混合动力汽车整车控制器开发和试验研究
电动及混合动力汽车控制系统开发与优化研究
电动及混合动力汽车控制系统开发与优化研究随着环境保护和能源问题的日益突出，电动及混合动力汽车被认为是未来可持续交通的重要方向。
为了实现电动及混合动力汽车的高效性、稳定性和环保性，控制系统的开发与优化变得至关重要。
本文将着重讨论电动及混合动力汽车的控制系统开发与优化的研究。
首先，电动及混合动力汽车的控制系统是提高整车性能和驾驶体验的关键。
控制系统包括能量管理系统、动力分配系统、刹车系统和防抱死制动系统等。
这些系统通过调节电池电量、电机功率、发动机输出和刹车力度等参数，实现车辆动力的分配与控制。
因此，控制系统的开发需要综合考虑车辆性能、驾驶需求和能源利用效率等多方面因素。
其次，电动及混合动力汽车的控制系统优化需要考虑以下几个方面。
首先是提高车辆的能量利用效率。
通过优化能量管理系统，合理调度电池的充放电过程，降低能量损耗，提高整车的能量利用率。
其次是提高动力系统的效率。
通过优化电机控制算法和发动机工作状态，使其在不同驾驶工况下都能够工作在最佳效率范围内，进一步提高整车性能和能源利用效率。
此外，还需要考虑驾驶体验的优化，包括提高车辆的动力响应性、稳定性和安全性等。
电动及混合动力汽车的控制系统开发与优化需要进行大量的仿真与实验研究。
首先，通过建立电动及混合动力汽车的动力学模型，可以利用仿真软件预测系统的性能，快速评估控制算法的有效性。
其次，通过开展实车实验，收集和分析车辆和控制系统的数据，验证仿真模型的准确性，并验证控制系统在实际驾驶中的可行性和有效性。
此外，还可以利用实验数据优化控制算法，并进行系统参数调优。
另外，电动及混合动力汽车的控制系统开发与优化也需要考虑不同驾驶工况和环境条件下的适应性。
通过采集不同驾驶工况下的数据，并参考实时环境条件，控制系统应能够根据不同情况自动调整工作模式和控制策略，以求最优性能。
而这就需要充分利用先进的传感器技术和数据处理算法，实现数据的实时获取和处理。
最后，电动及混合动力汽车的控制系统开发与优化还需要考虑安全问题。
混合动力汽车核心控制器的开发
混合动力汽车核心控制器的开发
1．前言
汽车以其便利性极大地改变了人们的生活。
随着生活水平的提高、汽车技术的不断进步以及汽车工业的迅速发展，汽车的拥有量急剧增加。
由此产生的能源消耗、环境恶化等问题与当今世界节约能源、保护环境的大潮流相矛盾。
如何在汽车工业的发展和环境的可持续发展中寻求平衡就成为了当今汽车行业面临的一大课题。
混合动力汽车和纯电动车就是在这种形势下慢慢发展起来并壮大的。
整车控制器(HCU)作为整个混合动力系统的主控制器，承担了整个系统的能量分配、扭矩管理、错误诊断等功能。
而动力电池作为混合动力汽车和纯电动车的主要部件之一，它的管理与控制也是混合动力汽车开发过程中的一项特别关键技术。
2．整车控制器的开发
2.1整车控制器(HCU)开发模式
长安混合动力整车控制器(HCU)的开发采用V型开发模式。
主要可以分为如下几个阶段：
2.1.1．功能开发阶段功能
开发阶段主要是用来验证系统设计方案，在该阶段利用matlabsimulink建立简单的控制策略模型，结合整车模型、发动机模型、电机系统模型、电池系统模型．对整车的油耗、动力性进行仿真。
如果在该阶段的仿真油耗、动力性没有达到设计要求，就必须修改系统设计方案，在油耗、动力性等达到目标后，就进入快速原型阶段。
2.1.2．快速原型阶段。
混合动力汽车控制系统的研究与开发
混合动力汽车控制系统的研究与开发近年来，环保意识的不断提高以及节能减排政策的不断出台，推动了混合动力汽车的快速发展。
混合动力汽车具有节能减排、环保等优点，成为汽车行业的发展趋势。
而混合动力汽车的控制系统则是保证混合动力汽车正常运行的核心。
本文将着重探讨混合动力汽车控制系统的研究与开发。
一、混合动力汽车控制系统的特点混合动力汽车控制系统与传统的汽车控制系统存在许多不同之处。
首先，混合动力汽车控制系统需要同时管理两个或以上的能量转换系统，包括内燃机、电动机、发电机和储能设备等。
其次，混合动力汽车控制系统需要实施复杂的能量管理策略，根据车速、路况及车内电池的容量等因素实时调整各个能量转换设备的运行状态，以达到最大限度的能源利用效率。
最后，混合动力汽车控制系统需要充分考虑气动阻力、轮胎滚动阻力等各种因素对车辆性能的影响，与传统的汽车控制系统相比，具有更高的复杂度和可靠性要求。
二、混合动力汽车控制系统的核心技术混合动力汽车控制系统的核心技术包括能量管理策略、电机控制策略、动力分配策略等。
能量管理策略是确保混合动力汽车正常运行的关键，在混合动力汽车的能量管理策略中，采用了约束最优控制（PMP）和动态规划（DP）等优化算法，综合考虑车辆速度、加速度、路线等因素，以最小化能源消耗为目标，实现混合动力汽车的能量转换策略。
