动力汽 车产业化的初步计划,预计在 2006 年实现混合动力轿车的小批量生产【8、9、10】 。 东风汽车公司承接“863”混合动力研制项目现已完成,并已于最近推出混合动 力电动客车样车,整车性能良好。我国通过国家“八五” 、 “九五”甚至“十五” 电动汽车的科技攻关,在 HEV 方面已经积累了一定的技术基础和经验。国内的 混合动力轿车与国外水平仍有较大差距。 上海华普推出了搭载自主混合动力发动 机的海尚 305,优点是结构紧凑、可靠性高、成本低,可节省燃料 20%左右,号 称是国内第一款自主混合动力技术的轿车,但距离 Prius 重混合度技术仍有很大 差距,进入市场之前还有很长的路要走。 在能源和环保的压力下, 世界各大汽车公司无不涉足电动汽车领域,但是由 于技术和经济上存在的各种困难, 电动汽车还有相当长的路要走才有可能实现商 品化, 而混合动力汽车技术相对更为成熟,由于采用了精湛的机电耦合技术和智 能化的整车控制策略,从而实现整车的高性能,低能耗和低排放。因此混合动力 汽车有着广阔的市场空间,特别是开发用于城市交通(如出租车)和城市之间的 混合动力汽车在我国有着得天独厚的发展条件和广阔的应用前景【11】 。

1.3 混合动力汽车的分类
目前,混合动力汽车主要分为三类: 串联式混合动力汽车: 单独通过电动机来驱动机车。 而电能可以由电池提供, 也可以由发动机驱动发电机来提供。 并联式混合动力汽车: 两个牵引机同时与驱动轴相连,它们既可各自单独向 驱动系统提供动力,又可共同协调一致的提供动力。 混联式混合动力汽车: 这种结构既包括并联式混合结构中的连杆机构,又包 括串联式混合结构中的电气联动机构。 另外,还出现了某些新型的混合结构,这些结构并不属于上述三类,通常我 们称之为“复杂”混合。 1)串联式混合动力汽车(SHEV) SHEV 的动力系统结构是 HEV 中最简单的一种,发动机输出的机械能首先 通过发电机转化为电能, 该电能可通过功率转换器为电池充电,或经由电动机和
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传动装置驱动汽车。 SHEV 以电动机作为主驱动装置, 发动机作为辅助动力装置, 以提高行驶里程。基本的串联式混合结构如图 1.1 所示。典型的 SHEV 有丰田公 司的 Coaster 等。 它的优点有: ①利用发电机, 使发动机的输出转化为电能既可以给电动机供电,又可为电 池充电。 ②可以利用电动机作为发电机,将电能储存在电池罩,达到在刹车制动时回 收能量的目的。 ③我们不需要按照汽车对功率的要求来操作发动机, 也就是说发动机的操作 取决于能源利用的最优效率以及污染排放情况。 ④变速时不需要离合器。 同时,它的缺点有: ①串联式混合结构需要发动机,发电机以及发动机,并且,电动机的功率至 少要满足机车所需要的最大功率,这就限制了电机小型化的可能性。 ②SHEV 的能量转换、 传输的环节多, 造成整体能量转换效率比较低; 并且, 为满足爬坡等需要大功率的路况,发动机、发电机和电动机的额定功率都要求比 较大。

图 1.1 串联式混合结构

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2)并联式混合动力汽车(PHEV) 串联式混合机车可以看作是在纯电力机车的基础上加上发动机能量传输途 径,而并联式混合机车可以看作是在发动机机车上附加电能传输途径。PHEV 采 用发动机和电动机两套驱动系统。可采用发动机单独驱动、电动机单独驱动或发 动机和电动机联合驱动三种工作模式。并联式混合结构如图 1.2 所示。 在并联混合动力汽车里, 发动机和电动机既可分别提供牵引功率,又可共同 提供。 这就使得在提供功率时会有一个自由度,使两个并行路径的功率分配最优 化。 两种电机均可在满足最大功率的前提下缩小体型,并且在发动机和电动机的 额定功率选较小值时,就可达到动力性要求。并且,与串联 HEV 相比,它的优 点是并联 HEV 仅用到电动机和发动机,并且发动机和电动机的最大功率较小, 而缺点是由于发动机与推进系统是共轴连接的,这使并联 HEV 需要离合器,这 使得并联 HEV 结构复杂,控制难度大。典型 PHEV 有:只野公司的 HIMR 型大 客车、本田公司的 Insight 轿车等。

图 1.2 并联式混合结构

3)混联式混合动力汽车 混联 HEV 在结构上综合了 SHEV 和 PHEV 的特点。 它主要偏向于并联结构, 但又包含一些串联结构的特点。与 SHEV 相比,它增加了机械动力传输路线; 与 PHEV 相比,它增加了电能的传输路线。实际上,机械联动和电能联动路线 采用两个截然不同的电机。 一个电机相当于并联式混合结构中的电动机,用来驱 动汽车和刹车制动时进行能量回收, 而另一个电机的作用相当于串联式混合系统 中的发电机,用于给电池的充电。另外。发动机和电动机可选择较小的功率,控 制策略灵活, 发动机可以比较容易地工作在高效率区域。但混联式混合动力汽车 结构复杂,成本高。近年来,出现了两种不同的混联式混合型结构,一种结构包 含了一组行星齿轮组(PGS),其结构如图 1.3 所示,这种类型的有丰用公司的 Prius。 另一种结构不包含行星齿轮组, 它结合了链传动式发电机和曲轴悬挂式电 机的特点,与并联式混合结构一样直接进行耦合,其结构如图 1.4 所示。

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图 1.3 带有行星齿轮组混联式混合型结构

图 1.4 不带有行星齿轮组混联式混合刑结构

1.4 混合动力汽车的特点及比较
1.4.1 串联式混合动力汽车的特点 1)串联式混合动力汽车(SHEV)的优点: ①SHEV 可以类电动状态行驶,结构简单,易于控制。 ②发动机工作状态不受汽车行驶工况的影响,能够保持在稳定、高效、低污 染的状态下运转, 将有害排放气体控制在最低范围所以发动机具有良好的经济性 和低的排放指标。 ③三大动力总成之间没有机械联系,有较大的自由度,可以独立地布置。 2)串联式混合动力汽车(SHEV)的缺点: ①驱动电动机的功率必须是能够克服 S 脏 V 在行驶过程中的最大阻力,驱 动电动机的功率要求较大,外形尺寸也较大,质量较重。 ②在发动机一发电机一驱动电动机系统中的热能一电能一机械能的能量转 换过程中,能量损失较大,在动力电池组的充、放电过程中也存在能量损耗,能 量转换总的综合效率要比内燃机汽车低。 ③发动机一发电机组与动力电池组之间的匹配要求较严格, 要根据动力电池 组 SOC 的变化,自动起动或关闭发动机一发电机组,以避免动力电池组过放电, 这就需要更大的电池容量。
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1.4.2 并联式混合动力汽车的特点 1)并联式混合动力汽车(PHEV)的优点: ①PHEV 只有发动机和起动/发电机(或驱动电动机)两个动力总成,PHEV 的两个动力总成(发动机和起动/发电机或发动机和驱动电动机)本身的功率等 于 50%~100%的车辆驱动功率,比 SHEV 的三个动力总成的功率、质量和体积 要小很多。 ②除摩擦损耗外, 没有机械能一电能一机械能的转换过程,能量转换总的综 合效率要比 SHEV 高。 ③起动/发电机是 PHEV 的辅助动力,可以选择得较小。与它们配套的动力 电池组的容量也较小,使整车的整备质量大大地降低。 ④发动机基本稳定在高效率、低污染的状态下运转。 2)并联式混合动力汽车(PHEV)的缺点: ①需要配备与内燃机汽车相同的传动系统, 在总布置上基本与内燃机汽车相 同,动力性能接近内燃机汽车。发动机的工况会受到 PHEV 行驶工况的影响, 发动机的有害气体的排放高于 SHEV。 ②发动机驱动模式需要装置离合器、变速器、传动轴和驱动器等传动装置, 另外还有起动/发电机(驱动电动机) 、动力电池组,以及动力组合器等装置,因 此 PHEV 的多能源动力系统结构复杂,布置和控制也更加困难。 1.4.3 混联式混合动力汽车的特点 1)混联式混合动力汽车(PSHEV)的优点: ①PSHEV 是由三个动力总成组成,三个动力总成的(本身)功率可以等于 50%~100%的车辆驱动功率,比 SHEV 的三个动力总成的功率、质量和体积要 小很多。 ②PSHEV 可以有多种多样的驱动模式和混合驱动模式供选择,可以使 PSHEV 的节能最佳,有害气体的排放达到“超低污染” 。 ③驱动电动机可以给发动机提供额外的辅助动力,因此 PSHEV 的发动机功 率可以选择得较小,燃料经济性比 SHEV 要高。 2)混联式混合动力汽车(PSHEV)的缺点: ①发动机的工况会受到 SHEV 行驶工况的影响,发动机的有害气体的排放 高于 SHEV。 ②在 PSHEV 上需要配备两套驱动系统,发动机传动系统需要装备离合器、 变速器、传动轴和驱动桥等传动总成。另外还有起动/发电机、驱动电动机、减 速器、 动力电池组、 以及为多能源动力组合或协调发动机与驱动电动机的专用装
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置。因此 PSHEV 的多能源动力系统结构复杂,总布置也更加困难。 ③多能源动力的匹配和组合有不同的组合形式, 需装配一个复杂的多能源动力总 成控制系统,才能达到高的经济性和“超低污染"的控制目标。

