第8章 電動汽車控制系統(tǒng)設(shè)計

1、第第8章章 電動汽車控制系統(tǒng)設(shè)計電動汽車控制系統(tǒng)設(shè)計8.18.28.3 8.1 電動汽車動力總成控制器設(shè)計 圖8-1 動力總成控制器功能結(jié)構(gòu)圖8.1.1 8.1.1 動力總成控制器的功能分析動力總成控制器的功能分析電機驅(qū)動控制系統(tǒng)變速器擋位成組接觸器主接觸器鑰匙開關(guān)汽車電器系統(tǒng)PCU電池管理系統(tǒng)顯示儀表加速踏板制動踏板CAN總線 8.1 電動汽車動力總成控制器設(shè)計8.1.2 8.1.2 動力總成控制器芯片的選型動力總成控制器芯片的選型1. DSP介紹（1）改進的哈佛結(jié)構(gòu)體系（2）流水線技術(shù)（3）專用的硬件乘法器（4）多處理單元（5）特殊的DSP指令 8.1 電動汽車動力總成控制器設(shè)計 圖8-3

2、 DSP系統(tǒng)的設(shè)計流程2. DSP系統(tǒng)的設(shè)計流程3. DSP選型DSP應(yīng)用定義系統(tǒng)性能指標選擇DSP芯片軟件編程軟件調(diào)試硬件設(shè)計硬件調(diào)試系統(tǒng)集成系統(tǒng)測試和調(diào)試 8.1 電動汽車動力總成控制器設(shè)計 圖8-4 控制器硬件總體設(shè)計框圖8.1.3 8.1.3 動力總成控制器的硬件總體設(shè)計動力總成控制器的硬件總體設(shè)計1. 控制器硬件總體設(shè)計框圖CANA/DI/OPWM中央處理器TMS320F2812電源模塊時鐘復(fù)位開關(guān)指示燈模塊A/D線性隔離模塊I/O隔離模塊D/ARTC模塊SCI模塊USB模塊LIN模塊CAN模塊CPLD譯碼模塊PWM驅(qū)動模塊電子節(jié)氣門信號處理模塊JTAG接口 8.1 電動汽車動力總成

3、控制器設(shè)計 圖8-5 12V 轉(zhuǎn)5V 電路2. 控制器硬件系統(tǒng)各模塊電路設(shè)計（1）電源模塊設(shè)計IN+ OUT+IN- OUT-C36+C39C37+C38+12FGNDGNDVCC1234PW5ZUS6 1205 8.1 電動汽車動力總成控制器設(shè)計 圖8-6 5V 轉(zhuǎn)3.3V 和1.8V 電路C2010F+C210.1F1.8VC2210F+C230.1F1.8VAC2410F+C250.1F3.3VC2610F+C270.1F3.3VAAGNDAGNDNC /1RESETNC NC1GND NC/1EN 1FB/SENSE1IN 1OUT1IN 1OUTNC 2RESETNC NC2GND

4、NC2EN 2SENSE2IN 2OUT2IN 2OUTNC NCNC NC28272625242322212019181716151234567891011121314VCC1.8V1.8VA3.3V3.3VAD1D2D3DL5817DL4148TRSTR3 100KAGNDL1L2L3L4L5U2 PS767D318 8.1 電動汽車動力總成控制器設(shè)計 圖8-7 采用外部晶體的時鐘電路圖（2）復(fù)位電路（3）時鐘模塊U0 30MC3222PC3322PX1X2 8.1 電動汽車動力總成控制器設(shè)計 圖8-9 模擬隔離電路電源電路（4）A/D輸入線性隔離模塊AGND OUT+IN+ GNDIN-

5、 OUT-C39+C28C48+C29+12FGND-15w1234PW2ZUW101215C41+C325+15wWGND OUT+IN+ GNDIN- OUT-C34+C25C37+C28+12FGND-15w1234PW1ZUW101215+12FGNDC38+C275+15w 8.1 電動汽車動力總成控制器設(shè)計 圖8-10 D/A模塊工作原理圖（5）D/A模塊F2812XC95144XLD/A轉(zhuǎn)換器運放ISO124模擬隔離DACOUT1DACOUT2DACOUT3DACOUT4地址、數(shù)據(jù)、控制總線參考電源 8.1 電動汽車動力總成控制器設(shè)計 圖8-11 I/O接口輸入量隔離電路（6）I

6、/O量輸入輸出隔離模塊FGNDXINT2IN34RH4IN34U118RP4RP5XINT3Z143.3VTLP521-2 8.1 電動汽車動力總成控制器設(shè)計 圖8-14 CAN電源隔離模塊及CAN總線收發(fā)指示燈電路（7）CAN通信模塊GND2TXD31A 1YGND VCC2A 2YU7 07RXO15 3.3V46RX1TX1REDGENRC8 270RC7 2703.3V1+C36104C37104GDN +VVm 0VC39104C38104+5VCVCCCANBATBOSOSS243RC6250CGND 8.1 電動汽車動力總成控制器設(shè)計 圖8-15 SCI串行通信模塊電路（8）SC

