混合动力汽车整车控制系统 - 图文(6)

2.7 RS-232收发器接口芯片

MAX3232收发器采用专有的低压差发送器输出级，利用双电荷泵在3.0V至5.5V电源供电时能够实现真正的RS-232性能。器件仅需四个0.1μF的外部小尺寸电荷泵电容。MAX3232确保在120kbps数据速率下维持RS-232输出电平。

MAX3232具有2路接收器和2路驱动器。提供1μA关断模式，有效降低功耗并延长便携式产品的电池使用寿命。关断模式下，接收器保持有效状态，对外部设备进行检测，仅消耗1μA电源电流。

2.8 CAN收发器

SN65HVD230是德州仪器公司生产的3.3V CAN收发器，该器件适用于较高通讯速率、良好抗干扰能力和高可靠性CAN总线的串行通信。CAN总线以其较高的通讯速率、良好的抗电磁干扰能力可实现高可靠性串行通信，因而在实际应用中具有极高的应用价值。不过，随着集成技术的不断发展，为了节省功耗，缩小电路体积，一些新型CAN总线控制器的逻辑电平均采用LVTTL，这就需要和之相适应的总线收发器。TI公司生产的SN65HVD230型电路非常好地解决了这个问题。SN65HVD230是德州仪器公司生产的3.3CAN总线收发器，主要是和带有CAN控制器的TMS320Lx240x系列DSP配套使用，该收发器具有差分收发能力，最高速率可达1Mb/s。广泛用于汽车、工业自动化、UPS控制等领域。

SN65HVD230可用于较高干扰环境下。该器件在不同的速率下均有良好的收发能力，其主要特点如下：

·完全兼容ISO11898标准； ·高输入阻抗，允许120个节点； ·低电流等待模式，典型电流为370μA； ·信号传输速率最高可达1Mb/s； ·具有热保护，开路失效保护功能； ·具有抗瞬间干扰，保护总线的功能； ·斜率控制，降低射频干扰(RFI)；

·差分接收器，具有抗宽范围的共模干扰、电磁干扰(EMI)能力。

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

ISG(Integrated Starter/Generator)型混合动力汽车只有发动机和ISG电机两大动力设备，其系统结构如图2.2所示。这种形式结构简单紧凑、组装容易，再生制动的能量回收效果较高，特别是由于ISG电机的功率较小，使得所配置的蓄电池组也较小，发动机附件全部采用电动方式驱动，齿形皮带及齿轮组可以全部

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省掉，整车的布置就可以更加灵活，大大地减轻了整车的质量。

自动离合器发动机常规离合器ISGTe?eTc1Tc2?c2变速器Tt?wTw?mTm?t?wTw图2.2 传动系统结构图

基于ISG节能原理分析，本项目采用如下的总体控制策略： 1)切断怠速

在电池SOC允许的条件下，发动机低速下和极低负荷下不启动，由ISG电机提供动力。如果电池电量太低，电机无法提供动力，为了满足汽车动力性要求，发动机需要启动。

2)加速踏板解析策略

由于并联方案中发动机转速在挡位一定时与车轮转速是固定比例的，无法实现主动调节；ISG电机功率较小，负荷调节能力有限；电池容量小，通过电机调节发动机工作点会造成电池频繁充放电，降低电池使用寿命。根据目前的ISG方案，在发动机正常工作区域，通过ISG电机发电和电动模式来动态调节发动机，使之工作在最佳油耗点或最佳油耗曲线上比较困难，因此本项目通过采用适当的加速踏板解析策略提高发动机平均负荷率来提高整车经济性。

由于发动机和ISG电机同轴，可以把发动机转矩特性和电机转矩特性叠加形成新的转矩特性。按照形成的新转矩特性，以及油门开度决策整车转矩需求。在整车转矩需求不超过发动机最大转矩时只采用发动机实现转矩需求，只有当整车转矩需求大于发动机最大转矩时才启动电机补充动力。

以上的加速踏板解析策略使得ISG方案的混合动力汽车在发动机正常工作区间内基本不使用电机，增加了电池寿命；同时，这种踏板策略也增加了发动机的负荷率，减少了油耗。

3)制动能量回收

在电池SOC允许的情况下，主要有两种制动能量回收模式：滑行再生制动：驾驶员松开加速踏板，当前车速高于设定的滑行再生车速时，汽车进入滑行再生制动状态，此时自动离合器断开。制动踏板踩下时的再生制动：制动时的再生制动回收能量的多少取决于制动系统的电子化程度，即摩擦制动力矩是否可控。