1.5 论文的研究内容
整车控制策略是混合动力汽车技术上最为关键的部分, 直接影响整车的动力 性和节能性的好坏。在混合动力汽车运行过程中,本项目采用 ISG 轻混方案, 相对传统内燃机汽车,ISG 轻混方案取消了发动机怠速;提高了发动机平均负荷 率;实现了制动能量回收。优化了车辆的经济性。在车辆需要频繁加减速和怠速 起停的城市循环工况下,节能效果更加明显。 本文在陈述混合动力汽车原理的基础上,对混合动力系统结构进行分类,构 建了整车系统,本文主要内容如下: 1、通过阅读国内外文献,介绍混合动力汽车的特点,研究现状及应用前景, 当前研究的热点等。 研究混合动力汽车的驱动方式,论述混合动力汽车各类型的 特点,并给出国内外研究混合动力汽车的类型。 2、构建整车动力控制系统,对混合动力汽车动力总成硬件系统进行研究。 然后介绍整车控制流程,最后介绍混合动力汽车采用的不同的控制策略。 3、进行了混合动力汽车动力总成软件系统的研究。画出相关程序流程图并 编写程序。 4、总结本文所做的工作。

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第二章 方案论证
2.1 ISG 型 HEV 的工作原理
ISG 型混合动力汽车的工作原理是: 小功率 ISG 电机直接装在发动机的输出 轴末端,构成一个先进高效紧凑的混合驱动系统。 1)当车辆起动时,传统汽车的起动机只将发动机加速至起动转速,而 ISG 作 为电动机具有良好的启动特性,在短时间内 ISG 电机带动发动机快速运转到某 一(比怠速高)转速后,发动机点火,高转速电起动过程不仅降低了发动机起动 时的燃料消耗,还改善了排放,此时 ISG 电机作起动电机使用。 2)在正常行驶工况(巡航工况)下,ISG 停止工作,由发动机提供汽车行驶 所需的动力。 3)车辆加速或爬坡时,通常情况下发动机在此工况下的转矩输出有限,由蓄 电池提供电能,ISG 作为电动机为发动机提供辅助动力,形成发动机和电动机动 力在发动机轴上组合的混合驱动模式。例如,当发动机以较低转速运转时,如果 加速踏板的行程大于某一设定值时,ISG 就开始进行功率补偿,当加速踏板达到 满行程时,电机提供最大瞬时功率。 4)车辆减速、 制动或蓄电池 SOC 状态值低于允许的最低 SOC 状态值时, ISG 电机以发电机模式工作, 回收车辆再生制动能量或者将发动机的部分动力转换为 电能,储存到蓄电池中。 5)当汽车处于长期怠速的驻车工况时,动力总成控制器自动使发动机熄火, 达到节能、环保的目的。

2.2 控制器 CPU 的选择
1)DSP DSP(Digital Signal Processing)技术,也称为数字信号处理技术,是将一种具 有特殊结构的微处理器应用于各种信号处理上,并通过各种信号处理算法,满足 系统的控制要求的技术。 一般来说, DSP 芯片内部采用程序和数掘控制总线分开 的哈佛结构,具有专门的硬件乘法器,广泛使用流水线操作,还可以应用一些特 殊的指令以实现特殊的计算和控制操作。 和普通的单片机系统相比, DSP 系统的 优势是非常明显的,由于 DSP 可以在一个指令周期内处理乘法和加法的运算, 可以大大的缩短数据的处理时间: 流水线操作的特点又可以实现多个指令的并行 操作:DSP 上一般带有丰富的片上资源,如 RAM(Random Access Memory 随机 存储)模块、A/D(Analog Digital 模数)模块、SCI(Serial Communicate Interface 串口)模块、FLASH 模块和 CAN 模块等,这样可以简化系统的硬件设计,并减
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少数字芯片之间的高频干扰。 DSP 兼有了单片机控制的强大逻辑处理功能, 这为 车辆混合动力控制提供了支持, 其灵活的总线扩展方式可以外扩功能芯片,实现 系统的多功能引用。相对于模拟处理系统,DSP 系统具有很多优势: ①灵活性高,仅仅通过数字处理软件的修改可以改变应用场合和处理方法。 ②精度高,其精度仅与 A/D 的位数和计算机字长、算法有关,其数据的处 理不受数字部分的元件精度的影响。 ③可靠性和可重复性好,受环境温度、电磁场等干扰的影响比较小。 ④系统集成度高和性价比高。由于动力总成控制器要在车辆运行过程中,检 测车辆运行状态并实时决策,因此对 CPU 的指令周期也要求很高。 2)飞思卡尔 飞思卡尔有着 30 多年汽车电子的领导地位,是全球领先的汽车工业半导体 供应商。568000 系列单芯片数字信号控制器融合了数字信号处理器功能和便利 的微控制器功能, 灵活外设借口配置和不同种类的封装, 为点击控制、 数字电源, 仪器仪表,照明控制和家用电器等应用提供低成本、高性能的解决方案。 3)单片机 单片机是一种集成在电路芯片, 是采用超大规模集成电路技术把具有数据处 理能力的中央处理器 CPU 随机存储器 RAM、只读存储器 ROM、多种 I/O 口和 中断系统、定时器/计时器等功能(可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、 模拟多路转换器、A/D 转换器等电路)集成到一块硅片上构成的一个小而完善的 计算机系统。主要特点:集成度高、处理功能强、可靠性高、系统结构简单、价 格低廉、灵活性高等特点。 综上所述,与通用微处理器相比,DSP 具有如下优点: ①对元件值的容限不敏感,受温度、环境等外部参与影响小; ②可以分时复用,共享处理器; ③方便调整处理器的系数实现自适应滤波; ④可实现模拟处理不能实现的功能:线性相位、多抽样率处理、级联、易于 存储等; ⑤可用于频率非常低的信号。 根据系统运算量的大小、对运算精度的要求、系统成本以及体积、功耗等方 面进行综合考虑,最终决定采用 DSP 微处理器来实现能量总成控制器。选择 TI 公司的 TMS320F2812【15、16】这款芯片作为能量总成控制器的 CPU。

