【文章內(nèi)容簡介】 混合動力汽車(PSHEV)的缺點：①發(fā)動機的工況會受到SHEV行駛工況的影響，發(fā)動機的有害氣體的排放高于SHEV。②在PSHEV上需要配備兩套驅(qū)動系統(tǒng)，發(fā)動機傳動系統(tǒng)需要裝備離合器、變速器、傳動軸和驅(qū)動橋等傳動總成。另外還有起動/發(fā)電機、驅(qū)動電動機、減速器、動力電池組、以及為多能源動力組合或協(xié)調(diào)發(fā)動機與驅(qū)動電動機的專用裝置。因此PSHEV的多能源動力系統(tǒng)結構復雜，總布置也更加困難。③多能源動力的匹配和組合有不同的組合形式，需裝配一個復雜的多能源動力總成控制系統(tǒng)，才能達到高的經(jīng)濟性和“超低污染的控制目標。 論文的研究內(nèi)容整車控制策略是混合動力汽車技術上最為關鍵的部分，直接影響整車的動力性和節(jié)能性的好壞。在混合動力汽車運行過程中，本項目采用ISG輕混方案，相對傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車，ISG輕混方案取消了發(fā)動機怠速；提高了發(fā)動機平均負荷率；實現(xiàn)了制動能量回收。優(yōu)化了車輛的經(jīng)濟性。在車輛需要頻繁加減速和怠速起停的城市循環(huán)工況下，節(jié)能效果更加明顯。本文在陳述混合動力汽車原理的基礎上，對混合動力系統(tǒng)結構進行分類，構建了整車系統(tǒng)，本文主要內(nèi)容如下：通過閱讀國內(nèi)外文獻，介紹混合動力汽車的特點，研究現(xiàn)狀及應用前景，當前研究的熱點等。研究混合動力汽車的驅(qū)動方式，論述混合動力汽車各類型的特點，并給出國內(nèi)外研究混合動力汽車的類型。構建整車動力控制系統(tǒng)，對混合動力汽車動力總成硬件系統(tǒng)進行研究。然后介紹整車控制流程，最后介紹混合動力汽車采用的不同的控制策略。進行了混合動力汽車動力總成軟件系統(tǒng)的研究。畫出相關程序流程圖并編寫程序?？偨Y本文所做的工作。第二章 方案論證 ISG型HEV的工作原理ISG型混合動力汽車的工作原理是：小功率ISG電機直接裝在發(fā)動機的輸出軸末端，構成一個先進高效緊湊的混合驅(qū)動系統(tǒng)。1)當車輛起動時，傳統(tǒng)汽車的起動機只將發(fā)動機加速至起動轉(zhuǎn)速，而ISG作為電動機具有良好的啟動特性，在短時間內(nèi)ISG電機帶動發(fā)動機快速運轉(zhuǎn)到某一（比怠速高）轉(zhuǎn)速后，發(fā)動機點火，高轉(zhuǎn)速電起動過程不僅降低了發(fā)動機起動時的燃料消耗，還改善了排放，此時ISG電機作起動電機使用。2)在正常行駛工況（巡航工況）下，ISG停止工作，由發(fā)動機提供汽車行駛所需的動力。3)車輛加速或爬坡時，通常情況下發(fā)動機在此工況下的轉(zhuǎn)矩輸出有限，由蓄電池提供電能，ISG作為電動機為發(fā)動機提供輔助動力，形成發(fā)動機和電動機動力在發(fā)動機軸上組合的混合驅(qū)動模式。例如，當發(fā)動機以較低轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)時，如果加速踏板的行程大于某一設定值時，ISG就開始進行功率補償，當加速踏板達到滿行程時，電機提供最大瞬時功率。4)車輛減速、制動或蓄電池SOC狀態(tài)值低于允許的最低SOC狀態(tài)值時，ISG電機以發(fā)電機模式工作，回收車輛再生制動能量或者將發(fā)動機的部分動力轉(zhuǎn)換為電能，儲存到蓄電池中。5)當汽車處于長期怠速的駐車工況時，動力總成控制器自動使發(fā)動機熄火，達到節(jié)能、環(huán)保的目的。 控制器CPU的選擇1)DSPDSP(Digital Signal Processing)技術，也稱為數(shù)字信號處理技術，是將一種具有特殊結構的微處理器應用于各種信號處理上，并通過各種信號處理算法，滿足系統(tǒng)的控制要求的技術。