PLC技術(shù)在混合動(dòng)力汽車控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、華南理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院 機(jī)械工程 2012 級(jí)本科業(yè)余 PLC 控制混合動(dòng)力汽車過程成人高等學(xué)歷教育成人高等學(xué)歷教育畢畢 業(yè)業(yè) 論論 文文 PLCPLC 技術(shù)在混合動(dòng)力汽車控制系統(tǒng)中的應(yīng)用技術(shù)在混合動(dòng)力汽車控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 辦學(xué)單位：辦學(xué)單位： 華南理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院華南理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院 班班 級(jí)：級(jí)： 機(jī)械工程機(jī)械工程 2012 級(jí)本科業(yè)余級(jí)本科業(yè)余 學(xué)學(xué) 生：生： 李俊駒（李俊駒（1056112523700101310561125237001013） 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 王利華王利華 高級(jí)工程師高級(jí)工程師 提交日期：提交日期： 20142014 年年 1010 月月 30 日日華

2、南理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院 機(jī)械工程 2012 級(jí)本科業(yè)余 PLC 控制混合動(dòng)力汽車過程0中中 文文 摘摘 要要隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，在對(duì)傳統(tǒng)行業(yè)領(lǐng)域的變革中，各行各業(yè)越來越要求智能化和技術(shù)電子可控制。特別是在工業(yè)控制方面，從原有的傳統(tǒng)手工控制日益開始轉(zhuǎn)換成電子智能控制，這就要求在工業(yè)器件上具有可編程的配置，PLC是采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)。 根據(jù) PLC 技術(shù)的特點(diǎn)，本文在研究 PLC 技術(shù)在混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV）將內(nèi)燃機(jī)、電動(dòng)機(jī)與一定容量的蓄電池通過控制系統(tǒng)相

3、組合，電動(dòng)機(jī)可補(bǔ)充提供車輛起步、加速時(shí)所需轉(zhuǎn)矩，又可以存儲(chǔ)吸收內(nèi)燃機(jī)富余功率和車輛制動(dòng)能量，從而可大幅度降低油耗，減少污染物排放?；旌蟿?dòng)力汽車雖然沒有實(shí)現(xiàn)零排放，但其動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放等綜合指標(biāo)能滿足當(dāng)前苛刻要求，可緩解汽車需求與環(huán)境污染及石油短缺的矛盾與混合動(dòng)力車未來的展望。 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：PLC 技術(shù)；混合動(dòng)力；控制系統(tǒng)華南理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院 機(jī)械工程 2012 級(jí)本科業(yè)余 PLC 控制混合動(dòng)力汽車過程1ABSTRACTWith the progress of science and technology, in the transformation of traditional i

4、ndustries, from all walks of life more and more intelligent electronic and technology requirements can control Especially in industrial control, starting from the original traditional manual control is converted into electronic intelligent control, this request on the industrial device with programm

5、able configuration, PLC is to use a class of programmable memory, used for its internal storage procedures, to perform the logic operation sequence control timing, counting and arithmetic operations such as user-oriented instructions, and through the digital or analog input/output control various ty

6、pes of machinery or production.According to the characteristics of the PLC technology, based on the research of PLC technology in the hybrid electric vehicle (HEV) to the internal combustion engine motor combined with a certain capacity of battery by control system, the motor can be added to provide

7、 vehicles started Accelerated the required torque, and can be stored to absorb surplus power internal combustion engine and vehicle braking energy, which can greatly decrease the fuel consumption, reducing emissions hybrid although there is no zero emissions, but its dynamic economy and emissions of

8、 composite indicator can satisfy the requirement of the current demanding, can alleviate the contradiction between demand for cars and environment pollution and oil shortage and the future of hybrid electric vehicleKey words:ords: PLC Technology; Hybrid ; Control System 華南理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院 機(jī)械工程 2012 級(jí)本科業(yè)余

9、PLC 控制混合動(dòng)力汽車過程2目目 錄錄中中 文文 摘摘 要要.I IABSTRACTABSTRACT.I I1 1 緒論緒論 .6 1.1 基本簡介.6 1.2 混合動(dòng)力汽車國內(nèi)外發(fā)展史.6 1.3 論文研究的內(nèi)容和意義.82 2 PLCPLC.9 2.1 PLC 的基本概念與結(jié)構(gòu) .9 2.2 PLC 工作原理 .10 2.3 PLC 的應(yīng)用領(lǐng)域 .113 3 混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu).12 3.1 結(jié)構(gòu)形式 .12 3.2 電機(jī)組原理.13 3.3 電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu).14 3.4 電動(dòng)機(jī)的自動(dòng)控制的組成.14 3.5 電動(dòng)機(jī)組的并網(wǎng)操作.16 3.6 電動(dòng)機(jī)自動(dòng)控制的原理.174 4

10、 基于基于 PLCPLC 控制控制 HEVHEV 過程過程.19 4.1 PLC 控制行駛的幾個(gè)過程情況 .19華南理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院 機(jī)械工程 2012 級(jí)本科業(yè)余 PLC 控制混合動(dòng)力汽車過程3 4.2 PLC 控制 HEV 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)原理 .20 4.3 PLC 控制 HEV 電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)線路圖5 5 HEVHEV 車輛檢測(cè)與排除車輛檢測(cè)與排除 5.1 故障現(xiàn)象與分析.24 5.2 故障檢測(cè)與排除.256 6 混合動(dòng)力汽車優(yōu)混合動(dòng)力汽車優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)點(diǎn)和缺點(diǎn).27 6.1 優(yōu)點(diǎn) .27 6.2 缺點(diǎn) .287 7 混合動(dòng)力汽車前景和展望混合動(dòng)力汽車前景和展望 7.1 混合動(dòng)力汽車的市場(chǎng) .2

11、9 7.2 成熟的混合動(dòng)力汽車技術(shù) .29 7.3 混合動(dòng)力汽車市場(chǎng)推廣政策 .29 7.4 我國混合動(dòng)力汽車發(fā)展概況 .30結(jié)結(jié) 論論.32參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).33致致 謝謝.34華南理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院 機(jī)械工程 2012 級(jí)本科業(yè)余 PLC 控制混合動(dòng)力汽車過程41 1 緒論緒論1.11.1 基本簡介基本簡介節(jié)能環(huán)保的汽車新能源的發(fā)展，混合動(dòng)力汽車（Hybrid Electrical Vehicle, 簡稱 HEV） 是指同時(shí)裝備兩種動(dòng)力來源熱動(dòng)力源（由傳統(tǒng)的汽油機(jī)或者柴油機(jī)產(chǎn)生）與電動(dòng)力源（電動(dòng)車電池供給）的汽車。通過在混合動(dòng)力汽車上使用電機(jī)供給，使得動(dòng)力系統(tǒng)可以按照整車的實(shí)際運(yùn)行工況要

12、求靈活調(diào)控，而發(fā)動(dòng)機(jī)保持在綜合性能最佳的區(qū)域內(nèi)工作，從而降低油耗與排放。 混合動(dòng)力汽車上燃油發(fā)電機(jī)是比較常用的，燃油發(fā)電機(jī)具備有清潔，可靠，高質(zhì)量，多用途的特征，這種小型發(fā)電機(jī)的發(fā)電地段距離使用地方比較近。與其他的小型發(fā)電機(jī)裝置相比較，這種應(yīng)用于汽車工業(yè)的微小型燃油發(fā)電機(jī)是一種更好的環(huán)保型發(fā)電機(jī)。這種微小型燃油發(fā)電機(jī)組不僅可以作用于常規(guī)的發(fā)電機(jī)組或者是當(dāng)需要緊急備用電源的時(shí)候，而且也可以用于分布式發(fā)電系統(tǒng)。其中在汽車混合動(dòng)力系統(tǒng)中運(yùn)用最為普遍。1.21.2 混合動(dòng)力汽車國內(nèi)外發(fā)展史混合動(dòng)力汽車國內(nèi)外發(fā)展史 談到節(jié)能環(huán)保的汽車新能源的發(fā)展，在中國還往往停留在電動(dòng)汽車的探索上。的確，全球汽車界在電

