混合动力汽车整车控制系统
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整车控制器(VMS,vehiclemanagementSystem),即动力总成控制器。
是整个汽车的核心控制部件,它采集加速踏板信号、制动踏板信号及其他部件信号,并做出相应判断后,控制下层的各部件控制器的动作,驱动汽整车控制器通过采集司机驾驶信号和车辆状态,通过CAN总线对网络信息进行管理,调度,分析和运算,针对车型的不同配置,进行相应的能量管理,实现整车驱动控制、能量优化控制、制动回馈控制和网络管理等功能。
介绍??纯电动汽车整车控制器(VehicleController)是纯电动汽车整车控制系统的核心部件,它对汽车的正常行驶,再生能量回收,网络管理,故障诊断与处理,车辆的状态与监视等功能起着关键的作用。
与各部件控制器的动态控制相比,整车控制器属于管理协调型控制。
体系结构整个车辆系统采用一体化集成控制与分布式处理的车辆控制系统的体系结构,各部件都有独立的控制器,整车控制器对整个系统进行能量管理及各部件的协调控制。
为满足系统数据交换量大,实时性、可靠性要求高的特点,整个分布式控制系统之间采用CAN总线进行通讯。
整车控制器主要由控制器主芯片,Flash存储器和RAM存储器及相关电路组成,控制器主芯片的输出与Flash存储器和RAM存储器的输入相连。
组成?控制器硬件包括微处理器、CAN通信模块、BDM调试模块、串口通信模块、电源及保护电路模块等。
微处理器选用了Motorola公司专门为汽车电子开发的MCgS12,它具有运算速度快和内部资源与接口丰富的特点,适合实现整车复杂的控制策略和算法。
CAN通信模块符合CAN2.0B技术规范,采用了光电隔离、电源隔离等多项抗干扰设计;BDM调试模块用于实时对控制程序进行调试、修改;串口通信模块用于对控制系统的诊断和标定;?电源模块进行了二级滤波的冗余设计,保证控制器在车载12V系统供电情况下正常工作,并具短路保护功能。
CAN,全称为“ControllerAreaNetwork”,即控制器局域网,是一种国际标准的,高性价的现场总线,在自动控制领域具有重要作用。
整车控制系统主要包括整车控制器、电机控制器、电池管理系统、混合动力驱动系统中的多能源管理系统、车身控制管理系统、信息显示系统和通信系统等。
各系统之间的信息传递通过网络通信系统网络化实现,目前常用的通信协议是CAN协议,具有较好的可靠性、实时性和灵活性。
整车控制系统必须具有较高的可靠性、容错性、电磁兼容性和环境适应性等随着汽车电子技术的迅速发展,汽车自动化程度的不断提高,各电子控制单元需要采集的信号也越来越多,车身布线亦变得更加复杂。
因此,如何实现数据信息在不同控制单元中的共享,简化车内线束,优化汽车控制就显得尤为重要。
汽车网络,即汽车总线技术的研究与应用有效地解决了上述问题。
目前,总线技术在国外汽车工业中的应用已经十分广泛,但是由于我国的汽车工业起步较晚,技术发展不够成熟,汽车网络技术的研发应用才刚刚开始。
随着社会经济和科学技术的不断发展,作为汽车工业与电子工业的结合,汽车电子产业也驶上了快车道。
特别是微控制器进入汽车控制领域后,给汽车发展带来了划时代的变化,现代汽车电子技术在改善汽车动力性、经济性、安全性、行驶稳定性和乘坐舒适性等方面发挥着不可替代的作用。
尤其是近几年各种排放性能、燃油经济性和安全性能等法规的强制性要求,进一步推动了汽车电子技术的广泛应用,使汽车电子化程度不断提高,性能不断加强。
随着汽车电子化的逐年深化与发展,有的高级轿车已经装上了几十个微控制器、上百个传感器,电子产品在轿车整车制造价格中所占的份量已经达到了15%-20%,预计到2010 年前后将达到25%-35%。
各种各样的电子装置的大量应用,必然导致车身布线越来越复杂、整车重量不断增加、运行可靠性降低、故障维修难度增大。
电子控制单元的大量引入,必然要求提高信号的利用率,实现大量的数据信息能在不同的电子单元中共享,解决汽车综合控制系统中大量控制信号的实时交换问题,传统点到点的并行布线控制方式显然已经远远不能满足这种需求。
为了解决这一问题,于是人们在借鉴计算机网络技术和现场控制技术的基础上,开发出了各种适用于汽车环境的汽车网络技术。
发动机启动模式一:发动机起动模式当驾驶者发出起动指令后,由电动机通过行星轮系给发动机供能,使之起动。
该模式就是发动机起动模式。
在这种模式下,输出轴固定不动,与之啮合的齿轮副均不动,因此齿轮环静止。
二、蓄电池充电模式在这种模式中,电机通过电动机同步开关连接到太阳轮上,停车锁将输出轴锁定,所有齿轮副空转。
发动机通过行星轮系给电动机供能,电动机工作在发电机状态,给蓄电池充电。
这种模式下的运动学和动力学关系与第一种模式相同,只是功率流动的方向相反。
三、电动机驱动模式汽车起动时速度较低,假设发动机工作则效率较低,一般只让电动机单独工作。
电机轴与电动机同步开关咬合,转矩通过电机齿轮传递到输出轴上。
其余齿轮均空转。
四、混合驱动模式在汽车加速和爬坡这样需要较高的功率时,工作与混合驱动模式。
在这种模式中,电机轴与一组齿轮副共同作用,发动机和电机共同向输出轴提供转矩驱动车轮转动。
由于有四组齿轮,故可以得到不同的速度,可以根据具体运行环境选五、发动机驱动模式正常行驶时,发动机单独驱动时最经济的运行方式。
在这种模式中,一组齿数比较低的齿轮副被用于将发动机的转矩传递给输出轴,电机轴空转。
在这种模式下运行的HEv 类似于普通燃油汽车。
六、电力连续可变传动模式(CVT)这种模式用到了行星轮系,为汽车的控制提供了两个自由度,允许发动机的状态优化至最正确燃油效率。
发动机是唯一的动力源,给输出轴提供转矩驱动车轮运转的同时,给电机提供转矩,电机工作在发电机状态,将机械能转化成电能给蓄电池充电。
太阳轮通过电机同步开关于电机轴咬合,第四组齿轮副于行星轮系的齿轮环相连。
七、能量回收模式类似于Prius的再生制动动能回收。
电机通过电机齿轮与输出轴连接,工作于发电机状态,将减速和刹车的机械能转化为电能为蓄电池重点。
运动学和动力学关系与第一种模式相同,只是功率流动的方向相反。
由上述可见,这种新设计的驱动系统可以完成Prius的驱动系统的全部工作模式,但是结构要简单,并且少了发电机以及在发电机处进行能量转换消耗的能量,能够进一步的提高系统的效率。
整车控制策略整车控制策略是指整个车辆系统实现全面、高效、可控的运行管理,以保证车辆的安全性、性能和舒适性。
整车控制策略的制定是整车控制技术的重要组成部分,其核心是以整车动力学和动态特性为基础,建立科学合理的控制方法和算法,实现车辆性能优化和能量管理,提高车辆的燃油效率和驾驶舒适性。
下面从整车控制的策略、算法和应用等方面展开讨论。
一、整车控制的策略整车控制的策略包括动力总成、制动系统、转向系统、电动机控制、能量管理等方面,要根据车型、场景和用户需求等因素制定相应的控制策略。
例如,为了提高车辆的燃油效率,可以采用Eco Drive或Green Drive等节能驾驶模式,通过优化发动机转速、换档逻辑以及启停系统等控制策略,降低能源损失,实现节能减排的目标。
