【正文】 微型轎車。豐田公司的Prius從1997年12月開始在國內銷售，至2001年8月末，約售出53400輛。2005年11月23日在北京開幕的國際清潔汽車技術展覽會上，世界主要汽車制造商展出了最新的清潔汽車，主要是混合動力汽車，證明了現(xiàn)在業(yè)內人士基本認同混合動力汽車的發(fā)展地位。提高功率則降低效率，反之亦然。豐田公司展出的第三代Prius混合動力轎車，動力系統(tǒng)仍舊采用THS混聯(lián)式結構。其中本田公司已投產Insight混合動力電動轎車，被美國環(huán)?？偸鹪u為2001年美國十大節(jié)能汽車的第一名，第二名則為豐田汽車公司的Prius混合動力電動轎車。在美國，自1990年以來，由于環(huán)境問題以及美國加州“零排放車輛法”的推行，各大汽車廠商更加注重對電動汽車的開發(fā)。美國政府于1997年與克萊斯勒公司、福特公司和通用汽車公司合作，實施新型汽車合作計劃(PNGV)，該計劃制定的混合動力汽車開發(fā)的目標是：2002年進行試驗性推廣，2004年達到全面商業(yè)化生產。Precept是通用汽車公司展出的一款具有先進技術的環(huán)保車，直接歸屬PNGV(Partnership for a New Generation of Vehicles)項目。通用汽車公司于2004年在美國部分州推出了“Silverado”和“GMC Sierra”等簡易型混合動力汽車，并將在2006年推出“Satum VUE Green Line”。福特汽車公司1998年開發(fā)出了福特P2000型5座并聯(lián)式混合動力汽車。在歐洲，各大汽車廠商爭先恐后的推出了本公司研制的混合動力汽車。德國西門子和博世(Bosch)等著名零部件公司積極與大汽車公司聯(lián)手開發(fā)混合動力汽車。瑞典沃爾沃公司也開發(fā)出基于沃爾沃FL6卡車改裝的混合動力汽車。1999年，該車在瑞典歌德斯堡進行路試檢測。“電動汽車技術研究”是國家科委“八五”科技相關項目。在電動汽車關鍵技術尤其是混合動力汽車方面，很多科研單位也進行了諸如混合方式和控制策混合動力汽下傳動系統(tǒng)模掣化及優(yōu)化控制略研究、參數(shù)匹配和性能預測研究等前期工作。國家科技部已將電動汽車產業(yè)化作為“十五一863重大專項的內容。采取產學研相結合的方式，、開發(fā)和產業(yè)化。在國家的支持以及混合動力良好的市場前景推動下，全國很多汽車生產企業(yè)和高校聯(lián)合開展了混合動力汽車的研究和開發(fā)工作，在電機驅動、整車仿真、試驗、電池技術等方面都取得了很大的進步。從1996年開始，廣東省科委統(tǒng)一協(xié)調組織研制電動汽車，并取得了可喜的進展。在此基礎上，我國混合動力汽車的研制也有了一定的進展。第一汽車集團公司于2001年在第三屆北京國際清潔車展上推出一款混合動力轎車——紅旗CA7180AE，這是第一汽車集團公司技術中心、美國電動車（亞洲）公司、汕頭國家電動汽車試驗示范區(qū)三方共同合作的成果。清華大學與沈陽金杯客車制造有限公司在2001年3月簽訂了“SY6480混動力電動客車的研制與開發(fā)”合作項目的合同。深圳明華環(huán)保汽車有限公司于2001年4月推出了混合動力電動環(huán)保汽車MH6720，引起社會各界關注；該車采用的是并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)，發(fā)動機為87KW；電機為312V、充電次數(shù)大于500次；異步交流電機平均功率為36Kw：滿載最高車速為90Km/h；最大爬坡度為33％；續(xù)駛行程可達1080Km，純電機驅動時為100Km；；乘客數(shù)為22；其尾氣排放達歐洲標準，噪聲指標也大大低于國產普通中巴車。奇瑞公司還制定了混合動力汽車產業(yè)化的初步計劃，預計在2006年實現(xiàn)混合動力轎車的小批量生產【10】。我國通過國家“八五”、“九五”甚至“十五”電動汽車的科技攻關，在HEV方面已經積累了一定的技術基礎和經驗。上海華普推出了搭載自主混合動力發(fā)動機的海尚305，優(yōu)點是結構緊湊、可靠性高、成本低，可節(jié)省燃料20％左右，號稱是國內第一款自主混合動力技術的轎車，但距離Prius重混合度技術仍有很大差距，進入市場之前還有很長的路要走。因此混合動力汽車有著廣闊的市場空間，特別是開發(fā)用于城市交通（如出租車）和城市之間的混合動力汽車在我國有著得天獨厚的發(fā)展條件和廣闊的應用前景【11】。而電能可以由電池提供，也可以由發(fā)動機驅動發(fā)電機來提供。混聯(lián)式混合動力汽車：這種結構既包括并聯(lián)式混合結構中的連桿機構，又包括串聯(lián)式混合結構中的電氣聯(lián)動機構。1)串聯(lián)式混合動力汽車(SHEV)SHEV的動力系統(tǒng)結構是HEV中最簡單的一種，發(fā)動機輸出的機械能首先通過發(fā)電機轉化為電能，該電能可通過功率轉換器為電池充電，或經由電動機和傳動裝置驅動汽車。典型的SHEV有豐田公司的Coaster等。②可以利用電動機作為發(fā)電機，將電能儲存在電池罩，達到在剎車制動時回收能量的目的。④變速時不需要離合器。②SHEV的能量轉換、傳輸?shù)沫h(huán)節(jié)多，造成整體能量轉換效率比較低；并且，為滿足爬坡等需要大功率的路況，發(fā)動機、發(fā)電機和電動機的額定功率都要求比較大。PHEV采用發(fā)動機和電動機兩套驅動系統(tǒng)。在并聯(lián)混合動力汽車里，發(fā)動機和電動機既可分別提供牽引功率，又可共同提供。兩種電機均可在滿足最大功率的前提下縮小體型，并且在發(fā)動機和電動機的額定功率選較小值時，就可達到動力性要求。典型PHEV有：只野公司的HIMR型大客車、本田公司的Insight轎車等。它主要偏向于并聯(lián)結構，但又包含一些串聯(lián)結構的特點。實際上，機械聯(lián)動和電能聯(lián)動路線采用兩個截然不同的電機。另外。但混聯(lián)式混合動力汽車結構復雜，成本高。另一種結構不包含行星齒輪組，它結合了鏈傳動式發(fā)電機和曲軸懸掛式電機的特點，與并聯(lián)式混合結構一樣直接進行耦合。②發(fā)動機工作狀態(tài)不受汽車行駛工況的影響，能夠保持在穩(wěn)定、高效、低污染的狀態(tài)下運轉，將有害排放氣體控制在最低范圍所以發(fā)動機具有良好的經濟性和低的排放指標。2)串聯(lián)式混合動力汽車(SHEV)的缺點：①驅動電動機的功率必須是能夠克服S臟V在行駛過程中的最大阻力，驅動電動機的功率要求較大，外形尺寸也較大，質量較重。③發(fā)動機一發(fā)電機組與動力電池組之間的匹配要求較嚴格，要根據(jù)動力電池組SOC的變化，自動起動或關閉發(fā)動機一發(fā)電機組，以避免動力電池組過放電，這就需要更大的電池容量。②除摩擦損耗外，沒有機械能一電能一機械能的轉換過程，能量轉換總的綜合效率要比SHEV高。與它們配套的動力電池組的容量也較小，使整車的整備質量大大地降低。2)并聯(lián)式混合動力汽車(PHEV)的缺點：①需要配備與內燃機汽車相同的傳動系統(tǒng)，在總布置上基本與內燃機汽車相同，動力性能接近內燃機汽車。②發(fā)動機驅動模式需要裝置離合器、變速器、傳動軸和驅動器等傳動裝置，另外還有起動/發(fā)電機（驅動電動機）、動力電池組，以及動力組合器等裝置，因此PHEV的多能源動力系統(tǒng)結構復雜，布置和控制也更加困難。