带增程器的纯电动汽车整车控制器设计

带增程器的纯电动汽车整车控制器?带增程器的纯电动汽车整车控制器设计钱多年(，200127)同济大学中德学院上海,,:摘要主要介绍带增程器纯电动整车控制器的设计流程首先定义整车控制器的功能通过SOCSOC,,,动力蓄电池荷电状态逻辑门限控制策略当电池低于门限值后燃料电池开启起到增程,,SOC,4,0器的作用通过仿真软件和数学计算整车的经济性和动力性设定门限值为使用MPC555,Matlab/SimulinkStateflow芯片作为整车控制器的硬件平台利用及其子模块建立控制,RTW、TLC,CANapeMPC555CAN模型通过等语言编译器生成机器码使用和的标定线下载到,,芯片最终完成整车调试和标定:;;关键词增程器燃料电池控制策略U469,72A::中图分类号文献标识码,,、伴随着日益严重的大气污染和能源危机传故障诊断等能量管理—VMS统交通工具汽车的可持续发展面临越来越严峻整车控制器通过与其他各控制器之间的,CAN,的形势研发电动车作为解决上述问题的有效途网络接口实现分布式现场总线控制,1,,,径得到了越来越广泛的认可,但由于目前蓄电池储能有限纯电动汽车存在,一次充电后续驶里程短的问题笔者考虑采用在纯电动汽车上加装一个增程器的方法来增加纯电动,汽车的续驶里程增程器是为了增加纯电动汽车行驶里程而加,装在纯电动汽车上的一个附加储能部件通常用户可以在出行时根据行驶里程需求确认是否安,2,,装本文设计的电动车所使用的增程器是燃料,电池整车控制器的基本功能对驾驶员的一些操作,指令及传感器信号进行数据采集根据车辆运行状,、、、况控制电机电池增程器及外围执行机构安全图1CAN总线网络、,稳定科学的工作,21能量管理和驾驶控制功能能量管理和驾驶控制功能是整车控制策略的1整车控制器功能定义,核心部分,通过加速踏板的位置信息识别驾驶员的驾驶1,1整车控制器功能介绍,,意图并且通过整车控制器设置的驱动控制算法,,输出电机控制器调速电压控制电机的转速VMS整车控制器的控制对象为整个动力系,由于带增程器的电动车有两个能量源分别是,、、,统主要包括电机动力蓄电池增程器和仪并,动力蓄电池和燃料电池所以需要通过整车控制器(MC、在各部件控制器如电机控制器动力蓄电池BMS)、控制器增程器控制器等的配合下完成包括收稿日期:2011,12,14?()702012年佳木斯大学学报自然科学版,协调两个能量源2不同工况不同SOC图门限值下续航里程,,信号和钥匙信号即驾驶员驾驶意图后根据加速1,3故障诊断功能踏板从零到最大开度和电机从零到最大转速正比(、BMS、,,当动力系统各部件控制器如增程器充的对应关系输出电机控制器调速电压控制电机),,电机控制器等监测到该部件性能参数超出控制而通过档位信号控制电机正反转目标转速,CANSOC,SOC范围通过网络将该故障传输给整车控制同时考虑到动力蓄电池余量当电池,,,器根据实测数据偏离门限值的多少故障分为三级0,25,,余量低于时对电机的目标转速要求减半,当一级故障发生时整车控制器控制整车停车,,并切断动力电当二级故障发生时整车控制器关,,闭相应部件当三级故障发生时整车控制器将该,,故障显示到仪表起到警示作用图3整车控制器电气原理图2整车控制策略本论文设计的带增程器电动车整车控制策略:,包括两部分驾驶控制策略和能量管理策略图4MPC555芯片的接口定义2,1驾驶控制策略、整车控制器在接受到加速踏板位置信号档位171:第期钱多年带增程器的纯电动汽车整车控制器设计0,50,8,和时启动燃料电池仿真燃料电池从开启,22能量管理策略到氢气耗尽行驶里程加上燃料电池充电电能提供,车辆纯电动行驶的里程以此为指标评价充放电经,对于拥有两个能量源的电动车能量管理策略,济性,是整车控制策略中最重要的一环,:20km/h选择较符合电动车工作的工况包括,目前研究较多的能量管理策略主要有三种第,3,30km/h,(CYC_和的等速巡航工况公交车工况;一种是逻辑门限控制策略第二种是自适应控NewYorkBus)(CCCC),Y_NY,4,和城市中心工况;制策略第三种是基于模糊逻辑或神经