电机控制策略是混合动力汽车控制系统的关键环节之一，在电机的控制策略中，常采用空间矢量调制技术（SVPWM）、直流电机无刷调速技术（BLDC）、交流电机调制技术（ACIM）等实现电机的控制策略。
动力分配策略是混合动力汽车控制系统的重要组成部分，需要在车辆各个能量转换设备之间实现严密的动力分配控制。
动力分配策略中，通常会采用英寸制控制、速度带限制控制、制动限力控制等策略，以保障混合动力汽车的安全性和性能。
三、混合动力汽车控制系统的开发方法混合动力汽车控制系统需要运用多项工程技术，如电气工程、机械工程、自动控制等，进行综合开发。
混合动力汽车整车控制器的开发
混合动力汽车整车控制器的开发发布时间：2021-12-27T10:20:39.817Z 来源：《中国科技人才》2021年第22期作者：耿延龙[导读] 在开发混合动力汽车的过程中，各种控制策略运行的载体，就是整车控制器。
长城汽车股份有限公司河北省保定市071000摘要：电机和发动机以及动力电池由混合动力汽车组合到一起，能够将电动汽车和内燃机汽车的优点充分地发挥出来，无论对于排放二氧化碳，还是石油消耗减少，都是有效的途径。
在开发混合动力汽车的过程中，各种控制策略运行的载体，就是整车控制器。
关键词：混合动力；整车控制器；控制策略前言：混合动力电动汽车是指以蓄电池与辅助动力单元共同作为动力源的汽车。
由于混合动力电动汽车在节能和降低排放污染方面的明显优势，因而受到很大的重视，研制开发和产业化的进程相当快。
目前混合动力电动汽车主要有两种混合驱动结构：串联式和并联式。
1、混合动力电动汽车混合动力结构分析现代电动汽车一般可以分为三类：纯电动汽车，混合动力汽车，燃料电池电动汽车。
混合电动汽车（Hybrid Electrical Vehicle，简称HEV）是指同时装备两种动力来源——热动力源（由传统的汽油机或者柴油机产生）与电动力源（电池与电动机）的汽车。
通过合理复合动力系统，灵活调控整车功率流向，使发动机保持在综合性能最佳的区域工作，从而降低油耗与排放。
混合动力的优势与纯电动汽车比较，混合动力电动汽车具有以下优点：1）由于电池容量减小，整车重量轻。
2）汽车的续驶里程和动力性可达到内燃机的水平。
3）保证驾车和乘坐的舒适性（空调，暖风，动力转向的使用）。
与内燃机汽车比较，混合动力汽车具有有以下优点：1）可以使发动机在最佳的工况区域稳定运行，从而降低排污和油耗。
2）在人口密集的商业区，居民区等地可以用纯电动方式驱动车辆，实现“零排放”。
3）通过电动机回收汽车减速和制动时的能量，进一步降低汽车的能量消耗和排放污染。
2、分析并联混合动力汽车控制系统电动机和发动机是并联式混合动力汽车主要的动力来源，通过后桥连接的耦合器，二者将动力合成有效地实现。
混合动力汽车动力系统的研发与测试
混合动力汽车动力系统的研发与测试随着气候变化和能源安全的威胁日益加剧，混合动力汽车（Hybrid Electric Vehicles, HEVs）作为环保和能源高效的交通方式，备受关注。
混合动力汽车采用了内燃机和电动机相结合的动力系统，旨在提高燃油经济性和减少尾气排放。
在这篇文章中，我们将探讨混合动力汽车动力系统的研发与测试，介绍其关键技术和测试方法。
混合动力汽车动力系统研发的首要任务是设计适合各种车型和应用场景的系统。
研发团队需要考虑动力系统的性能、能源转换效率和成本等多个因素。
首先，他们需要选择适合的内燃机和电动机的组合方式。
目前常用的混合动力系统有串联式、并联式和增程式等。
串联式系统将内燃机和发电机连接在一起，电动机用于提供额外的动力。
并联式系统中，内燃机和电动机可以独立工作，亦可协同工作。
增程式系统则通过内燃机发电来为电动机提供电力，增强了电动驱动车辆的续航能力。
此外，还需要选择适当的电池容量和控制算法等。
混合动力汽车动力系统的研发还包括传动系统的设计。
由于内燃机和电动机功率特性的差异，传动系统需要能够有效地将两种动力源的能量转化为车辆的驱动力，同时保持平顺的加速和高效的能量利用。
传动系统通常由多速变速器、离合器和功率分配装置等组成。
研发团队需要仔细研究和优化传动系统的匹配与控制策略，以提高整个动力系统的能量传输效率。
混合动力汽车动力系统的研发过程中，测试是不可或缺的环节。
针对动力系统的研发测试，一般包括台架试验和实际路试。
台架试验是一种在受控环境下进行的实验，可对整个动力系统进行性能和稳定性的评估。
测试台架可以模拟多种道路工况和驾驶循环，在保证试验安全的同时，有效地控制实验变量。
台架试验可以通过测量和分析各部件的能量转换效率、传动效率、制动能量回收效率等参数，来对动力系统的负载特性和能量利用效率进行评估和优化。
实际路试是验证台架试验结果的重要手段。
