【導讀】多國家都正在積極開發(fā)節(jié)能型、環(huán)保型汽車。混合動力車輛已成為汽車技術研。究的熱點，而總線通訊技術和分布式控制網(wǎng)絡也在汽車電子領域廣泛應用。耗的特點，是當前解決節(jié)能問題、環(huán)保問題的切實可行的過渡方案。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。實現(xiàn)整車的實時控制。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。本課題的背景、目的和意義-------------------------------------------------------------------1. 混合動力汽車國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀----------------------------------------------------------------3. 混合動力汽車的分類----------------------------------------------------------------------------6. 混合動力汽車的特點及比較-------------------------------------------------------------------9. 并聯(lián)式混合動力汽車的特點----------------------------------------------------------10. 論文的研究內(nèi)容---------------------------------------------------------------------------------11. 第二章方案論證------------------------------------------------------------------------------------------12

　　

【正文】 個問題。 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 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 370μ A； 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，其系統(tǒng)結(jié)構如圖 所示。這種形式結(jié)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)動機附件全部采用電動方式驅(qū)動，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 傳動系統(tǒng)結(jié)構圖 基于 ISG節(jié)能原理分析，本項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)動機低速下和極低負荷下不啟動，由 ISG 電機提供動力。如果電池電量太低，電機無法提供動力，為了滿足汽車動力性要求，發(fā)動機需要啟動。 2)加速踏板解析策略 由于并聯(lián)方案中發(fā)動機轉(zhuǎn)速在擋位一定時與車輪轉(zhuǎn)速是固定比例的，無法實現(xiàn)主動調(diào)節(jié)； ISG 電機功率較小，負荷調(diào)節(jié)能力有限；電池容量小，通過電機調(diào)節(jié)發(fā)動機工作點會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)動機正常工作區(qū)域，通 過 ISG 電機發(fā)電和電動模式來動態(tài)調(diào)節(jié)發(fā)動機，使之工作在最佳油耗點或最佳油耗曲線上比較困難，因此本項目通過采用適當?shù)募铀偬ぐ褰馕霾呗蕴岣甙l(fā)動機平均負荷率來提高整車經(jīng)濟性。 由于發(fā)動機和 ISG 電機同軸，可以把發(fā)動機轉(zhuǎn)矩特性和電機轉(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)動機最大轉(zhuǎn)矩時只采用發(fā)動機實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩需求，只有當整車轉(zhuǎn)矩需求大于發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩時才啟動電機補充動力。 以上的加速踏板解析策略使得 ISG 方案的混合動力汽車在發(fā)動機正常工作區(qū)間內(nèi)基本不使用電 機，增加了電池壽命；同時，這種踏板策略也增加了發(fā)動機的負荷率，減少了油耗。 3)制動能量回收 在電池 SOC 允許的情況下，主要有兩種制動能量回收模式：滑行再生制動：駕駛員松開加速踏板，當前車速高于設定的滑行再生車速時，汽車進入滑行再生制動狀態(tài)，此時自動離合器斷開。制動踏板踩下時的再生制動：制動時的再生制動回收能量的多少取決于制動系統(tǒng)的電子化程度，即摩擦制動力矩是否可控。 發(fā)動機自動離合器 常規(guī)離合器ISG 變速器eT1cTmTe?m?2cT2c?tTt?wTwTw?w? 19 圖 制動能量回收曲線 由于摩擦制動力矩完全可控的制動能量回收策略需要設計 brakebywire 系統(tǒng)，實現(xiàn)各輪缸制動壓力完全可控， 目前在硬件技術上的實現(xiàn)存在一定的困難，而摩擦制動力矩不可控的制動能量回收策略只需要對傳統(tǒng)制動系統(tǒng)做很小的改動，并增加踏板信息傳感器即可，簡單易行，因此本項目的制動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。 4)維持電池 SOC 狀態(tài) 設定電池的 SOC 允許區(qū)間 （ 例如： ） 和理想值 （ 例如： ） 。當電池SOC 過低時，即使發(fā)動機轉(zhuǎn)速低于啟動值也要啟動發(fā)動機；當電池 SOC 過高時，不允許制動能量回收。 當發(fā)動機處于正常工作區(qū)間時，通過 ISG 電機發(fā)電或電動，實現(xiàn)電池 SOC趨近于理想 值，其中發(fā)電應盡可能出現(xiàn)在發(fā)動機高效率區(qū)。停車時如果電池 SOC過低或未達到理想值 ， 可由駕駛員的特定操作啟動駐車充電模式。 5)防止縱向沖擊 ①防止發(fā)動機啟動時的沖擊：發(fā)動機需要 ISG 電機或者整車旋轉(zhuǎn)慣性帶動到需要的轉(zhuǎn)速，然后點火，點火后發(fā)動機轉(zhuǎn)矩要緩慢增加，過度到需求的發(fā)動機轉(zhuǎn)矩。 ②防止換擋沖擊：當駕駛員踩下常規(guī)離合器時，自動離合器分離， ISG 電機處于零轉(zhuǎn)矩狀態(tài)；換擋結(jié)束后，調(diào)整發(fā)動機轉(zhuǎn)速趨近電機轉(zhuǎn)速，自動離合器結(jié)合。 ③防止整車需求轉(zhuǎn)矩發(fā)生大的階躍。 