2.3 CAN 总线的在混合动力汽车上的运用
CAN(Controller Area Network)控制器局域网是德国 Bosch 公司为解决现代汽 车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种能有效的支持分布式
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控制和实时控制的串行通信网络,属于现场总线范畴。目前,CAN 在机械工业、 轨道车辆、航海船只和医疗器械等领域都有广泛的应用。在汽车领域 CAN 是应 用最为广泛的总线。 随着 CAN 在各种领域的应用和推广,对其通信格式的标准化提出了要求。 1991 年 9 月 Philips Semiconductors 制定并发布了 CAN 技术规范(Version2.0)。该 技术规范包括 A 和 B 两部分。2.0A 给出了 CAN 报文标准格式,而 2.0B 给出了 标准的和扩展的两种格式。此后,1993 年 11 月 ISO 正式颁布了道路交通运输工 具一数据信息交换一高速通信控制器局域网(CAN)国际标准 ISO 11898,为控制 器局域网的标准化、规范化铺平了道路。 相对于点对点的线束控制方法而占,CAN 控制系统强调集成模块化工作方 式, 可以非常有效地构成各种分布式实时测控系统,并且具有很高的灵活性和可 靠性。同时,各模块能够比较独立的工作,避免了各模块间的相互干预。CAN 总线中的通信节点可以是控制器、智能传感器或者是智能执行单元。该技术已经 广泛应用在汽车通信系统中。比如上海大众推出的 POLO 轿车上,整车仅用六 个通信节点就代替了繁杂的线束,轻松实现了全车数据共享。 CAN 总线具有以下主要特点: 1、多主机工作方式,网络点不分主从。 2、报文帧分为不同的优先级,可满足报文帧的不同实时性要求。 3、采用非破坏性仲裁技术,总线仲裁既不破坏报文帧也不损失时间。 4、可方便的实现一对一、一对多及全局广播等多种报文帧传送方式。 5、通信距离最远 10km(5Kbps 以下) ,通信速率最大 1Mbps(40m 以下) 。 6、总线节点数主要取决于驱动电路,目前可达 110 个。标准报文帧标识符 11 位,扩展报文帧标识符 29 位,报文帧数目几乎不受限制。 7、报文帧采用短帧结构,传输时问短,受干扰概率低,出错率低。 8、报文帧具有 CRC 校验及其它检错措施,检错效果好。 9、通信介质可为双绞线、同轴电缆或光纤等,选择灵活。 10、发生严重错误的 CAN 节点可自动关闭脱离总线,不影响其它节点的正 常通信。 总之,CAN 总线具有实时性强、可靠性高、通信速率快、结构简单、互操 作性好、灵活性高和价格低廉等特点。 混合动力汽车的结构复杂, 有多种需相互作用却又相对独立的部件,并且车 载环境比较恶劣,有很强的干扰,模拟信号的可靠性不高。这些特点都决定了采 用基于 CAN 总线网络的整车控制方案必要性。 通过 CAN 总线网络, 混合动力车辆各系统之间以节点信息的形式交流信息,

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方便各部件的匹配工作,有利于整车控制与调节。

2.4 动力总成控制系统的结构分析和选择
动力总成控制系统或者整车控制系统 VSC(vehicle system controller)完成对 动力驱动系统的实时控制。VSC 必须实时监视车辆的运行状态,发出控制指令, 实现车辆工作模式的转换, 同时对部件的故障进行实时保护,因此整车控制系统
【20、21】

的设计是一项复杂却是非常重要的任务。HEV 整车控制系统一般采用集

中控制或分布式控制两种系统方案。 1、集中控制系统,由系统核心处理器完成对所有信号流和能量流的处理和 分配工作,控制器接受所有单元 I/O 的状态,根据控制策略,再发出对各单元执 行机构的控制命令,集中控制系统具有处理集中,实时性强,响应快的特点。 2、分布式控制系统,有 VSC 通过现场总线与各部件 ECU 通讯,在工作过 程中,各部件 ECU 分别采集各自控制对象的信号和动态参数,通过现场总线发 给 VSC,VSC 利用这些信息,通过控制策略的运算来进行信号流和能量流的处 理和分配工作, 并通过现场总线向各部件 ECU 发出执行指令。各部件 ECU 接受 执行指令,并根据控制对象的当前动态参数,再发出对控制对象的控制命令。该 分布式控制系统将整个系统任务模块化,每个模块都有一个 ECU 来接管,这样 以来就将系统可能出现的故障率下移,提高了系统的运行可靠性,不仅如此,由 于分布式控制系统是面向对象设计的,从而提高了系统的可扩展性,便于建设、 运行和维护。由于处理集中,实时性强,响应快的优点,选择集中控制系统。

2.5 系统硬件总体框图
由于处理集中,实时性强,响应快的优点,选择集中控制系统。 动力总成控制器【22】是整个混合电动汽车的核心,肩负着管理和控制整个车 辆各个部件的重要功能, 也是混合电动汽车控制思想和控制策略的实施部件。它 的主要功能可分为采集、 分析决策和控制三大部分。动力总成控制器首先采集整 个车辆的各种信号。 这些信号又分为直接采集信号和 CAN 总线【23】信号两大类。 其中,直接采集信号包括左轮车速、右轮车速、发动机转速、电机转速、变速箱 输入轴转速、 加速踏板位置信号及其零位信号、 刹车踏板位置信号及其零位信号、 离合器状态信号、电池电量信号、充放电电流信号等等。然后,总成控制器根据 这些信号分析当前车辆的状态和司机的命令需求, 并通过一系列的控制策略的运 算, 得出满足司机需求的功率或扭矩、满足最佳效率的发动机和电机应出的力及 最佳的充电功率、AMT 的控制等。最后,动力总成控制器将这些结论作为控制 信号发送给对应的部件。 所以, 动力总成控制器除了满足信号采集和控制信号输 出这两大功能以外,最主要的是控制策略的实施,这是实现研发混合电动汽车最
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初意义的关键所在。

图 2.1 系统硬件总体框图

2.6 稳压芯片的选择
AMS1117 系列稳压器有可调版与多种固定电压版, 设计用于提供 1A 输出电 流且工作压差可低至 1V。在最大输出电流时,AMS1117 器件的压差保证最大不 超过 1.3V,并随负载电流的减小而逐渐降低。AMS1117 的片上微调把基准电压 调整到 1.5%的误差以内,而且电流限制也得到了调整,以尽量减少因稳压器和 电源电路超载而造成的压力。 AMS1117 是一个正向低压降稳压器,在 1A 电流下压降为 1.2V。 AMS1117 有两个版本:固定输出版本和可调版本,固定输出电压为 1.5V、 1.8V、2.5V、2.85V、3.0V、3.3V、5.0V,具有 1%的精度;固定输出电压为 1.2V 的精度为 2%。 AMS1117 内部集成过热保护和限流电路,是电池供电和便携式计算机的最 佳选择。 特点: 1)固定输出电压为 1.5V、1.8V、2.5V、2.85V、3.0V、3.3V、5.0V 和可调 版本,具有 1%的精度 2)固定输出电压为 1.2V 的 精度为 2% 3)低漏失电压:1A 输出电流时仅为 1.2V 4)限流功能 5)过热切断 6)温度范围:-40℃~125℃