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图2.3 制动能量回收曲线

由于摩擦制动力矩完全可控的制动能量回收策略需要设计brake-by-wire系统，实现各轮缸制动压力完全可控，目前在硬件技术上的实现存在一定的困难，而摩擦制动力矩不可控的制动能量回收策略只需要对传统制动系统做很小的改动，并增加踏板信息传感器即可，简单易行，因此本项目的制动控制策略采用分段控制式，即在踏板行程（或踏板力）的初期不产生摩擦制动。

4)维持电池SOC状态

设定电池的SOC允许区间（例如：0.4-0.8）和理想值（例如：0.6）。当电池SOC过低时，即使发动机转速低于启动值也要启动发动机；当电池SOC过高时，不允许制动能量回收。

当发动机处于正常工作区间时，通过ISG电机发电或电动，实现电池SOC趋近于理想值，其中发电应尽可能出现在发动机高效率区。停车时如果电池SOC过低或未达到理想值，可由驾驶员的特定操作启动驻车充电模式。

5)防止纵向冲击

①防止发动机启动时的冲击：发动机需要ISG电机或者整车旋转惯性带动到需要的转速，然后点火，点火后发动机转矩要缓慢增加，过度到需求的发动机转矩。

②防止换挡冲击：当驾驶员踩下常规离合器时，自动离合器分离，ISG电机处于零转矩状态；换挡结束后，调整发动机转速趋近电机转速，自动离合器结合。

③防止整车需求转矩发生大的阶跃。

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第三章 HEV动力总成硬件系统设计

3.1 系统的硬件需求分析

本文所讨论的ISG型混合动力汽车动力总成控制系统主要包括动力总成控制器及其配套软件。要求能够实时检测整车运行状态，使车辆的各个性能都达到最佳。在设计时，要进行软硬件的并行考虑，保证实时控制的前提下，尽量采用软件来实现功能。系统的需求应满足以下要求：

1)控制器应进行车辆起动、行驶、发电、加速、巡航、制动能量回收和倒车等状态的平滑控制，发动机与电机双动力控制与切换管理，最大综合效率控制。

2)发动机、电机工作状态显示信号输出，电池组电量显示信号输出至车辆仪表。

3)与其它系统能用CAN总线通讯，并具有良好的稳定性与抗干扰性。 4)具有良好的电磁兼容性，满足国家相关的电磁兼容性标准。能适应所有道路条件下的震动与冲击。

5)系统硬件部分与车辆线束相连接的插接件应符合电动汽车相关标准，保证拆装方便、性能可靠。

6)控制系统在环境温度为40℃至85℃时能正常稳定工作。

7)应具备完善的配套测试程序，可通过其修改各种参数，存储实验数据，有利于算法研究，方便系统今后的进一步完善。

3.2 功能模块划分

对动力总成控制器的功能描述来分析能量总成控制器所需要的功能模块。 1)CAN控制器模块——动力总成控制器是基于CAN总线的网络节点。 2)AD模块——在采集信号中，有诸如加速踏板位置信号、刹车踏板位置信号等多个模拟量信号。

3)I/O口——采集信号和输出信号中，同样有多个I/O信号，要求控制器的通用I/O口或者I/O空间有足够余量。

4)串口SCI(Serial Communication Interface)——由于上位机要通过SCI口来检测和修改能量控制器参数以及进行实时的监控。

3.3 TMS320F2812的介绍

芯片主要性能如下：

1)高性能静态CMOS制成技术 ①150MHz（6.67ns周期时间）

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②省电设计(1.8VCore，3.3V I/O) ③3.3V快取可程序电压 2)JTAG扫描支持 3)高效能32BitCPU

①16x16和32x32MAC Operations ②16x16Dual MAC ③哈佛总线结构 ④快速中断响应

⑤4M线性程序寻址空间(Linear Program Address Reach) ⑥4M线性数据寻址空间(Linear Data Address Reach) ⑦TMS320F24X/LF240X程序核心兼容 4)芯片上(On-Chip)的内存

①128Kx16 Flash（4个8Kx16，6个16Kx16） ②1Kx16OTPROM（单次可程序只读存储器） ③L0和L1：2组4Kx16 SARAM ④H0：1组8Kx16SARAM

⑤M0和M1：2组1Kx16 SARAM。共128Kx16 Flash，18Kx16 SARAM 5)外部内存接口 ①支持1M的外部内存 ②可程序的Wait States

③可程序的Read/Write StrobeTi最小g ④三个独立的芯片选择(Chip Selects) 6)频率与系统控制

①支持动态的相位锁定模块(PLL)比率变更 ②On-Chip振荡器 ③看门狗定时器模块 7)三个外部中断

8)外围中断扩展方块(PIE)，支持45个外围中断 9)128位保护密码

①保护Flash/ROM/OTP及L0/L1SARAM ②防止韧体逆向工程 10)三个32位CPU Timer 11)电动机控制外围

①两个事件管理模块(EVA，EVB)

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