网络的2,SOC,图所示为在不同工况不同门限值下,5,,只能控制策略,,SOC电动车的续航里程可以发现当动力蓄电池,本文采用逻辑门限控制策略而评价指标包括0,3,0,4,,下降到时启动燃料电池可以得到最好的:,三部分蓄电池充放电经济性动力性和能否体现,经济性能,SOC,增程器概念当电池低于门限值后燃料电池,然后考量动力性为保证车辆在开启燃料电池2kW,,以恒功率开始工作起到增程器的作用由于,,后电动车仍有足够的能量保证动力性的需求设,燃料电池工作时一部分功率提供汽车克服行驶阻10km/h15%计电动车以的车速连续爬坡度的工,,力剩余的功率还能给动力蓄电池充电所以在选,SOC况计算电动车在不同门限值下开启燃料电SOC择启动燃料电池对应的动力蓄电池门限值(SOC池直到动力蓄电池电能耗尽动力蓄电池低,,时要考虑到电池充放电的经济性使电池在充放0,2),,SOC,4,0于所行使的距离以门限值为例,电效率最高的区域工作,首先计算爬坡所需电机功率MatlabAdvisor2002,本文使用的插件通过带SOC0,3,0,4,增程器的电动车在门限值分别为21CAVdPP=FV?V=mgfcosgsin+?+m?αα2tPP，，223600??ηη21,15传动电机2,35×1,96×1001×(570×9,8×0,018×cos8,535+570×9,8×sn8,535×10i+)=3600×0,95×0,821,15=3,40(kW)(1)(VMS)P+P1整车控制器功能定义表2辅助128×40×(0,4,SOC)=t×endη充放电VMS发送的VMS接受的通信部件,p×t控制信息反馈信息燃料电池燃料电池3400+3501252钥匙钥匙位置信号128×40×(0,4,0,2)=t×,2000×档位加档位位置信号加0,953600速踏板速踏板位置信号t=0,436h=1568,2s正反转信号、S=Vt=10×0,436=4,36(km)(2)?电机控制器电机转速爬坡电机控制器调速电压SOC2表所示为在不同门限值下从燃料电池开动力蓄电池电池SOC值、使能信号,启直到动力蓄电池电能耗尽爬坡的距离随着控制器故障信息增程器氢、瓶压力SOC,,门限值下降电动车动力性能变弱同时考虑增程器控制器使能信号故障信息,到增程器的概念需要在动力蓄电池电量尽量低的,SOC情况下再开启增程器所以选择当动力蓄电池继电器使能信号0,4,降到时开启燃料电池档位信号、系统状态仪表2表爬坡里程、、信号车速故障从燃料电池开启到动力蓄电池电,由于爬坡所需功率大于燃料电池提供的功率SOC门限值(m)k量耗尽爬坡工况行使里程此时动力蓄电池和燃料电池同时输出电能提供给0,3,632,128V,爬坡所需的功率已知动力蓄电池额定电压0,44,3640Ah,SOC,4,0额定容量以门限值为例可以计算0,55,65出从燃料电池开启直到动力蓄电池电能耗尽爬坡0,89,45,的距离()722012年佳木斯大学学报自然科学版、、电调试涉及整车控制器动力蓄电池控制器增程器3硬件设计及软件开发,、、、控制器电机控制器仪表及档位钥匙位置等部分,当整车弱电调试完毕确定各控制器及部件能3,1硬件设计1,,CAN在钥匙于位置整车低压上电以后通过通MPC555文本使用芯片作为整车控制器的硬,信实现控制电路续电器和各控制器开闭开始高压,MPC55532件平台微控制器是一款高性能高速,,上电接通电机和燃料电池同时标定油门踏板开,64,448KB位单片机片内含有位的浮点单元的,度和电机转速之间的对应关系并证实整车控制器FlashROM、26KBSRAM6KBTPU的和的专用,SOC设定的能量管理控制功能根据动力蓄电池RAM、4KBROM,专用,的数值自动控制燃料电池的开闭,整车控制器的输入输出数据可以通过两种途,最后在试车场进行路试验证车辆是否达到设,CAN,径和外围机构联系一种是通过通讯另一种,计预期的动力性和续航里程的指标MPC555A/D、D/AI/O,通过的和口输出输入模,34拟量和开关量图和图所示为整车控制器电MPC555,气原理图和芯片的接口定义4本文介绍了增程器这个在国内比