13、動(dòng)車上沒有少下功夫，但是到頭來都是走進(jìn)死胡同。在新世紀(jì)，汽車發(fā)展的技術(shù)路線趨于理智而統(tǒng)一：近期從油電混合動(dòng)力下手大幅度降低油耗和排放；長遠(yuǎn)靠資源極為豐富，且完全沒有污染的氫動(dòng)力燃料電池重新定義汽車。 近年來，美、日、德等汽車工業(yè)強(qiáng)國先后發(fā)布了關(guān)于推動(dòng)包括混合動(dòng)力汽車在內(nèi)的新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的國家計(jì)劃。美國奧巴馬政府實(shí)施綠色新政，計(jì)劃到 2015年普及 100 萬輛插電式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（PHEV）。日本把發(fā)展新能源汽車作為“低碳革命”的核心內(nèi)容，并計(jì)劃到 2020 年普及包括混合動(dòng)力汽車在內(nèi)的“下一代汽車”達(dá)到 1350 萬輛,為完成這一目標(biāo),日本到 2020 年計(jì)劃開發(fā)出至少 38 款混合動(dòng)

14、力車、17 款純電動(dòng)汽車。德國政府在 08 年 11 月提出未來 10 年普及 100 萬輛插電式混合動(dòng)力汽車和純電動(dòng)汽車，并宣稱該計(jì)劃的實(shí)施，標(biāo)志德國將進(jìn)入新能源汽車時(shí)代。 在美國，美國總統(tǒng)奧巴馬 09 年 8 月宣布安排 24 億美元支持 PHEV 的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化，其中 20 億美元用來支持先進(jìn)動(dòng)力電池的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。美國對(duì) PHEV 實(shí)施稅收華南理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院 機(jī)械工程 2012 級(jí)本科業(yè)余 PLC 控制混合動(dòng)力汽車過程5優(yōu)惠，減稅額度在 2500 美元和 15000 美元之間，同時(shí)美國政府對(duì)電動(dòng)汽車生產(chǎn)予以貸款資助。同年，福特、日產(chǎn)北美公司和 Tesla 汽車公司獲得 80 億美

15、元的貸款，主要用于混合動(dòng)力和純電動(dòng)汽車的生產(chǎn)，此外，美國新的汽車燃油經(jīng)濟(jì)性法規(guī)和歐盟新車平均二氧化碳排放法規(guī)，對(duì)汽車的技術(shù)要求大幅提高，如果不發(fā)展新能源汽車技術(shù)，汽車制造商將很難達(dá)到新法規(guī)的要求。在日本，從 09 年月日起實(shí)施新的“綠色稅制”，對(duì)包括混合動(dòng)力車、純電動(dòng)汽車等低排放且燃油消耗量低的車輛給予稅賦優(yōu)惠，一年的減稅規(guī)模約為 2100 億日元，是現(xiàn)行優(yōu)惠辦法減稅額的 10 倍。日本政府提出“誰控制了電池，誰就控制了電動(dòng)汽車”，并組織實(shí)施國家專項(xiàng)計(jì)劃，在 2011 年以前將投入 400 多億日元用于先進(jìn)動(dòng)力電池技術(shù)研究，2010 年左右新型鋰電池將規(guī)模應(yīng)用于下一代新能源汽車。在歐洲發(fā)達(dá)國家

16、，如法國對(duì)購買低排放汽車的消費(fèi)者給予最高 5000 歐元的獎(jiǎng)勵(lì)，對(duì)高排放汽車進(jìn)行最高 2600 歐元的懲罰。此外，歐盟計(jì)劃在 2009 年上半年發(fā)放 70億歐元貸款，支持汽車制造商發(fā)展新能源汽車，德國從今年起啟動(dòng)了一項(xiàng) 4.2 億歐元的車用鋰電池開發(fā)計(jì)劃，幾乎所有德國汽車和能源巨頭均攜資加入。國家的大量投入，充分調(diào)動(dòng)了企業(yè)的積極性，目前國際主要汽車制造商不斷加強(qiáng)與電池企業(yè)的合作，以動(dòng)力電池突破為核心目標(biāo)的強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合與產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟不斷涌現(xiàn)，動(dòng)力電池技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程明顯加快。日本豐田、美國通用、德國奔馳等具備強(qiáng)大技術(shù)優(yōu)勢(shì)的汽車企業(yè)，對(duì)于全球汽車業(yè)最大課題能源與環(huán)境的對(duì)策在近年來殊途同歸：近期，努力完

17、善混合動(dòng)力車；長遠(yuǎn)，邁出氫動(dòng)力燃料電池車從概念車向商品化的步伐。電動(dòng)車的研制生產(chǎn)因造價(jià)高，充電后行駛距離短的死結(jié)而已經(jīng)放棄。有消息說，美國和日本的汽車企業(yè)已經(jīng)開始了在混合動(dòng)力車市場(chǎng)的競(jìng)爭，預(yù)計(jì)三五年后整個(gè)市場(chǎng)將達(dá)到 100 萬輛級(jí)的規(guī)模。中國汽車界和科技界曾對(duì)電動(dòng)車的開發(fā)情有獨(dú)鐘，主要出于如下考慮：傳統(tǒng)汽車中國比發(fā)達(dá)國家晚了幾十年；而電動(dòng)車全世界還沒有大突破，我們現(xiàn)在開始研究，與發(fā)達(dá)國家站在同一起跑線上，完全可能后來者居上。但是這種“抄近道兒”的傻聰明終于隨著美國日本汽車業(yè)宣布放棄電動(dòng)車的研發(fā)而走進(jìn)死胡同?；旌蟿?dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)將成為中國汽車業(yè)務(wù)實(shí)而量力而行的發(fā)展新思路?；旌蟿?dòng)力車的研發(fā)倒應(yīng)該是當(dāng)務(wù)之

18、急。一是混合動(dòng)力車并非什么遠(yuǎn)在天邊的高科技，又有成熟的商品化車型可借鑒。二是混合動(dòng)力車對(duì)中國大城市 PM2.5 有顯著改善，汽車頻繁制動(dòng)的國情，節(jié)能治污的效果可以十分顯著。華南理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院 機(jī)械工程 2012 級(jí)本科業(yè)余 PLC 控制混合動(dòng)力汽車過程6其實(shí)，如果中國的油價(jià)繼續(xù)攀升或?qū)嵭腥加投?，道路擁堵又難以根本改善，市場(chǎng)的混合動(dòng)力車的需求就會(huì)非常迫切。合資生產(chǎn)或者進(jìn)口混合動(dòng)力車，估計(jì)很快就會(huì)被精明的生產(chǎn)商或經(jīng)銷商提到議事日程。混合動(dòng)力車將成為中國車市的新商機(jī)。1.31.3 論文研究的內(nèi)容和意義論文研究的內(nèi)容和意義1.3.11.3.1 論文研究的內(nèi)容論文研究的內(nèi)容本次論文的研究主要包含了

19、以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：（1）PLC 技術(shù)及其應(yīng)用（2）混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析（3）混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（4）基于 PLC 控制的 HEV 過程（5）混合動(dòng)力車故障檢測(cè)與維修（6）混合動(dòng)力車的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)（7）混合動(dòng)力車的前景展望1.3.21.3.2 論文研究的意義論文研究的意義 在汽車工業(yè)控制中，PLC 為其主要技術(shù)，能有效的基于 PLC 控制 HEV 是有重要的學(xué)習(xí)和應(yīng)用意義，對(duì)于更好的學(xué)習(xí) PLC 有一個(gè)良好的理解和應(yīng)用。進(jìn)一步的掌握PLC 在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用情況和更好的提高自我能力。華南理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院 機(jī)械工程 2012 級(jí)本科業(yè)余 PLC 控制混合動(dòng)力汽車過程72 2 PLCPLC2.12.

