纯电动汽车AMT换档规律与TCU软硬件系统的开发

【摘要】：日趋严重的能源紧缺、全球变暖及环境污染等问题，迫使各国对新能源汽车的开发提供更多的财力与物力。然而新能源汽车在实际运行的过程中，普遍存在续驶里程不足的问题，这一方面与动力电池的容量有关系，另一方面也与动力传动系统整体效率较低有关系。本文以装备AMT的纯电动汽车作为研究对象，寻求一种使整体效率最优的换档规律，并且开发了TCU的软硬件系统进行换档规律的具体实现。 本文首先提出了以动态规划算法为手段综合电动机效率、电池效率、逆变器效率及变速器传动效率，以整体效率最优为原则，求解最优的经济性换档规律的方法。以此种方法求解得到的经济性换档规律经离线仿真试验证明了其具有一定的优越性。 继而设计了TCU硬件系统输入信号处理电路、电源电路及微控制器的最小系统电路。分析同步器换档过程的工作原理，选择了换档机构——步进电机与丝杠螺母驱动机构，并设计了步进电机驱动电路。绘制了PCB电路板，焊接制作了TCU硬件控制器。 然后分别了设计信号采集程序、换档判断程序、CAN通讯程序、换档过程控制程序、步进电机控制程序。将所设计的程序以前后台程序的工作方式综合在一起，设计了主控程序。 最后设计了硬件在环试验的设备与软件，在simulink中建立整车换档控制模型。搭建基于DSPACE的试验台架进行试验，验证设计TCU硬件系统及软件系统的可行性。 试验结果表明，本文所设计的硬件系统满足信号采集、CAN通讯及步进电机驱动的需求；软件系统能够实现信号的采集、步进电机的驱动控制、CAN通讯的正常工作及换档过程的实时控制。 【关键词】：动态规划 经济性换档规律 换档过程控制 硬件在环
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U469.72
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-13
• 插图清单13-16
• 表格清单16-17
• 第一章 绪论17-27
• 1.1 AMT 技术简介17-19
• 1.1.1 AMT 技术发展概述17-18
• 1.1.2 AMT 结构与工作原理18-19
• 1.2 AMT 国内外发展现状19-22
• 1.3 AMT 应用于纯电动汽车上的意义及优势22-26
• 1.3.1 电动汽车国内外发展现状22-24
• 1.3.2 纯电动汽车装备 AMT 的作用与意义24-26
• 1.4 课题来源及论文的主要研究内容26-27
• 第二章 AMT 经济性换档规律的制定27-44
• 2.1 换档规律简介27-28
• 2.2 电机‐变速器一体化设计方案28-32
• 2.2.1 电动机特性28-30
• 2.2.2 电动机在纯电动汽车上的应用形式30-32
• 2.3 静态经济性换档规律的制定32-34
• 2.3.1 驱动电机效率方程32-33
• 2.3.2 静态经济性换档规律的制定33-34
• 2.4 静态经济性换档规律的修正34-39
• 2.4.1 某一车速区域内加速踏板开度的确定35-36
• 2.4.2 动态规划算法36-38
• 2.4.3 静态经济性换档规律的修正38-39
• 2.5 准动态经济性换档规律效果验证39-41
• 2.5.1 耗电量仿真模型的建立39-40
• 2.5.2 UDDS 耗电量验证40-41
• 2.6 准动态经济性换档规律仿真分析41-42
• 2.7 小结42-44
• 第三章 TCU 硬件系统的开发44-60
• 3.1 TCU 架构与 FREESCALE 最小系统44-48
• 3.1.1 TCU 基本架构44-45
• 3.1.2 Freescale 单片机及最小系统45-48
• 3.2 输入信号的采集与处理电路48-51
• 3.2.1 模拟信号的采集与处理48-50
• 3.2.2 数字量信号的采集与处理50
• 3.2.3 开关量信号的采集与处理50-51
• 3.3 换档执行机构的设计及其驱动电路51-57
• 3.3.1 换档执行机构的分类51-53
• 3.3.2 换档执行机构换档力参数设计53-56
• 3.3.3 换档机构的选择56
• 3.3.4 步进电机驱动电路的设计56-57
• 3.4 TCU 电路板的设计与制作57-59
• 3.4.1 PCB 电路板的抗干扰性设计57-58
• 3.4.2 PCB 电路板的设计与 TCU 硬件的制作58-59
• 3.5 小结59-60
• 第四章 TCU 软件系统的开发60-68
• 4.1 TCU 软件系统的整体架构60
• 4.2 信号采集程序与 CAN 通讯程序设计60-62
• 4.2.1 数字量信号采集程序设计60-61
• 4.2.2 模拟量信号采集程序设计61-62
• 4.2.3 CAN 通讯程序设计62
• 4.2.4 IO 端口的初始化及 IO 信号的采集62
• 4.3 换档程序的开发62-65
• 4.3.1 换档过程控制程序的开发63-65
• 4.3.2 步进电机驱动程序65
• 4.4 主程序软件的开发65-67
• 4.5 小结67-68
• 第五章 硬件在环仿真试验68-77
• 5.1 基于 DSPACE 的硬件在环试验平台68-70
• 5.1.1 硬件在环试验平台架构68-69
• 5.1.2 Dspace 简介69-70
• 5.2 硬件在环仿真的实时软件模型70-73
• 5.2.1 换档逻辑模型的建立70-71
• 5.2.2 整车仿真模型的建立71-73
• 5.3 试验结果及分析73-76
• 5.4 小结76-77
• 第六章 总结与展望77-78
• 6.1 全文总结77
• 6.2 展望77-78
• 参考文献78-82
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况82-83

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