在实际道路环境中，混合动力汽车会受到更多的外界干扰和复杂的工况影响，如起步、加速、制动和长时间巡航等。
混合动力汽车的系统设计与控制技术研究
混合动力汽车的系统设计与控制技术研究随着汽车产业的发展，人们对环保和能源利用率的考虑也越来越重要。
这就促使汽车行业在发展新型动力系统方面进行不断的探索和研究。
混合动力汽车就是其中之一，它不但能有效降低汽车尾气排放，节能减排，而且技术成熟度越来越高。
一、混合动力汽车系统组成混合动力汽车的主要特点是由两个或两个以上的动力系统相互协作工作。
根据其组成不同，混合动力汽车可以分为串级、并级和混合式混合动力汽车。
通常情况下，混合式混合动力汽车成本较低，效率较高，因此得到了广泛的关注。
混合动力汽车系统主要由发动机、电动机、电池、传动装置、控制装置和驱动电池充电装置等组成。
其中，发动机和电动机的组合可以实现汽车的动力需求，而电池充当能量传递的媒介。
二、混合动力汽车控制技术混合动力汽车的控制技术是保证其运行效率和性能的关键。
主要有能量管理、车辆控制和电动机控制三个方面。
1. 能量管理能量管理是混合动力汽车系统的核心。
它主要包括两个方面：能量管理策略和能量转移控制。
能量管理策略是指根据不同的工作状态实现即时的能量计划和控制策略，从而实现最优装置控制和最高效的能量利用。
另一个方面是能量转移控制，也就是控制电池充放电和汽车动力系统之间的能量转换，并保证在不同的工作状态下电池的状态与汽车动力系统保持平衡。
2. 车辆控制车辆控制主要涉及到电机、发动机和传动装置控制。
控制电机的力和转速可以实现汽车的加速、制动和定速巡航等功能。
此外，控制汽车发动机启动、熄火和增减转速，齿轮选择等传动操作，可以保证高效能和平稳性。
3. 电动机控制电动机控制是指控制电机功率，限制过载和过热，强制回收制动能量等。
它可以实现高效率转化和最优的发电机控制，从而为其产生的能量提供更好的管理手段和转移平衡，如回收制动时电池的能量充电等。
三、混合动力汽车系统的设计混合动力汽车系统设计的目标是确保其能够在各种不同的操作和使用情况下，实现最优效率和性能。
系统设计的关键是确定最佳动力系统配置、选择适合的部件、建立系统模型和开发有效的控制策略。
汽车研发：整车控制器（VCU）策略及开发流程！
汽车研发：整车控制器（VCU）策略及开发流程！整车控制器是电动汽车各个子系统的调控中心，协调管理整车的运行状态，也是电动汽车的核心技术之一。
就像真正的美女是需要智慧与美貌并存，光有身材，哪怕前凸后翘，S型，xiong器逼人，也只能从肉体上感觉很诱人，可远观却无法多沟通，这就是大家常说的胸大无脑，而VCU就是汽车的大脑，能够让汽车变得智能化，更懂你，可远观也可亵玩焉！今天漫谈君就和大家聊一聊整车控制器（VCU）开发的方法和流程一、VCU的作用与功能在电动汽车中，VCU是核心控制部件，它根据加速踏板位置、档位、制动踏板力等驾驶员的操作意图和蓄电池的荷电状态计算出运行所需要的电机输出转矩等参数，从而协调各个动力部件的运动，保障电动汽车的正常行驶。
此外，可通过行车充电和制动能量的回收等实现较高的能量效率。
在完成能量和动力控制部分控制的同时，VCU还可以与智能化的车身系统一起控制车上的用电设备，以保证驾驶的及时性和安全性。
因此，VCU的设计直接影响着汽车的动力性、经济性、可靠性和其他性能。
1、VCU主要功能1）整车能量分配及优化管理；根据驾驶员的具体操作和实际工况对车辆进行管理、优化及调整，以实现优化能量供给，延长车辆使用寿命，提高车辆运行经济性。
2）故障处理及诊断功能；对出现的异常情况进行诊断、提示和主动修复工作。
3）系统状态仪表显示；4）整车设备管理监控各设备运行状态，及时进行动态调整。
5）系统控制根据既定的操控程序对驾驶员的各项操作进行及时响应，实时与数据库进行比对，对各节点进行动态控制。
二、VCU的结构VCU为纯电动汽车的调度控制中心，负责与车辆其他部件进行通信，协调整车的运行。
VCU系统结构，如下图所示。
其主要包含电源电路、开关量输入/输出模块、模拟量输入模块及CAN通讯模块。
1）电源模块从车载12V蓄电池取电，开关量输入模块接收的信号主要有钥匙信号、挡位信号、制动开关信号等；2）开关量输出信号主要是控制继电器，其在不同整车系统中意义略有不同，一般情况下控制如水泵继电器及PTC继电器等；3）模拟量输入模块采集加速踏板和制动踏板开度信号及蓄电池电压信号等；4）CAN模块负责与整车其他设备通信，主要设备有电机控制器（MCU）、电池管理系统（BMS）及充电机等。
混合动力汽车整车控制器开发