20、1 PLCPLC 的基本概念與結(jié)構(gòu)的基本概念與結(jié)構(gòu)隨著信息技術(shù)的逐漸發(fā)展，微型處理器、計(jì)算機(jī)信息技術(shù)和數(shù)字通信技術(shù)的飛快向前發(fā)展，由計(jì)算機(jī)所控制的器件已經(jīng)逐步發(fā)展到了幾乎所有的工業(yè)領(lǐng)域。在當(dāng)前被用于工業(yè)控制領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)可以分為下面幾類：可以編程控制器、基于個(gè)人電腦終端總線的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、基于單片機(jī)控制的、被用于模擬量閉環(huán)控制的可以編程調(diào)節(jié)器等。基于現(xiàn)代社會(huì)市場(chǎng)對(duì)于制造業(yè)所作出的迅速反應(yīng)，對(duì)生成出小批量、多規(guī)格、低成本和可控制的器件產(chǎn)品有了更多的要求，為了滿足市場(chǎng)的尋求，可編程控制器（PLC）正是在這樣的條件下研發(fā)而成，PLC 是一微小的處理器為基礎(chǔ)來通用于工業(yè)控制領(lǐng)域。PLC 主要是由各個(gè)模

21、塊組成，其中主要包括：CPU 模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程裝置模塊（如圖 2-1 所示），而在 PLC 中，特殊功能模塊用來完成一些特殊的任務(wù)。圖 2-1 PLC 控制系統(tǒng)示意圖2.1.12.1.1 CPUCPU 模塊模塊PLC 中的 CPU 主要是由存儲(chǔ)器和微處理器兩部分組成。在 PLC 的控制系統(tǒng)中，CPU 好比人的大腦和心臟，這掌握和控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作，它需要有信號(hào)不斷的輸入，這樣來執(zhí)行用戶的操作，并且刷新輸出用戶需要做的操作；存儲(chǔ)器用來儲(chǔ)存信華南理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院 機(jī)械工程 2012 級(jí)本科業(yè)余 PLC 控制混合動(dòng)力汽車過程8號(hào)輸入輸出和程序執(zhí)行時(shí)的數(shù)據(jù)信息。2.1.22.1.2

22、輸入輸出模塊輸入輸出模塊在 PLC 控制系統(tǒng)中，輸入輸出模塊又叫做 I/O 模塊，它們相當(dāng)于人的手、眼、耳，用來直接攝取信息和反應(yīng)信息，這與 CPU 形成了一個(gè)互通的橋梁。輸入模塊用來采集和接受信息，在輸入模塊中又有一個(gè)輸入信號(hào)選擇開關(guān)，可以選擇出采集的是數(shù)字信號(hào)還是模擬信號(hào)。而輸出模塊是將處理過的信號(hào)直接輸出到可以控制其他模塊的過程，如可以控制繼電器、電磁鐵、指示燈、報(bào)警裝置、變頻裝置、等。2.1.32.1.3 編程器編程器編程器可以給用戶編輯程序，對(duì)編輯的程序進(jìn)行檢查和修改，對(duì)已經(jīng)完成的程序在執(zhí)行過程中可以監(jiān)視程序的實(shí)際情況。使用編程軟件編寫出來的程序可以在計(jì)算機(jī)中直接生成對(duì)應(yīng)的控制指令表

23、，而且可以實(shí)現(xiàn)多種編程語言之間的一種轉(zhuǎn)換。編輯好的程序進(jìn)行編譯，再將編譯后的程序下載到 PLC 中運(yùn)行。2.1.42.1.4 電源電源PLC 一般使用的電源是 AC 220V 或者是 DC 220V。在其中的內(nèi)部開關(guān)電源為 PLC中的各個(gè)模塊又提供不同的電壓的直流電源以供各個(gè)模塊的正常工作。2.22.2 PLCPLC 工作原理工作原理PLC 在運(yùn)行過程中一般分為以下三個(gè)部分：輸入取樣、用戶程序執(zhí)行、輸出刷新。這三個(gè)部分組成了一個(gè)掃描周期。在 PLC 的運(yùn)行過程中，CPU 是以一定的速率輪番掃描執(zhí)行這個(gè)三個(gè)部分，以此來達(dá)到 PLC 的正常工作。2.2.12.2.1 輸入取樣輸入取樣信息會(huì)按照一定

24、的方式進(jìn)行讀取，這里 PLC 過信息的讀取過程就是輸入取樣，在輸入取樣過程中，PLC 中的 CPU 會(huì)以掃描的形式依次來讀取所有輸入情況下的數(shù)據(jù)信息，并將讀取到的信息依次存入 I/O 映像中的相應(yīng)單元內(nèi)保存。在全部信息的輸入取樣結(jié)束后，這時(shí)就開始轉(zhuǎn)入到用戶程序執(zhí)行階段，在這個(gè)階段中，及時(shí)是原先的信息有所變化了，但是被讀取到了 I/O 映像單元內(nèi)的信息是依然保持不變的。2.2.22.2.2 用戶程序執(zhí)行用戶程序執(zhí)行華南理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院 機(jī)械工程 2012 級(jí)本科業(yè)余 PLC 控制混合動(dòng)力汽車過程9輸入取樣階段的結(jié)束就意味著用戶程序執(zhí)行階段的開始，在用戶程序階段，PLC中的 CPU 總是至上而

25、下的依次來掃描用戶程序。在程序執(zhí)行的過程中，如果使用立即 I/O 指令，則可以馬上的存取 I/O 點(diǎn)。2.2.32.2.3 輸出刷新輸出刷新 用戶程序掃描階段結(jié)束之后，PLC 就正式的進(jìn)入到了刷新輸入階段，這個(gè)階段期間，CPU 會(huì)按照 I/O 映像內(nèi)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)狀態(tài)依次的刷新所有的輸出鎖存電路，然后再經(jīng)過輸出電路所對(duì)應(yīng)的外接設(shè)備外設(shè)，這就是 PLC 的輸出過程了。2.32.3 PLCPLC 的應(yīng)用領(lǐng)域的應(yīng)用領(lǐng)域在一些西方歐洲發(fā)達(dá)的工業(yè)國家，PLC 技術(shù)已經(jīng)廣泛的被使用到了所有的工業(yè)有關(guān)的部門，隨著 PLC 控制技術(shù)和其性價(jià)比的不斷提升，PLC 的應(yīng)用范圍也是在不斷的擴(kuò)大，主要有以下的幾個(gè)方面：（

26、1）在運(yùn)動(dòng)控制方面。PLC 配有專門使用的運(yùn)動(dòng)控制模塊，對(duì)直線運(yùn)動(dòng)，圓周運(yùn)動(dòng)，包括所運(yùn)動(dòng)的位置、速度、加速度都能有很好的控制，可以很好的實(shí)現(xiàn)對(duì)單軸、雙軸和多軸的位置控制，能很好的使順序控制和運(yùn)動(dòng)控制巧妙的結(jié)合起來?；?PLC 具有運(yùn)動(dòng)控制能力，所以被廣泛的使用在各種機(jī)械方面，如金屬的切片、機(jī)械的轉(zhuǎn)配、電梯控制、機(jī)器人等。（2）在通信聯(lián)網(wǎng)方面。PLC 能很好的實(shí)現(xiàn)主機(jī)以遠(yuǎn)程的設(shè)備之間進(jìn)行 I/O 通信，也可以在多臺(tái) PLC 之間的信號(hào)互通，PLC 還能與其他的智能儀器設(shè)備之間的信號(hào)交互。這樣就可以很好的組成了集中管理和分散管理相協(xié)調(diào)的分布式和集成式的控制系統(tǒng)。（3）在數(shù)據(jù)處理方面?，F(xiàn)在的 PL