此外,对于混合动力车和纯电动车,还需要实现电力与机械能的优化协同控制,通过电机调速、能量回收等方式实现动力平衡和车速控制。
二、整车控制的算法整车控制的算法是指基于物理模型、控制理论和算法优化等方法,对汽车的运动学和动力学特性进行分析、建模和优化设计,实现整车控制的精准和稳定。
例如,针对传统能量回收系统存在能量溢流和回收效率低等问题,可以采用离散控制策略,制定能量回收模型和控制算法,通过控制电机和发动机的调速、转矩和视驶距离等参数,使得能量回收效率最大化,同时防止电机和电池的过载和损坏。
此外,为了提高车辆的操控性和稳定性,还需结合传感器、执行器和人机交互系统等技术,实现智能化的控制和决策。
三、整车控制的应用整车控制的应用包括车辆动态控制、智能驾驶、车辆诊断与维护等方面,涉及到多个系统和模块的协同运作。
例如,有了先进的车身稳定控制、刹车防抱死和电子差速等系统的支持,可以有效提高车辆的抓地力和操控性,避免因驾驶失误或路面异常导致的交通事故。
此外,结合先进的传感器、视觉和语音识别技术,车辆可以实现自主驾驶或半自主驾驶,通过智能巡航、车道保持、自动泊车等功能实现车辆的智能化和自主化,提高驾驶的安全性和舒适性。
1.概述整车控制器VCU(Vehicle control unit)作为新能源车中央控制单元,是整个控制系统的核心。
VCU 采集电机及电池状态、加速踏板信号、制动踏板信号及其它执行器传感器控制器信号,根据驾驶员的驾驶意图综合分析并做出相应判定后,监控下层的各部件控制器的动作,它负责汽车的正常行驶、制动能量回馈、整车发动机及动力电池的能量管理、网络管理、故障诊断及处理、车辆状态监控等,从而保证整车在较好的动力性、较高经济性及可靠性状态下正常稳定的工作。
可以说整车控制器性能的优劣直接决定了新能源汽车整车性能的好坏,起到了中流砥柱的作用。
2.发展过程整车控制器可谓是起源于传统汽车,落地于新能源汽车。
传统汽车包含发动机控制器、变速箱控制器、车身控制器、底盘控制器等,各控制器是由不同的Tier1 提供,为解决各自零部件的功能及性能指标而定制设计。
比如EMS 是解决发动机燃油经济性、排放法规及热处理等。
变速箱是解决操作杆与齿轮动作的相互协调及切换。
各自独立控制车辆某一部分,无法总体考虑整车性能与功能需求。
因此部分OEM 为了实现整车定制功能、个性化设计、摆脱国外Tier1高昂的开发费及开发周期,有了整车控制器最初的概念设想。
由于国内电控技术起步晚,OEM对国外Tier1的控制力不足,直到新能汽车快速发展,混合动力迫切需要解决燃油动力系统与电池动力系统之间的有效协调,纯电动车需要解决整车动力管理,因此明确了整车控制器的概念及功能定义,奠定了VCU 获得的高速发展的基础。
传统汽车E/E 架构传统汽车E/E 架构行业分析新能源起步阶段,大概在2012-2015年诞生了第一代VCU产品。
技术来源于传统汽车电控ECU,以发动机控制器及车身控制器为主要技术来源。
行业典型产品有德尔福的HCU-2、联电的VCU、大陆的H300及普华第一代VCU-1。
VCU-1 是普华软件与国内知名OEM 合作开发,采用主从的硬件解决方案,AUTOSAR3.1.5软件平台,是国内最早自主AUTOSAR 软硬一体化的VCU 解决方案。
摘要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The Power Control System Of Hybrid Electric VehicleAbstractWith 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 electric vehicle employing two power souces-neternal combustion engine and electric motor,has been accepted 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目录第一章绪论-------------------------------------------------------------------------------------------------------- 11.1本课题的背景、目的和意义 ------------------------------------------------------------------------ 11.2混合动力汽车国内外发展现状 --------------------------------------------------------------------- 31.3混合动力汽车的分类---------------------------------------------------------------------------------- 61.4混合动力汽车的特点及比较 ------------------------------------------------------------------------ 91.4.1串联式混合动力汽车的特点---------------------------------------------------------------- 91.4.2并联式混合动力汽车的特点--------------------------------------------------------------- 101.4.3混联式混合动力汽车的特点--------------------------------------------------------------- 101.5论文的研究内容--------------------------------------------------------------------------------------- 11 第二章方案论证 ------------------------------------------------------------------------------------------------ 122.1 ISG型HEV的工作原理 ---------------------------------------------------------------------------- 122.2控制器CPU的选择 ---------------------------------------------------------------------------------- 122.3 CAN总线的在混合动力汽车上的运用---------------------------------------------------------- 132.4动力总成控制系统的结构分析和选择----------------------------------------------------------- 