基于CAN总线的混合动力汽车辅助动力单元系统与控制策略研究

【摘要】： 城市公共交通拥挤,客车时走时停,行车速度慢,污染极其严重。在这种情况下,传统的内燃机汽车油耗和排放都很差,而混合动力系统正可以发挥其优势。 我国有关部门把混合动力列为“863”计划电动车专项主攻技术之一。天津市科委负责,由吉林大学和天津市清源电动车有限公司承担了“混合动力公交客车研究与开发”项目,本文即围绕此项目进行研究工作。并对混合动力汽车控制策略进行了进一步的研究。 首先,确定和构建了混合动力客车的整个结构和控制网络拓扑结构,提出了基于CAN总线的网络控制系统的设计思想,并制定了混合动力汽车CAN总线应用层协议。并且进行CAN总线的智能节点的设计,该智能节点已经在柴油发电机组上实现,并在与其它控制器的台架实验中取得了良好的通信效果。实验结果表明,该智能节点具有实时性好、扩展性能好、可靠性高、抗干扰能力强等特点,初步达到较高的性能指标。 其次,在对混合动力城市公交车驱动系统的选型设计的基础上,设计了基于CAN总线的混合动力城市公交车APU控制系统。设计了辅助动力电控单元的硬件系统和控制软件。采用16位微处理器及外围子系统,控制程序的分层式模块化设计使各功能模块可根据需要灵活变动,便于调试。由于电动汽车存在的特殊的电磁兼容问题,为了保证动力辅助动力单元控制器的可靠性,从形成电磁干扰的途径出发,在硬件和软件中分别采用了不同的抗干扰措施,提高了APU运行的可靠性和稳定性。经台架实验表明,在APU的控制下发动机运行平稳,并达到了节能和低排放的目的。 第三,对串联式混合动力控制策略进行了深入研究,以电池充放电平衡和发动机燃油经济性为目标,提出了模糊逻辑控制策略和与分形相结合的分形模糊控制策略,同时对基于分形模糊神经网络控制策略进行了探讨性研究。并应用ADVISOR 2002仿真软件建立控制模型,通过多种道路循环和不同的控制策略进行仿真分析。仿真结果表明,模糊控制策略和分形模糊控制策略相对于功率跟随控制策略,混合动力车燃油经济性和排放性都得到了提高,并保持电池SOC的变化在误差范围内。模糊逻辑控制策略得到了比其他现有控制算法更好的控制目标。 【关键词】：混合动力汽车 辅助动力单元 CAN通讯 控制策略
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：U469.7
【目录】：

