【導(dǎo)讀】多國家都正在積極開發(fā)節(jié)能型、環(huán)保型汽車?；旌蟿?dòng)力車輛已成為汽車技術(shù)研。究的熱點(diǎn)，而總線通訊技術(shù)和分布式控制網(wǎng)絡(luò)也在汽車電子領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。耗的特點(diǎn)，是當(dāng)前解決節(jié)能問題、環(huán)保問題的切實(shí)可行的過渡方案。置電路、CAN接口電路、SCI串口通信電路、LCD顯示電路、數(shù)據(jù)采集電路。實(shí)現(xiàn)整車的實(shí)時(shí)控制。荷率；實(shí)現(xiàn)了制動(dòng)能量回收。優(yōu)化了車輛的經(jīng)濟(jì)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。本課題的背景、目的和意義-------------------------------------------------------------------1. 混合動(dòng)力汽車國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀----------------------------------------------------------------3. 混合動(dòng)力汽車的分類----------------------------------------------------------------------------6. 混合動(dòng)力汽車的特點(diǎn)及比較-------------------------------------------------------------------9. 并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的特點(diǎn)----------------------------------------------------------10. 論文的研究內(nèi)容---------------------------------------------------------------------------------11. 第二章方案論證------------------------------------------------------------------------------------------12

　　

【正文】 個(gè)問題。 SN65HVD230 是德州儀器公司生產(chǎn)的 總線收發(fā)器，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(dá) 1Mb/s。廣泛用于汽車、工業(yè)自動(dòng)化、 UPS 控制等領(lǐng)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(diǎn)如下： 完全兼容 ISO11898 標(biāo)準(zhǔn)； 高輸入阻抗，允許 120 個(gè)節(jié)點(diǎn)； 低電流等待模式，典型電流為 370μ A； 信號(hào)傳輸速率最高可達(dá) 1Mb/s； 具有熱保護(hù)，開路失效保護(hù)功能； 具有抗瞬間干擾，保護(hù)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(dòng)力汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)布置方案和整車控制策略 ISG(Integrated Starter/Generator)型混合動(dòng)力汽車只有發(fā)動(dòng)機(jī)和 ISG 電機(jī)兩大動(dòng)力設(shè)備，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 所示。這種形式結(jié)構(gòu)簡單緊湊、組裝容易，再生制動(dòng)的能量回收效果較高，特別是由于 ISG 電機(jī)的功率較小，使得所配置的蓄電池組也較小，發(fā)動(dòng)機(jī)附件全部采用電動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)，齒形皮帶及齒輪組可以全部 18 省掉，整車的布置就可以更加靈活，大大地減輕了整車的質(zhì)量。 圖 傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 基于 ISG節(jié)能原理分析，本項(xiàng)目采用如下的總體控制策略： 1)切斷怠速 在電池 SOC 允許的條件下，發(fā)動(dòng)機(jī)低速下和極低負(fù)荷下不啟動(dòng)，由 ISG 電機(jī)提供動(dòng)力。如果電池電量太低，電機(jī)無法提供動(dòng)力，為了滿足汽車動(dòng)力性要求，發(fā)動(dòng)機(jī)需要啟動(dòng)。 2)加速踏板解析策略 由于并聯(lián)方案中發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在擋位一定時(shí)與車輪轉(zhuǎn)速是固定比例的，無法實(shí)現(xiàn)主動(dòng)調(diào)節(jié)； ISG 電機(jī)功率較小，負(fù)荷調(diào)節(jié)能力有限；電池容量小，通過電機(jī)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)會(huì)造成電池頻繁充放電，降低電池使用壽命。