电—电混合纯电动汽车整车控制器研究

【摘要】：能源短缺和环境污染是当今世界面临的两大难题，纯电动汽车以其无污染、噪声低、能源效率高和结构简单等优势成为了新能源汽车的重要发展方向。其中关键部件蓄电池和超级电容相结合的复合电源，是纯电动汽车车载储存电源的未来发展方向，它能够满足纯电动汽车对车载电源比功率大、比能量高的要求，能够降低对单一蓄电池的要求，延长纯电动行驶里程，更有利于纯电动汽车商业化推广和应用。整车控制器作为纯电动汽车控制系统的核心部件，其优劣性能直接影响着整车的动力性、经济性、可靠性及其他性能。因此开发电-电混合纯电动汽车整车控制器、掌握关键技术，对纯电动汽车产业发展具有重要的实际意义。 本文从动力系统结构及网络结构制定电-电混合纯电动汽车整车控制系统的方案，并且对蓄电池和超级电容复合电源的特性进行了分析；制定了电-电混合纯电动汽车整车控制策略，并在MATLAB/Simulink仿真环境中建立了纯电动汽车整车控制模型；依据纯电动汽车整车控制器的功能及设计要求，选用MC9S12DG128B控制芯片对整车控制器软、硬件进行了设计，并在基于SAEJ1939协议基础上，结合实际电-电混合纯电动汽车通讯需求，制定了纯电动汽车应用层通讯协议；在基于CANoe/MATLAB联合仿真平台基础上，对整车CAN网络通讯系统进行了仿真测试；运用现代控制系统的开发方法，对已开发的整车控制器进行了基于dSPACE的硬件在回路仿真实验。 仿真结果表明，制定的整车控制策略能够使得电机控制器较好地响应整车控制器发送的指令，实现了整车控制器软件控制功能，其中复合电源能量管理策略能够充分发挥超级电容快速充、放电效率高的优势，有效保护蓄电池以提高纯电动续驶里程；CANoe/MATLAB联合仿真结果表明，设计的CAN总线通讯系统基本能够完成各控制单元之间通讯的功能和满足总线实时性的需求，达到了纯电动汽车通讯系统数据传输的要求；硬件在回路仿真实验结果表明，开发的整车控制器能够准确反映驾驶员意图，并与其他控制单元实现数据、指令的实时通讯，实现了整车控制器行驶控制、再生制动能量回馈和通讯的功能。 【关键词】：电-电混合纯电动汽车 控制策略 整车控制器 CANoe/MATLAB联合仿真 硬件在回路仿真
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：U469.72
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-8
• 致谢8-16
• 第一章 绪论16-23
• 1.1 电-电混合纯电动汽车发展背景16-17
• 1.2 电-电混合纯电动汽车国内外发展现状17-19
• 1.2.1 纯电动汽车国内外发展现状17-18
• 1.2.2 电-电混合纯电动汽车复合电源研究与发展现状18-19
• 1.3 电-电混合纯电动汽车整车控制器国内外研究现状19-21
• 1.3.1 国外纯电动汽车整车控制器的研究现状19-20
• 1.3.2 国内纯电动汽车整车控制器的研究现状20-21
• 1.4 课题来源和研究意义21-22
• 1.5 本文研究的主要内容22-23
• 第二章 电-电混合纯电动汽车整车控制系统的设计23-34
• 2.1 引言23
• 2.2 电-电混合纯电动汽车整车系统总体设计23-25
• 2.2.1 整车动力系统结构设计23-24
• 2.2.2 整车分布式控制系统的网络结构设计24-25
• 2.3 电-电混合复合电源系统特性25-33
• 2.3.1 蓄电池的特性25-26
• 2.3.2 超级电容的特性26-28
• 2.3.3 双向DC/DC变换器的特性28-31
• 2.3.4 复合电源的特性31-33
• 2.4 本章小结33-34
• 第三章 电-电混合纯电动汽车整车控制策略制定及模型建立34-54
• 3.1 引言34
• 3.2 整车控制策略制定34-41
• 3.2.1 整车行驶驱动控制策略的制定34-35
• 3.2.2 能量管理策略的制定35-40
• 3.2.3 再生制动能量回馈控制策略40-41
• 3.3 整车系统模型的建立41-51
• 3.3.1 整车控制器模型42-45
• 3.3.2 电机控制器模型45-47
• 3.3.3 复合电源管理系统47-50
• 3.3.4 驾驶员模型50-51
• 3.4 离线仿真及分析51-53
• 3.4.1 仿真工况的选择51
• 3.4.2 仿真结果及分析51-53
• 3.5 本章小结53-54
• 第四章 电-电混合纯电动汽车整车控制器设计54-71
• 4.1 引言54
• 4.2 整车控制器总体设计54-56
• 4.2.1 整车控制器功能要求54
• 4.2.2 整车控制器技术要求54-55
• 4.2.3 整车控制器信号分析55
• 4.2.4 整车控制器工作过程分析55
• 4.2.5 整车控制器总体设计55-56
• 4.3 整车控制器的硬件设计56-60
• 4.3.1 整车控制器芯片的选型56
• 4.3.2 最小系统的设计56-58
• 4.3.3 电源模块设计58
• 4.3.4 模拟信号采集处理电路设计58
• 4.3.5 开关信号采集处理电路设计58-59
• 4.3.6 数据通讯电路设计59-60
• 4.4 整车控制器的软件设计60-66
• 4.4.1 整车控制器软件控制总流程61-62
• 4.4.2 底层驱动程序设计62-63
• 4.4.3 上层管理程序设计63-66
• 4.4.4 整车控制器软件集成66
• 4.5 基于SAEJ1939纯电动汽车CAN通讯协议的制定66-70
• 4.5.1 SAEJ1939 协议简介66-67
• 4.5.2 纯电动汽车CAN通讯协议的制定67-70
• 4.6 本章小结70-71
• 第五章 基于CANoe/MATLAB联合仿真研究71-77
• 5.1 引言71
• 5.2 整车控制系统联合仿真模型的建立71-72
• 5.3 基于CANoe/MATLAB总线系统联合仿真环境的搭建72-74
• 5.3.1 搭建CAN总线系统的仿真环境72-73
• 5.3.2 搭建CANoe/MATLAB联合仿真环境73-74
• 5.4 基于CANoe/MATLAB联合仿真74-76
• 5.4.1 联合仿真过程74
• 5.4.2 联合仿真结果74-75
• 5.4.3 基于CANoe/MATLAB联合仿真结果分析对比75-76
• 5.5 本章小结76-77
• 第六章 电-电混合纯电动汽车整车控制器硬件在回路仿真及调试77-82
• 6.1 引言77
• 6.2 硬件在回路仿真测试平台的搭建77-79
• 6.2.1 硬件在回路仿真系统的构成77-79
• 6.2.2 硬件在回路仿真模型的搭建79
• 6.3 硬件在回路仿真结果及分析79-81
• 6.4 本章小结81-82
• 第七章 全文总结及研究展望82-84
• 7.1 全文总结及创新点82-83
• 7.1.1 全文总结82
• 7.1.2 创新点82-83
• 7.2 工作展望83-84
• 参考文献84-87
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果87-88

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