混合动力汽车整车控制系统 - 图文

摘 要

针对全球气候的逐步恶化、城市大气污染加剧以及石油资源过度消耗，许多国家都正在积极开发节能型、环保型汽车。混合动力车辆已成为汽车技术研究的热点，而总线通讯技术和分布式控制网络也在汽车电子领域广泛应用。混合动力汽车是传统燃油汽车和纯电动汽车两相结合的新车型，具有低污染和低油耗的特点，是当前解决节能问题、环保问题的切实可行的过渡方案。

为实现混合动力车辆能量管理和运动控制，基于DSP单片机和CAN总线技术实现混合动力汽车整车能量控制器的设计，包括电源管理模块、DSP外围配置电路、CAN接口电路、SCI串口通信电路、LCD显示电路、数据采集电路。DSP接收由数据采集单元采集来的车辆实时运行信息，如：加速踏板位置、刹车踏板位置、车速等信息，进行计算，求出车辆运行需要的发动机转矩、ISG驱动电机转矩，并通过CAN总线以电信号的形式将输出传输到各个控制单元以实现整车的实时控制。

相对传统内燃机汽车，本控制器取消了发动机怠速；提高了发动机平均负荷率；实现了制动能量回收。优化了车辆的经济性。在车辆需要频繁加减速和怠速起停的城市循环工况下，节能效果更加明显。

关键词：CAN总线，DPS，混合动力汽车，整车能量控制

I

The Power Control System Of Hybrid Electric Vehicle

Abstract

With the deterioration of the global climate and the excessive consume of the oil resources,developing energy-efficient automobiles becomes an important direction in the automobile industry.Hybrid electric vehicle has become hot-spot in automotive engineering,and bus communication and distributed control network are widely used in automotive electronics.Hybrid electric vehicle employing two power souces-neternal combustion engine and electric motor,has been accepted world-widely as one of the most promising methods to solve these two problems.

To realize energy management and kinetic control of HEV,according to DSP and CAN communication carry out the the vehicle power control module ,including the power management module,DSP module,CAN communication module, SCI communication module and LCD module.DSP receives the data that collected of the vehicle that the unit collects by the data to go an information, such as:Accelerate pedal position and braking pedal position,speed information, carry on a calculation, beg the motor that a vehicle circulates a demand to turn and ISG to drive electrical engineering to turn,and pass the CAN communication delivers the exportation to each control unit by the form of telecommunication with carry out the vehicle power control module.

Opposite traditional internal combustion engine car, this controller canceled motor Dai soon;Raised a motor the burden rate is on the average;Carried out to make an amount of kinetic energy recall.It was excellent to turn the economy of the vehicle.Economize on energy effect Under circulating work condition in the city that needs to be multifarious to add and subtract soon to soon rise to stop in the vehicle,it's getting more obvious.

Key words：CAN bus，DSP，Hybrid electric vehicle，the vehicle power control module

II

目 录

第一章 绪论 -------------------------------------------------------------------------------------------------------- 1

1.1本课题的背景、目的和意义 ------------------------------------------------------------------------ 1 1.2混合动力汽车国内外发展现状 --------------------------------------------------------------------- 3 1.3混合动力汽车的分类 ---------------------------------------------------------------------------------- 6 1.4混合动力汽车的特点及比较 ------------------------------------------------------------------------ 9

1.4.1串联式混合动力汽车的特点 ---------------------------------------------------------------- 9 1.4.2并联式混合动力汽车的特点 --------------------------------------------------------------- 10 1.4.3混联式混合动力汽车的特点 --------------------------------------------------------------- 10 1.5论文的研究内容 --------------------------------------------------------------------------------------- 11 第二章 方案论证 ------------------------------------------------------------------------------------------------ 12

2.1 ISG型HEV的工作原理 ---------------------------------------------------------------------------- 12 2.2控制器CPU的选择 ---------------------------------------------------------------------------------- 12 2.3 CAN总线的在混合动力汽车上的运用 ---------------------------------------------------------- 13 2.4动力总成控制系统的结构分析和选择 ----------------------------------------------------------- 15 2.5系统硬件总体框图 ------------------------------------------------------------------------------------ 15 2.6稳压芯片的选择 --------------------------------------------------------------------------------------- 16 2.7 RS-232收发器接口芯片 ----------------------------------------------------------------------------- 17 2.8 CAN收发器 -------------------------------------------------------------------------------------------- 17 2.9 ISG型混合动力汽车动力传动系统布置方案和整车控制策略 ---------------------------- 17 第三章 HEV动力总成硬件系统设计 ---------------------------------------------------------------------- 20

3.1系统的硬件需求分析 --------------------------------------------------------------------------------- 20 3.2功能模块划分 ------------------------------------------------------------------------------------------ 20 3.3 TMS320F2812的介绍 -------------------------------------------------------------------------------- 20 3.4 DSP最小系统及相关电路 -------------------------------------------------------------------------- 22