根據(jù)目前的 ISG方案，在發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作區(qū)域，通 過 ISG 電機(jī)發(fā)電和電動(dòng)模式來動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)，使之工作在最佳油耗點(diǎn)或最佳油耗曲線上比較困難，因此本項(xiàng)目通過采用適當(dāng)?shù)募铀偬ぐ褰馕霾呗蕴岣甙l(fā)動(dòng)機(jī)平均負(fù)荷率來提高整車經(jīng)濟(jì)性。 由于發(fā)動(dòng)機(jī)和 ISG 電機(jī)同軸，可以把發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩特性和電機(jī)轉(zhuǎn)矩特性疊加形成新的轉(zhuǎn)矩特性。按照形成的新轉(zhuǎn)矩特性，以及油門開度決策整車轉(zhuǎn)矩需求。在整車轉(zhuǎn)矩需求不超過發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩時(shí)只采用發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩需求，只有當(dāng)整車轉(zhuǎn)矩需求大于發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩時(shí)才啟動(dòng)電機(jī)補(bǔ)充動(dòng)力。 以上的加速踏板解析策略使得 ISG 方案的混合動(dòng)力汽車在發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作區(qū)間內(nèi)基本不使用電 機(jī)，增加了電池壽命；同時(shí)，這種踏板策略也增加了發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷率，減少了油耗。 3)制動(dòng)能量回收 在電池 SOC 允許的情況下，主要有兩種制動(dòng)能量回收模式：滑行再生制動(dòng)：駕駛員松開加速踏板，當(dāng)前車速高于設(shè)定的滑行再生車速時(shí)，汽車進(jìn)入滑行再生制動(dòng)狀態(tài)，此時(shí)自動(dòng)離合器斷開。制動(dòng)踏板踩下時(shí)的再生制動(dòng)：制動(dòng)時(shí)的再生制動(dòng)回收能量的多少取決于制動(dòng)系統(tǒng)的電子化程度，即摩擦制動(dòng)力矩是否可控。 發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)離合器 常規(guī)離合器ISG 變速器eT1cTmTe?m?2cT2c?tTt?wTwTw?w? 19 圖 制動(dòng)能量回收曲線 由于摩擦制動(dòng)力矩完全可控的制動(dòng)能量回收策略需要設(shè)計(jì) brakebywire 系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)各輪缸制動(dòng)壓力完全可控， 目前在硬件技術(shù)上的實(shí)現(xiàn)存在一定的困難，而摩擦制動(dòng)力矩不可控的制動(dòng)能量回收策略只需要對(duì)傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)做很小的改動(dòng)，并增加踏板信息傳感器即可，簡單易行，因此本項(xiàng)目的制動(dòng)控制策略采用分段控制式，即在踏板行程 （ 或踏板力 ） 的初期不產(chǎn)生摩擦制動(dòng)。 4)維持電池 SOC 狀態(tài) 設(shè)定電池的 SOC 允許區(qū)間 （ 例如： ） 和理想值 （ 例如： ） 。當(dāng)電池SOC 過低時(shí)，即使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低于啟動(dòng)值也要啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)；當(dāng)電池 SOC 過高時(shí)，不允許制動(dòng)能量回收。 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于正常工作區(qū)間時(shí)，通過 ISG 電機(jī)發(fā)電或電動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電池 SOC趨近于理想 值，其中發(fā)電應(yīng)盡可能出現(xiàn)在發(fā)動(dòng)機(jī)高效率區(qū)。停車時(shí)如果電池 SOC過低或未達(dá)到理想值 ， 可由駕駛員的特定操作啟動(dòng)駐車充電模式。 5)防止縱向沖擊 ①防止發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的沖擊：發(fā)動(dòng)機(jī)需要 ISG 電機(jī)或者整車旋轉(zhuǎn)慣性帶動(dòng)到需要的轉(zhuǎn)速，然后點(diǎn)火，點(diǎn)火后發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩要緩慢增加，過度到需求的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩。 ②防止換擋沖擊：當(dāng)駕駛員踩下常規(guī)離合器時(shí)，自動(dòng)離合器分離， ISG 電機(jī)處于零轉(zhuǎn)矩狀態(tài)；換擋結(jié)束后，調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速趨近電機(jī)轉(zhuǎn)速，自動(dòng)離合器結(jié)合。 ③防止整車需求轉(zhuǎn)矩發(fā)生大的階躍。 20 第三章 HEV 動(dòng)力總成硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的 硬件需求分析 本文所討論的 ISG 型混合動(dòng)力汽車動(dòng)力總成控制系統(tǒng)主要包括動(dòng)力總成控制器及其配套軟件。要求能夠?qū)崟r(shí)檢測整車運(yùn)行狀態(tài)，使車輛的各個(gè)性能都達(dá)到最佳。在設(shè)計(jì)時(shí)，要進(jìn)行軟硬件的并行考慮，保證實(shí)時(shí)控制的前提下，盡量采用軟件來實(shí)現(xiàn)功能。系統(tǒng)的需求應(yīng)滿足以下要求： 1)控制器應(yīng)進(jìn)行車輛起動(dòng)、行駛、發(fā)電、加速、巡航、制動(dòng)能量回收和倒車等狀態(tài)的平滑控制，發(fā)動(dòng)機(jī)與電機(jī)雙動(dòng)力控制與切換管理，最大綜合效率控制。 2)發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)工作狀態(tài)顯示信號(hào)輸出，電池組電量顯示信號(hào)輸出至車輛儀表。 3)與其它系統(tǒng)能用 CAN 總線通訊， 并具有良好的穩(wěn)定性與抗干擾性。 4)具有良好的電磁兼容性，滿足國家相關(guān)的電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)。能適應(yīng)所有道路條件下的震動(dòng)與沖擊。 5)系統(tǒng)硬件部分與車輛線束相連接的插接件應(yīng)符合電動(dòng)汽車相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，保證拆裝方便、性能可靠。 6)控制系統(tǒng)在環(huán)境溫度為 40℃至 85℃時(shí)能正常穩(wěn)定工作。 7)應(yīng)具備完善的配套測試程序，可通過其修改各種參數(shù)，存儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，有利于算法研究，方便系統(tǒng)今后的進(jìn)一步完善。 功能模塊劃分 對(duì)動(dòng)力總成控制器的功能描述來分析能量總成控制器所需要的功能模塊。 1)CAN 控制器模塊 —— 動(dòng)力總成控制器是基 于 CAN 總線的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。 2)AD 模塊 —— 在采集信號(hào)中，有諸如加速踏板位置信號(hào)、剎車踏板位置信號(hào)等多個(gè)模擬量信號(hào)。 3)I/O 口 —— 采集信號(hào)和輸出信號(hào)中，同樣有多個(gè) I/O 信號(hào)，要求控制器的通用 I/O 口或者 I/O 空間有足夠余量。 4)串口 SCI(Serial Communication Interface)—— 由于上位機(jī)要通過 SCI 口來檢測和修改能量控制器參數(shù)以及進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控。 TMS320F2812 的介紹 芯片主要性能如下： 1)高性能靜態(tài) CMOS 制成技術(shù) ① 150MHz（ 周期時(shí)間 ） 21 ②省電設(shè)計(jì) (， I/O) ③ 2)JTAG 掃描支持 3)高效能 32BitCPU ① 16x16 和 32x32MAC Operations ② 16x16Dual MAC ③哈佛總線結(jié)構(gòu) ④快速中斷響應(yīng) ⑤ 4M 線性程序?qū)ぶ房臻g (Linear Program Address Reach) ⑥ 4M 線性數(shù)據(jù)尋址空間 (Linear Data Address Reach) ⑦ TMS320F24X/LF240X 程序核心兼容 4)芯片上 (OnChip)的內(nèi)存 ① 128Kx16 Flash（ 4 個(gè) 8Kx16， 6 個(gè) 16Kx16） ② 1Kx16OTPROM（ 單次可程序只讀存儲(chǔ)器 ） ③ L0 和 L1： 2 組 4Kx16 SARAM ④ H0： 1 組 8Kx16SARAM ⑤ M0 和 M1： 2 組 1Kx16 SARAM。共 128Kx16 Flash， 18Kx16 SARAM 5)外部內(nèi)存接口 ①支持 1M 的外部內(nèi)存 ②可程序的 Wait States ③可程序的 Read/Write StrobeTi 最小 g ④三個(gè)獨(dú)立的芯片選擇 (Chip Selects) 6)頻率與系統(tǒng)控制 ①支持動(dòng)態(tài)的相位鎖定模塊 (PLL)比率變更 ② OnChip 振蕩器 ③看門狗定時(shí)器模塊 7)三個(gè)外部中斷 8)外圍中斷擴(kuò)展方塊 (PIE)，支持 45 個(gè)外圍中斷 9)128 位保護(hù)密碼 ①保護(hù) Flash/ROM/OTP 及 L0/L1SARAM ②防止韌體逆向工程 10)三個(gè) 32 位 CPU Timer 11)電動(dòng)機(jī)控制外圍 ①兩個(gè)事件管理模塊 (EVA， EVB) 22 ②與 240xADSP 相容 12)①同步串行外圍接口 SPI 模塊 ②兩個(gè)異步串行通訊接口 SCI 模塊，標(biāo)準(zhǔn) UART ③ eCAN(Enhanced Controller Area Network) ④ McBSP With SPI Mode 13)16 個(gè)信道 12 位模擬 數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊 (ADC) ① 2x8 通道的輸入多任務(wù) ②兩個(gè)獨(dú)立的取樣 保持 (SampleandHold)電路 ③可單一或同步轉(zhuǎn)換 ④快速的轉(zhuǎn)換率： 80ns/ DSP 最小系統(tǒng)及相關(guān)電路 一個(gè)典型的 DSP 最小系統(tǒng)包括 DSP 芯片、電源電路、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路及 JTAG 接口電路?？