2009年第30卷第6期中北大学学报(自然科学版)V ol.30 N o.6 2009 (总第128期)JOURNAL O F NORTH UNIVERSIT Y O F CHINA(NATURAL S CIENCE EDITION)(Sum No.128)文章编号:1673-3193(2009)06-0530-06混合动力汽车整车控制器开发张亚明,何洪文,张晓伟(北京理工大学电动车辆国家工程实验室,北京100081)摘 要: 以某ISG(起动机/发电机一体化)型混合动力汽车为对象,对车辆转矩需求、发动机工作区优化和整车控制策略进行了分析,并开发了基于M C9S12DP256的整车控制器硬软件系统.进行了实车实验,实现了发动机启动、纯发动机驱动、混合驱动、驻车充电等多种工作模式,证明了该整车控制器和控制策略的有效性和可靠性.关键词: 混合动力汽车;整车控制器;能量分配策略中图分类号: U464.1 文献标识码:ADevelopment of Vehicle Control Unit for HEVsZHANG Ya-ming,HE Ho ng-wen,ZHANG Xiao-w ei(N atio nal Engineer ing Labo rat or y fo r Elect ric V ehicle,Beijing Institute of T echno lo gy,Beijing100081,China)Abstract:Based on the analysis of the to rture dem and of the driver,eng ine operating area optimizatio n, an energy management strateg y(EM S)of an hy br id eclectic vehicle(HEV),tog ether w ith the har dw are and so ftw are system of the vehicle control unit(VCU)based o n M C9S12DP256is dev elo ped to study the ISG(Integrated Starter and Generator)H EV.Several w orking modes such as engine start,eng ine dr iv e, hybrid drive and parking charge w ere tested.T he r esults pro ve that the VCU and the EM S ar e v alidated and credible.Key words:hybrid eclectic vehicle;vehicle contro l unit;energy m anagement strategy0 引 言混合动力汽车将发动机、电机和动力电池组合在一起,可发挥内燃机汽车和电动汽车的优点,是减少石油消耗和二氧化碳排放的有效技术途径之一[1].众多的混合动力汽车方案中,ISG型轻度混合动力汽车使用电动机取代发动机原有飞轮,直接与发动机曲轴相连,通过ISG实现汽车发动机怠速停机、功率补偿、制动能量回收等功能,具有对原车技术继承性好、实施方便、适用范围广等优点[2].在混合动力汽车开发中,原型车发动机ECU的接口往往不开放,需要开发电子节气门系统实现发动机控制.能量分配策略是混合动力整车控制的核心,基于能量分配策略确定发动机和电动机各自的转矩(功率)输出需求[3].整车控制器是混合动力汽车的关键部件,根据驾驶员的操作、加速踏板位置、车速和发动机转速、水温等参数,按照能量分配策略,使发动机和电动机输出相应的转矩(或功率),以满足驱动轮驱动力矩的要求,并实现柴油收稿日期:2009-01-20 作者简介:张亚明(1979-),男,博士生.主要从事混合动力汽车整车控制和控制策略优化研究.机、电机、蓄电池和传动系统的优化匹配[4].1 混合动力汽车系统分析图1 ISG 混合动力汽车结构示意图Fig .1 Diagram of ISG H EV 所研究的混合动力汽车系统结构如图1所示,是典型的ISG 型单轴并联式结构.由电子节气门及节气门控制器构成的电子节气门系统,取代了原来的汽油机节气门,电子节气门结合发动机ECU 开关,实现对发动机的控制.整车具有“纯汽油机驱动、混合动力驱动、ISG 反拖发动机启动、再生制动、驻车充电”等工作模式.整车控制器、节气门控制器、电机控制器、电池管理系统和人机显示系统构成了一个5节点CAN 总线网络,采用基于J1939的CAN2.0协议进行通信.1.1 车辆转矩需求分析与传统汽车类似,驾驶员通过加速踏板反映其驱动转矩需求.驾驶员驱动需求转矩T d 由式(1)计算[5]T d = (T e max +T m max ),(1)式中: 是加速踏板开度(0～100%);T e max ,T m max 是发动机和电机在当前转速下的最大转矩.