一般來說，DSP芯片內(nèi)部采用程序和數(shù)掘控制總線分開的哈佛結構，具有專門的硬件乘法器，廣泛使用流水線操作，還可以應用一些特殊的指令以實現(xiàn)特殊的計算和控制操作。和普通的單片機系統(tǒng)相比，DSP系統(tǒng)的優(yōu)勢是非常明顯的，由于DSP可以在一個指令周期內(nèi)處理乘法和加法的運算，可以大大的縮短數(shù)據(jù)的處理時間：流水線操作的特點又可以實現(xiàn)多個指令的并行操作：DSP上一般帶有豐富的片上資源，如RAM（Random Access Memory隨機存儲）模塊、A/D（Analog Digital模數(shù)）模塊、SCI（Serial Communicate Interface串口）模塊、FLASH模塊和CAN模塊等，這樣可以簡化系統(tǒng)的硬件設計，并減少數(shù)字芯片之間的高頻干擾。DSP兼有了單片機控制的強大邏輯處理功能，這為車輛混合動力控制提供了支持，其靈活的總線擴展方式可以外擴功能芯片，實現(xiàn)系統(tǒng)的多功能引用。相對于模擬處理系統(tǒng)，DSP系統(tǒng)具有很多優(yōu)勢：①靈活性高，僅僅通過數(shù)字處理軟件的修改可以改變應用場合和處理方法。②精度高，其精度僅與A/D的位數(shù)和計算機字長、算法有關，其數(shù)據(jù)的處理不受數(shù)字部分的元件精度的影響。③可靠性和可重復性好，受環(huán)境溫度、電磁場等干擾的影響比較小。④系統(tǒng)集成度高和性價比高。由于動力總成控制器要在車輛運行過程中，檢測車輛運行狀態(tài)并實時決策，因此對CPU的指令周期也要求很高。2)飛思卡爾飛思卡爾有著30多年汽車電子的領導地位，是全球領先的汽車工業(yè)半導體供應商。568000系列單芯片數(shù)字信號控制器融合了數(shù)字信號處理器功能和便利的微控制器功能，靈活外設借口配置和不同種類的封裝，為點擊控制、數(shù)字電源，儀器儀表，照明控制和家用電器等應用提供低成本、高性能的解決方案。3)單片機單片機是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計時器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構成的一個小而完善的計算機系統(tǒng)。主要特點：集成度高、處理功能強、可靠性高、系統(tǒng)結構簡單、價格低廉、靈活性高等特點。綜上所述，與通用微處理器相比，DSP具有如下優(yōu)點：①對元件值的容限不敏感，受溫度、環(huán)境等外部參與影響??；②可以分時復用，共享處理器；③方便調(diào)整處理器的系數(shù)實現(xiàn)自適應濾波；④可實現(xiàn)模擬處理不能實現(xiàn)的功能：線性相位、多抽樣率處理、級聯(lián)、易于存儲等；⑤可用于頻率非常低的信號。根據(jù)系統(tǒng)運算量的大小、對運算精度的要求、系統(tǒng)成本以及體積、功耗等方面進行綜合考慮，最終決定采用DSP微處理器來實現(xiàn)能量總成控制器。選擇TI公司的TMS320F2812【116】這款芯片作為能量總成控制器的CPU。 CAN總線的在混合動力汽車上的運用CAN(Controller Area Network)控制器局域網(wǎng)是德國Bosch公司為解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種能有效的支持分布式控制和實時控制的串行通信網(wǎng)絡，屬于現(xiàn)場總線范疇。目前，CAN在機械工業(yè)、軌道車輛、航海船只和醫(yī)療器械等領域都有廣泛的應用。在汽車領域CAN是應用最為廣泛的總線。隨著CAN在各種領域的應用和推廣，對其通信格式的標準化提出了要求。1991年9月Philips Semiconductors制定并發(fā)布了CAN技術規(guī)范()。該技術規(guī)范包括A和B兩部分。此后，1993年11月ISO正式頒布了道路交通運輸工具一數(shù)據(jù)信息交換一高速通信控制器局域網(wǎng)(CAN)國際標準ISO 11898，為控制器局域網(wǎng)的標準化、規(guī)范化鋪平了道路。