增程式混合动力汽车辅助动力系统ECU优化设计

【摘要】：环境污染和能源短缺的巨大压力极大地促进了电动汽车的发展,然而,由于纯电动汽车的推广面临着续驶里程短和成本高的瓶颈,使得增程型混合动力电动汽车成为目前较为现实的解决方案。增程式混合动力汽车的辅助动力系统(发动机-发电机组,APU)用于协调能量分配,根据整车工作状态和工作模式,提供驱动电动机的能量或对动力电池充电,其中,发动机的控制是保证APU稳定、高效、低污染运行的关键。 本文按照APU系统电控单元(ECU)的设计要求,基于前期开发的控制系统,从硬件、软件和后台标定系统三个方面进行了优化设计与控制研究,解决了前期应用中所暴露出来的问题和原系统未解决的问题。主要研究内容如下： (1)根据增程式混合动力汽车整车性能设计要求,对整车动力总成部分进行了参数匹配计算,确定了合适的电动机、电池及辅助动力系统参数。 (2)ECU硬件优化设计。补充了发电机电压、蓄电池电压和开关氧传感器信号调理电路,设计了点火模块、氧传感器加热驱动电路,增加了燃油泵、起动机和发电机控制继电器的驱动电路,以便实现点火数字控制、空燃比闭环控制、APU自动启停控制和蓄电池充电控制。 (3)ECU软件优化设计。采用μC/OS-Ⅱ实时操作系统,基于任务调度机制和中断服务体系,设计软件系统任务并分配任务优先级,开发了ECU软件系统的,驱动程序,包括传感器输入信号的采集、分析以及物理量的转换任务,空燃比闭环控制、点火控制任务,节气门位置驱动控制任务,APU起停控制任务和通讯协议的解析任务等。在APU恒转速控制模式的基础上增加了恒电压控制模式,实现了发电机电压的反馈控制。 (4)ECU标定系统软件开发。基于Visual Basic开发环境,开发了具有人机对话界面的标定系统软件。基于CAN总线通信方式,可在线设置发动机的运行控制参数,实时监控发动机运行过程中的状态参数,并具有MAP建立、数据上传、修改、存储、下载等功能。 在发动机台架上进行了发电机电压反馈控制和节气门控制试验,结果表明,ECU硬软件工作可靠,达到了预期的效果。 【关键词】：增程式混合动力汽车 电控单元 硬件设计 软件设计 标定系统软件
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U469.7;U463.6
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• Summary9-11
• 目录11-14
• 插图清单14-17
• 表格清单17-18
• 第一章 绪论18-24
• 1.1 引言18-19
• 1.2 增程式混合动力汽车概述19-20
• 1.3 增程式混合动力汽车国内外研究现状20-22
• 1.3.1 增程式混合动力汽车国外研究现状20-21
• 1.3.2 增程式混合动力汽车国内研究现状21-22
• 1.4 本课题的主要内容22-23
• 1.5 论文结构23
• 1.6 本章小结23-24
• 第二章 动力系统参数匹配和电控单元总体结构24-37
• 2.1 动力系统参数匹配24-28
• 2.1.1 电动机参数确定24-26
• 2.1.2 电池参数的确定26-27
• 2.1.3 辅助动力系统部件的选择27-28
• 2.2 辅助动力系统电控单元总体设计28-36
• 2.2.1 辅助动力系统电控单元整体结构28-29
• 2.2.2 传感器29-31
• 2.2.3 执行器31-36
• 2.3 本章小结36-37
• 第三章 电控单元硬件优化设计37-49
• 3.1 电控单元硬件总体设计37
• 3.2 传感器信号调理电路37-40
• 3.2.1 温度传感器调理电路37-39
• 3.2.2 节气门位置传感器调理电路39
• 3.2.3 发电机电压、蓄电池电压采集电路39-40
• 3.3 执行器驱动电路设计40-47
• 3.3.1 点火线圈驱动电路设计40-41
• 3.3.2 电子节气门控制电路设计41-43
• 3.3.3 喷油器和相关继电器驱动电路设计43-47
• 3.4 CAN通讯模块设计47
• 3.5 硬件抗干扰设计47-48
• 3.6 本章小结48-49
• 第四章 电控单元软件优化设计及试验调试49-74
• 4.1 电控单元软件开发平台和操作系统49-51
• 4.2 软件总体设计51
• 4.3 空燃比控制任务51-60
• 4.3.1 PID控制算法简介52-53
• 4.3.2 开关氧传感器PI控制53-55
• 4.3.3 自学习控制策略55-58
• 4.3.4 喷油量计算58-60
• 4.4 辅助动力系统整体控制任务60-66
• 4.4.1 增程式混合动力汽车工作模式60-61
• 4.4.2 辅助动力系统整体控制任务61-63
• 4.4.3 辅助动力系统工作点的选取63-64
• 4.4.4 实验验证64-66
• 4.5 节气门目标位置控制任务66-68
• 4.5.1 节气门控制算法66-67
• 4.5.2 节气门控制的试验调试67-68
• 4.6 点火控制任务68-70
• 4.7 信号采集和信号处理任务70-71
• 4.8 起动预喷任务71
• 4.9 零转速判断任务71
• 4.10 协议解析任务71
• 4.11 中断处理任务71-73
• 4.11.1 实时中断71-72
• 4.11.2 凸轮轴和曲轴中断处理任务72
• 4.11.3 CAN通讯中断72-73
• 4.12 本章总结73-74
• 第五章 发动机标定系统软件设计74-88
• 5.1 发动机标定系统软件总体设计74
• 5.2 标定系统的通讯协议设计74-80
• 5.3 USB转CAN模块80
• 5.4 标定系统软件设计80-87
• 5.4.1 标定系统软件的开发环境80-81
• 5.4.2 标定系统软件界面的总体设计81
• 5.4.3 标定系统软件的功能81-87
• 5.5 本章总结87-88
• 第六章 总结与展望88-90
• 6.1 工作总结88-89
• 6.2 后期工作展望89-90
• 参考文献90-93
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况93

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