对于混合动力汽车而言,必须要防止动力电池组的过放,因此,要根据电池组的S OC 值决定是否需要对电池组进行充电.按式(2)计算电池组的充电需求电流.I ch g =I chgmaxSOC ∈[0,30%],0.5-SOC 0.5-0.3Ichgmax SOC ∈[30%,50%],0SOC ∈[50%,100%].(2)式中:I chgmax 是电池组最大允许充电电流;S OC 是当前电池组的荷电状态,那么所需要的充电转矩T chg =9.549UI chg /n ,(3)式中:U 为ISG 电机控制器直流端电压;n 为ISG 电机转速.因此总转矩需求T r =T d +T chg .(4)图2 发动机特性图Fig .2 Eng ine ch aracteristic map 1.2 发动机工作区优化从发动机的工作特性可知,发动机在低速或小负荷运行时,效率较低、油耗较高且排放较差.图2为该车用发动机的特性图,图中标出了发动机的等热效率曲线.依据此特性图,确定了 T e opt min :最小优化工作转矩; T e opt :最佳优化工作转矩; T e opt max :最大优化工作转矩.最小优化工作转矩曲线和最大优化工作转矩曲线所包含的区域为发动机的优化工作区[6].利用ISG 电机调节,尽可能使发动机工作在最佳优化工作转矩曲线附近和发动机优化工作区.当转矩需求小于最小优化转矩T e opt min 时,可以增大发动机节气门,使发动机工作于优化工作区,多余的转矩驱动ISG 531(总第128期)混合动力汽车整车控制器开发(张亚明等)电机发电,给电池充电;如果转矩需求正好介于T e opt min 和T e opt max 之间,即进入发动机单独驱动模式;当需求转矩大于最大优化转矩T e opt max 时,通过电机助力让发动机继续工作在优化工作区,当电机发出最大助力转矩后,仍然达不到需求转矩时,增大节气门,增加发动机转矩输出,以满足车辆的转矩需求.2 整车控制器设计整车控制器采集踏板信号进行驾驶员需求解释,并根据当前节气门、动力电池、电机的状态信息,基于设计的控制策略和控制算法,对节气门的开度、电机输出转矩、电机运行模式等进行指令和调节,可靠、正确执行驾驶员意图.2.1 控制器硬件设计控制器硬件包括微处理器、通信模块、调试模块、串口通信模块、电源及保护电路模块等.整车控制器结构如图3所示.图3 整车控制器结构示意图Fig .3 Diagram of vehicle con trol unit图4 混合动力汽车能量分配流程图Fig .4 Flow ch art of en ergy distrib ution of HE V微处理器选用了摩托罗拉公司专门为汽车电子开发的MC9S12DP256,它拥有16bit 中央处理器,2个8通道10bit 的ADC ,29个I /O 接口,5个符合CAN 2.0标准的CAN 控制器,运算速度快,内部资源与接口丰富,适合实现整车复杂的控制策略和算法.CAN 收发器选用了PCA 82C 250,其最高收发速率可达532中北大学学报(自然科学版)2009年第6期1Mbps ,同时具有良好的抗干扰及保护CAN 总线能力.调试模块用于实时对控制程序进行调试、修改.串口通信模块用于对控制系统的诊断和标定.电源模块进行了二级滤波的冗余设计,保证控制器在车载系统供电情况下正常工作,并具短路保护功能.2.2 整车能量分配策略根据上述车辆转矩需求分析和发动机工作区优化,制定整车能量分配策略如图4所示.首先根据式(1)～(4)分别计算出当前转速下充电需求转矩值T chg ,驱动需求转矩T d ,车辆总需求转矩T r ,再根据1.2中发动机工作区间优化策略确定当前转速下的最小优化转矩值T e opt min ,最大优化转矩T e opt max 和最大转矩T emax[7-9].1)T r <T e opt min 若电池还允许充电(SOC <80%),电池还有充电能力,即使此时电池SOC >50%(按式(2),此时电池的充电需求为0),仍然调节发动机目标转矩到T e opt min ,发动机富余转矩带动电机发电,此时ISG 电机为发电模式,目标转矩值为T e opt min -T d .若电池不允许充电(SOC ≥80%),则发动机目标转矩值为T d ,ISG 电机为空转,目标转矩值为0.图5 程序流程图Fig .5 Program diagram2)T e opt min <T r <T e opt max发动机目标转矩值为T r ,ISG 电机目标转矩值为T chg ,若T ch g >0,则ISG 电机为发电模式,否则为电动模式.3)T e opt max <T r <T emax若T chg >0,则发动机目标转矩值为T r ,ISG 电机为发电模式,目标转矩值为T chg .