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2.7 RS-232 收发器接口芯片
MAX3232 收发器采用专有的低压差发送器输出级, 利用双电荷泵在 3.0V 至 5.5V 电源供电时能够实现真正的 RS-232 性能。 器件仅需四个 0.1μ F 的外部小尺 寸电荷泵电容。MAX3232 确保在 120kbps 数据速率下维持 RS-232 输出电平。 MAX3232 具有 2 路接收器和 2 路驱动器。提供 1μ A 关断模式,有效降低 功耗并延长便携式产品的电池使用寿命。关断模式下,接收器保持有效状态,对 外部设备进行检测,仅消耗 1μ A 电源电流。

2.8 CAN 收发器
SN65HVD230 是德州仪器公司生产的 3.3V CAN 收发器, 该器件适用于较高 通讯速率、良好抗干扰能力和高可靠性 CAN 总线的串行通信。CAN 总线以其较 高的通讯速率、 良好的抗电磁干扰能力可实现高可靠性串行通信,因而在实际应 用中具有极高的应用价值。不过,随着集成技术的不断发展,为了节省功耗,缩 小电路体积,一些新型 CAN 总线控制器的逻辑电平均采用 LVTTL,这就需要和 之相适应的总线收发器。TI 公司生产的 SN65HVD230 型电路非常好地解决了这 个问题。 SN65HVD230 是德州仪器公司生产的 3.3CAN 总线收发器, 主要是和带 有 CAN 控制器的 TMS320Lx240x 系列 DSP 配套使用,该收发器具有差分收发 能力,最高速率可达 1Mb/s。广泛用于汽车、工业自动化、UPS 控制等领域。 SN65HVD230 可用于较高干扰环境下。该器件在不同的速率下均有良好的 收发能力,其主要特点如下: ·完全兼容 ISO11898 标准; ·高输入阻抗,允许 120 个节点; ·低电流等待模式,典型电流为 370μ A; ·信号传输速率最高可达 1Mb/s; ·具有热保护,开路失效保护功能; ·具有抗瞬间干扰,保护总线的功能; ·斜率控制,降低射频干扰(RFI); ·差分接收器,具有抗宽范围的共模干扰、电磁干扰(EMI)能力。

2.9 ISG 型混合动力汽车动力传动系统布置方案和整车控制策略
ISG(Integrated Starter/Generator)型混合动力汽车只有发动机和 ISG 电机两大 动力设备,其系统结构如图 2.2 所示。这种形式结构简单紧凑、组装容易,再生 制动的能量回收效果较高,特别是由于 ISG 电机的功率较小,使得所配置的蓄 电池组也较小, 发动机附件全部采用电动方式驱动,齿形皮带及齿轮组可以全部
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省掉,整车的布置就可以更加灵活,大大地减轻了整车的质量。
自动离合器 发动机 常规离合器 ISG

Te
?e
T c1

Tc 2
?c 2

变速器

Tt

?w

Tw

?m

Tm

?t

?w
Tw

图 2.2 传动系统结构图

基于ISG节能原理分析,本项目采用如下的总体控制策略: 1)切断怠速 在电池 SOC 允许的条件下,发动机低速下和极低负荷下不启动,由 ISG 电 机提供动力。 如果电池电量太低, 电机无法提供动力, 为了满足汽车动力性要求, 发动机需要启动。 2)加速踏板解析策略 由于并联方案中发动机转速在挡位一定时与车轮转速是固定比例的, 无法实 现主动调节;ISG 电机功率较小,负荷调节能力有限;电池容量小,通过电机调 节发动机工作点会造成电池频繁充放电,降低电池使用寿命。根据目前的 ISG 方案,在发动机正常工作区域,通过 ISG 电机发电和电动模式来动态调节发动 机, 使之工作在最佳油耗点或最佳油耗曲线上比较困难,因此本项目通过采用适 当的加速踏板解析策略提高发动机平均负荷率来提高整车经济性。 由于发动机和 ISG 电机同轴,可以把发动机转矩特性和电机转矩特性叠加 形成新的转矩特性。按照形成的新转矩特性,以及油门开度决策整车转矩需求。 在整车转矩需求不超过发动机最大转矩时只采用发动机实现转矩需求, 只有当整 车转矩需求大于发动机最大转矩时才启动电机补充动力。 以上的加速踏板解析策略使得 ISG 方案的混合动力汽车在发动机正常工作 区间内基本不使用电机,增加了电池寿命;同时,这种踏板策略也增加了发动机 的负荷率,减少了油耗。 3)制动能量回收 在电池 SOC 允许的情况下,主要有两种制动能量回收模式:滑行再生制动: 驾驶员松开加速踏板, 当前车速高于设定的滑行再生车速时,汽车进入滑行再生 制动状态,此时自动离合器断开。制动踏板踩下时的再生制动:制动时的再生制 动回收能量的多少取决于制动系统的电子化程度,即摩擦制动力矩是否可控。

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图 2.3 制动能量回收曲线

由于摩擦制动力矩完全可控的制动能量回收策略需要设计 brake-by-wire 系 统,实现各轮缸制动压力完全可控,目前在硬件技术上的实现存在一定的困难, 而摩擦制动力矩不可控的制动能量回收策略只需要对传统制动系统做很小的改 动,并增加踏板信息传感器即可,简单易行,因此本项目的制动控制策略采用分 段控制式,即在踏板行程(或踏板力)的初期不产生摩擦制动。 4)维持电池 SOC 状态 设定电池的 SOC 允许区间(例如:0.4-0.8)和理想值(例如:0.6) 。当电池 SOC 过低时, 即使发动机转速低于启动值也要启动发动机; 当电池 SOC 过高时, 不允许制动能量回收。 当发动机处于正常工作区间时,通过 ISG 电机发电或电动,实现电池 SOC 趋近于理想值, 其中发电应尽可能出现在发动机高效率区。 停车时如果电池 SOC 过低或未达到理想值,可由驾驶员的特定操作启动驻车充电模式。 5)防止纵向冲击 ①防止发动机启动时的冲击: 发动机需要 ISG 电机或者整车旋转惯性带动到 需要的转速,然后点火,点火后发动机转矩要缓慢增加,过度到需求的发动机转 矩。 ②防止换挡冲击:当驾驶员踩下常规离合器时,自动离合器分离,ISG 电机 处于零转矩状态; 换挡结束后, 调整发动机转速趋近电机转速, 自动离合器结合。 ③防止整车需求转矩发生大的阶跃。

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第三章 HEV 动力总成硬件系统设计
3.1 系统的硬件需求分析
本文所讨论的 ISG 型混合动力汽车动力总成控制系统主要包括动力总成控 制器及其配套软件。 要求能够实时检测整车运行状态,使车辆的各个性能都达到 最佳。在设计时,要进行软硬件的并行考虑,保证实时控制的前提下,尽量采用 软件来实现功能。系统的需求应满足以下要求: 1)控制器应进行车辆起动、行驶、发电、加速、巡航、制动能量回收和倒车 等状态的平滑控制,发动机与电机双动力控制与切换管理,最大综合效率控制。 2)发动机、电机工作状态显示信号输出,电池组电量显示信号输出至车辆仪 表。 3)与其它系统能用 CAN 总线通讯,并具有良好的稳定性与抗干扰性。 4)具有良好的电磁兼容性,满足国家相关的电磁兼容性标准。能适应所有道 路条件下的震动与冲击。 5)系统硬件部分与车辆线束相连接的插接件应符合电动汽车相关标准, 保证 拆装方便、性能可靠。 6)控制系统在环境温度为 40℃至 85℃时能正常稳定工作。 7)应具备完善的配套测试程序,可通过其修改各种参数,存储实验数据,有 利于算法研究,方便系统今后的进一步完善。

