混合动力汽车整车控制器的开发与试验

【摘要】：能源短缺和环境污染是世界汽车工业发展面临的两大挑战，开展新能源汽车的研究己经刻不容缓。混合动力汽车较传统车而言，即有内燃机车的特点又吸收了电动车的优势，在有效提高经济性和降低排放方面有广阔的应用前景。目前混合动力汽车在日本、欧美已相当普遍，在国内的发展也异常迅速。 由于混合动力汽车需要发动机、电机和电池等部件的协同工作，这些部件将会在一定的控制策略下经常性地切换工作模式，因此对整车控制系统硬件和软件的开发提出了更加苛刻的要求。整车控制器是混合动力汽车的核心控制部件，它可以根据加速踏板位置、档位、制动踏板位置等驾驶员的操作和蓄电池的荷电状态计算出运行所需要的发动机、电动机输出功率和发电机转矩等参数，从而来协调各个动力部件的运动，保障电动汽车的正常行驶，此外可通过行车充电和制动能量回收等实现较高的能量效率，因此整车控制器的设计直接影响着汽车的动力性、经济性、可靠性和其它性能。 论文根据MCU的特点、原理及电磁兼容性设计方法，研制了一款并联式混合动力公交车的整车控制器(HCU)。基于硬件设计的总体方案，硬件设计被划分为MC9Sl2XDT512微控制器最小系统设计、A/D转换电路设计、D/A转换电路设计、RS232串行口通信电路设计、I/O接口电路设计、电源设计以及CAN通信电路设计等。在MC9Sl2XDT512微控制器最小系统设计中，该系统主要包括复位电路设计、时钟信号电路设计等。 硬件设计完成后，基于逻辑门限值理论为整车控制器编制了相应的控制软件。 论文最后利用硬件在还仿真系统对整车控制器功能进行了验证。结果表明，该HCU性能稳定、工作可靠、能准确实现整车控制功能。 【关键词】：混合动力 整车控制器 MC9S12XDT dSPACE 硬件在环仿真
【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 综述16-28
• 1.1 混合动力电动汽车概述16-21
• 1.1.1 混合动力电动汽车的定义17
• 1.1.2 混合动力电动汽车发展优势17-18
• 1.1.3 混合动力电动汽车的分类18-21
• 1.1.4 不同种类混合动力电动汽车特性比较21
• 1.2 混合动力汽车发展状况21-26
• 1.2.1 国外发展状况21-24
• 1.2.2 国内发展状况24-26
• 1.3 混合动力电动汽车整车控制器概述26-27
• 1.4 课题来源和研究内容27-28
• 第二章 混合动力电动汽车整车控制器总体方案28-41
• 2.1 混合动力电动公交车动力传动与控制系统设计28-30
• 2.1.1 混合动力公交车工况分析28
• 2.1.2 混合动力电动公交车动力传动与控制系统设计方案28-30
• 2.2 整车控制器的功能30-31
• 2.3 整车控制器通用性研究31-32
• 2.4 整车控制器整体控制方案32-34
• 2.5 整车控制器硬件需求34-35
• 2.5.1 控制器硬件的工作温度34-35
• 2.5.2 控制器硬件可靠性35
• 2.5.3 控制器硬件处理信号需求35
• 2.6 整车控制器软件需求35-36
• 2.7 整车控制器开发流程36-40
• 2.7.1 传统嵌入式汽车电控系统开发流程36-37
• 2.7.2 现代汽车电控系统开发方法与流程37-39
• 2.7.3 整车控制器开发流程39-40
• 2.8 本章小结40-41
• 第三章 混合动力电动汽车整车控制器硬件设计41-84
• 3.1 整车控制器硬件分析41-44
• 3.1.1 整车控制器硬件具体设计要求41-42
• 3.1.2 整车控制器硬件电路设计方案42
• 3.1.3 电子元件选用原则42-44
• 3.2 整车控制器微控制器芯片选型44-48
• 3.2.1 功能需求分析45
• 3.2.2 性价比分析45-46
• 3.2.3 可靠性分析46
• 3.2.4 供应商分析46-47
• 3.2.5 微控制器芯片最终选型47-48
• 3.3 最小系统设计48-53
• 3.3.1 时钟电路49-50
• 3.3.2 复位电路50-52
• 3.3.3 供电电路52-53
• 3.4 AD /DA 转换电路设计53-61
• 3.4.1 AD 转换电路54-57
• 3.4.2 DA 转换电路57-58
• 3.4.3 模拟信号隔离电路58-61
• 3.5 数字信号传输电路设计61-68
• 3.5.1 低速数字信号隔离输入电路62-63
• 3.5.2 脉冲量信号隔离输入电路63-64
• 3.5.3 低速数字信号隔离输出电路64
• 3.5.4 PWM 数字信号隔离输出电路64-68
• 3.6 通信电路设计68-71
• 3.6.1 CAN 通信电路68-70
• 3.6.2 RS232 通信电路70-71
• 3.7 电源模块电路设计71-73
• 3.7.1 电源保护滤波电路71-72
• 3.7.2 隔离电源模块电路72-73
• 3.7.3 非隔离电源模块电路73
• 3.8 其他辅助功能电路设计73-75
• 3.8.1 实时时钟电路73-74
• 3.8.2 温度探测电路74
• 3.8.3 加速踏板信号切换电路74
• 3.8.4 声音告警电路74-75
• 3.9 硬件通用性与电磁兼容性研究75-80
• 3.9.1 硬件通用性研究75-76
• 3.9.2 电磁兼容性研究76-80
• 3.10 印刷电路板布局研究80-83
• 3.10.1 PCB 布线原则80-81
• 3.10.2 PCB 布板经验总结81-83
• 3.11 本章小结83-84
• 第四章 整车控制器软件设计84-94
• 4.1 控制策略分析84-85
• 4.2 逻辑门限值策略设计85-87
• 4.3 软件程序编制的方法87-89
• 4.3.1 Code Warrior 软件介绍87-88
• 4.3.2 双核微控制器程序编制方法88-89
• 4.4 软件程序具体设计89-93
• 4.4.1 程序结构分析89
• 4.4.2 硬件驱动层程序设计89-91
• 4.4.3 控制策略层程序设计91-93
• 4.5 本章小结93-94
• 第五章 基于dSPACE的硬件在环仿真试验94-101
• 5.1 硬件在环仿真试验平台设计94-98
• 5.1.1 dSPACE 简介94-95
• 5.1.2 硬件在环仿真试验平台搭建方法95-97
• 5.1.3 硬件在环仿真试验监控界面设计97-98
• 5.2 混合动力电动公交车整车模型搭建98
• 5.3 试验结果与分析98-100
• 5.4 本章小结100-101
• 第六章 结论与展望101-103
• 6.1 全文主要工作与创新点101
• 6.2 展望与后续工作101-103
• 参考文献103-105
• 攻读硕士学位期间发表的论文105-106
• 附录 程序106-114

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