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汽车组合仪表关键技术的研究

作　者: 张生文
导　师: 刘志远
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 步进电机驱动渐消报警音剩余行驶里程 SOC估计运动学片段全图形化仪表人机界面
分类号: U463.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

近几年,指针式仪表占据了汽车组合仪表市场的主流地位,基于仪表领域对指针驱动要求运转平顺,噪声小的特点,各厂商推出了多种改进的仪表专用步进电机,本文分析了SONCEBOZ公司的640x系列步进电机的结构及其驱动原理,并介绍了仪表中步进电机的控制策略及抖动抑制的方法。在组合仪表中异常报警所采用的单一频率报警音随着用户视听预期的提高而受到诟病,本文介绍了目前汽车组合仪表中常用的电磁式扬声器和电动式扬声器的工作原理,设计了具有放电回路的电磁式扬声器的硬件驱动电路,根据电动式扬声器的电阻抗特性设计了并联电阻电容的硬件驱动电路,用来改善因随着频率升高因阻抗增加造成的失真现象,设计了驱动电动式扬声器发出渐消报警音的方波波形,介绍了利用现有软件进行扬声器驱动方波快速开发的方法以及渐消报警音的单片机驱动实现。基于步进电机细分驱动及跟踪控制算法的研究及改进,以及在渐消报警音合成设计方面的探索,完成了电动汽车组合仪表的硬件电路设计,整体功能的实现,并制定了仪表的快速测试方案。随着电动汽车研发热潮的兴起,电动汽车动力电池总能量有限而且充电时间长极大的影响了电动汽车的迅速普及,通过提供电动汽车剩余可行驶里程信息有助于驾驶员合理的安排行程并及时充电,能够在一定程度上减少这种应用的不便。本文通过分析电动汽车动力电池的SOC估计方法以及车辆的能量消耗统计方法,提出了一种可以比较精确地估算电动汽车剩余可行驶里程的方法。该方法将开路电压法和卡尔曼滤波法结合估计电池剩余能量,以电动汽车的运动学片段为单位统计车辆的行驶特性,依据电池放出的能量与行驶消耗的能量相等的原则,快速得出精确的估计结果。相对于采用预定统计时间的已有研究,减少了计算所需的数据量,提高了计算精度。通过ADVISOR仿真可知该方法在特性较为单一的行驶循环中可以达到5%的精度,在特性复杂的行驶循环中也可以实现快速跟踪。基于显示器技术的进步,消费者对于用户界面预期的提高,以及汽车级微处理系统处理能能力的提高及价格的下降,全图形化汽车组合仪表在汽车组合仪表市场中逐步获得应用。针对全图形汽车组合仪表要求系统平台安全可靠,能够方便快捷的实现图形界面开发的特点,本文研究了基于QNX实时操作系统,TI的AM3517微处理器硬件平台的全图形化汽车组合仪表,该系统的电路部分主要包括载有微处理器及其外扩的FLASH及SDRAM的核心板,包含CAN收发模块,LCD驱动相关模块等的功能板。软件方面基于QNX互连汽车参考平台进行了全图形化汽车组合仪表界面的软件开发,介绍了该平台的软件架构,图形界面的组成及其设计步骤等。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-16
  1.1 课题背景与意义  10-11
  1.2 国内外研究现状  11-14
    1.2.1 步进电机驱动及音频处理技术的研究现状  11-12
    1.2.2 电动汽车剩余可行驶里程估计的研究现状  12
    1.2.3 全图形化汽车组合仪表的研究现状  12-14
  1.3 本文主要研究内容与组织结构  14-16
第2章步进电机驱动及报警音合成技术研究  16-32
  2.1 引言  16
  2.2 仪表专用步进电机的细分驱动及抖动抑制  16-21
    2.2.1 步进电机的细分驱动设计  17-20
    2.2.2 步进电机的抖动抑制设计  20-21
  2.3 渐消报警音的声音合成技术  21-28
    2.3.1 仪表板载扬声器的工作原理及其频率特性  21-22
    2.3.2 扬声器的硬件驱动电路设计  22-25
    2.3.3 渐消报警音的声音合成  25-27
    2.3.4 渐消报警音的单片机驱动实现  27-28
  2.4 电动汽车仪表的整体设计与实现  28-31
    2.4.1 电动汽车仪表的功能需求分析  28
    2.4.2 电动汽车仪表的硬件电路设计  28-30
    2.4.3 电动汽车仪表的整体功能设计及测试方案  30-31
  2.5 本章小结  31-32
第3章电动汽车剩余可行驶里程估计  32-47
  3.1 引言  32
  3.2 电池剩余能量的估计  32-38
    3.2.1 锂离子电池的SOC估计  33-37
    3.2.2 电池剩余能量的计算  37-38
  3.3 电动汽车行驶过程中消耗的能量  38-39
    3.3.1 车辆的运动学片段描述  38
    3.3.2 车辆的能量消耗分析  38-39
  3.4 剩余可行驶里程估计算法及评价  39-46
    3.4.1 估计算法分析  39-40
    3.4.2 估计算法的评价  40-46
  3.5 本章小结  46-47
第4章全图形化汽车组合仪表的设计  47-62
  4.1 引言  47-48
  4.2 全图形化仪表开发的系统平台  48-51
    4.2.1 系统平台的需求分析  48-49
    4.2.2 操作系统平台选型分析  49-50
    4.2.3 微处理器选型分析  50-51
  4.3 基于AM3517 的仪表硬件设计  51-55
    4.3.1 仪表硬件整体设计  52
    4.3.2 核心板电路设计  52-54
    4.3.3 仪表功能板电路设计  54-55
  4.4 基于QNX HMI的仪表图形界面的软件开发  55-61
    4.4.1 QNX的软件开发环境  55-57
    4.4.2 图形界面设计的需求分析  57-58
    4.4.3 图形界面的FLASH制作  58-59
    4.4.4 图形界面的底层HMI库调用  59
    4.4.5 图形界面相关的操作系统配置  59-60
    4.4.6 图形界面的目标板测试  60-61
  4.5 本章小结  61-62
结论  62-64
参考文献  64-67
攻读硕士学位期间发表的学术论文  67-69
致谢  69

汽车组合仪表关键技术的研究

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