3.2 功能模块划分
对动力总成控制器的功能描述来分析能量总成控制器所需要的功能模块。 1)CAN 控制器模块——动力总成控制器是基于 CAN 总线的网络节点。 2)AD 模块——在采集信号中,有诸如加速踏板位置信号、刹车踏板位置信 号等多个模拟量信号。 3)I/O 口——采集信号和输出信号中,同样有多个 I/O 信号,要求控制器的 通用 I/O 口或者 I/O 空间有足够余量。 4)串口 SCI(Serial Communication Interface)——由于上位机要通过 SCI 口来 检测和修改能量控制器参数以及进行实时的监控。

3.3 TMS320F2812 的介绍
芯片主要性能如下: 1)高性能静态 CMOS 制成技术 ①150MHz(6.67ns 周期时间)
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②省电设计(1.8VCore,3.3V I/O) ③3.3V 快取可程序电压 2)JTAG 扫描支持 3)高效能 32BitCPU ①16x16 和 32x32MAC Operations ②16x16Dual MAC ③哈佛总线结构 ④快速中断响应 ⑤4M 线性程序寻址空间(Linear Program Address Reach) ⑥4M 线性数据寻址空间(Linear Data Address Reach) ⑦TMS320F24X/LF240X 程序核心兼容 4)芯片上(On-Chip)的内存 ①128Kx16 Flash(4 个 8Kx16,6 个 16Kx16) ②1Kx16OTPROM(单次可程序只读存储器) ③L0 和 L1:2 组 4Kx16 SARAM ④H0:1 组 8Kx16SARAM ⑤M0 和 M1:2 组 1Kx16 SARAM。共 128Kx16 Flash,18Kx16 SARAM 5)外部内存接口 ①支持 1M 的外部内存 ②可程序的 Wait States ③可程序的 Read/Write StrobeTi 最小 g ④三个独立的芯片选择(Chip Selects) 6)频率与系统控制 ①支持动态的相位锁定模块(PLL)比率变更 ②On-Chip 振荡器 ③看门狗定时器模块 7)三个外部中断 8)外围中断扩展方块(PIE),支持 45 个外围中断 9)128 位保护密码 ①保护 Flash/ROM/OTP 及 L0/L1SARAM ②防止韧体逆向工程 10)三个 32 位 CPU Timer 11)电动机控制外围 ①两个事件管理模块(EVA,EVB)

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②与 240xADSP 相容 12)①同步串行外围接口 SPI 模块 ②两个异步串行通讯接口 SCI 模块,标准 UART ③eCAN(Enhanced Controller Area Network) ④McBSP With SPI Mode 13)16 个信道 12 位模拟-数字转换模块(ADC) ①2x8 通道的输入多任务 ②两个独立的取样-保持(Sample-and-Hold)电路 ③可单一或同步转换 ④快速的转换率:80ns/12.5MSPS

3.4 DSP 最小系统及相关电路
一个典型的 DSP 最小系统包括 DSP 芯片、电源电路、复位电路、时钟电路 及 JTAG 接口电路。考虑到与 PC 通信的需要,最小系统一般还需增添串口通信 电路。 3.4.1 供电电路 AMS1117 3.3 电源转换芯片作为 5V 转 3.3V 的高性能稳压芯片, 为这个开发 板提供稳定可靠的主电源 VCC(3.3V)。 AMS1117 1.8 电源转换芯片提供 1.8V 给 DSP 内核使用。 AMS1117 输出后的 47μ F 的电容不能省略,这样能更好的保证电源质量。 AMS1117 系列芯片输出电流最高可达 800mA, 输出电压的精度在 ? 1%以内, 还具有电流限制和热保护功能,并且价格低廉,广泛用于手持仪表,数字家电和 工业控制领域。使用时,输出端通常接一个 10μ F 或者 47μ F 的电容来改善瞬 态响应和稳定性。

图 3.2 电源转换电路
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3.4.2 复位电路 使用 RC 电路保证 DSP 芯片可靠复位,并提供手动复位按钮,方便调试。

图 3.3 复位电路

3.4.3 时钟振荡电路 锁向环(PLL)模块主要用来控制 DSP 内核的工作频率,外部提供一个参考时 钟输入,经过 PLL 倍频或分频后提供给 DSP 内核。2812 DSP 有 4 位倍频位,能 够实现 0.5~10 倍的倍频。 本设计采用内部振荡器方式,选用 30M 的外部晶振。

图 3.4 晶振电路

3.4.4 JTAG 接口电路 JTAG 接口提供对 DSP 的内部 FLASH 的少些和方针调试。 该部分的引脚定义不能随意更改。

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图 3.5 JTAG 接口电路

3.4.5 SCI 串口通讯电路 TMS320F2812 内置 SCI 通讯模块。

图 3.6 SCI 串口通讯电路

RS 232 接口芯片采用的是 MAX3232,3.3V 供电。 3.4.6 AD 转换电路 TMS320F2812 内部提供了 12 位精度 A/D 转换模块, 在很多应用系统中直接 采用它的这种功能进行模拟信号采集。A/D 转换模块将加速踏板行程、制动踏板 行程等模拟信号转换数字信号,用于 CPU 处理。A/D 转换采用 TMS320F2812 自带的 A/D 转换接口。 DSP 内置 16 通道 12 位 ADC,可配置为 2 个独立的 8 通道模块,分别服务 于时间管理器 A 和 B。16 路 ADC 均未作处理,可以直接使用。 ADC 时钟可配置为 25MHz,最高采样带宽为 12.5MHz。

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图 3.7 AD 转换电路

3.4.6 CAN 通讯接口电路 TMS320F2812 内置 CAN2.0 控制器。

图 3.8 CAN 通讯接口电路

CAN 总线收发器采用的型号是 SN65HVD230。它将 CANTX,CANRX 信号 转化为 CANH,CANL 信号在 CAN 总线上传输。

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3.5 LED 灯与按键电路

图 3.9 LED 电路

图 3.10 按键电路
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3.6 LCD 液晶驱动电路

图 3.11 LCD 液晶驱动电路

第 1 脚:VSS 为地电源 第 2 脚:VDD 接 5V 正电源 第 3 脚:V0 为液晶显示器对比度调整端,接正电源时对比度最弱,接地电 源时对比度最高,对比度过高时会产生“鬼影” ,使用时可以通过一个 10K 的电 位器调整对比度 第 4 脚:RS 为寄存器选择,高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令 寄存器。 第 5 脚:RW 为读写信号线,高电平时进行读操作,低电平时进行写操作。 当 RS 和 RW 共同为低电平时可以写入指令或者显示地址,当 RS 为低电平 RW 为高电平时可以读忙信号,当 RS 为高电平 RW 为低电平时可以写入数据。 第 6 脚:E 端为使能端,当 E 端由高电平跳变成低电平时,液晶模块执行命 令。 第 7~14 脚:D0~D7 为 8 位双向数据线。 第 15~16 脚:空脚

3.7 油门/制动踏板位置信号采集电路
油门/制动踏板位置传感器输出的是模拟电压信号,该信号经过滤波、钳位 和电压跟随后,一路进行 AD 转换;另一路经过微分电路,得到油门变化快慢信 号,如图 3.11 所示。油门开度可增大可减小,因此油门/制动踏板位置微分信号 可出现正电压,也可出现负电压。单片机不能识别负电压,因此设计微分电路时 在 TLC2272 的 5 脚上引入 1.5V 电压作为基准电压。此时 4 脚输出电压为:
VPOSD ? 1.5 ? R7C3
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dVPOS dt

其中 VPOS 为油门/制动踏板位置电压信号; VPOSD 为油门/制动踏板位置微分信号,
R7 、 C3 如图 3.12 中所示的电阻和电容。因此选择合适的电阻和电容就可以保证