②PSHEV可以有多種多樣的驅動模式和混合驅動模式供選擇，可以使PSHEV的節(jié)能最佳，有害氣體的排放達到“超低污染”。2)混聯(lián)式混合動力汽車(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。另外還有起動/發(fā)電機、驅動電動機、減速器、動力電池組、以及為多能源動力組合或協(xié)調發(fā)動機與驅動電動機的專用裝置。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)，才能達到高的經濟性和“超低污染的控制目標。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。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。研究混合動力汽車的驅動方式，論述混合動力汽車各類型的特點，并給出國內外研究混合動力汽車的類型。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。畫出相關程序流程圖并編寫程序。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動系統(tǒng)。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。例如，當發(fā)動機以較低轉速運轉時，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。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。一般來說，DSP芯片內部采用程序和數(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。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。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。④系統(tǒng)集成度高和性價比高。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。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（可能還包括顯示驅動電路、脈寬調制電路、模擬多路轉換器、A/D轉換器等電路）集成到一塊硅片上構成的一個小而完善的計算機系統(tǒng)。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。選擇TI公司的TMS320F2812【116】這款芯片作為能量總成控制器的CPU。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。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。該技術規(guī)范包括A和B兩部分。相對于點對點的線束控制方法而占，CAN控制系統(tǒng)強調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。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。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。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?？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。總線節(jié)點數(shù)主要取決于驅動電路，目前可達110個。報文幀采用短幀結構，傳輸時問短，受干擾概率低，出錯率低。通信介質可為雙絞線、同軸電纜或光纖等，選擇靈活?？傊?，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。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。 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)完成對動力驅動系統(tǒng)的實時控制。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。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。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)是面向對象設計的，從而提高了系統(tǒng)的可擴展性，便于建設、運行和維護。 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)。它的主要功能可分為采集、分析決策和控制三大部分。這些信號又分為直接采集信號和CAN總線【23】信號兩大類。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。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。在最大輸出電流時，并隨負載電流的減小而逐漸降低。AMS1117是一個正向低壓降穩(wěn)壓器。AMS1117內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。MAX3232確保在120kbps數(shù)據(jù)速率下維持RS232輸出電平。提供1μA關斷模式，有效降低功耗并延長便攜式產品的電池使用壽命。 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。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。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。SN65HVD230可用于較高干擾環(huán)境下。完全兼容ISO11898標準；低電流等待模式，典型電流為370μA；具有熱保護，開路失效保護功能；斜率控制，降低射頻干擾(RFI)； 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。 傳動系統(tǒng)結構圖基于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。2)加速踏板解析策略由于并聯(lián)方案中發(fā)動機轉速在擋位一定時與車輪轉速是固定比例的，無法實現(xiàn)主動調節(jié)；ISG電機功率較小，負荷調節(jié)能力有限；電池容量小，通過電機調節(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。由于發(fā)動機和ISG電機同軸，可以把發(fā)動機轉矩特性和電機轉矩特性疊加形成新的轉矩特性。在整車轉矩需求不超過發(fā)動機最大轉矩時只采用發(fā)動機實現(xiàn)轉