相對于點對點的線束控制方法而占，CAN控制系統(tǒng)強調(diào)集成模塊化工作方式，可以非常有效地構成各種分布式實時測控系統(tǒng)，并且具有很高的靈活性和可靠性。同時，各模塊能夠比較獨立的工作，避免了各模塊間的相互干預。CAN總線中的通信節(jié)點可以是控制器、智能傳感器或者是智能執(zhí)行單元。該技術已經(jīng)廣泛應用在汽車通信系統(tǒng)中。比如上海大眾推出的POLO轎車上，整車僅用六個通信節(jié)點就代替了繁雜的線束，輕松實現(xiàn)了全車數(shù)據(jù)共享。CAN總線具有以下主要特點：多主機工作方式，網(wǎng)絡點不分主從。報文幀分為不同的優(yōu)先級，可滿足報文幀的不同實時性要求。采用非破壞性仲裁技術，總線仲裁既不破壞報文幀也不損失時間?？煞奖愕膶崿F(xiàn)一對一、一對多及全局廣播等多種報文幀傳送方式。通信距離最遠10km（5Kbps以下），通信速率最大1Mbps（40m以下）?？偩€節(jié)點數(shù)主要取決于驅(qū)動電路，目前可達110個。標準報文幀標識符11位，擴展報文幀標識符29位，報文幀數(shù)目幾乎不受限制。報文幀采用短幀結構，傳輸時問短，受干擾概率低，出錯率低。報文幀具有CRC校驗及其它檢錯措施，檢錯效果好。通信介質(zhì)可為雙絞線、同軸電纜或光纖等，選擇靈活。發(fā)生嚴重錯誤的CAN節(jié)點可自動關閉脫離總線，不影響其它節(jié)點的正常通信。總之，CAN總線具有實時性強、可靠性高、通信速率快、結構簡單、互操作性好、靈活性高和價格低廉等特點。混合動力汽車的結構復雜，有多種需相互作用卻又相對獨立的部件，并且車載環(huán)境比較惡劣，有很強的干擾，模擬信號的可靠性不高。這些特點都決定了采用基于CAN總線網(wǎng)絡的整車控制方案必要性。通過CAN總線網(wǎng)絡，混合動力車輛各系統(tǒng)之間以節(jié)點信息的形式交流信息，方便各部件的匹配工作，有利于整車控制與調(diào)節(jié)。 動力總成控制系統(tǒng)的結構分析和選擇動力總成控制系統(tǒng)或者整車控制系統(tǒng)VSC(vehicle system controller)完成對動力驅(qū)動系統(tǒng)的實時控制。VSC必須實時監(jiān)視車輛的運行狀態(tài)，發(fā)出控制指令，實現(xiàn)車輛工作模式的轉(zhuǎn)換，同時對部件的故障進行實時保護，因此整車控制系統(tǒng)【21】的設計是一項復雜卻是非常重要的任務。HEV整車控制系統(tǒng)一般采用集中控制或分布式控制兩種系統(tǒng)方案。集中控制系統(tǒng)，由系統(tǒng)核心處理器完成對所有信號流和能量流的處理和分配工作，控制器接受所有單元I/O的狀態(tài)，根據(jù)控制策略，再發(fā)出對各單元執(zhí)行機構的控制命令，集中控制系統(tǒng)具有處理集中，實時性強，響應快的特點。分布式控制系統(tǒng)，有VSC通過現(xiàn)場總線與各部件ECU通訊，在工作過程中，各部件ECU分別采集各自控制對象的信號和動態(tài)參數(shù)，通過現(xiàn)場總線發(fā)給VSC，VSC利用這些信息，通過控制策略的運算來進行信號流和能量流的處理和分配工作，并通過現(xiàn)場總線向各部件ECU發(fā)出執(zhí)行指令。各部件ECU接受執(zhí)行指令，并根據(jù)控制對象的當前動態(tài)參數(shù)，再發(fā)出對控制對象的控制命令。該分布式控制系統(tǒng)將整個系統(tǒng)任務模塊化，每個模塊都有一個ECU來接管，這樣以來就將系統(tǒng)可能出現(xiàn)的故障率下移，提高了系統(tǒng)的運行可靠性，不僅如此，由于分布式控制系統(tǒng)是面向?qū)ο笤O計的，從而提高了系統(tǒng)的可擴展性，便于建設、運行和維護。由于處理集中，實時性強，響應快的優(yōu)點，選擇集中控制系統(tǒng)。 系統(tǒng)硬件總體框圖由于處理集中，實時性強，響應快的優(yōu)點，選擇集中控制系統(tǒng)。