27、C 更加的具有智能化，可以對(duì)一些數(shù)學(xué)運(yùn)算包括一些函數(shù)進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)也可以對(duì)數(shù)據(jù)的傳送、轉(zhuǎn)換、排序、查找、位操作等進(jìn)行很好的完成。將一些數(shù)據(jù)按照認(rèn)為的要求進(jìn)行處理，這樣大大的方便了人為的工作量，而且能夠?qū)⑻幚砗玫臄?shù)據(jù)給通信功能進(jìn)行發(fā)送或者保持起來。（4）在閉環(huán)過程控制方面。在一些對(duì)連續(xù)的模擬量如溫度、電壓、水深、流量等進(jìn)行的閉環(huán)控制。PLC 可以通過其 I/O 模塊對(duì)這些模擬的信息轉(zhuǎn)換成可以用來數(shù)據(jù)出來的數(shù)字量，進(jìn)一步以供后續(xù)的分析處理。如在加熱爐、熱處理、鍋爐等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。華南理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院 機(jī)械工程 2012 級(jí)本科業(yè)余 PLC 控制混合動(dòng)力汽車過程103 3 混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

28、混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)隨著我國汽車工業(yè)的快速發(fā)展，汽車已經(jīng)進(jìn)入千家萬戶，面對(duì)傳統(tǒng)能源（汽油、柴油）的日益短缺，汽車行業(yè)正向新能源、新技術(shù)的方向發(fā)展，我公司目前正在使用的新能源車輛主要是：氣電混合動(dòng)力客車、LNG 天然氣客車。新能源汽車的普及為節(jié)能減排作出了較大的貢獻(xiàn)，但同時(shí)也對(duì)傳統(tǒng)的汽車維修行業(yè)帶來了一定的沖擊?；旌蟿?dòng)力電機(jī)的形式有很多，但是其主要的工作原理無外乎電磁力定律和電磁感應(yīng)定律?；谶@點(diǎn)，發(fā)電機(jī)的構(gòu)造大體是一樣的，總體遵循的原則是：以某種能源的消耗為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)中轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子在磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生的電能，最后通過電路將產(chǎn)生的電能給以其他的設(shè)備使用或者存儲(chǔ)。3.13.1 結(jié)構(gòu)形式結(jié)構(gòu)形式（

29、一）結(jié)構(gòu)圖 1.機(jī)械結(jié)構(gòu)圖 3-1 動(dòng)力系統(tǒng)連接圖如圖 3-1，表示系統(tǒng)動(dòng)力的機(jī)械連接，其中發(fā)動(dòng)機(jī)與 ISG 電機(jī)直接連接，主電機(jī)通過傳動(dòng)軸與驅(qū)動(dòng)橋相連，主電機(jī)與 ISG 電機(jī)之間連接電控氣動(dòng)離合器。2.電氣結(jié)構(gòu)華南理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院 機(jī)械工程 2012 級(jí)本科業(yè)余 PLC 控制混合動(dòng)力汽車過程11圖 3-2 系統(tǒng)電氣結(jié)構(gòu)框圖如圖 3-2，表示系統(tǒng)各個(gè)功能部件的能量流動(dòng)與信號(hào)流向。（二）基本原理1.控制離合器的狀態(tài)可以控制系統(tǒng)的聯(lián)接模式：當(dāng)離合器分開時(shí)，ISG 電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)將不能直接提供驅(qū)動(dòng)力，只有主電機(jī)提供驅(qū)動(dòng)力，主電機(jī)利用動(dòng)力電池組的能量驅(qū)動(dòng)車輛，發(fā)動(dòng)機(jī)和 ISG 電機(jī)組成發(fā)電機(jī)組合可根

30、據(jù)電池的 SOC 狀況及時(shí)給予電量補(bǔ)充，系統(tǒng)能量通過動(dòng)力電池平衡，此時(shí)系統(tǒng)可以看成串聯(lián)系統(tǒng)。當(dāng)離合器結(jié)合時(shí)，ISG 電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)也聯(lián)接到了系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)軸上，發(fā)動(dòng)機(jī)直接提供驅(qū)動(dòng)力，ISG 電機(jī)可根據(jù)電池的 SOC 狀況和發(fā)動(dòng)機(jī)的油耗曲線，適時(shí)的切換發(fā)電與電動(dòng)功能，以達(dá)到最優(yōu)化的利用系統(tǒng)能量，此時(shí)系統(tǒng)可以看成并聯(lián)系統(tǒng)。2.在車輛停止?fàn)顟B(tài)下，發(fā)動(dòng)機(jī)怠速停機(jī)，由電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供轉(zhuǎn)向力；在車輛低速時(shí)由主電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛，系統(tǒng)處于串聯(lián)模式，車速達(dá)到一定速度后，通過結(jié)合離合器將系統(tǒng)切換為并聯(lián)模式。 3.在制動(dòng)時(shí)，主電機(jī)由驅(qū)動(dòng)模式轉(zhuǎn)為制動(dòng)模式，將制動(dòng)能量以電能的形式回饋給電池。4.在爬坡等大負(fù)載的工況下，控制離合器

31、結(jié)合，使發(fā)動(dòng)機(jī)、ISG 電機(jī)和主電機(jī)同時(shí)提供驅(qū)動(dòng)力，增加車輛坡道起步能力。3.23.2 電機(jī)組原理電機(jī)組原理華南理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院 機(jī)械工程 2012 級(jí)本科業(yè)余 PLC 控制混合動(dòng)力汽車過程12定子、轉(zhuǎn)子、軸承和端蓋四個(gè)主要部分構(gòu)成了發(fā)電機(jī)，定子一般是有定子鐵芯、銅絲線包裹著、機(jī)座以及周圍固定這些部位的器件構(gòu)成。而轉(zhuǎn)子一般有轉(zhuǎn)子鐵芯、環(huán)護(hù)、中心環(huán)、滑環(huán)、風(fēng)扇以及轉(zhuǎn)軸等主要部件構(gòu)成。發(fā)電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子有軸承和端蓋連接而成，這樣能很好的固定定子，轉(zhuǎn)子能夠在定子中旋轉(zhuǎn)，這樣就能做切割磁感線的運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生了感應(yīng)電勢(shì)，這樣在線圈中就產(chǎn)生了電流，電路通過連接到端子兩端，將線圈上產(chǎn)生的電流引到外設(shè)的電

32、路中去，這樣發(fā)電機(jī)就能產(chǎn)電了。發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)具有同樣的特點(diǎn)，都是在定子鐵芯里放有三相并且繞有線圈匝數(shù)相等的線圈，轉(zhuǎn)子的鐵芯上也繞有線圈這樣就形成了 N 極和 S 極，當(dāng)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子上的鐵芯和線圈就開始做切割磁感線的運(yùn)動(dòng)，定子上的線圈就開始形成了電磁差，與定子相連的外圍線圈就講產(chǎn)生的電流引入其他的電路中，以供其他的設(shè)備使用。3.33.3 電機(jī)的結(jié)構(gòu)電機(jī)的結(jié)構(gòu)能夠?qū)C(jī)械能或者其他形式的能轉(zhuǎn)變成電能的這種裝置叫做發(fā)電機(jī)組，本次論文主要是以內(nèi)燃機(jī)（汽油）作為驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源。發(fā)電機(jī)組主要包括：原動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、勵(lì)磁機(jī)構(gòu)、控制回路、測(cè)速裝置以及能夠?qū)崿F(xiàn)并網(wǎng)的各種設(shè)備（如圖 3-3 所示）。本次論文是基于 P

33、LC 控制汽車中燃油向電腦的轉(zhuǎn)化，采用 PLC 控制的目的是為了使發(fā)電系統(tǒng)能盡可能的正常運(yùn)行，同時(shí)在出現(xiàn)問題的時(shí)候可以及時(shí)得到解決和調(diào)整。在運(yùn)行的過程中可能由于某些原因?qū)е掳l(fā)電裝置不能正常使用，這時(shí)發(fā)電系統(tǒng)就會(huì)很快的做出反應(yīng)，采取一系列的可控措施，及時(shí)的使發(fā)電系統(tǒng)能夠正常的運(yùn)行。圖 3-3 發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)框圖華南理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院 機(jī)械工程 2012 級(jí)本科業(yè)余 PLC 控制混合動(dòng)力汽車過程133.43.4 電動(dòng)機(jī)的自動(dòng)控制的組成電動(dòng)機(jī)的自動(dòng)控制的組成發(fā)電機(jī)組自動(dòng)控制主要是由發(fā)電機(jī)組、無窮大系統(tǒng)、主控制器、調(diào)速回路、勵(lì)磁回路五個(gè)部分組成，每個(gè)部分在系統(tǒng)中都發(fā)揮著重要的作用。（1）關(guān)于電機(jī)組發(fā)電