该电路输出的电压为 0~3V,并能真实地反映油门/制动踏板开度变化的快慢。

图 3.12 油门/制动踏板位置及微分信号采集电路

3.8 车速采集电路
车速传感器选用霍尔传感器,该传感器输出的是脉冲信号,需要经过滤波、 整形后变成规则的方波信号,单片机才能准确的检测汽车车速信号。电路如图 3.13 所示,C5 起滤波作用,D4 起钳位作用,R11 和 R9 分出一个合适的比较基 准电压,R13 为输出上拉电阻,R12 为反馈电阻。当输入信号高于 3.3V 时,D3 截止,输入到比较器 3 脚的信号通过 R10 上拉成 3.3V,这样比较器输入端的电 压不可能超过 3.3V,对比较器起到保护作用。输入信号低于 3.3V 时,D3 导通, 输入信号经过滤波、钳位送到比较器 LM311 的 3 脚。当比较器 LM311 输入端 3 脚的信号低于 2 脚的基准电压时,输出引脚 5 为高电平;当比较器 LM311 输入 端 3 脚的信号高于 2 脚的基准电压时,输出引脚 5 为低电平,这样速度信号就变 成了规则的方波信号。

图 3.13 车速采集信号

28

3.9 发动机转速采集电路
该项目中,用电机代替了原有的飞轮,将电机的转子外圈加上一个齿圈。电 机的转子是直接安装在发动机曲轴上的, 利用转子上的齿圈作为转速传感器的信 号触发。 由于电磁式转速传感器可直接利用钢铁材料做成的齿轮转动作为信号触 发,因此采用电磁式转速传感器来采集发动机转速信号。 电磁式转速传感器的输出为正弦信号,因此采用图 3.14 所示的采集电路。 其中 Q1 的基极与发射极相接,因此相当于二极管。C6 起滤波作用,D5 起钳位 作用,R17 起正反馈作用。当输入信号大于 0V 时,Q2 导通,Q3 截止,输入到 比较器 LM311 的 3 脚的信号为高电平,LM311 输出为低电平;当输入信号为负 电压时, Q2 截止, Q3 导通, 输入到比较器 LM311 的 3 脚信号就为低电平, LM311 输出高电平。

图 3.14 发动机转速采集电路

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第四章 HEV 动力总成软件系统设计
4.1 软件系统总体设计
整车控制策略是混合动力电动车技术上最为关键的部分, 直接影响整车的动 力性及节能性能的好坏。 在混合动力汽车运行过程中,发动机和电机的运行状态 将随时发生变化,而且包含了发动机、电机和发电机等多个控制对象,对于实现 实时控制有一定的难度。目前并联式混合动力汽车的控制策略主要有三种:①基 于模糊控制或神经网络的智能型策略及控制算法。 这一策略寻求通过模糊逻辑实 现发动机、蓄电池和电机整体效率最优化控制。②基于稳态优化的控制策略。这 种策略模型通过将电机输出功率转化为等效的燃油消耗量,得出总的燃油消耗 量, 并以燃油经济性和排放最小化为目标,对发动机和电机的稳态运行点做出决 策,从而达到优化的目的。③基于动态优化的控制策略。这种策略对发动机和电 机的运行点进行实时调整, 具有精确度高和预见的特性。但这种实时控制策略算 法往往比较复杂, 计算量也很大, 在实际车辆上难以应用。 因此, 本项目采用 ISG 轻混方案,相对传统内燃机汽车,ISG 轻混方案取消了发动机怠速;提高了发动 机平均负荷率;实现了制动能量回收。优化了车辆的经济性。

EAC-ECU (发动机辅助控制器)

AC-ECU (自动离合器控制器)

?e
工 作 模 式 指 令

Te*
* ne

工 作 状 态

ON/ OFF

ne

Te

故 障 信 息

其 它 信 息

?

* c1

? c1 ? c2
I
ON/ OFF

ON/OFF

故 障 信 息

其 它 信 息

? brk (模拟量)
(模拟量)

HEV-ECU (混合动力车辆控制器)

? acc

* 工 Tm 作 * 模 m 式 指 ON/ 令 OFF

n

nm
ON/ OFF

Tm

工 作 状 态

故 障 信 息

SOC

驾驶员踏板系统

ISG-ECU (启动发电一体机控制器)

BMS-ECU (动力电池组控制器)

图 4.1 整车控制策略的信号流程图

30

4.1.1 能量控制算法 根据驾驶员扭矩需求是否有制动需求, 将混合动力汽车的运行方式分为驱动 模式和制动模式两种。具体控制策略的流程图如图 4.2 所示。其中: Tre 为扭矩需 求, V 为汽车当前车速, V m 为纯电动运行的最高车速, V bl 为制动能量回馈的最 低车速,SOCL 为最小荷电状态,SOCH 为最大荷电状态,Treg-max 为制动能回 馈电机最大扭矩,Tg 为发电机发电扭矩,Te 为发动机目标扭矩,Tm 为电机目 标扭矩,Tb 为机械制动系统目标扭矩,Temin 为发动机工作的最小扭矩,Temax 为发动机单独运行的最大扭矩。 对于混合动力车的控制器来说,就是将所需求扭 矩实时准确地分配给发动机、电机和制动器。对于负扭矩需求,Tre=Tm+Tb;对 于正扭矩需求,Tre=Te+Tm。这里的 Tre 为驾驶员需求扭矩,Tm 为电机目标扭 矩,Tb 为制动器目标扭矩,Te 为发动机目标扭矩转化成的轮边扭矩。而分配的 关键所在是给出合理的运行点, 使得内燃机运行在较为经济区域,从而提高燃油 经济性。

Tre,Soc,v Tre>0 驱动模式

Tre<0 制动模式

v>vb1
Y Soc<Socm Y Tm=max(Tre,Treg_max) Tb=Tre-Tm

N

N

v<vm
Y
SocL<Soc<SocH

Tre<Temin N

N Y Tm=max(Tre,Tm_max)

Tre>Temax Y N

Tm=0 Tb=Tre

Te=0
SocL<Soc<SocH

Tm=0 Te=Tre+Tg

N

Y

Tm=0 Te=Tre

Tm=Tm_max Te=Tre-Tm
图 4.2 控制策略流程图

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4.1.2 主程序流程图 主程序采用键盘扫描循环,当有键按下的时候,进入相应的显示还节,另外 还包括了一些系统初始化的程序;中断程序主要由中断服务子程序组成,包括定 时器中断服务子程序,A/D 采样中断服务子程序,串口通信中断子程序。 主程序流程图如 4.3 所示。程序开机运行首先系统初始化,I/O 初始化,显 示初始化,数据初始化等,然后键盘扫描,等待按键按下,如果有则进入相应的 键盘按键处理子程序, 最后判断液晶显示是否需要进行数据实时刷新,如果未到 刷新时间,则继续进入键盘扫描程序,程序进入循环中。 和普通控制系统软件一样, 主程序设计相对内容较少,它只建立整个程序的 一个运行框架, 完成初始化、 运行环境的定义等工作。 至于其它一些具体的操作, 例如控制算法的实现等都以中断服务子程序的形式出现,等待主程序的调用,这 种模块化软件设计的方法有利于工作人员团队协作,易于维护。其中,初始化模 块实现对程序中所用到的寄存器、常量、变量的定义,A/D 模块、事件管理器模 块等的初始化以及对溢出方式、 符号扩展等状态位的定义。中断判别实现对内外 部中断的判断, 并根据判断结果将程序转至相应的中断服务子程序。初始化模块 仅在 DSP 上电复位后执行一次,然后进入循环等待周期。