否则发动机目标转矩值为T e opt max ,ISG 电机为电动模式,目标转矩值为T r -T e opt max .4)T r >T emax发动机目标转矩值为T emax .若T d >T emax ,I SG 电机为电动模式,目标转矩值为T d -T emax ,否则,ISG 电机为发电模式,目标转矩值为T chg 和T emax -T d 之间的较小值.2.3 控制器软件开发软件系统结构按功能分为两个部分:硬件驱动与信号处理和控制策略实施.前者负责完成处理器对通信信息的处理,后者负责整车能量分配策略的实施,实现整车的控制目标.程序主循环中,不断采集踏板位置,按照式(4)中方法计算转矩需求,然后依据2.2中所述的能量分配策略,并根据部件的状态信息,计算出发动机和电机的目标转矩需求,并通过CAN 总线定时发出指令.程序流程如图5所示.3 实车实验和结果分析整车控制器进行了实车实验.各部件的基本参数为:发动机最大功率为85kW ,最大转矩为155(N ・m )/(4000r ・min -1);ISG 电机为永磁无刷直流电机,额定功率为30kW ,额定转矩为140N ・m ;动力电池组采用8Ah 的镍氢电池,额定电压为312V.1)发动机启动传统的起动机被取消,取而代之的是ISG 电机.当钥匙开关扭至“启动”档时,整车控制器给ISG 电机发出“调速模式”指令,目标转速为800r ・min -1.当发动机转速被拖至800r ・m in -1时,整车控制器将继电器闭合,接通发动机控制器开始喷油和点火.如图6所示,从ISG 电机启动到怠速稳定约2s.ISG 电机最大输出转矩达到101N ・m ,启动过程中,母线电压下降至298V,电流输出达25A.533(总第128期)混合动力汽车整车控制器开发(张亚明等) 2)发动机工作区优化如图7,图8所示的30～50s ,加速踏板开度约10%左右,若将此开度直接赋给节气门,则发动机工作于低负荷和低效率区.整车控制器综合发动机工作区优化策略和部件状态,将节气门开度增大至40%左右,富余转矩(最大至30N ・m )用来驱动ISG 电机进行发电,为电池充电,充电电流最大达14A.3)纯发动机驱动如图7,图8所示的50～70s,加速踏板开度为33%左右,充电转矩需求T chg 为零.按式(1)计算出驾驶员驱动转矩T d ,在当时的转速下,发动机节气门约开至68%左右能满足T d .根据发动机工作特性,此时发动机正处于高效工作区,车辆为纯发动机驱动模式.4)混合驱动如图7,图8所示的205～215s,加速踏板开度为100%,此时的节气门完全打开,ISG 电机同时进行助力,输出转矩约100N ・m.母线电压最低下降至252V,母线电流达100A.5)停车充电电池S OC 一旦出现过低,即使在停车情况下,也可以启动发动机进行充电,此时整车控制器对加速/制动踏板没有反应.整车控制器根据目标充电电流和实际充电电流之间的差值,调整节气门开度,构成节气门—目标充电电流—实际充电电流的闭环控制.在这种模式下,电机工作于调速模式,目标转速为1200r ・min -1,确保不因为发动机转速过低而导致熄火.如图9所示,稳定之后的充电电流约为5A,节气门开度约为8%,ISG 电机的充电转矩约为20N ・m.图6 发动机启动时的实验结果Fig .6 Experiment r esu lts at enginestart 图7 加速踏板、节气门开度、电机转矩的实验结果Fig .7 Experiment r esu lts of pedal,throttle andmotor图8 母线电压、母线电流的实验结果Fig .8 Experiment results of bus voltage and current 图9 停车充电实验结果Fig .9 Ex perim ent res ults of parking charg e mode534中北大学学报(自然科学版)2009年第6期4 结 论1)所开发的电子节气门系统在不清楚原装发动机ECU 数据接口的情况下,结合对ECU 的开关控制实现了对发动机的控制.电子节气门系统+ISG 方案集成性好,对原型车改动小,开发周期短.2)所开发的整车控制器很好地完成了包括车辆需求计算、运行模式判断、能量分配策略和数据信息交换等工作,工作稳定、可靠.3)基于车辆转矩需求和发动机工作区优化策略而提出的混合动力汽车能量分配策略是可行和成功的,在充分满足车辆动力性的同时,较好地优化了发动机的工作区间,从而降低了油耗.参考文献:[1] 陈清泉,孙逢春,祝嘉光.现代电动车技术[M ].北京:北京理工大学出版社,2002.[2] 袁银南,王忠,钱恒荣,等.I SG 混合动力汽车整车控制器的设计[J ].