20 第三章 HEV 動力總成硬件系統(tǒng)設計 系統(tǒng)的 硬件需求分析 本文所討論的 ISG 型混合動力汽車動力總成控制系統(tǒng)主要包括動力總成控制器及其配套軟件。要求能夠?qū)崟r檢測整車運行狀態(tài)，使車輛的各個性能都達到最佳。在設計時，要進行軟硬件的并行考慮，保證實時控制的前提下，盡量采用軟件來實現(xiàn)功能。系統(tǒng)的需求應滿足以下要求： 1)控制器應進行車輛起動、行駛、發(fā)電、加速、巡航、制動能量回收和倒車等狀態(tài)的平滑控制，發(fā)動機與電機雙動力控制與切換管理，最大綜合效率控制。 2)發(fā)動機、電機工作狀態(tài)顯示信號輸出，電池組電量顯示信號輸出至車輛儀表。 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，滿足國家相關的電磁兼容性標準。能適應所有道路條件下的震動與沖擊。 5)系統(tǒng)硬件部分與車輛線束相連接的插接件應符合電動汽車相關標準，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℃時能正常穩(wěn)定工作。 7)應具備完善的配套測試程序，可通過其修改各種參數(shù)，存儲實驗數(shù)據(jù)，有利于算法研究，方便系統(tǒng)今后的進一步完善。 功能模塊劃分 對動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 —— 動力總成控制器是基 于 CAN 總線的網(wǎng)絡節(jié)點。 2)AD 模塊 —— 在采集信號中，有諸如加速踏板位置信號、剎車踏板位置信號等多個模擬量信號。 3)I/O 口 —— 采集信號和輸出信號中，同樣有多個 I/O 信號，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)—— 由于上位機要通過 SCI 口來檢測和修改能量控制器參數(shù)以及進行實時的監(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 ① 150MHz（ 周期時間 ） 21 ②省電設計 (， 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 ④快速中斷響應 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 8Kx16， 6 個 16Kx16） ② 1Kx16OTPROM（ 單次可程序只讀存儲器 ） 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 ④三個獨立的芯片選擇 (Chip Selects) 6)頻率與系統(tǒng)控制 ①支持動態(tài)的相位鎖定模塊 (PLL)比率變更 ② OnChip 振蕩器 ③看門狗定時器模塊 7)三個外部中斷 8)外圍中斷擴展方塊 (PIE)，支持 45 個外圍中斷 9)128 位保護密碼 ①保護 Flash/ROM/OTP 及 L0/L1SARAM ②防止韌體逆向工程 10)三個 32 位 CPU Timer 11)電動機控制外圍 ①兩個事件管理模塊 (EVA， EVB) 22 ②與 240xADSP 相容 12)①同步串行外圍接口 SPI 模塊 ②兩個異步串行通訊接口 SCI 模塊，標準 UART ③ eCAN(Enhanced Controller Area Network) ④ McBSP With SPI Mode 13)16 個信道 12 位模擬 數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊 (ADC) ① 2x8 通道的輸入多任務 ②兩個獨立的取樣 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)及相關電路 一個典型的 DSP 最小系統(tǒng)包括 DSP 芯片、電源電路、復位電路、時鐘電路及 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 800mA，輸出電壓的精度在 ? 1%以內(nèi)，還具有電流限制和熱保護功能，并且價格低廉，廣泛用于手持儀表，數(shù)字家電和工業(yè)控制領域。使用時，輸出端通常接一個 10μ F 或者 47μ F 的電容來改善瞬態(tài)響應和穩(wěn)定性。 圖 電源轉(zhuǎn)換電路 23 復位電路 使用 RC 電路保證 DSP 芯片可靠復位，并提供手動復位按鈕，方便調(diào)試。 圖 復位電路 時鐘振蕩電路 鎖向環(huán) (PLL)模塊主要用來控制 DSP 內(nèi)核的工作頻率，外部提供一個參考時鐘輸入，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。 本設計采用內(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 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，在很多應用系統(tǒng)中直接采用它的這種功能進行模擬信號采集。 A/D 轉(zhuǎn)換模塊將加速踏板行程、制動踏板行程等模擬信號轉(zhuǎn)換數(shù)字信號，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 個獨立的 8 通道模塊，分別服務于時間管理器 A 和 B。 16 路 ADC 均未作處理，可以直接使用。 ADC 時鐘可配置為 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)器采用的型號是 SN65HVD230。它將 CANTX， CANRX 信號轉(zhuǎn)化為 CANH， CANL 信號在 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)動電路 圖 LCD 液晶驅(qū)動電路 第 1 腳： VSS 為地電源 第 2 腳： VDD 接 5V正電源 第 3 腳： V0 為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個 10K 的電位器調(diào)整對比度 第 4 腳： RS 為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。 第 5 腳： RW 為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當 RS 和 RW 共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當 RS 為低電平 RW為高電平時可以讀忙信號，當 RS 為高電平 RW 為低電平時可以寫入 數(shù)據(jù)。 第 6 腳： E 端為使能端，當 E 端由高電平跳變成低電平時，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 /制動踏板位置信號采集電路 油門 /制動踏板位置傳感器輸出的是模擬電壓信號，該信號經(jīng)過濾波、鉗位和電壓跟隨后，一路進行 AD 轉(zhuǎn)換；另一路經(jīng)過微分電路，得到油門變化快慢信號 ， 如圖 所示。