32

图 4.3 主程序流程图

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4.2 AD 转换模块
本模块是信号输入的重要组成部分。具体的采样工作是由片内的 AD 完成 的。得到输入的具体值后,经过一定的比较判断,会触发相应的处理程序。
启动 AD 采样数据

延时后读入转换数据

N 是否已采样 Y 对数据取中值

数字转换

实际值 图 4.4 AD 转换流程图

34

4.3 显示模块
程序主要分为初始化、数据采集和显示数据3个部分。程序流程框图如图4.5 所示。

图4.5 LCD显示流程图

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第五章 结论
5.1 总结
本文以 21 世纪汽车工业面临的挑战为由,引出了混合动力汽车的提出及其 特点, 对混合动力汽车的驱动系统及控制系统进行了理论分析和研究。在总结当 前国内外关于混合动力汽车先进理论的基础上, 对动力系统各部件进行了初步选 型和参数设计; 根据混合动力汽车特性,设计了混合动力汽车的动力总成控制系 统的软硬件。经过近一学期的努力,终于完成了本论文的撰写。其中包括研究课 题的提出、国内外发展动态的调研、资料的收集、方案的论证、软硬件的设计。 主要工作和取得的进展如下: 1)首先介绍了混合动力汽车的三种基本结构形式: 串联式、 并联式和混联式, 并分别介绍它们的驱动系统结构,后来主要对它们的性能特点进行了总结与比 较。 可以得到这样的结论: 传统的发动机与电动机组成的多种多样不同形式的混 合动力汽车,它们都有各自的优缺点和适用范围。 2)研究了 ISG 型轻度混合动力汽车动力传动系统的布置方案, 描述了它的工 作原理,介绍了 ISG 系统器件选型分析。 3)进行了混合动力汽车动力总成硬件系统的需求分析。 通过总体设计明确了 整个动力总成硬件系统的目的。介绍了 DSP 技术,通过不同芯片的比较,确定 了主芯片的型号选择问题。接着介绍硬件系统设计工作的主要内容:除了 DSP 的最小系统外,我们还运用了 DSP 自带的 A/D(模拟数字转换)模块,数字输 入输出模块,串行通信模块和 CAN 控制器模块。然后介绍了整车控制流程,最 后介绍了混合动力汽车采用的不同的控制策略, 采用不同的控制策略可以得到不 同的燃油消耗、排放和电池的 SOC 状态值。

5.2 展望
由于时间和实验条件的限制,本论文在以下一些方面有待进一步的研究: 1)整车性能的进一步优化。 现在所用的主要零部件参数的确定是根据一些粗 略的计算和经验值得出的, 有必要通过使用仿真软件系统对各部件的参数选用和 系统匹配作进一步的模拟仿真计算,获得最佳的动力系统的匹配关系,并根据优 化计算的结果, 调整驱动电机和动力电池组的技术参数。 研究主要能量转换装置、 储能装置和动力电子电器系统的特性,建立更为精确的总成仿真模型,仍然是该 研究领域的重要问题。 2)本文只考虑了理想状况下硬件控制系统实施控制的策略, 没有真正考虑实 际应用条件下硬件的干扰以及实际路况的不稳定性等的因素。 由于混合动力汽车
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的特殊工况,如何选用较高动态性能、抗干扰性更强的控制策略。对控制器进行 更多的台架试验和整车试验是以后进一步研究的方向。

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参考文献

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38

【18】杨春杰,王曙光,亢红波.CAN 总线技术.北京航空航天大学出版社, 2010 年 【19】饶运涛,邹继军,郑勇芸.现场总线 CAN 原理与应用技术.北京航空 航天大学出版社。2004 年 【20】刘发文.HEV 多能源动力总成控制系统的研究与实现.华中科技大学, 2004 年 【21】陈洁平,王耀南,徐华,王辉.基于 DSP 的混合动力汽车能源总成控 制系统.控制工程,2003 年第 6 期 【22】朱庆林,王庆年,曾小华,于远彬,王鹏宇.基于 V 模式的混合动力 汽车多能源动力总成控制器开发平台.吉林大学学报(工学版) ,2007 年第 6 期 【23】何彬,宋君花,唐航波,杨林.基于 CAN 总线的混合动力汽车 LCD 仪表系统.计算机工程与应用,2007 年第 12 期 【24】万山明.TMS320F2812 DSP 原理及应用实例.北京航空航天大学出版 社,2007 年

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由于时间及个人能力所限,论文中疏漏和不足在所难免,恳请各位专家、学 者和老师给予批评指正,以求在以后的工作中得到进一步的提高。 在本论文完成之际,我首先要感谢导师张袅娜老师。在我的学习和生活中, 得到了张老师无微不至的关怀和教诲,在此谨表示崇高的敬意。张老师渊博的知 识, 严谨务实的治学态度和谦虚和蔼的为人给我留下了终生难忘的印象,时刻激 励着我奋发向上,永往直前。在这里,我向恩师张袅娜老师致以最深的敬意。 感谢电气与电子工程学院各位尊敬的老师为本人提供了良好的环境, 在此向 所有老师致以崇高的谢意。 在此我还要感谢张宝东学长,感谢他对我的帮助和鼓励!同时我还要感谢严 旭东、张胜辉等同学的无私帮助,在此由衷地谢谢你们,祝你们前程似锦、健康 快乐! 最后, 感谢所有帮助和支持过我的老师及朋友, 并衷心地祝愿大家工作顺利, 身体健康。

40

附录 1:程序清单
#include "DSP28_Device.h" unsigned int * LED_COMM=(Uint16 *)0x3000; unsigned int * LED_DATA=(Uint16 *)0x3080; unsigned int unsigned int unsigned int Qwei0,Bwei0,Swei0,Gwei0,Qwei2,Bwei2,Swei2,Gwei2,Qwei4,Bwei4,Swei4,Gwei4, Qwei6,Bwei6,Swei6,Gwei6; char a[16]={0x43,0x61,0x72,0x20,0x53,0x70,0x65,0x65,0x64,0x3d,0x20,0x20,0x20,0x4b ,0x6d,0x20}; char b[16]={0x53,0x6f,0x63,0x20,0x56,0x61,0x6c,0x75,0x65,0x3d,0x30,0x2e,0x31,0x32, 0x33,0x34}; char c[16]={0x4d,0x54,0x20,0x20,0x53,0x70,0x65,0x65,0x64,0x3d,0x20,0x20,0x20,0x20 ,0x20,0x20}; char d[16]={0x45,0x4d,0x54,0x20,0x53,0x70,0x65,0x65,0x64,0x3d,0x20,0x20,0x20,0x20 ,0x20,0x20}; char e[16]={0x20,0x20,0x54,0x61,0x42,0x61,0x6e,0x20,0x56,0x61,0x6c,0x75,0x65,0x3d, 0x20,0x20}; char f[16]={0x20,0x20,0x20,0x20,0x5e,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20, 0x20,0x20}; char g[16]={0x4d,0x54,0x20,0x5a,0x4a,0x3d,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20, 0x20,0x20}; char h[16]={0x45,0x4d,0x54,0x20,0x5a,0x4a,0x3d,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20, 0x20,0x20};
41

*KEY_SEL_REG= (unsigned int *)0x2E00; *LEDReg = (unsigned int *)0x2800; //LED 控制寄存器

float float

ADResult[16]; adclo=0.0;

unsigned int k=0;

interrupt void ad(void); unsigned int XPOS,YPOS; void delay(unsigned int); void ldelay(unsigned int); void lcdwc(unsigned int c) { ldelay(10); *LED_COMM=c; } void lcdwd(unsigned int d) { ldelay(10); *LED_DATA=d; } void lcdpos(void) { XPOS&=0x000f; YPOS&=0x0003; if(YPOS==0x0000) lcdwc(XPOS|0x80); else if(YPOS==0x0001) lcdwc((XPOS+0x40)|0x80); } /////////////////////////////////////////////////////// void lcdfill(unsigned int n) {