紤]到與 PC 通信的需要，最小系統(tǒng)一般還需增添串口通信電路。 供電電路 AMS1117 電源轉(zhuǎn)換芯片作為 5V轉(zhuǎn) 的高性能穩(wěn)壓芯片，為這個(gè)開發(fā)板提供穩(wěn)定可靠的主電源 VCC()。 AMS1117 電源轉(zhuǎn)換芯片提供 DSP 內(nèi)核使用。 AMS1117 輸出后的 47μ F 的電容不能省略，這樣能更好的保證電源質(zhì)量。 AMS1117 系列芯片輸出電流最高可達(dá) 800mA，輸出電壓的精度在 ? 1%以內(nèi)，還具有電流限制和熱保護(hù)功能，并且價(jià)格低廉，廣泛用于手持儀表，數(shù)字家電和工業(yè)控制領(lǐng)域。使用時(shí)，輸出端通常接一個(gè) 10μ F 或者 47μ F 的電容來改善瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性。 圖 電源轉(zhuǎn)換電路 23 復(fù)位電路 使用 RC 電路保證 DSP 芯片可靠復(fù)位，并提供手動(dòng)復(fù)位按鈕，方便調(diào)試。 圖 復(fù)位電路 時(shí)鐘振蕩電路 鎖向環(huán) (PLL)模塊主要用來控制 DSP 內(nèi)核的工作頻率，外部提供一個(gè)參考時(shí)鐘輸入，經(jīng)過 PLL 倍頻或分頻后提供給 DSP 內(nèi)核。 2812 DSP 有 4 位倍頻位，能夠?qū)崿F(xiàn) ～ 10 倍的倍頻。 本設(shè)計(jì)采用內(nèi)部振蕩器方式，選用 30M 的外部晶振。 圖 晶振電路 JTAG 接口電路 JTAG 接口提供對(duì) DSP 的內(nèi)部 FLASH 的少些和方針調(diào)試。 該部分的引腳定義不能隨意更改。 24 圖 JTAG 接口電路 SCI 串口通訊電路 TMS320F2812 內(nèi)置 SCI 通訊模塊。 圖 SCI 串口通訊電路 RS 232 接口芯片采用的是 MAX3232， 。 AD 轉(zhuǎn)換電路 TMS320F2812 內(nèi)部提供了 12 位精度 A/D 轉(zhuǎn)換模塊，在很多應(yīng)用系統(tǒng)中直接采用它的這種功能進(jìn)行模擬信號(hào)采集。 A/D 轉(zhuǎn)換模塊將加速踏板行程、制動(dòng)踏板行程等模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換數(shù)字信號(hào)，用于 CPU處理。 A/D 轉(zhuǎn)換采用 TMS320F2812自帶的 A/D 轉(zhuǎn)換接口。 DSP 內(nèi)置 16 通道 12 位 ADC，可配置為 2 個(gè)獨(dú)立的 8 通道模塊，分別服務(wù)于時(shí)間管理器 A 和 B。 16 路 ADC 均未作處理，可以直接使用。 ADC 時(shí)鐘可配置為 25MHz，最高采樣帶寬為 。 25 圖 AD 轉(zhuǎn)換電路 CAN 通訊接口電路 TMS320F2812 內(nèi)置 控制器。 圖 CAN 通訊接口電路 CAN 總線收發(fā)器采用的型號(hào)是 SN65HVD230。它將 CANTX， CANRX 信號(hào)轉(zhuǎn)化為 CANH， CANL 信號(hào)在 CAN 總線上傳輸。 26 LED 燈與按鍵電路 圖 LED 電路 圖 按鍵電路 27 LCD 液晶驅(qū)動(dòng)電路 圖 LCD 液晶驅(qū)動(dòng)電路 第 1 腳： VSS 為地電源 第 2 腳： VDD 接 5V正電源 第 3 腳： V0 為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè) 10K 的電位器調(diào)整對(duì)比度 第 4 腳： RS 為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。 第 5 腳： RW 為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng) RS 和 RW 共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng) RS 為低電平 RW為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng) RS 為高電平 RW 為低電平時(shí)可以寫入 數(shù)據(jù)。 第 6 腳： E 端為使能端，當(dāng) E 端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。 第 7～ 14 腳： D0～ D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線。 第 15～ 16 腳：空腳 油門 /制動(dòng)踏板位置信號(hào)采集電路 油門 /制動(dòng)踏板位置傳感器輸出的是模擬電壓信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過濾波、鉗位和電壓跟隨后，一路進(jìn)行 AD 轉(zhuǎn)換；另一路經(jīng)過微分電路，得到油門變化快慢信號(hào) ， 如圖 所示。