ISG 型轻度混合动力汽车系统概述

Start-Stop启停、BSG、ISG技术介绍弱混（或称之为轻度混合）技术（Mild Hybrid）主要包括Start –Stop（启停）、BSG(Belt-driven Starter/Generator 皮带传动启动/发电一体化电机)技术和ISG(Intergrated Starter/Generator 集成启动/发电一体化电机)技术,其系统结构如图所示。

Start- Stop 微混技术对于传统汽车的发动机前端轮系不进行改动,只是更改原有车辆的启动机,提高启动机的启停次数并提高其功率,保证车辆能够快速启动及在理想的使用工况下的寿命。

BSG 混合动力系统在发动机前端用皮带传递机构将一体化启动/ 发电机与发动机相连接,取代了发动机原有的发电机,从而实现了混合动力系统的一体化。

该混合动力系统一般保留了传统轿车上的启动电机,以保证环境温度过低时发动机能正常启动。

在实际应用中,也可以考虑在皮带驱动装置中内置一套行星齿轮来支持发动机冷启动。

BSG 混合动力系统能实现怠速停机（发动机）、车辆启动时快速拖动发动机到怠速转速、制动回收能量的作用。

由于没有配备耦合装置，故无法为车辆加速提供辅助功率。

ISG 混合动力系统将一体化启动/ 发电机与发动机的转子与发动机曲轴的输出端连接在一起，同时取消了原有的飞轮。

根据实际情况，ISG 混合动力系统可在发动机与变速箱之间配备1-2 个离合器。

这种连接方式相比BSG 混合动力系统而言，更为灵活，其功能也在BSG 混合动力系统的基础上有所增加。

根据其具体的结构和布置方式，ISG 又可分为三种，电机布置在发动机后离合器前的单离合器结构方式，这种结构中的电机主要起助力、发电和启动发动机用，电机一般不能单驱动车辆运行；电机布置在离合器后变速箱前的单离合。

干货48V BSG技术方案详解!混合动力汽车是具有低油耗和低污染的新一代清洁汽车，它是传统内燃机车辆与电动车辆的有效组合。

它既继承了电动汽车低排放的优点，又发扬了石油燃料比能量和比功率高的长处，显著改善了传统内燃机汽车的排放和燃油经济性。

弱混(或称之为轻度混合)技术(Mild Hybrid)主要包括Start-Stop(启停)、BSG(Belt-driven Starter/Generator 皮带传动启动/发电一体化电机)技术，BSG系统就是利用一种电机，该电机通过皮带传动在极短时间内将发动机转速由零增加至怠速以上，从而实现汽车的快速起停的装置。

节能技术产品线降低燃油消耗和有害物排放装备了BSG起动、停止系统的汽车能够在车辆停止的同时自动关闭发动机，当驾驶员踩下离合器踏板准备起步时再重新点火，此举能够降低大约8%的燃油消耗和有害物质排放。

发动机暖机起动所消耗的燃料大约相当于怠速运转消耗的燃料。

因此，只要车辆停止时间超过1s，就可以通过该系统降低油耗和排放。

应用成本低，对发动机原有结构改动小，易实现产业化。

BSG系统不仅能够最大限度地减少传动力汽车在短暂停车时因发动机空转而产生的油耗和废气、噪声污染，而且具有应用成本低、对发动机原结构改动小、易实现产业化等优点。

因此，在未来一段时间内搭载该系统的汽车很有可能会大量涌现。

该电机在电池组驱动下，仅需要几百毫秒时间，就可以让处于停止状态的发动机转速达到3000r/min，由于电机功率足够强大，BSG系统带动发动机重新点火的成功率非常高，在车辆起步时，驾乘人员通常不会感受到任何延迟。

普通发动机频繁点火会导致使用寿命大幅缩减，但通过应用BSG系统，能够有效避免这一现象。

起停装置使用寿命为25万次，相当于在10年时间里可以每天起停70次。

48V BSG发展趋势48V BSG系统架构48V BSG系统工作原理48V BSG系统工作原理-启停48V BSG系统-制动能回收车速高于设定值且电池SOC低于设定值时，踩下制动踏板，发动机关闭，离合器结合，BSG电机处于发电状态，进行制动能量回收，向48V电池充电;BSG电机功率的提升有助于提升制动能量回收效率;电机功率的提升对制动能量的回收不是线性增加的，功率10kW左右的电机制动能量回收效率可以达到85%左右。

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】。

浅谈车辆工程领域中的混合动力技术作者：齐怀宇张永赞来源：《科学与技术》 2019年第3期摘要：研究发现，在现阶段燃料电池产业运行中，其燃料电池技术的使用在一定程度上有所突破，通过混合动力车辆的研究，充分改变了电动车以及传统车的运行现状，并充分展现耗能低、排放低的特点，该种车辆的性能相对较好，而且，存在着耗能低、排放低的特点，所以，在现阶段车辆工程领域中，混合动力技术的使用前景相对广泛。