3.4.1供电电路 ---------------------------------------------------------------------------------------- 22 3.4.2复位电路 ---------------------------------------------------------------------------------------- 23 3.4.3时钟振荡电路 --------------------------------------------------------------------------------- 23 3.4.4 JTAG接口电路-------------------------------------------------------------------------------- 23 3.4.5 SCI串口通讯电路 ---------------------------------------------------------------------------- 24 3.4.6 AD转换电路 ----------------------------------------------------------------------------------- 24 3.4.6 CAN通讯接口电路 -------------------------------------------------------------------------- 25 3.5 LED灯与按键电路 ----------------------------------------------------------------------------------- 26 3.6 LCD液晶驱动电路 ----------------------------------------------------------------------------------- 27 3.7油门/制动踏板位置信号采集电路 ---------------------------------------------------------------- 27 3.8车速采集电路 ------------------------------------------------------------------------------------------ 28 3.9发动机转速采集电路 --------------------------------------------------------------------------------- 29 第四章 HEV动力总成软件系统设计 ---------------------------------------------------------------------- 30

4.1软件系统总体设计 ------------------------------------------------------------------------------------ 30

4.1.1能量控制算法 --------------------------------------------------------------------------------- 31 4.1.2主程序流程图 --------------------------------------------------------------------------------- 32 4.2 AD转换模块 ------------------------------------------------------------------------------------------- 34 4.3显示模块 ------------------------------------------------------------------------------------------------ 35

III

第五章 结论 ------------------------------------------------------------------------------------------------------- 36

5.1总结 ------------------------------------------------------------------------------------------------------- 36 5.2展望 ------------------------------------------------------------------------------------------------------- 36 参考文献 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------- 38 致 谢 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 40 附录1：程序清单------------------------------------------------------------------------------------------------ 41 附录2：硬件连接图 -------------------------------------------------------------------------------------------- 51

IV

第一章 绪论

1.1本课题的背景、目的和意义

内燃机汽车经过120多年的发展和壮大，为人类文明做出了巨大贡献，创造了难以计算的直接或间接经济利益【1】。但是，随着内燃机汽车保有量的急剧增长，人们越来越认识到传统的内燃机汽车对人类环境带来的危害。汽车污染物排放所引起的环境恶化、大气污染已成为人类面临的一个严峻课题。众多的燃油汽车对石油资源的需求量越来越大，随着日渐严峻的能源危机的凸现，迫切要求各大汽车生产厂家开发新能源汽车；同时，燃油汽车的排放还带来了严重的环境问题，世界各国环保的呼声高涨，制定了一系列十分严格的汽车排放法规，要求生产厂家开发无污染和超低污染的汽车，以减少汽车排放。

按科学家预测，地球上的石油资源如果按目前的消耗水平，石油资源仅汉可以维持60～100年。2l世纪以来，石油价格的上涨已对世界经济的发展形成了巨大的威胁，人类将面临更加严峻的石油资源的危机和挑战。

随着全球环境与能源问题日益突出，开发低排放、低油耗的新型车辆成为世界各国共同关注的发展方向。为了满足能源和环保的要求，经过对各种新燃料，新能源和新动力的探索，电动汽车成为最主要的选择之一，各种各样的电动汽车脱颖而出

【2】

。

电动汽车主要包括纯电动汽车(Electric Vehicle，EV)、混合动力汽车(Hybrid Electrical Vehicle，HEV)和燃料电池汽车(Fuel Cell Vehicle，FCV)【3、4】。纯电动汽车完全由车载电池提供电能，依靠电动机驱动整车，具有零排放、低噪声、结构简单、易于维护等优点，它的充电可以利用夜晚用电低谷时间完成。这可大大缓解供电、用电矛盾中对电力储备能力的要求。但是，由于蓄电池是纯电动汽车的唯一动力能源，而一般蓄电池的能量密度与汽油相差极大，所以纯电动汽车的性能无法与传统的燃油汽车相比较，而且电动汽车一次充电的行驶里程短、初始价格高、充电时间长也是使用受到限制的主要障碍。电动车用蓄电池在能量密度、比功率和寿命和续驶里程等方面的不足是电动车全面走向市场的瓶颈问题，这些问题都制约了纯电动汽车的产业化发展。至今纯电动汽车仍未达到广泛普及的实用阶段，最严重的问题是动力电池技术上的困扰，能量密度低、续驶里程短、充电时间长等，其性能价格比太低，远不能与现有内燃机汽车相竞争，用户难于接受，特别是充电站网的建设困难可能要大于研制、生产电动汽车本身。燃料电池汽车具有极高的效率、低排放、低噪音，其甲醇燃料或乙醇燃料有广泛的来源，并可再生等重大优势，例如巴西使用甘蔗制造的乙醇燃料产量高，成本低，尤其

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