34、機(jī)組是整個(gè)系統(tǒng)的核心，是將燃油通過動(dòng)力轉(zhuǎn)換成電能的直接來源。發(fā)電機(jī)組一般是有下面四個(gè)部分組成：同時(shí)都在一個(gè)軸承上的三相同步發(fā)電機(jī)、測(cè)速裝置、功率指示器和直流電動(dòng)機(jī)。（2）關(guān)于無窮大系統(tǒng)無窮大系統(tǒng)中最為重要的是無窮大電源，其一般是由 15kVA 的自耦變電器組合而成，可以通過調(diào)節(jié)自耦變電器上的電壓從而可以改變無窮大母線上的電壓，最終達(dá)到一種變壓的功能。在最大系統(tǒng)中，“準(zhǔn)同期控制裝置”是按照恒定越前時(shí)間原理來進(jìn)行工作的，其主要的特點(diǎn)有如下幾個(gè)方面：（a）可以根據(jù)自身系統(tǒng)的需要選擇全自動(dòng)準(zhǔn)同期合閘；（b）也可以根據(jù)需要而選擇半主動(dòng)準(zhǔn)同期合閘；（c）能夠很好的測(cè)定出合閘的誤差角是多少；（d）能夠測(cè)試出

35、斷路器在開關(guān)的時(shí)候消耗了多少時(shí)間；（e）能夠很好的改變電頻電壓的誤差值，對(duì)設(shè)備的在不同環(huán)境中的使用有了一個(gè)可以調(diào)整的范圍；（f）能夠隨時(shí)調(diào)整整定越前的時(shí)間；（g）可以更好的接收到由合閘發(fā)出的電平信號(hào)，以供后續(xù)的研究和設(shè)備調(diào)整使用；（3）關(guān)于主控器及顯示本次論文選用的是西門子 S7-300 型 PLC 做為主控器，根據(jù)汽車中電力系統(tǒng)綜合裝置的控制考慮，其要求不是很復(fù)雜，對(duì)于控制的信號(hào)只是一些輸入輸出的比較低壓的開關(guān)量和一些不多的模擬信號(hào)量。對(duì)此，我們選用了具有邏輯運(yùn)算、計(jì)數(shù)器、數(shù)模轉(zhuǎn)換、定時(shí)器等基本功能的 PLC 就可以完成本次論文的設(shè)計(jì)要求。由于本次論文研究的是汽車中燃油發(fā)電機(jī)，在汽車行駛的過

36、程中，不需要人為的對(duì) PLC 控制器進(jìn)行操作，一些控制程序信號(hào)都在設(shè)備安裝過程中已經(jīng)完成，所以本次論文暫時(shí)不選用顯示操作屏。（4）關(guān)于調(diào)速回路在汽車的運(yùn)行過程中，通過改變馬達(dá)的排量來調(diào)節(jié)執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速率。原動(dòng)機(jī)則采用調(diào)速直流電動(dòng)機(jī)而來改變電動(dòng)機(jī)的電業(yè)和速度。華南理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院 機(jī)械工程 2012 級(jí)本科業(yè)余 PLC 控制混合動(dòng)力汽車過程14（5）關(guān)于勵(lì)磁回路可以通過采用自并勵(lì)勵(lì)磁（如圖 3-4）和他勵(lì)（如圖 3-5）的方式根據(jù)設(shè)備需要進(jìn)行切換。 圖 3-4 自并勵(lì)可控硅勵(lì)圖 3-5 他勵(lì)方式3.53.5 電動(dòng)機(jī)組的并網(wǎng)操作電動(dòng)機(jī)組的并網(wǎng)操作電動(dòng)機(jī)組的并網(wǎng)操作是指一臺(tái)發(fā)電機(jī)組在還沒有并網(wǎng)

37、之前運(yùn)行中，它的電壓和并列母線上的電壓狀態(tài)量往往是不對(duì)等的，為了解決這一問題，必須要對(duì)等待并網(wǎng)的發(fā)電機(jī)進(jìn)行一些合適的操作，使之能夠符合斷路器合閘做并網(wǎng)運(yùn)行的條件。3.5.13.5.1 電動(dòng)機(jī)并網(wǎng)所具備的條件電動(dòng)機(jī)并網(wǎng)所具備的條件發(fā)電機(jī)組想要正常的在系統(tǒng)中運(yùn)作，必須要滿足一下幾個(gè)條件：（1）為了使發(fā)電機(jī)組能在系統(tǒng)運(yùn)作的頻率中運(yùn)行，則必須要電動(dòng)機(jī)組的運(yùn)作頻率和系統(tǒng)的頻率相一致；（2）電動(dòng)機(jī)生產(chǎn)出的電壓如果過低這不能滿足用戶的需求，如果過高則會(huì)損壞一些器件甚至造成重大事故，所以要求發(fā)電機(jī)口輸出的電壓和系統(tǒng)所需要的電壓相同，電壓的最大誤差要保證在 5%以內(nèi)；（3）為了保證發(fā)電機(jī)在運(yùn)行過程中和系統(tǒng)相一致

38、，發(fā)電機(jī)組的相序要和系統(tǒng)的相序相同；（4）電動(dòng)機(jī)組的電壓相位要和系統(tǒng)電壓的相位相同；只有當(dāng)同時(shí)滿足了上述的四個(gè)條件之后，才可以合上并網(wǎng)開關(guān)使發(fā)電機(jī)組并入華南理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院 機(jī)械工程 2012 級(jí)本科業(yè)余 PLC 控制混合動(dòng)力汽車過程15系統(tǒng)運(yùn)行，（如圖 3-6）所示為三相同步發(fā)電機(jī)整步。在上述的四個(gè)條件中，除了相序必須保持一致以外，其他的三個(gè)條件都是相對(duì)的，因?yàn)橥ǔｋ姍C(jī)和系統(tǒng)都可以承受住一些來之其他方面的沖擊電流，但是為了使整體的設(shè)備更加的安全和節(jié)能，以上四點(diǎn)是要最大程度的滿足。圖 3-6 三相同步發(fā)電機(jī)整步3.5.23.5.2 電機(jī)同期并網(wǎng)操作電機(jī)同期并網(wǎng)操作發(fā)動(dòng)機(jī)的同期并網(wǎng)操作包括自

39、動(dòng)同期并網(wǎng)操作和手動(dòng)同期并網(wǎng)操作兩種方式，其中這兩種操作根據(jù)設(shè)備和環(huán)境的需要進(jìn)行選擇。3.63.6 電機(jī)自動(dòng)控制的原理電機(jī)自動(dòng)控制的原理關(guān)于發(fā)電機(jī)的發(fā)電過程前面以前講過了，這里不再重復(fù)。對(duì)于如何控制發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，則可以通過轉(zhuǎn)速傳感器和變送器變?yōu)槊}沖信號(hào)傳入 PLC 中，與其中的準(zhǔn)同期裝置發(fā)出加速和減速的操作，脈沖信號(hào)進(jìn)過調(diào)速器操作后與數(shù)模轉(zhuǎn)換器進(jìn)來的電流一起通過電流環(huán)然后形成了加速和減速，從而來改變 SCR 的觸發(fā)角，這樣就能形成一個(gè)雙閉換控制系統(tǒng)。通過轉(zhuǎn)速的改變，根據(jù)電機(jī)的轉(zhuǎn)速公式，則可以60/npf 改變頻率，這樣就能通過控制來實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)操作。自并勵(lì)磁用的是發(fā)電機(jī)本身作為勵(lì)磁電源的辦法，而同