7、I串行通信模塊104 1RS1 100C1+ VCCC1- V+C2+ V-C2- GNDT1IN T1OUTT2IN T2OUTR1OUT R1INR2OUT R2INSCIRXDASCITXDACS1104 4CS216 VCC CS31042 VCC CS46 VCC CS5104104351110LVX14U22A9LVX143 2U22B4SCIRXDA594837261CAN DB97813 RXD214 TXD215 GND121 RX1 8.1 電動汽車動力總成控制器設(shè)計 圖8-17 控制器軟件的分層模型8.1.4 8.1.4 動力總成控制器的軟件設(shè)計動力總成控制器的軟件設(shè)計1

8、. 軟件構(gòu)成管理層控制管理 診斷 通信數(shù)據(jù)池執(zhí)行層算法庫操作庫接口層 8.1 電動汽車動力總成控制器設(shè)計圖8-20 剎車踏板周期采樣任務(wù)2. 任務(wù)詳細分析（1）初始化任務(wù)（2）剎車踏板周期采樣任務(wù)開始調(diào)用系統(tǒng)函數(shù)使用周期性警報開始采樣 采樣完成否？ 剎車是否被踩下？調(diào)用系統(tǒng)函數(shù)發(fā)送剎車信息等待延時到期事件清除延時到期事件調(diào)用系統(tǒng)函數(shù)終止自己YESYESNONO 8.1 電動汽車動力總成控制器設(shè)計圖8-22 油門踏板周期采樣任務(wù)（3）電子節(jié)氣門開度采樣任務(wù)（4）油門踏板周期采樣任務(wù)開始調(diào)用系統(tǒng)函數(shù)使用周期性警報開始采樣 采樣完成？調(diào)用系統(tǒng)函數(shù)發(fā)送油門信息等待延時到期事件清除延時到期事件YESNO

9、 8.1 電動汽車動力總成控制器設(shè)計 圖8-25 CAN 總線接收任務(wù)（5）打滑控制任務(wù)（6）能量回收任務(wù)（7）CAN總線接收任務(wù)開始調(diào)用系統(tǒng)函數(shù)使用周期性報警調(diào)用CAN總線接收信息函數(shù)讀入各buffer中的CAN信息按順序?qū)AN消息中的數(shù)據(jù)信息保存到數(shù)組CANData108等待延時到期事件清除延時到期事件 8.1 電動汽車動力總成控制器設(shè)計 圖8-26 CAN 總線發(fā)送任務(wù)（8）CAN總線發(fā)送任務(wù)（9）整車運行控制策略任務(wù)（10）電子節(jié)氣門控制任務(wù)等待CAN總線信息發(fā)送事件YES開始獲取需要發(fā)送的信息數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)打包調(diào)用CAN發(fā)送消息函數(shù)NO 信息發(fā)送完全否？ 8.1 電動汽車動力總成控

10、制器設(shè)計 圖8-31 SCI 接收中斷服務(wù)程序（11）SCI通信發(fā)送任務(wù)（12）剎車踏板中斷服務(wù)程序（13）SCI接收中斷服務(wù)程序NO接收數(shù)據(jù)YES開始 需要開始發(fā)送數(shù)據(jù)？ 需要停止發(fā)送數(shù)據(jù)？全局變量SCISEND0退出激活SCI通信發(fā)送任務(wù)全局變量SCISEND1NOYES 8.1 電動汽車動力總成控制器設(shè)計3. 整車控制策略（1）串聯(lián)型混合動力電動汽車的控制策略 “恒溫器”控制模式 發(fā)動機跟蹤器控制模式（2）并聯(lián)式混合動力汽車的控制策略 以車速為主要參數(shù)的控制策略 以功率為主要參數(shù)的控制策略 采用優(yōu)化技術(shù)的控制策略 以成本和燃油經(jīng)濟性為目標的控制策略 8.1 電動汽車動力總成控制器設(shè)計4.