汽车工程,2009,31(7):601-605.Y uan Yinnan,Wang Z ho ng,Q ia n Hengr ong ,et al.D esign of vehicle co ntro l unit for ISG hybr id electr ic v ehicle [J].A uto motive Engineer ing ,2009,31(7):601-605.(in Chinese)[3] 张亚明,孙逢春,杨良会.混合动力汽车电子节气门控制研究[J ].北京理工大学学报,2009,29(10):881-884.Z hang Yam ing ,Sun Feng chun ,Y ang L iang hui .Study on electr ic thr ott le contr ol for hybrid electric v ehicle [J ].T ransactio ns o f Beijing Inst itute o f T echno lo g y,2009,29(10):881-884.(in Chinese)[4] 罗禹贡,杨殿阁,金达锋,等.轻度混合动力电动汽车多能源动力总成控制器的开发[J].机械工程学报,2006,42(7):98-102.L uo Y ugo ng ,Y ang Diange ,Jin Dafeng,et al.Dev elo pm ent o f pow ert rain co nt ro ller fo r mild hybr id electric v ehicle[J].Chinese Jo urnal of M echanical Eng ineering,2006,42(7):98-102.(in Chinese)[5] 何洪文,于晓江,孙逢春.电动车辆设计中的匹配理论研究[J].北京理工大学学报,2002,22(6):704-707.He Ho ng w en ,Y u X iao jiang ,Sun Feng chun .A study on the ma tching design o f electr ic vehicles [J ].Journal of Beijing Institut e of T echnolog y ,2002,22(6):704-707.(in Chinese)[6] 安东尼・所左曼诺夫斯基.混合动力城市公交车系统设计[M ].何洪文,译.北京:北京理工大学出版社,2007.[7] 吴剑.并联式混合动力汽车能量管理策略优化研究[D ].济南:山东大学,2008.[8] T ian Y ,Z ha ng X ,Zhang L .F uzzy -genetic co nt ro l str ateg y o f hybr id electr ic v ehicle [J ].Seco nd I nt ernationalCo nfer ence o n Intellig ent Computatio n T echno log y and A uto matio n ICICT A ,2009(2):720-723.[9] Z hu Y ,Z hao Z G ,Y u Z P ,et al.Optimal to rque based fuzzy lo gic contr ol st rateg y o f par allel hy br id electr ic v ehicle[J ].Int ernational Wo rkshop on Intelligent Sy st ems and A pplicatio ns ISA ,2009:1-5.535(总第128期)混合动力汽车整车控制器开发(张亚明等)。
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图 ｌ “ 士 ” 合 动 力 汽 车 的 系 统 结 构 勇 混
件 代码 的正确 性 、 壮 性 和 可靠 性 是 混 合 动 力 汽 车 健
性 能 乃至 安全 性 的保证 Ｅ 。
２ 整 车控 制 器 设 计
计的有 效性 。
关 键 词 ： 合 动 力 ； 车 控 制 器 ；能量 分 配 ； 制 策 略 混 整 控
中 图 分 类 号 ：Ｕ４ ４ １ ６ ． 文 献标 志 码 ：Ｂ 文 章 编 号 ：１ Ｏ － ２ ２ ２ １ ） １０ ０ —４ Ｏ １２ ２ （ ０ １ ０ ０ ５０
混 合 动力 汽车 将 发 动 机 、 电机 和 动 力 电池 组 合
制 策略 进 行 了 分 析 ， 发 了 基 于 ＭＣ９ １ ＤＰ２ ６的 整 车 控 制 器 硬 软 件 系统 ， 进 行 了 实 车 试 验 ， 现 了发 动 机 起 开 Ｓ２ ５ 并 实