• 提要5-11
• 第一章 绪论11-34
• 1.1 混合动力汽车概述11
• 1.2 混合动力汽车的研究现状及发展趋势11-16
• 1.2.1 混合动力汽车的国内研究现状12-13
• 1.2.2 混合动力汽车的国外发展概况13-14
• 1.2.3 现阶段中国混合动力车的发展趋势14-16
• 1.3 CAN 总线在混合动力汽车中的应用16-21
• 1.3.1 CAN 网络协议的内容与基本原理16-18
• 1.3.2 CAN 总线在汽车中的应用所具有的优势18-19
• 1.3.3 CAN 通讯在汽车中的应用19-21
• 1.4 混合动力汽车控制策略研究现状21-30
• 1.4.1 混合动力汽车种类特点及其应用22-24
• 1.4.2 串联型混合动力汽车的控制策略24-25
• 1.4.3 并联混合动力汽车的控制策略25-28
• 1.4.4 混联式混合动力汽车控制策略28-30
• 1.5 国内外混合动力电动汽车仿真软件的发展现状30-32
• 1.6 本论文的研究意义及主要内容32-33
• 1.7 本文内容安排33-34
• 第二章 混合动力汽车CAN 总线协议制定及通讯性能研究34-55
• 2.1 CAN 总线协议和SAEJ1939 协议34-41
• 2.1.1 CAN 总线特点和通信协议34-36
• 2.1.2 现代汽车核心技术——SAE J193936-41
• 2.2 混合动力汽车的网络结构41-43
• 2.3 应用SAEJ1939 的混合动力客车通信协议43-50
• 2.3.1 CAN 网络物理层协议的设计44-47
• 2.3.2 CAN 网络应用层协议的制定47-50
• 2.4 CAN 总线通信性能研究50-53
• 2.4.1 CAN 通信实时性的研究50-51
• 2.4.2 CAN 总线通信负载的研究51-53
• 2.5 本章小结53-55
• 第三章 辅助动力单元控制系统设计实现55-65
• 3.1 混合动力驱动系统的方案确定55
• 3.2 混合动力客车动力总成参数选择55-59
• 3.2.1 发动机-发电机组功率的确定56-58
• 3.2.2 电机参数的确定58
• 3.2.3 电池参数的确定58-59
• 3.3 整车参数的确定59-61
• 3.4 APU 系统控制器原理及实现61
• 3.5 APU 系统控制策略的实现61-64
• 3.6 本章小结64-65
• 第四章 辅助动力单元控制系统的硬件设计65-77
• 4.1 辅助动力单元硬件整体设计65-66
• 4.2 混合动力汽车辅助动力单元硬件电路设计66-67
• 4.3 APU 控制器的模块化设计67-74
• 4.3.1 微控制器模块69
• 4.3.2 数据采集模块69-71
• 4.3.3 功率驱动与保护模块71-72
• 4.3.4 通讯模块72-73
• 4.3.5 电源模块73-74
• 4.4 APU 控制器硬件可靠性设计74-75
• 4.4.1 抗干扰74-75
• 4.4.2 可靠性75
• 4.4.3 元器件布局75
• 4.4.4 CAN 总线系统的抗干扰性75
• 4.5 本章小结75-77
• 第五章 辅助动力单元控制系统的软件实现77-90
• 5.1 辅助控制单元APU 主程序77-78
• 5.2 辅助控制单元APU 基本模块78-83
• 5.2.1 初始化模块78-79
• 5.2.2 A/D 转换模块79
• 5.2.3 转速测控模块79-80
• 5.2.4 控制模块80-82
• 5.2.5 PWM 输出模块(驱动模块)82-83
• 5.3 CAN 总线收发模块83-87
• 5.3.1 CAN 控制器AN82527 的初始化83-84
• 5.3.2 报文的接收与发送84-86
• 5.3.3 内燃发电系统控制器控制过程的参数表86-87
• 5.4 系统软件抗干扰措施87-89
• 5.4.1 数字信号滤波87
• 5.4.2 掉电保护87-88
• 5.4.3 程序运行失常的软件抗干扰措施88
• 5.4.4 主程序入口检查88-89
• 5.4.5 模块间设置标志法89
• 5.4.6 异常情况软件处理89
• 5.5 本章小结89-90
• 第六章 辅助动力单元控制系统试验研究90-100
• 6.1 发动机性能试验90-91
• 6.2 APU 系统性能实验91-98
• 6.3 本章小结98-100
• 第七章 串联混合动力汽车控制策略研究100-135
• 7.1 仿真软件ADVISOR 原理和功能100-101
• 7.2 串联型混合动力汽车的控制策略研究101-112
• 7.2.1 恒温器控制模式102-103
• 7.2.2 功率跟随式控制模式103-112
• 7.3 串联型混合动力汽车的智能控制策略的设计与仿真112-133
• 7.3.1 人工智能控制理论112-121
• 7.3.2 基于模糊逻辑控制策略的设计与仿真121-129
• 7.3.3 基于与分形相结合的模糊逻辑控制策略的设计与仿真129-133
• 7.4 本章小结133-135
• 第八章 全文总结及工作展望135-137
• 8.1 全文工作总结135-136
• 8.2 工作展望136-137
• 参考文献137-147
• 附录 1 攻读博士学位期间发表的论文目录147-148
• 附录 2 攻读博士学位期间参加的课题148-149
• 摘要149-151
• ABSTRACT151-153
• 致谢153

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