152.5系统硬件总体框图------------------------------------------------------------------------------------ 152.6稳压芯片的选择--------------------------------------------------------------------------------------- 162.7 RS-232收发器接口芯片----------------------------------------------------------------------------- 172.8 CAN收发器 -------------------------------------------------------------------------------------------- 172.9 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 ---------------------------------------------------------------------- 203.1系统的硬件需求分析--------------------------------------------------------------------------------- 203.2功能模块划分 ------------------------------------------------------------------------------------------ 203.3 TMS320F2812的介绍-------------------------------------------------------------------------------- 203.4 DSP最小系统及相关电路 -------------------------------------------------------------------------- 223.4.1供电电路---------------------------------------------------------------------------------------- 223.4.2复位电路---------------------------------------------------------------------------------------- 233.4.3时钟振荡电路 --------------------------------------------------------------------------------- 233.4.4 JTAG接口电路-------------------------------------------------------------------------------- 233.4.5 SCI串口通讯电路---------------------------------------------------------------------------- 243.4.6 AD转换电路----------------------------------------------------------------------------------- 243.4.6 CAN通讯接口电路 -------------------------------------------------------------------------- 253.5 LED灯与按键电路 ----------------------------------------------------------------------------------- 263.6 LCD液晶驱动电路 ----------------------------------------------------------------------------------- 273.7油门/制动踏板位置信号采集电路 ---------------------------------------------------------------- 273.8车速采集电路 ------------------------------------------------------------------------------------------ 283.9发动机转速采集电路--------------------------------------------------------------------------------- 29 第四章HEV动力总成软件系统设计 ---------------------------------------------------------------------- 304.1软件系统总体设计------------------------------------------------------------------------------------ 304.1.1能量控制算法 --------------------------------------------------------------------------------- 314.1.2主程序流程图 --------------------------------------------------------------------------------- 324.2 AD转换模块 ------------------------------------------------------------------------------------------- 344.3显示模块 ------------------------------------------------------------------------------------------------ 35第五章结论------------------------------------------------------------------------------------------------------- 365.1总结------------------------------------------------------------------------------------------------------- 365.2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】。