40、步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)大多數(shù)情況下是由勵(lì)磁功率單元和勵(lì)磁控制器兩個(gè)部分組成，（如圖 3-7）所示為勵(lì)磁系統(tǒng)自動(dòng)控制框圖華南理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院 機(jī)械工程 2012 級(jí)本科業(yè)余 PLC 控制混合動(dòng)力汽車過程16圖 3-7 勵(lì)磁系統(tǒng)自動(dòng)控制框圖華南理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院 機(jī)械工程 2012 級(jí)本科業(yè)余 PLC 控制混合動(dòng)力汽車過程174 4 PLCPLC 控制控制 HEVHEV 過程過程汽車在行駛過程中，PLC 控制 HEV 整車線路比較復(fù)雜，本次論文研究主要是以PLC 控制 HEV 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，在此分析日常生活的啟動(dòng)、低速轉(zhuǎn)中速、全速和減速這四個(gè)方面的控制，以此來保證行駛的正常運(yùn)行工作。4.14.1 P

41、LCPLC 控制行駛的幾個(gè)過程情況控制行駛的幾個(gè)過程情況(1)在啟動(dòng)過程方面充分利用電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的低速扭矩當(dāng)汽車啟動(dòng)時(shí)，TOYOTA 油電混合動(dòng)力系統(tǒng)僅使用由 HV 蓄電池提供能量的電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力啟動(dòng)，這時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)并不運(yùn)轉(zhuǎn)。因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)不能在低旋轉(zhuǎn)帶輸出大扭矩， 而電動(dòng)機(jī)可以靈敏、順暢、高效地進(jìn)行啟動(dòng)（如圖 4-1）所示。注意：各位車主在啟注意：各位車主在啟動(dòng)時(shí)不要麻木踩盡油門，由于這樣電動(dòng)機(jī)接收到信號(hào)后，加大轉(zhuǎn)速和扭矩，在電動(dòng)動(dòng)時(shí)不要麻木踩盡油門，由于這樣電動(dòng)機(jī)接收到信號(hào)后，加大轉(zhuǎn)速和扭矩，在電動(dòng)機(jī)還沒有預(yù)熱情況下，對(duì)電機(jī)本身容易造成過負(fù)荷，從而令電機(jī)消磁，電機(jī)損壞。機(jī)還沒有預(yù)熱情況下，對(duì)電機(jī)本身

42、容易造成過負(fù)荷，從而令電機(jī)消磁，電機(jī)損壞。圖 4-1 啟動(dòng)過程 (2)在低速轉(zhuǎn)中速方面由高效利用能量的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)行駛對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)而言，在低速中速帶的效率并不理想，而另一面，電動(dòng)機(jī)在低速-中速帶性能優(yōu)越。因此，在用低速-中速行駛時(shí)，油電混合動(dòng)力系統(tǒng)使用 HV 蓄電池的電力，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)行駛（如圖 4-2）所示。注意：注意：HVHV 蓄電池的電量少時(shí)，利用發(fā)動(dòng)機(jī)來帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，為電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力。蓄電池的電量少時(shí)，利用發(fā)動(dòng)機(jī)來帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，為電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力。華南理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院 機(jī)械工程 2012 級(jí)本科業(yè)余 PLC 控制混合動(dòng)力汽車過程18圖 4-2 低速轉(zhuǎn)中速 (3)在全速方面利用雙動(dòng)力來獲

43、得更高一級(jí)的加速在需要強(qiáng)勁加速力（如爬陡坡及超車）時(shí)，HV 蓄電池也提供電力，來加大電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)力。通過發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)雙動(dòng)力的結(jié)合使用，TOYOTA 油電混合動(dòng)力系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)與高一級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)同等水平的強(qiáng)勁而流暢的加速性能（如圖 4-3）所示。圖 4-3 全速過程 (4)在減速過程方面 將減速時(shí)的能量回收到 HV 蓄電池中用于再利用 在踩制動(dòng)器和松油門時(shí)，TOYOTA 油電混合動(dòng)力系統(tǒng)使車輪的旋轉(zhuǎn)力帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，將其作為發(fā)電機(jī)使用。減速時(shí)通常作為摩擦熱散失掉的能量，在此被轉(zhuǎn)換成電能，回收到 HV 蓄電池中進(jìn)行再利用（如圖 4-4）所示。華南理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院 機(jī)械工程 2012 級(jí)本科業(yè)余 P

44、LC 控制混合動(dòng)力汽車過程19圖 4-4 減速過程4.24.2 PLCPLC 控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)混合動(dòng)力汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用 PLC（可編程序控制器）作為主控制器，主控制器根據(jù)油門踏板傳感器、制動(dòng)踏板傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、車速傳感器、傳動(dòng)箱位置傳感器、電源荷電狀態(tài)等一系列信號(hào)，確定混合動(dòng)力汽車的工作模式，控制傳動(dòng)箱的傳輸途徑，通過 RS485 串行通訊控制發(fā)動(dòng)機(jī)和同步電機(jī)（驅(qū)動(dòng)電機(jī)）工作。 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)各控制器之間采用單主機(jī)/多從機(jī)的組網(wǎng)方式，PLC 主控制器為主機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門控制器（舵機(jī)控制器） 、同步電機(jī)變頻器等為從機(jī)。采用 RS485 接口：異步，半雙工，采用 MODBUS 協(xié)議，波

45、特率 9600bps，數(shù)據(jù)格式：1-8-N-2，RTU。主控制器采用艾默生公司的 PLC，結(jié)構(gòu)小巧，運(yùn)算速度快，抗干擾能力較強(qiáng)，可靠性較好；支持開關(guān)量、模擬量輸入輸出，支持高頻輸入輸出；有 2 個(gè)異步串行通訊端口：PORT0：RS232，PORT1：RS232 或 RS485； 支持編程口協(xié)議、 MODBUS 協(xié)議、自由口協(xié)議、ECBUS（艾默生專用協(xié)議） ，可組成 1:N，N:N 網(wǎng)絡(luò)等。發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門的開度采用一個(gè)舵機(jī) （特殊電機(jī)）來驅(qū)動(dòng)，舵機(jī)通過舵機(jī)控制器來控制。舵機(jī)控制器采用 89C52 芯片，為舵機(jī)提供固定頻率不同占空比的脈沖輸入，改變占空比可以改變舵機(jī)的轉(zhuǎn)角，從而改變節(jié)氣門開度。 主

46、控制器通過 RS485 串行通訊給舵機(jī)控制器發(fā)送節(jié)氣門開度指令。另外，由于同步電機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)電磁式的車速傳感器會(huì)產(chǎn)生較大的干擾，所以，車速傳感器采用抗干擾能力較強(qiáng)的霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器?；魻柺杰囁賯鞲衅鲗④囁傩盘?hào)傳送給舵機(jī)控制器，再通過舵機(jī)控制器傳送給 PLC（如 4-5）所示。 華南理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院 機(jī)械工程 2012 級(jí)本科業(yè)余 PLC 控制混合動(dòng)力汽車過程20圖 4-5 PLC 控制行駛過程4.34.3 混合動(dòng)力汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制線路圖混合動(dòng)力汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制線路圖同步電機(jī)的控制器采用艾默生公司的 EV6000 變頻器，支持直流輸入、PWM 波交流輸出，支持 RS485 串行通

47、訊，直流輸入為 500V 等。主控制器 PLC 可以通過RS485 串行通訊完成對(duì)變頻器控制參數(shù)（啟動(dòng)、正反轉(zhuǎn)、運(yùn)行頻率、停車方式、加減速時(shí)間等） 的修改，實(shí)現(xiàn)對(duì)同步電機(jī)工作的間接控制，還可以通過檢索變頻器狀態(tài)參數(shù)獲取變頻器運(yùn)行頻率、輸出電流、輸出轉(zhuǎn)矩等參數(shù)。因?yàn)檐囉秒姍C(jī)要求轉(zhuǎn)矩響應(yīng)快，轉(zhuǎn)矩和速度控制精度較高，而且作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)，需要頻繁啟停、加減速、正反轉(zhuǎn)、驅(qū)動(dòng)發(fā)電等，所以需要對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速方向進(jìn)行跟蹤和判別，這需要在電機(jī)軸上安裝 PG（編碼器） ，并對(duì)電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩矢量控制。結(jié)合電動(dòng)汽車的特點(diǎn)，同步電機(jī)采用速度控制，在矢量控制方式下，通過設(shè)定速度調(diào)節(jié)器的比例增益 P 和積分時(shí)間 I，可以改變