动 、 发 动 机 驱 动 、 合 驱 动 、 车 充 电等 多 种 ３ 作 模 式 ， 明 了 该 整 车 控 制 器 功 能 设 计 的 合 理 性 和 控 制 策 略 设 纯 混 驻 － 证
设 的控制 算法 和 管 理 策 略 ， 将 指令 和信 息 等 通 过 再
Ｃ ＡＮ 总线 、 开关 输 出端 口等对 动 力 系统 的执行 部 件 进 行 实 时 、 靠地 控制 。 可
车 使用 电动 机取 代 发 动 机原 有 飞 轮 ， 接 与 发 动 机 直 曲轴相 连 ， 现 汽车 发 动 机 怠 速 停 机 、 率 补 偿 、 实 功 制 动 能量 回收 等功 能 ， 有对 原 车技 术继 承 性好 、 具 实施 方便 、 适用 范 围广 等 优 点 。在 混 合 动 力 汽 车 开 发 ］ 中， 整车控 制 器是 各种 控制 策 略 的最终 运行 载体 ， 是 实 现汽 车动力 系 统协 同工 作 的关键 部件 。控制 器硬 件开 发要 根据 整 车 的 系统 结 构 综 合 考 虑 运 算 速 度 、 数据 存储 、 电磁兼 容 、 件 成 本 和 可 靠 性 ， 理 进 行 硬 合
第 １ （ 期 总第 １ ２期 ） ９
２１ ０ １年 ２月
车
用
发
动
机
Ｎｏ ．１（ ｒａ ｏ ９ Ｓｅ ｉｌＮ ．】 ２） Ｆｅｂ ０１ ．２ １
Ｖ ＥＨ Ｉ ＥＮＧ Ｉ Ｅ ＣＩＥ Ｎ
混 合 动 力 汽 车 整 车 控 制 器 开 发 和 试 验 研 究
彭 连 云 ，许 永 莉 ，张 亚 明
在 一 起 ， 发 挥 内燃 机 汽 车 和 电 动 汽 车 的 优 点 ， 减 可 是 少 石 油 消 耗 和 Ｃ 排 放 的 有 效 技 术 途 径 之 一 ［ 。 Ｏ １ ］ 众 多 的 混 合 动 力 汽 车 方 案 中 ，Ｓ 轻 度 混 合 动 力 汽 ＩＧ
参 数 ， 托 高 速 运 行 的 Ｃ Ｕ 和 控 制 端 日来 执 行 预 依 Ｐ
矩 。对 于 混 合 动 力 汽 车 而 言 ， 须 要 防 止 动 力 电 池 必
组 的 过放 电 ， 因此 ， 根 据 电池 组 的 荷 电状 态 系数 要
ｓ 。 决定 是否 需要 对 电池 组进 行充 电。按 照式 （ ） ２ 计
算 电池 组 的充 电需求 电流 。
件线 路采 集 驾驶 员意 图 、 车辆 状态 、 备运 行状 态 等 设
收 稿 日期 ：２ １ ０２ ；修 回 日期 ：２ １ ２ ３ ０ ０１ －１ ０ ０ １ ０
作 者 简 介 ： 连 云 （９ ８ ）女 ， 彭 １ ６ ～ ， 主要 研 究 方 向 为汽 车动 力 系统 试 验 ； ｅ ｇｉ ｙ ｎ ｂｔ ｅ ｕ ｅ 。 ｐｎ ｌｎ ｕ ＠ ｉ ｄ ．ｎ ａ ．
２ １ 整 车 控 制 策 略 ．
１ 混 合 动 力 汽 车 系统 分 析
“ 士” 合 动力汽车的系统结构见 图 １ “ 勇 混 。 勇 士 ” 典 型 单 轴 并 联 式 结 构 ， 车 具 有 “ 汽 油 机 驱 是 整 纯
２ １ １ 车 辆 转 矩 需 求 分 析 ． ．
与传统 汽车类似 ， 驾驶员通 过加速踏 板反 映其驱 动转矩 需求 。驾驶 员驱动需 求转矩
车
用
发
动
机
２ １ 年第 １ ０１ 期
ｒ
ｓ 一
ｈ
Ｓ ∈ ［ ３ 。 ０， ０
配 置 Ｆ ｅｓａｅ ６ 仿 真 器 。软 件 流 程 见 图 ２ ｒｅｃｌｌ 位 。
｛ 意 … Ｓ ∈ ３ ，％ ｓ 。 Ｅ％５ｏ ｃ ｏ ０］。
ｌ ０ Ｓ Ｅ ［ ｏ ，０ ％］ 。 ５ ｉ ０
了 ５节 点 的 Ｃ ＡＮ 网 络 ， 用 基 于 Ｊ ９ ９的 Ｃ 采 １３ ＡＮ２ ０ ． 协 议 进 行 通 信 。 在 车 辆 行 驶 过 程 中 ， 车 控 制 器 通 整 过 开 关 输 入 端 口 、 拟 量 转 换 模 块 、 ＡＮ 总 线 等 硬 模 Ｃ
式 中： ａ为 加 速 踏 板 开 度 （ ～ １ ０ ） ｅ 和 ０ ０ ；Ｔ… Ｔ 分 别是 发 动 机 和 电机 在 当前 转 速 下 的最 大转
（ 京 理 ３ 大 学 电动பைடு நூலகம்车辆 国 家 ２． 实验 室 ，北 京 １ ０ ８ ） 北 ７ ＿ ５程 ０ ０ １
摘 要 ：以 Ｉ Ｇ（ 动 机 ／ 电 机 一 体 化 ） 合 动 力 汽 车 为 对 象 ， 车 辆 转 矩 需 求 、 动 机 工 作 区优 化 和 整 车控 ｓ 起 发 混 对 发
Ｔ ｄ一 ０（ ／ Ｔ ＋ Ｔ ）。
由式 （ ） １计算 ：
（） １
动、 混合 动 力驱 动 、Ｓ Ｉ Ｇ反 拖 发动 机起 动 、 生 制 动 、 再
驻 车充 电 ” 工 作 模 式 。整 车 控 制 器 、 动 机 控 制 等 发
器、 电机 控 制器 、 电池 管 理系统 和人机 显示 系 统组 成