关键词：车辆工程；混合动力技术1引言工程车辆在国民经济建设中起着重要作用。

工程车辆通常作业环境十分恶劣，工况复杂，能量利用率低、能耗高、排放差，其节能减排问题一直是行业研究的重点。

近年来，很多研究机构和工程车辆生产厂商推出了混合动力工程车辆产品或样机，主要集中在混合动力轮式装载机方面，取得了较好的研究成果。

2混合动力车辆的分类混合动力车辆有多种分类方法，如按连接部件的位置分类、按混合比的大小分类及按驱动系统的复杂程度分类。

根据动力传递路线，可将混合动力汽车划分为：串联式、并联式、混联式。

第一，串联式混合动力车辆。

串联式混合动力车辆的发动机带动发电机发电。

发电机发出的电能供给驱动电动机或存储于动力电池中。

该驱动系统结构布置自由度大，控制难度小，但传动效率较低。

第二，并联式混合动力车辆。

并联式混合动力车辆的发动机和电动机通过动力耦合装置与传动轴连接，车辆既可以由发动机经传动系统机械驱动，又可以由驱动电机经传动系统驱动。

该驱动系统传动效率较高，但结构复杂，布置受到一定限制。

第三，混联式混合动力车辆。

混联式混合动力车辆是在并联式混合动力车辆的基础上，增加了由发动机经发电机发电给电机，再由电机驱动车辆的传递路线，是串联式与并联式的结合。

该驱动系统的工作模式更多，结构和控制最复杂，要求布置更紧凑。

3车辆工程领域中混合动力技术的现状分析3.1油、电混合动力系统油电混合动力汽车就是同时利用电动机与燃油发电机两种推动力能源的汽车，由于在当今市场上的油电混合动力汽车会存在不同的动力源能量耦合方式，因为可以分为串联、并联与混联混合动力汽车三大类。

ISG型轻度混合动力汽车系统概述混合动力汽车(HEV)作为新一代清洁能源汽车，具有低污染、低油耗的特点。

传统的分类方法是根据内燃机是否与驱动轮有直接的机械连接，分为串联式、并联式、混联式混合动力汽车：串连式比较适合公交运输例如公交客车、短途运输车等，其特点是运行速度慢、怠速次数多、制动次数多。

并联和混联式适合经常加速行驶的车辆，如私人轿车、商务车等，而混联式的系统性能比并联式的好。

根据电驱动混合度的不同，分为微度混合、轻度混合和全混合动力汽车三种：微度混合动力系统从电气单元（电动机/发电机）和蓄电池中输出的功率非常小；轻度混合从电气单元和蓄电池中输出的功率较小，电气单元可以存储制动产生的能量；全混合从电气单元和蓄电池中输出的功率较大。

更具逻辑性的分类方法是基于任务，将混合方式分成轻度混合型、功率混合型和能量混合型3类。

与轻度混合方式相比，功率混合方式和能量混合方式存在以下缺点：(1)结构复杂，对汽车底盘的改动较大；(2)系统复杂，例如丰田Prius的动力分配机构是相当复杂的行星齿轮结构，而通用Precept最多需要同时控制两台电动机和一台发动机；(3)成本较高，主要是电池能量和功率要求较高。

目前制造成本最低、最容易实现批量生产的是采用起动机发电机/电动机一体化(ISG)技术的轻度混合动力汽车(1SG-MHV)。

它只需要对内燃机进行改造，比较容易在现有传统内燃机汽车上实现，混合程度小、电机功率低，尤其适合在轿车上实现。

ISG组成结构1SG-MHV动力单元主要包括发动机、牵引电机、能量管理系统、动力传动系统。

发动机一般使用较低功率的，因为加速和爬坡时并不只由发动机单独提供功率，而是由电动驱动装置及能量存储单元(电池组、储能飞轮或者超能电容器)与发动机一起驱动汽车行驶。

发动机的额定功率一般在50 kW左右。

牵引电机是电气驱动系统的核心，电机的尺寸、重量、性能和效率直接影响电动汽车的性能。

由于空间布置有限，最好采用扁平形结构，同时功率不能太大，目前成功开发的ISG-MHV多采用直流永磁无刷电机，其峰值功率约为10～15 kW。

本文以ISG混合动力系统汽车的动力系统作为主要研究对象，确定其主要系统参数，详细分析ISG混合动力系统的结构和工作原理。

并以某一传统燃油车为基础，为其匹配ISG混动系统，采用AVL公司的汽车仿真分析软件CRUISE作为仿真工具，分析匹配ISG混动相较传统燃油车的性能变化1　ISG混合动力系统介绍ISG混合动力系统主要由发动机、ISG电机、动力电池、整车控制系统等组成。

与传动的纯燃油发动机汽车相比，采用ISG混合动力系统的汽车可以选择功率相对较小的发动机做主动力源，使其基本保持在高效区域工作。

当遇到车辆需要大功率输出情况时，ISG电机会输出功率，辅助发动机动力输出，满足汽车的实际功率需求。

ISG混合动力系统把起动/发电一体电机与发动机曲轴的输出端固定连接在一起，这样就可以取消了原有的发动机飞轮。

根据实际设计需要，I SG混合动力系统可在发动机与变速器之间添加自动离合器。

这样使得ISG系统比BSG混合动力系统控制上更为灵活。

ISG混合动力系统具有发动机和ISG电机两个动力源输出动力，同时ISG还可以回收制动能量。

因此，ISG混合动力系统的控制策略对整车的动力性和经济性都有较大影响。

优秀的混动控制策略功能能够保证混合动力系统在不同使用工况下，根据发动机和ISG电机各自不同的特性，使整个混合动力系统在满足汽车实际工况需求的情况下高效运行。

控制策略要对ISG混合动力系统的实际工作模式进行控制和判断，同时还要保证发动机和ISG电机高效运行。

所有控制策略保证系统运行满足发动机最低和最高转速、ISG电机最大转速和转矩、动力电池SOC 范围、车速最大值等诸多限制条件。

2　CRUISE软件的特点CRUISE软件是由奥地利AVL公司开发的一款应用于车辆动力学的仿真软件，该软件可以实现传统燃油车、纯电动汽车和各种结构的混合动力电动汽车整车动力性、经济性分析，既可以应用在传统车的开发流程中，也可以应用在新能源汽车以及特种车辆的开发流程中。