48、矢量控制的速度響應(yīng)特性。（如4-6 所示）華南理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院 機(jī)械工程 2012 級(jí)本科業(yè)余 PLC 控制混合動(dòng)力汽車過程21圖 4-6 電機(jī)控制線路華南理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院 機(jī)械工程 2012 級(jí)本科業(yè)余 PLC 控制混合動(dòng)力汽車過程225 5 HEVHEV 車輛故障檢測(cè)與維修車輛故障檢測(cè)與維修5.15.1 故障現(xiàn)象與分析故障現(xiàn)象與分析（一）故障現(xiàn)象：離合器打滑，行駛中車輛發(fā)沖，發(fā)動(dòng)機(jī)飛車。（二）故障原因分析：圖 5-1 故障分析圖混合動(dòng)力車輛的離合器雖然是傳統(tǒng)離合器模式，但是離合器的分離與結(jié)合已經(jīng)不由司機(jī)控制，控制交由離合器自動(dòng)控制系統(tǒng)完成，在傳統(tǒng)離合器上，離合具有半離合狀態(tài)，可控制

49、車輛不出現(xiàn)發(fā)抖的現(xiàn)象，而目前離合器控制系統(tǒng)只具備結(jié)合與分離兩種狀態(tài)，不具備半離合狀態(tài)，為避免出現(xiàn)車輛發(fā)抖的現(xiàn)象發(fā)生，在離合器結(jié)合之前，HCU 會(huì)將發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)調(diào)速至與當(dāng)前檔位，車速匹配的轉(zhuǎn)速，以便結(jié)合不出現(xiàn)沖擊，發(fā)抖現(xiàn)象。如果是間隙性打滑、飛車、車輛發(fā)抖故障，則問題必定不在離合器本身，而在離合器控制系統(tǒng)上，出現(xiàn)這種原因大部分都是因?yàn)殡x合器結(jié)合過慢或總分泵回位不到底導(dǎo)致。因?yàn)樵谡５那闆r下，HCU 控制器發(fā)出離合器結(jié)合指令后，默認(rèn)為離合器會(huì)在 0.5秒后自動(dòng)結(jié)合，在 0.5 秒后發(fā)動(dòng)機(jī)就變?yōu)橛烷T控制，不再由 HCU 控制，而當(dāng)離合器華南理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院 機(jī)械工程 2012 級(jí)本科業(yè)余 PLC

50、控制混合動(dòng)力汽車過程23結(jié)合過慢時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)就會(huì)響應(yīng)油門，出現(xiàn)飛車現(xiàn)象，當(dāng)離合器真正結(jié)合時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和當(dāng)前車速、檔位已經(jīng)不匹配，必然會(huì)造成車輛發(fā)沖現(xiàn)象。容易引起離合器結(jié)合過慢的原因有：1.繼動(dòng)閥氣缸磨損，導(dǎo)致氣缸回位過慢，離合器回位不到底。2.CCU 內(nèi)部電磁閥磨損，導(dǎo)致放氣不暢通，離合器回位不到底。3.氣缸支架變形，導(dǎo)致總泵回位不暢。 4.離合總泵、分泵自由行程過小，導(dǎo)致離合器回位時(shí)間過久，超過 0.5 秒。5.25.2 故障檢測(cè)與排除故障檢測(cè)與排除通過數(shù)據(jù)觀察車輛發(fā)生故障時(shí)，是否是離合器回位過慢或者離合器回位不到位引起的。離合器回位過慢：圖 5-2 故障曲線圖從上圖中看到，離合器結(jié)合指令發(fā)

51、出后，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速出現(xiàn)飆升，之后回落至電機(jī)轉(zhuǎn)速，便一切正常，從此種現(xiàn)象可推斷，造成此現(xiàn)象的原因即為離合器回位過慢導(dǎo)致的。解決方法：1.調(diào)大離合總分泵自由行程（但不可過大，過大則導(dǎo)致離合器分離不清）2.檢查繼動(dòng)閥氣缸是否磨損華南理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院 機(jī)械工程 2012 級(jí)本科業(yè)余 PLC 控制混合動(dòng)力汽車過程243.更換 CCU離合器回位不到底：圖 5-3 故障數(shù)據(jù)圖當(dāng)離合器分離指令為 0 時(shí)，即離合器已經(jīng)處于結(jié)合狀態(tài)。數(shù)據(jù) 1 中可看出，當(dāng)處于結(jié)合狀態(tài)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)該始終處于一致狀態(tài)，而發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速隨著油門變大而上升并脫離電機(jī)轉(zhuǎn)速，當(dāng)收油門時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速又回落至電機(jī)轉(zhuǎn)速，此數(shù)據(jù)明顯說明

52、，離合器結(jié)合不緊密，處于半離合（打滑）狀態(tài)。從數(shù)據(jù) 2 中看出，當(dāng)處于結(jié)合狀態(tài)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速始終一致，并沒有隨著油門的增大而脫離電機(jī)轉(zhuǎn)速，從此可判斷出離合器結(jié)合緊密。根據(jù)以上兩段數(shù)據(jù)分析，此故障不太可能是離合器本身故障引起，因?yàn)槿羰请x合器本身故障，不應(yīng)出現(xiàn)時(shí)好時(shí)壞的現(xiàn)象，所以可判斷為離合器操縱機(jī)構(gòu)卡滯導(dǎo)致回位不徹底造成的。華南理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院 機(jī)械工程 2012 級(jí)本科業(yè)余 PLC 控制混合動(dòng)力汽車過程256 6 混合動(dòng)力汽車優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)混合動(dòng)力汽車優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)6.16.1 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：（1)混合動(dòng)力汽車廢氣排放量低，符合“低碳經(jīng)濟(jì)”的發(fā)展規(guī)律。面對(duì)全球氣候變化，急需世界各國協(xié)同減

53、低或控制二氧化碳排放，“低碳經(jīng)濟(jì)”在這種形勢(shì)下應(yīng)運(yùn)而生。所謂“低碳經(jīng)濟(jì)”是指在可持續(xù)發(fā)展理念指導(dǎo)下，通過技術(shù)創(chuàng)新、制度創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型、新能源開發(fā)等多種手段，盡可能地減少煤炭、石油等高碳能源消耗，減少溫室氣體排放，達(dá)到經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護(hù)雙贏的一種經(jīng)濟(jì)發(fā)展形態(tài)。低碳經(jīng)濟(jì)是以低能耗、低污染、低排放為基礎(chǔ)的經(jīng)濟(jì)模式。據(jù)資料顯示，混合動(dòng)力汽車的混合動(dòng)力裝置發(fā)揮發(fā)動(dòng)機(jī)持續(xù)工作時(shí)間長，動(dòng)力性好的優(yōu)點(diǎn)，又可以充分利用電動(dòng)機(jī)無污染、低噪聲的好處，二者“并肩戰(zhàn)斗”，取長補(bǔ)短，使汽車的熱效率提高 10%以上，廢氣排放改善 30%以上，大大降低污染，符合“低碳經(jīng)濟(jì)”低污染發(fā)展規(guī)律。(2)雖然原動(dòng)機(jī)會(huì)有排放產(chǎn)生

54、，但是由于原動(dòng)機(jī)主要工作在最佳工況點(diǎn)附近，因而大大減少了汽車上內(nèi)燃機(jī)變工況(特別是低速、怠速)時(shí)的排放，由于可回收制動(dòng)能量，使得混合動(dòng)力電動(dòng)汽車成為較低排放的節(jié)能汽車。(3)借助原動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力直接帶動(dòng)車內(nèi)空調(diào)、暖風(fēng)、真空助力器、動(dòng)力轉(zhuǎn)向等汽車電器附件，無需再消耗電池組內(nèi)有限的電能。在某些對(duì)汽車排放嚴(yán)格限制的地區(qū)(如商業(yè)區(qū)、旅游區(qū)、居民小區(qū)等)，混合動(dòng)力電動(dòng)汽車可以關(guān)閉 APU，由純電力方式驅(qū)動(dòng)，成為零排放的電動(dòng)汽車。(4) 在能源短缺的大環(huán)境下，混合動(dòng)力汽車的發(fā)展符合社會(huì)發(fā)展的趨勢(shì)。能源危機(jī)問題已經(jīng)是世界范圍內(nèi)的共性問題。盡管混合動(dòng)力并不是汽車替代能源措施的最終解決方案，但在最終解決方案未定