動力總成控制器【22】是整個混合電動汽車的核心，肩負著管理和控制整個車輛各個部件的重要功能，也是混合電動汽車控制思想和控制策略的實施部件。它的主要功能可分為采集、分析決策和控制三大部分。動力總成控制器首先采集整個車輛的各種信號。這些信號又分為直接采集信號和CAN總線【23】信號兩大類。其中，直接采集信號包括左輪車速、右輪車速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、電機轉(zhuǎn)速、變速箱輸入軸轉(zhuǎn)速、加速踏板位置信號及其零位信號、剎車踏板位置信號及其零位信號、離合器狀態(tài)信號、電池電量信號、充放電電流信號等等。然后，總成控制器根據(jù)這些信號分析當前車輛的狀態(tài)和司機的命令需求，并通過一系列的控制策略的運算，得出滿足司機需求的功率或扭矩、滿足最佳效率的發(fā)動機和電機應出的力及最佳的充電功率、AMT的控制等。最后，動力總成控制器將這些結論作為控制信號發(fā)送給對應的部件。所以，動力總成控制器除了滿足信號采集和控制信號輸出這兩大功能以外，最主要的是控制策略的實施，這是實現(xiàn)研發(fā)混合電動汽車最初意義的關鍵所在。 系統(tǒng)硬件總體框圖 穩(wěn)壓芯片的選擇AMS1117系列穩(wěn)壓器有可調(diào)版與多種固定電壓版，設計用于提供1A輸出電流且工作壓差可低至1V。在最大輸出電流時，并隨負載電流的減小而逐漸降低。%的誤差以內(nèi)，而且電流限制也得到了調(diào)整，以盡量減少因穩(wěn)壓器和電源電路超載而造成的壓力。AMS1117是一個正向低壓降穩(wěn)壓器。AMS1117有兩個版本:固定輸出版本和可調(diào)版本，、、具有1%的精度；%。AMS1117內(nèi)部集成過熱保護和限流電路，是電池供電和便攜式計算機的最佳選擇。特點：1） 、、具有 1%的精度2） 固定輸出電壓為 精度為 2%3） 低漏失電壓：4） 限流功能5） 過熱切斷6） 溫度范圍：40℃～125℃ RS232收發(fā)器接口芯片MAX3232收發(fā)器采用專有的低壓差發(fā)送器輸出級。MAX3232確保在120kbps數(shù)據(jù)速率下維持RS232輸出電平。MAX3232具有2路接收器和2路驅(qū)動器。提供1μA關斷模式，有效降低功耗并延長便攜式產(chǎn)品的電池使用壽命。關斷模式下，接收器保持有效狀態(tài)，對外部設備進行檢測，僅消耗1μA電源電流。 CAN收發(fā)器 CAN收發(fā)器，該器件適用于較高通訊速率、良好抗干擾能力和高可靠性CAN總線的串行通信。CAN總線以其較高的通訊速率、良好的抗電磁干擾能力可實現(xiàn)高可靠性串行通信，因而在實際應用中具有極高的應用價值。不過，隨著集成技術的不斷發(fā)展，為了節(jié)省功耗，縮小電路體積，一些新型CAN總線控制器的邏輯電平均采用LVTTL，這就需要和之相適應的總線收發(fā)器。TI公司生產(chǎn)的SN65HVD230型電路非常好地解決了這個問題。，主要是和帶有CAN控制器的TMS320Lx240x系列DSP配套使用，該收發(fā)器具有差分收發(fā)能力，最高速率可達1Mb/s。廣泛用于汽車、工業(yè)自動化、UPS控制等領域。SN65HVD230可用于較高干擾環(huán)境下。該器件在不同的速率下均有良好的收發(fā)能力，其主要特點如下：完全兼容ISO11898標準；高輸入阻抗，允許120個節(jié)點；低電流等待模式，典型電流為370μA；信號傳輸速率最高可達1Mb/s；具有熱保護，開路失效保護功能；具有抗瞬間干擾，保護總線的功能；斜率控制，降低射頻干擾(RFI)；差分接收器，具有抗寬范圍的共模干擾、電磁干擾(EMI)能力。 ISG型混合動力汽車動力傳動系統(tǒng)布置方案和整車控制策略ISG(Integrated Starter/Generator)型混合動力汽車只有發(fā)動機和ISG電機兩大動力設備。這種形式結構簡單緊湊、組裝容易，再生制動的能量回收效果較高，特別是由于ISG電機的功率較小，使得所配置的蓄電池組也較小，發(fā)動機附件全