42

for(YPOS=0;YPOS<2;YPOS++) for(XPOS=0;XPOS<16;XPOS++) { lcdpos(); lcdwd(n); } void lcdreset() { ldelay(5); lcdwc(0x38); ldelay(5); lcdwc(0x38); ldelay(5); lcdwc(0x38); lcdwc(0x38); lcdwc(0x08); lcdwc(0x01); lcdwc(0x06); lcdwc(0x0c); } void lcdwda(unsigned int x,unsigned int y, char *s) { YPOS=y; for(XPOS=x;XPOS<16;XPOS++) { lcdpos(); lcdwd(*s); s++; delay(4); } } void Fenli0() { }

43

Qwei0=AdcRegs.RESULT0/1000; Bwei0=(AdcRegs.RESULT0%1000)/100; Swei0=(AdcRegs.RESULT0%100)/10; Gwei0=AdcRegs.RESULT0%10; } void Fenli2() { Qwei2=AdcRegs.RESULT2/1000; Bwei2=(AdcRegs.RESULT2%1000)/100; Swei2=(AdcRegs.RESULT2%100)/10; Gwei2=AdcRegs.RESULT2%10; } void Fenli4() { Qwei4=AdcRegs.RESULT4/1000; Bwei4=(AdcRegs.RESULT4%1000)/100; Swei4=(AdcRegs.RESULT4%100)/10; Gwei4=AdcRegs.RESULT4%10; } void Fenli6() { Qwei6=AdcRegs.RESULT6/1000; Bwei6=(AdcRegs.RESULT6%1000)/100; Swei6=(AdcRegs.RESULT6%100)/10; Gwei6=AdcRegs.RESULT6%10; } void main(void) { unsigned int KeyValue; InitSysCtrl(); DINT; //初始化系统 //关中断

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IER = 0x0000; IFR = 0x0000; InitPieCtrl(); InitPieVectTable(); InitPeripherals(); InitGpio(); //初始化 PIE 控制寄存器 //初始化 PIE 参数表 //初始化外设寄存器 //初始化 IO 口

EALLOW; PieVectTable.ADCINT=&ad; EDIS; InitAdc(); IER |= M_INT1; EINT; ERTM; *LEDReg=0xff; KeyValue=0x0f; lcdreset(); lcdwda(0,0," MY HEV Car! lcdwda(0,1," Welcom to you { AdcRegs.ADCTRL2.bit.SOC_SEQ1=1; } while(1) { "); "); //初始化 ADC // Enable INT14 which is connected to CPU-Timer 2: // Enable INTM // Enable DBGM

while(AdcRegs.ADC_ST_FLAG.bit.SEQ1_BSY==0)

45

KickDog(); Fenli4(); if(Qwei4>1) { Qwei4=1; a[10]=(char)Qwei4; a[10]=a[10]+0x30; a[11]=(char)Bwei4; a[11]=a[11]+0x30; a[12]=(char)Swei4; a[12]=a[12]+0x30; } else { a[10]=(char)Qwei4; a[10]=a[10]+0x30; a[11]=(char)Bwei4; a[11]=a[11]+0x30; a[12]=(char)Swei4; a[12]=a[12]+0x30; } Fenli2(); b[12]=(char)Qwei2; b[12]=b[12]+0x30; b[13]=(char)Bwei2; b[13]=b[13]+0x30; b[14]=(char)Swei2; b[14]=b[14]+0x30; b[15]=(char)Gwei2; b[15]=b[15]+0x30; Fenli4(); c[11]=(char)Qwei4;

46

c[11]=c[11]+0x30; c[12]=(char)Bwei4; c[12]=c[12]+0x30; c[13]=(char)Swei4; c[13]=c[13]+0x30; c[14]=(char)Gwei4; c[14]=c[14]+0x30; Fenli2(); d[11]=(char)Qwei2; d[11]=d[11]+0x30; d[12]=(char)Bwei2; d[12]=d[12]+0x30; d[13]=(char)Swei2; d[13]=d[13]+0x30; d[14]=(char)Gwei2; d[14]=d[14]+0x30; Fenli6(); f[2]=(char)Swei6; f[2]=f[2]+0x30; f[3]=(char)Gwei6; f[3]=f[3]+0x30; Fenli2(); g[6]=(char)Swei2; g[6]=g[6]+0x30; g[7]=(char)Gwei2; g[7]=g[7]+0x30; Fenli4(); h[7]=(char)Swei4; h[7]=h[7]+0x30; h[8]=(char)Gwei4;

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h[8]=h[8]+0x30; KeyValue=(*KEY_SEL_REG)&0x0f;//判断哪个键按下 KeyValue=15-KeyValue; if(KeyValue!=0x00) {*LEDReg=KeyValue; switch(KeyValue) {case 0x01: lcdreset(); lcdwda(0,0,a); lcdwda(0,1,b); break; case 0x02: lcdreset(); lcdwda(0,0,c); lcdwda(0,1,d); break; case 0x04: lcdreset(); delay(500); lcdwda(0,0,e); lcdwda(0,1,f); break; case 0x08: lcdreset(); lcdwda(0,0,g); lcdwda(0,1,h); break; }

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} } }

void ldelay(unsigned int k) { while(k>0) { k--; delay(500); } } void delay(unsigned int t) { while(t>0) t--; } interrupt void ad(void) { IFR=0x0000; PieCtrl.PIEACK.all=0xffff; k++; ADResult[0]=((AdcRegs.RESULT0>>4)*3)/4095.0+adclo; ADResult[1]=((AdcRegs.RESULT1>>4)*3)/4095.0+adclo; ADResult[2]=((AdcRegs.RESULT2>>4)*3)/4095.0+adclo; ADResult[3]=((AdcRegs.RESULT3>>4)*3)/4095.0+adclo; ADResult[4]=((AdcRegs.RESULT4>>4)*3)/4095.0+adclo; ADResult[5]=((AdcRegs.RESULT5>>4)*3)/4095.0+adclo; ADResult[6]=((AdcRegs.RESULT6>>4)*3)/4095.0+adclo; ADResult[7]=((AdcRegs.RESULT7>>4)*3)/4095.0+adclo;

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ADResult[8]=((AdcRegs.RESULT8>>4)*3)/4095.0+adclo; ADResult[9]=((AdcRegs.RESULT9>>4)*3)/4095.0+adclo; ADResult[10]=((AdcRegs.RESULT10>>4)*3)/4095.0+adclo; ADResult[11]=((AdcRegs.RESULT11>>4)*3)/4095.0+adclo; ADResult[12]=((AdcRegs.RESULT12>>4)*3)/4095.0+adclo; ADResult[13]=((AdcRegs.RESULT13>>4)*3)/4095.0+adclo; ADResult[14]=((AdcRegs.RESULT14>>4)*3)/4095.0+adclo; ADResult[15]=((AdcRegs.RESULT15>>4)*3)/4095.0+adclo; AdcRegs.ADC_ST_FLAG.bit.INT_SEQ1_CLR=1; AdcRegs.ADCTRL2.bit.SOC_SEQ1=1; EINT; } //在这里设置断点

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附录 2:硬件连接图

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混合动力汽车关键技术
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混合动力汽车动力系统能量控制策略仿真
本文对目前整车能量混合动力汽车所能达到的降低燃油消耗和改善排放的效果, 主要对 于混合动力系统的设计与控制,运用合理的优化控制策略,有效进行能量回收,其在能量流...
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