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串联混合动力城市客车整车控制器研制与应用

作　者: 储著林
导　师: 吴刚
学　校: 中国科学技术大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 混合动力城市客车串联混合动力系统参数匹配整车控制器硬件设计软件设计控制策略整车仿真整车测试
分类号: U469.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

能源短缺、石油危机和环境污染愈演愈烈,给人们的生活带来巨大影响,直接关系到国家经济和社会的可持续发展。因此,世界各国都在积极开发新能源技术。电动汽车作为一种降低石油消耗、低污染、低噪声的新能源汽车,被认为是解决能源危机和环境恶化的重要途径。混合动力汽车同时兼顾纯电动汽车和传统内燃机汽车的优势,在满足汽车动力性要求和续驶里程要求的前提下,有效地提高了燃油经济性,降低了排放,被认为是当前节能和减排的有效路径之一。第二章针对我国城市公交车的驾驶循环特点,研制采用串联式结构的混合动力城市客车;根据汽车动力性要求和燃油经济性目标,对动力总成系统的关键部件参数进行匹配;同时研究了整车控制系统的网络结构和工作原理,分析了基于CAN(Controller Area Network)总线的通信机制和CAN总线节点的交互接口;研究了整车的运行状态逻辑和整车控制系统的工作步骤。第三章以HFF6120GSHEV串联混合动力城市客车为对象,研制了核心控制部件——整车控制器。从设计目标出发,详细地分析了整车控制器硬件电路的功能需求和性能要求,并根据设计需求,设计和实现了模块化的电路,同时兼顾工程性和系列化的需求,进行了EMC设计和可靠性设计。第四章在所研制的整车控制器硬件电路的基础上,根据整车控制器的功能需求进行软件总体方案设计。针对飞思卡尔MPC5534主控芯片的系统资源,根据模块化方法设计多种底层驱动软件。从整车控制器的功能需求出发,设计了整车控制应用程序。使用Codewarrior软件实现了整车控制器软件,并应用于HFF6120GSHEV串联混合动力城市客车。第五章针对HFF6120GSHEV串联混合动力城市客车的动力总成系统方案,使用AVL公司的整车仿真软件cruise对其动力性指标进行仿真,验证动力总成系统方案的可行性。同时,使用cruise软件对混合动力城市客车的能量分配控制策略和能量回收策略进行仿真,分析了能量分配控制策略和能量回收策略对整车燃油经济性和动力性的影响,给这两种控制策略的优化设计提供了参考,并预估了HFF6120GSHEV串联混合动力城市客车的燃油经济性指标。第六章对HFF6120GSHEV串联混合动力城市客车进行了实验室测试、试验场路试和公交路况路试等多项测试,测试结果表明,整车的动力性和燃油经济性满足设计目标。对自主研发的整车控制器进行了全面的测试,包括功能、性能和长期工作的稳定性和可靠性,测试结果表明,整车控制器研制是成功的。HFF6120GSHEV串联混合动力城市客车经过实践验证,具有良好的动力性、燃油经济性和排放特性。目前,整车控制器应用于HFF6120GSHEV串联混合动力城市客车上,无故障运行超过15000公里,取得了良好的效果。而且,整车控制器具有通用性,拥有.广阔的应用范围。

全文目录

中文摘要  4-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-23
  1.1 新能源汽车的研究背景和意义  11
  1.2 电动汽车研究现状与发展趋势  11-15
    1.2.1 电动汽车的种类  11-13
    1.2.2 国外电动汽车的研发现状  13-14
    1.2.3 国内电动汽车的研发现状  14-15
    1.2.4 电动汽车的发展趋势  15
  1.3 混合动力汽车  15-19
    1.3.1 串联式混合动力汽车  16-17
    1.3.2 并联式混合动力汽车  17-18
    1.3.3 混联式混合动力汽车  18-19
  1.4 串联式混合动力城市客车关键技术  19-22
    1.4.1 整车控制系统  19-20
    1.4.2 电机及其驱动系统  20-21
    1.4.3 电池及电池管理系统  21-22
  1.5 本文的主要内容  22
  1.6 本章小结  22-23
第2章 HFF6120GSHEV 串联混合动力城市客车总体设计  23-39
  2.1 城市客车运行工况  23-24
  2.2 HFF6120GSHEV 串联混合动力城市客车概述  24-31
    2.2.1 串联混合动力城市客车整体结构  24-25
    2.2.2 串联混合动力城市客车主要组件  25-31
  2.3 串联混合动力城市客车整车控制系统  31-33
    2.3.1 分布式控制网络的构成和布局  31-32
    2.3.2 整车控制系统的组件  32-33
  2.4 串联混合动力城市客车整车控制系统通信网络  33-36
    2.4.1 CAN 通信原理  33-35
    2.4.2 CAN 应用层协议  35-36
  2.5 串联混合动力城市客车整车控制系统工作原理  36-38
    2.5.1 整车运行状态逻辑  36-37
    2.5.2 整车控制系统工作步骤  37-38
  2.6 本章小结  38-39
第3章串联混合动力城市客车整车控制器硬件设计与实现  39-54
  3.1 串联混合动力城市客车整车控制器硬件功能设计  39-42
    3.1.1 硬件功能需求分析  39-40
    3.1.2 硬件总体方案设计  40-42
  3.2 电磁兼容性设计和可靠性设计技术要求  42-45
    3.2.1 电磁兼容性设计  42-44
    3.2.2 可靠性设计  44-45
  3.3 硬件模块电路设计与关键电路仿真  45-51
    3.3.1 典型模块电路设计  45-47
    3.3.2 部分关键电路仿真  47-51
  3.4 PCB 设计  51
  3.5 本章小结  51-54
第4章串联混合动力城市客车整车控制器软件设计  54-63
  4.1 串联混合动力城市客车整车控制器软件需求分析  54
  4.2 串联混合动力城市客车整车控制器软件总体方案  54-55
  4.3 底层驱动软件  55-57
    4.3.1 系统初始化  55-56
    4.3.2 输入信号处理模块  56-57
    4.3.3 CAN 通信和 RS232 通信  57
    4.3.4 定时中断模块  57
  4.4 上层控制软件  57-62
    4.4.1 故障诊断处理  57-60
    4.4.2 在线标定  60
    4.4.3 主控制程序  60-62
  4.5 本章小结  62-63
第5章串联混合动力城市客车控制策略研究  63-74
  5.1 串联式混合动力客车的控制策略  63-64
    5.1.1 基于规则的控制策略  63-64
    5.1.2 基于优化算法的控制策略  64
  5.2 串联混合动力城市客车的控制策略设计  64-70
    5.2.1 蓄电池充放电区间效率优化  65-67
    5.2.2 整车控制策略设计  67-70
  5.3 整车仿真软件  70-72
    5.3.1 仿真模型  70-71
    5.3.2 仿真软件简介  71
    5.3.3 Cruise 简介  71-72
  5.4 串联混合动力城市客车仿真模型  72-73
  5.5 本章小结  73-74
第6章串联混合动力城市客车整车控制器联调、测试和验证  74-84
  6.1 实验室测试  74-75
  6.2 装车联调  75-79
  6.3 试验场路试和验证  79-81
  6.4 公交路况测试和验证  81-83
    6.4.1 合肥60 路公交路线测试  81-83
    6.4.2 海南海口试运行测试  83
  6.5 本章小结  83-84
第7章总结与展望  84-86
  7.1 工作总结  84-85
  7.2 工作展望  85-86
参考文献  86-92
致谢  92-93
在读期间发表的学术论文与取得的研究成果  93

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