55、論前，它的出現(xiàn)讓人們?yōu)橹老?。并且已?jīng)確確實(shí)實(shí)在節(jié)能技術(shù)上有所作為。混合動(dòng)力技術(shù)的問世，是現(xiàn)階段解決能源問題的有效措施，符合社會(huì)節(jié)能環(huán)保的發(fā)展趨勢(shì)。 （5）電能的取得比石油更為簡單，成本更低，利用各種方式獲得電源來供給電力汽車的使用，讓汽車的使用成本更低，同時(shí)由于電動(dòng)汽車的環(huán)保性，將令它成為新時(shí)代的交通工具的代表，廣受世界各國人民的喜歡，這也就注定它擁有龐大的市場(chǎng)。華南理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院 機(jī)械工程 2012 級(jí)本科業(yè)余 PLC 控制混合動(dòng)力汽車過程266.26.2 缺點(diǎn)缺點(diǎn)缺點(diǎn)：(1) 混合動(dòng)力汽車維修復(fù)雜，電機(jī)保養(yǎng)麻煩，輕度混合動(dòng)力汽車節(jié)能與環(huán)保作用不大，中國目前市場(chǎng)上一部輕度混合汽車都在

56、 20 萬左右（國家補(bǔ)貼是由銷售商扣除或是補(bǔ)貼），通常 20 萬的車輛使用在高速路上較多（個(gè)人在說一句，如果在只是上下班沒有人會(huì)愿意買 20 噸重的車），電機(jī)使用時(shí)間不少，更是發(fā)動(dòng)機(jī)為主要?jiǎng)恿碓础Ｖ囟然旌蟿?dòng)力（如 BMW7 系 HYB 版），價(jià)格比 7 系增壓發(fā)動(dòng)機(jī)貴，而且比增壓要重 4 噸。在駕駛性方面就達(dá)打折扣了。目前蓄電池蓄電量是主要技術(shù)瓶頸，7 種蓄電池在不同溫度下蓄電能力均大有差別。蓄電池難以回收再利用，蓄電池里的石棉對(duì)人類呼吸道破壞力很大。這樣只會(huì)造成更嚴(yán)重的惡性循環(huán)，環(huán)保變成更大度污染。 (2) 內(nèi)燃機(jī)與電機(jī)最優(yōu)耦合功率分配比的控制和實(shí)現(xiàn)、功率分配裝置及其與變速器一體化的設(shè)計(jì)。

57、混合動(dòng)力汽車發(fā)動(dòng)機(jī)頻繁啟動(dòng)、關(guān)閉，使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和附件的電能管理變得復(fù)雜，因此需要先進(jìn)的檢測(cè)和控制系統(tǒng)；現(xiàn)有的以熱力發(fā)動(dòng)機(jī)為主的混合動(dòng)力單元在將燃油轉(zhuǎn)化為有用功的同時(shí)，需要提高轉(zhuǎn)化效率，同時(shí)還要滿足嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。(3) 減小電力電子器件尺寸、減輕質(zhì)量和降低制造成本?；旌蟿?dòng)力汽車的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，依賴于上述電動(dòng)汽車配套的一次或二次動(dòng)力電池技術(shù)的進(jìn)步或突破，也有賴于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)技術(shù)提高，更重要的是完善驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)的系統(tǒng)集成。(4) 電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。電機(jī)必須要具有良好的可控性和容錯(cuò)能力，以及具有低噪聲、高效率的特點(diǎn)。華南理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院 機(jī)械工程 2012 級(jí)本科業(yè)余 PLC 控制混合動(dòng)力汽車過程2

58、77 7 混合動(dòng)力汽車的前景與展望混合動(dòng)力汽車的前景與展望汽車動(dòng)力系統(tǒng)是一個(gè)完整的體系，包括燃料、發(fā)動(dòng)機(jī)、動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)三個(gè)主要層次。根據(jù)生命周期循環(huán)分析，從油井到車輪的效率來看，源于石油的最佳組合是：汽油/柴油內(nèi)燃機(jī)混合動(dòng)力；源于天然氣、煤的氫燃料電池及其混合動(dòng)力可與合成燃料內(nèi)燃機(jī)及其混合動(dòng)力競(jìng)爭。近年來，汽車動(dòng)力系統(tǒng)最大的突破是混合動(dòng)力技術(shù)，它為汽車動(dòng)力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型奠定了基礎(chǔ)平臺(tái)。7.17.1 混合動(dòng)力汽車的市場(chǎng)混合動(dòng)力汽車的市場(chǎng)混合動(dòng)力汽車是未來 5 至 8 年內(nèi)汽車生廠商從傳統(tǒng)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)到電動(dòng)車的一個(gè)過渡車型?；旌蟿?dòng)力車比內(nèi)燃機(jī)更環(huán)保，降低汽車尾氣對(duì)環(huán)境的污染。而且混合動(dòng)力汽車更舒適，低速

59、起步是靠電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，使發(fā)動(dòng)機(jī)不再需要怠速運(yùn)轉(zhuǎn)，減低怠速時(shí)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)磨損，只要一適當(dāng)踩下油門，電機(jī)馬上推動(dòng)汽車。在到達(dá)一定負(fù)荷之后，發(fā)動(dòng)機(jī)才悄悄介入運(yùn)轉(zhuǎn)工作中?；旌蟿?dòng)力了汽車提高能耗性，電能直接轉(zhuǎn)化成磁力機(jī)械能，幾乎沒有能量損失，目前普通汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的能量轉(zhuǎn)換是 40%柴油發(fā)動(dòng)機(jī)接近 50%，電機(jī)的轉(zhuǎn)換是 99.8%，減少能量浪費(fèi)。7.27.2 成熟的混合動(dòng)力汽車技術(shù)成熟的混合動(dòng)力汽車技術(shù)混合動(dòng)力汽車的動(dòng)力系統(tǒng)的全面改進(jìn)，各種高新技術(shù)開始在混合動(dòng)力汽車上應(yīng)用，主要技術(shù)包括：燃油動(dòng)力與電動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)集成優(yōu)化技術(shù)不斷取得進(jìn)展，節(jié)能效果不斷提高；高性能鋰離子電池、鎳氫電池取代傳統(tǒng)的鉛酸電池；高效的一體化電

60、力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的直流電機(jī)；電動(dòng)輔助系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用提高了整車能量利用效率和性能；網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的應(yīng)用促進(jìn)了混合動(dòng)力汽車的模塊化和智能化；輕量化技術(shù)和電器結(jié)構(gòu)安全性技術(shù)得到了系統(tǒng)應(yīng)用。在混合動(dòng)力技術(shù)的發(fā)展上，表現(xiàn)出明顯的模塊化和平臺(tái)化趨勢(shì)，轎車混合動(dòng)力系統(tǒng)的模塊化愈加明顯，逐步推進(jìn)汽車動(dòng)力的電氣化。從只具備自動(dòng)啟停、怠速關(guān)機(jī)功能的“微混合”、以并聯(lián)式混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)為主體的“輕混合”和以混聯(lián)式為特征的“強(qiáng)混合”，隨著電功率的比例逐步提高，混合程度不斷提高，最終過渡到可充電式的串聯(lián)式“全混合”方式。城市客車混合動(dòng)力系統(tǒng)出現(xiàn)平臺(tái)化趨勢(shì)，發(fā)電機(jī)組+驅(qū)動(dòng)電機(jī)+儲(chǔ)能裝置，構(gòu)成了混合動(dòng)力系統(tǒng)的基本技術(shù)平臺(tái)。通過換用不同的