11、 CAN總線通信軟件設(shè)計NO初始化結(jié)束得到中斷標志否？YES開始取命令字發(fā)送數(shù)據(jù)文件發(fā)送數(shù)據(jù)串處接收數(shù)據(jù)串處接收數(shù)據(jù)文件接收控制參數(shù)發(fā)CAN控制器圖8-32 CAN 節(jié)點通訊主程序流程圖 8.1 電動汽車動力總成控制器設(shè)計8.1.5 8.1.5 動力總成控制器硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)動力總成控制器硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)圖8-33 動力總成控制器HILSS結(jié)構(gòu)發(fā)動機模型電機模型電池模型傳動系模型汽車動力學模型司機模型dSPACEPCU操作人員PC監(jiān)控系統(tǒng) 8.2 電動汽車的能量管理系統(tǒng)8.2.1 8.2.1 能量管理系統(tǒng)的主要功能能量管理系統(tǒng)的主要功能（1）對電動汽車電池組中的每塊電池的端電壓和 溫度進行采集

12、。（2）隨時預(yù)報電動汽車的續(xù)駛里程。（3）電池需要充電時，及時報警，以防止蓄電池 過放電而影響其使用壽命。（4）自動用好的電池替換壞的電池。（5）合理分配各能量源在電動汽車上的使用，以 便達到節(jié)能的目的。（6）綜合考慮各電池的充電狀態(tài)，確定何時該停 止充電。 8.2.28.2.2 能量管理系統(tǒng)的構(gòu)成能量管理系統(tǒng)的構(gòu)成圖8-34 均衡充放電管理系統(tǒng)框圖8.2 電動汽車的能量管理系統(tǒng)1. 電壓均衡管理（1）充電過程中的電壓 均衡管理（2）放電階段的電壓均衡 管理 圖8-36 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖8.2 電動汽車的能量管理系統(tǒng)2. 充放電狀態(tài)的管理 8.2 電動汽車的能量管理系統(tǒng)3. 電池容量的預(yù)測（1）放電

13、實驗法（2）密度法（3）Ah計量法（4）開路電壓法 8.2 電動汽車的能量管理系統(tǒng)（5）內(nèi)阻測量法（6）恢復(fù)效應(yīng)法（7）線性模型法（8）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法（9）卡爾曼濾波法 8.2 電動汽車的能量管理系統(tǒng)4. 電動汽車剩余里程預(yù)測（1）驅(qū)動力和行駛阻力平衡方程式20cossin21.25e gtDaM i iC AuG duGfGrg dthdaa=+（2）功率平衡方程331d()36003600761403600daaDaaetGfuGiuC AuGuuPgtdh=+ 8.2 電動汽車的能量管理系統(tǒng)（3）電動汽車能量平衡方程式的建立（4）剩余里程預(yù)測的算法331d()3600360076140360

14、0daaDaabtmGfuGiuC AuGuuPgtdh h=+36004.59(km/h)utmaDWGfSGiSuSACh h-=5. 能量管理系統(tǒng)中的故障診斷及運行防護 8.2.3 8.2.3 能量管理系統(tǒng)的硬件設(shè)計能量管理系統(tǒng)的硬件設(shè)計圖8-39 充電器典型的充電過程示意圖8.2 電動汽車的能量管理系統(tǒng)1. 主充電器 圖8-40 電流峰值控制模式框圖8.2 電動汽車的能量管理系統(tǒng)2. 輔助充電器電流瞬時采樣穩(wěn)壓調(diào)節(jié)（誤差放大）電壓采樣電壓基準PWM發(fā)生 圖8-41 由兩個N MOS構(gòu)成的雙向開關(guān) 8.2 電動汽車的能量管理系統(tǒng)3. 開關(guān)組件的設(shè)計GM1M2D1D2Q1Q2GNDVccC

15、d 圖8-42 磁耦隔離驅(qū)動電路 8.2.4 8.2.4 能量管理系統(tǒng)的軟件設(shè)計能量管理系統(tǒng)的軟件設(shè)計圖8-43 軟件主流程圖8.2 電動汽車的能量管理系統(tǒng)系統(tǒng)初始化SOCSOCH采集電壓、電流、溫度數(shù)據(jù)顯示（顯示電壓、電流、溫度等）計算電池電量SOCSOCSOCL發(fā)動機是否工作發(fā)動機是否工作關(guān)閉發(fā)電機啟動發(fā)電機發(fā)電NONONOYESYESYESYESNO 8.3.1 8.3.1 制動能量回饋系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)制動能量回饋系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 及主要研究內(nèi)容及主要研究內(nèi)容圖8-46 再生液壓混合制動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)8.3 電動汽車制動能量回饋系統(tǒng) 8.3.2 8.3.2 制動能量回饋的基本原理制動能量回饋的基本原理圖8-47 感應(yīng)電機發(fā)電狀態(tài)時的特性曲線8.3 電動汽車制動能量回饋系統(tǒng) 8.3.3 8.3.3 再生制動的影響因素再生制動的影響因素8.3 電動汽車制動能量回饋系統(tǒng)（1）行駛工況。（2）電機因素。（3）電池因素。（4）驅(qū)動型式。 8.3.4 8.3.4 制動模式與能量的分析制動模式與能量的分析8.3 電動汽車制動能量回饋系統(tǒng)助力蓄電池管理模塊動力蓄電池組高壓電自動斷路控制器整車控制模塊加速踏板位置車速