基于双核MC9S12XE的纯电动汽车整车控制器研究与开发

【摘要】：纯电动汽车具备环保和节能的双重优势,是未来城市交通车辆的重要发展方向。动力总成集成技术是电动汽车三大关键技术之一,而其核心为整车控制器技术。本文依托山东省科技攻关课题“纯电动汽车动力总成匹配技术的研究”支持,结合实际工程需求,围绕纯电动汽车动力总成系统及整车控制器开展了研究工作。 确定了以整车控制器为核心的电动汽车动力总成系统构架,根据整车控制器技术需求,开发了基于双核MC9S12XE的纯电动汽车整车控制器。根据对整车控制器功能的需求,遵循通用性及低成本原则设计了整车控制器硬件电路,包括最小单元系统、信号采集处理、功率驱动、总线驱动等模块,并围绕提高电磁兼容性采取了系列措施；采用分层的模块化结构设计了控制器软件。整车控制器综合了通讯网络管理、司机驾驶解释、能量回馈控制、高压电安全管理、能量分配管理及故障诊断等功能。 根据踏板和挡位等司机操作信息和车辆当前状态,将整车状态划分为起步、正常驱动、失效、能量回馈等模式,并确定了各模式间的切换条件。制定了基于踏板开度和电机转速预测所需输出转矩的驱动策略。在不改变当前车辆常规制动系统,且不影响车辆运行安全及驾驶感觉的前提下,制定了最大能量回收的滑行能量回馈策略和基于T-S模糊推理的制动能量回馈策略,实现能量有效回收。基于SAEJ1939标准制定了整车控制器与动力总成系统其他部件间的CAN通讯协议,实现了网络状态监控、节点管理及信息共享等功能。整车控制器集成了GPS解析与GPRS数据传输功能,实现了车辆信息远程监测。制定了基于K线的KWP2000故障诊断协议,实现了车辆故障的诊断及车辆控制参数的标定。开发了高压电安全管理模块,实现了对高压绝缘不良的监测,增加了车身加速度传感器以实现车辆碰撞信号的提取,系统根据需要能够及时断开高压电,保证车辆运行及人员安全。为延长车辆续驶里程,除优化电机驱动策略外,对空调、冷却水泵等附件进行了合理管理。 参照电动汽车测试标准,利用改装的试验车对整车控制器控制策略进行了试验验证,对电动汽车加速性、最高车速、续驶里程等参数进行了测试,性能指标均满足车辆设计要求。对该车能量回馈策略及车辆控制模式切换等进行了测试,并选择了两段代表性路段对车辆运行过程中车速、行驶里程、能耗等信息进行了分析,试验表明各控制模式切换平顺,车辆能耗降低12.7%～22.1%。 【关键词】：纯电动汽车 整车控制器 控制策略 能量回馈 绝缘监测
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：U469.72
【目录】：

• 目录4-7
• CONTENTS7-10
• 摘要10-12
• ABSTRACT12-14
• 第一章 绪论14-22
• 1.1 课题背景与意义14-17
• 1.2 整车控制器研究现状17-21
• 1.2.1 国外整车控制器研究现状17-19
• 1.2.2 国内整车控制器研究现状19-21
• 1.3 主要研究内容21
• 1.4 本章小结21-22
• 第二章 整车控制框架及VCU软硬件设计22-34
• 2.1 整车控制系统框架22
• 2.2 整车控制器功能及技术需求22-25
• 2.3 通用硬件设计25-32
• 2.3.1 最小核心单元系统25-26
• 2.3.2 输入输出调理电路26-28
• 2.3.3 通讯及诊断模块28-29
• 2.3.4 多稳压电源设计29-31
• 2.3.5 电磁兼容措施31-32
• 2.4 软件结构32-33
• 2.4.1 软件框架32
• 2.4.2 软件流程32-33
• 2.5 本章小结33-34
• 第三章 整车控制器控制策略34-50
• 3.1 司机操作信号处理34-36
• 3.1.1 加速踏板信号处理34-35
• 3.1.2 钥匙开关功能定义35-36
• 3.2 司机驾驶意图解析36-37
• 3.3 控制模式划分37-39
• 3.4 基于踏板与车速的驱动39-40
• 3.5 能量回馈40-47
• 3.5.1 基于最大能量回收的滑行回馈制动41-44
• 3.5.2 基于T-S模糊逻辑的制动能量回馈44-47
• 3.6 本章小结47-50
• 第四章 通讯诊断及安全管理50-72
• 4.1 控制系统CAN通讯协议制定50-55
• 4.1.1 CAN网络结构及通讯协议51-53
• 4.1.2 基于MC9S12XE的MSCAN通讯53-55
• 4.2 基于GPRS/GPS的远程监测55-60
• 4.2.1 无线监测原理及框架55-56
• 4.2.2 VCU与监控中心通讯协议56-58
• 4.2.3 无线监测试验58-60
• 4.3 基于KWP2000的诊断标定60-63
• 4.3.1 KWP2000通讯协议60-61
• 4.3.2 故障限值的标定61-63
• 4.4 高压电安全管理--绝缘监测63-68
• 4.4.1 绝缘电阻监测原理及误差分析64-66
• 4.4.2 绝缘检测系统开发66-67
• 4.4.3 绝缘检测系统验证67-68
• 4.5 高压电安全管理--车辆碰撞68-71
• 4.5.1 加速度信号分析68-69
• 4.5.2 车身加速度信号提取69-71
• 4.5.3 模拟试验71
• 4.6 本章小结71-72
• 第五章 控制策略验证及车辆道路测试72-86
• 5.1 整车动力总成系统及测试条件72-74
• 5.2 实车道路测试74-83
• 5.2.1 车辆加速及最高车速试验74-76
• 5.2.2 车辆能量回馈试验76-80
• 5.2.3 控制模式切换过程优化80-81
• 5.2.4 实车道路试验81-83
• 5.3 本章小结83-86
• 第六章 总结86-88
• 6.1 课题总结86-87
• 6.2 课题展望87-88
• 参考文献88-96
• 致谢96-97
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录97-98
• 学位论文评阅及答辩情况表98

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