纯电动汽车整车控制器开发及控制策略研究

【摘要】：随着特斯拉Model S纯电动汽车掀起的全世界纯电动汽车热潮，揭示了作为缓解能源和环境危机最彻底方法之一的纯电动汽车是一条完全可以实践的道路。整车控制技术作为纯电动汽车最为关键的技术之一，也是我国“三纵三横”新能源汽车发展路线的重要一环。本文是依托武汉理工大学与某半导体公司合作的“EV展车开发项目”开展研究的。本论文主要完成了下列工作： （1）基于本项目纯电动汽车动力系统结构和工作原理，分析了整车CAN网络功能需求。开发了自主的整车CAN通信矩阵，利用CAN总线分析工具软件CANoe对整车CAN通信矩阵进行了虚拟仿真，并依据仿真结果对通信矩阵进行了验证与完善。 （2）基于整车控制器的功能需求，构建了其硬件电路的设计框架。从飞索公司单片机中选择了汽车级的32bit高性能主控芯片。设计了整车控制器的控制基础—最小系统，并根据纯电动汽车通信需求设计了CAN总线、SPI通信电路；根据控制需求设计了整车控制器传感器信号调理和驱动模块电路。其次还采用了多项硬件抗干扰举措。 （3）基于本项目纯电动汽车机械制动和电机制动并联的制动方式，根据纯电动汽车制动力需求将整车制动划分为：轻度、中度和紧急制动。然后针对不同的制动需求制定了获取最大制动能量和模糊控制给定制动阻力矩的制动能量回馈控制策略。 （4）基于整车各部件发生故障的严重程度和持续时间，将整车故障划分了3个等级，并据此制定了高压上电策略；基于能量管理、车辆故障管理、车辆工况和驾驶员驾驶行为等制定了纯电动汽车行车模式切换流程；针对不同的行车模式，制定了对应的转矩管理策略；描述了整车控制策略的软件实现，并添加了相应的抗干扰设计。 （5）对整车控制器进行了基于USBCAN卡和LabVIEW上位机软件的装车前试验验证和基于AVL试验台的台架试验。 【关键词】：纯电动汽车 整车控制器 控制策略 转矩管理
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U469.72
【目录】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-16
• 1.1 电动汽车发展的必要性8-9
• 1.2 纯电动汽车的研究现状9-12
• 1.2.1 纯电动汽车在日本的研究现状9-10
• 1.2.2 纯电动汽车在美国的研究现状10
• 1.2.3 纯电动汽车在欧洲的研究现状10-11
• 1.2.4 纯电动汽车在中国的研究现状11-12
• 1.3 纯电动汽车整车控制器发展现状12-14
• 1.3.1 纯电动汽车整车控制器的国外发展情况12-13
• 1.3.2 纯电动汽车整车控制器的国内发展情况13-14
• 1.4 课题来源及意义14-15
• 1.5 本文研究主要内容15-16
• 第2章 纯电动汽车的系统结构16-27
• 2.1 整车控制系统的基本构成及工作原理16-17
• 2.2 整车控制器功能需求17-18
• 2.3 整车控制系统通信网络的设计及验证18-26
• 2.3.1 整车 CAN 网络功能需求分析18-19
• 2.3.2 整车 CAN 通信网络设计19-20
• 2.3.3 整车 CAN 通信矩阵仿真设计20-23
• 2.3.4 仿真结果及进一步工作计划23-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第3章 整车控制器的硬件设计27-36
• 3.1 选择整车控制器的主控芯片27-29
• 3.2 最小系统设计29-31
• 3.2.1 电源电路设计29-30
• 3.2.2 复位电路设计30
• 3.2.3 时钟电路设计30-31
• 3.3 数据通信电路设计31
• 3.4 传感器信号调理及驱动模块电路设计31-34
• 3.4.1 踏板信号采集32
• 3.4.2 速度传感器信号采集32-33
• 3.4.3 开关量信号采集33-34
• 3.4.4 驱动模块设计34
• 3.5 控制器 PCB 的抗干扰设计34-35
• 3.6 本章小结35-36
• 第4章 整车控制策略研究及软件设计36-73
• 4.1 纯电动汽车故障诊断和处理37-41
• 4.1.1 车辆故障等级划分37-40
• 4.1.2 纯电动汽车高压上电策略40-41
• 4.2 纯电动汽车行车模式切换41-42
• 4.3 纯电动汽车的制动转矩管理42-54
• 4.3.1 轻度制动转矩管理43-45
• 4.3.2 模糊控制基础知识45-47
• 4.3.3 中度制动转矩管理47-54
• 4.4 纯电动汽车的驱动转矩管理54-64
• 4.4.1 起步行车模式转矩管理54-56
• 4.4.2 正常行车模式转矩管理56-62
• 4.4.3 跛行行车模式转矩管理62-64
• 4.5 整车控制器软件设计64-68
• 4.5.1 SOFTUNE Workbench 开发工具65
• 4.5.2 整车软件的总体设计65-67
• 4.5.3 控制软件的抗干扰设计67-68
• 4.6 整车控制策略的试验验证68-72
• 4.6.1 整车控制器装车前调试68-69
• 4.6.2 整车控制器的台架试验69-72
• 4.7 本章小结72-73
• 第5章 结论与展望73-75
• 5.1 全文总结73-74
• 5.2 展望74-75
• 致谢75-76
• 参考文献76-79
• 攻读硕士学位期间发表的论文79

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