较先进的概,23软件开发,念同时定义了带增程器电动车使用的整车控制器,的功能最后介绍了整车控制器及其控制策略的设CAN整车控制器的软件部分主要是获取通讯,计流程希望给电动车控制系统设计与控制起到一,、及硬件接口的输入数据后通过能量管理驾驶控,定的借鉴作用,制以及故障诊断的控制及计算输出开关量及模拟,量给各个部件控制器Matab/SmunkStatefowlilil运用及其子模块建:参考文献,RTWSmunilik立控制模型利用首先对模块方图,1,ShimizuH,etal,J,BlandC,AdvancedConceptsinElectricVe-ASCIImodel,rtw以码的形式存储在的模型中间描hicleDesign,J,,IEEETrans,OnIndustrialElectronics,1997,,(TLC):述文件然后由目标语言编译器生成代码44(1):14,18,、、包括系统目标文件模块目标文件目标语言编译,,,Range,Extender尤寅宋珂尹东晓带纯电动汽车动力系,2,,J,,,2010,21(3):70,74,统设计北京汽车,,器函数库生成自定义的联编文件即KimuraA,etal,DriveForceControlofaParallel,seriesHybridmodel,mk,,,3,程序创建过程将调用联编实用程序而该System,JSAEReview,1999,20(3):337,341,,,程序对编译器程序进行调用生成机器码通过JohnsonV,eta,HEVControStrategyforea,tmeOptHllRlii-,4,CANapeMPC555CAN,和的标定线下载到芯片mzatonofFueEconomyandEmssons,SAEPaper2000,01iilii,1543,2000,BaumannB,eta,echatroncDesgnandControofybrdMlMiilHi,5,,33整车调试和标定ectrcehces,/ASMETransactonsonechatroncs,EliVilIEEEiMi2000,5(1):58,72,,整车调试包括弱电调试和强电调试两部分弱DesignoftheVehicleManagementSystemoftheElectricAutowithRange,extenderQADuo,nnINia(ChineseandGermanCollege,TongjiUniversity,Shanghai200127,China)Abstract:Thefunctionofthevehiclemanagementsystemoftheelectricautowasdefinedinthispaper,Thechargingstateofbatterywereusedforthecontrolstrategy,WhentheSOCislowerthanthethreshold,thefuecewillbestartedandworkastherange,extender,Accordngtotheresutoftheeconomcanddynamcallliliilperformanceofthevehiclefromsimulationandcalculation,thethresholdofSOCwasfixedon0,4,ThechipMPC555wasusedforthevehiclemanagementsystem,ThemodelofcontrolstrategyisbuiltwithMatlab/Simu-andStatefow,andthencompedwthRTWandTLCntomachneanguage,whchsdownoadedntochpliliiiliiliilinkwthCANapeandCAN,Bus,Fnaythevehcestestedanddemarcated,iilliliKeywords:range,extender;fuelcell;controlstrategy