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        混合動(dòng)力汽車整車控制器開發(fā)

        2017-10-17 13:47:53蔡宗慜
        卷宗 2017年26期
        關(guān)鍵詞:混合動(dòng)力汽車

        蔡宗慜

        摘 要:混合動(dòng)力汽車能夠有機(jī)組合發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)及動(dòng)力電池等部件,能夠?qū)?nèi)燃機(jī)汽車、電動(dòng)汽車的優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮出來,是降低石油消耗及減少二氧化碳排放的重要方法。整車控制器在混合動(dòng)力汽車開發(fā)中,是各類控制措施的最終運(yùn)行載體,是滿足汽車動(dòng)力系統(tǒng)協(xié)同工作的重要部件。為此,必須重視混合動(dòng)力汽車整車控制器開發(fā)。本文結(jié)合ISG混合動(dòng)力汽車,分析了汽車轉(zhuǎn)矩需求、發(fā)動(dòng)機(jī)工作區(qū)優(yōu)化及整車控制策略,并利用實(shí)車試驗(yàn),實(shí)現(xiàn)了多種工作模式,表明此整車控制器開發(fā)具有可行性。

        關(guān)鍵詞:混合動(dòng)力汽車;整車控制器;實(shí)車試驗(yàn);車輛轉(zhuǎn)矩

        在社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的今天,當(dāng)前世界汽車工業(yè)發(fā)展面臨著兩大挑戰(zhàn),即能源短缺與環(huán)境污染,開展新能源汽車研究已經(jīng)刻不容緩。相比傳統(tǒng)汽車,混合動(dòng)力汽車不僅具備內(nèi)燃機(jī)車的特征,同時(shí)還具備電動(dòng)車的優(yōu)點(diǎn),在經(jīng)濟(jì)性提升與減少污染排放方面意義重大。因混合動(dòng)力汽車需要各個(gè)部位部件的相互協(xié)作,要求在一定控制措施下持續(xù)、快速地切換工作模式,因此對(duì)整車控制系統(tǒng)開發(fā)提出了更高的要求,作為混合動(dòng)力汽車的關(guān)鍵性控制部件,整車控制器需按照駕駛員加速踏板位置、檔位等操作及蓄電池荷電狀態(tài)等,將運(yùn)行所需的所有參數(shù)準(zhǔn)確計(jì)算出來,如發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)輸出功率等,進(jìn)而達(dá)到全部動(dòng)力部件運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào),保證正常行駛電動(dòng)汽車,與此同時(shí),還可利用行車充電、制動(dòng)能量回收等獲取更高能量效率。由此可見,于汽車動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性及可靠性而言,整車控制器開發(fā)影響巨大。

        1 整車控制器設(shè)計(jì)

        1、混合動(dòng)力汽車系統(tǒng)分析

        某混合動(dòng)力汽車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)屬于典型單軸并聯(lián)式結(jié)構(gòu),整車工作模式包括純汽油機(jī)驅(qū)動(dòng)、混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)、再生制動(dòng)等。車輛運(yùn)行時(shí),利用各種硬件線路整車控制器進(jìn)行相關(guān)參數(shù)采集,如車輛狀態(tài)、駕駛員意圖等。通過極速運(yùn)行的CPU與控制端口進(jìn)行預(yù)設(shè)控制算法及管理策略的執(zhí)行,并利用CAN總線、開關(guān)輸出端口等將指令、信息傳送給動(dòng)力系統(tǒng)執(zhí)行部件,以此實(shí)現(xiàn)有效控制。

        2、車輛轉(zhuǎn)矩需求分析

        相比傳統(tǒng)汽車,混合動(dòng)力汽車轉(zhuǎn)矩需求基本一致,利用加速踏板駕駛員可將其驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩需求充分反映出來。可通過公式表示駕駛員驅(qū)動(dòng)需求轉(zhuǎn)矩。

        其中,加速踏板開度可由α表示;

        當(dāng)前轉(zhuǎn)速下發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩可由Temax表示;

        當(dāng)前轉(zhuǎn)速下電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩可由Tmmax表示。

        于混合動(dòng)力汽車來講,為避免動(dòng)力電池組過放電,必須對(duì)電池組充電,其決定因素為電池組荷電狀態(tài)系數(shù)SOC,電池組充電需求電流計(jì)算公式如下:

        其中,電池組最大允許充電電流可由Ichgmax表示;

        所需充電轉(zhuǎn)矩可由Tchg表示;其公式如下:

        其中,ISG電機(jī)控制器直流端電壓可由U表示;

        ISG電機(jī)轉(zhuǎn)速可由n表示。

        則總轉(zhuǎn)矩需求可由下式表示:

        3、發(fā)動(dòng)機(jī)工作區(qū)優(yōu)化

        由發(fā)動(dòng)機(jī)工作特征分析,低速、小負(fù)荷狀態(tài)下,發(fā)動(dòng)機(jī)具有較低效率,及較高的燃油消耗。通過相關(guān)條件,可進(jìn)行最小、最佳及最大優(yōu)化工作轉(zhuǎn)矩的確定,則發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)化工作區(qū)則位于最小、最大優(yōu)化工作轉(zhuǎn)矩曲線內(nèi)。

        通過調(diào)節(jié)ISG電機(jī),保證在最佳優(yōu)化工作轉(zhuǎn)矩曲線及發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)化工作區(qū)控制發(fā)動(dòng)機(jī)工作。如轉(zhuǎn)矩需求在最小優(yōu)化工作轉(zhuǎn)矩以下,則必須將發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門開度適當(dāng)加大,保證在優(yōu)化工作區(qū)內(nèi)控制發(fā)動(dòng)機(jī)工作,ISG電機(jī)可被多余轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)發(fā)電,進(jìn)行電池充電。如轉(zhuǎn)矩需求在最小、最大優(yōu)化工作轉(zhuǎn)矩間,此時(shí)其模式為發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)模式。如需求轉(zhuǎn)矩在最大優(yōu)化工作轉(zhuǎn)矩以上,發(fā)動(dòng)機(jī)利用電機(jī)助力可持續(xù)在優(yōu)化工作區(qū)內(nèi)工作。如電機(jī)產(chǎn)生阻力轉(zhuǎn)矩最大值后,依舊與需求轉(zhuǎn)矩不符,則需持續(xù)將節(jié)氣門開度增大,并不斷加大發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩輸出,達(dá)到車輛轉(zhuǎn)矩需求。

        4、軟、硬件設(shè)計(jì)

        (1)軟件設(shè)計(jì)。Code Warrior4.6是整車控制器軟件設(shè)計(jì)環(huán)境,配置Freescale16位仿真器。實(shí)車試驗(yàn)過程中,可進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的及時(shí)采集及記錄,并能及時(shí)更新控制器內(nèi)的控制策略參數(shù)?;诖耍x取VisuaIC++與CAN卡所反映的驅(qū)動(dòng)接口進(jìn)行采集數(shù)據(jù)、在線調(diào)試軟件的開發(fā),該軟件能夠?qū)AN卡內(nèi)采集的相關(guān)信息全面顯示、儲(chǔ)存及回放,且利用車載計(jì)算機(jī)通過CAN網(wǎng)絡(luò)在E2ROM內(nèi)寫入控制策略參數(shù),以此更新控制策略參數(shù)。

        (2)硬件設(shè)計(jì)??刂破饔布腔旌蟿?dòng)力汽車整車控制器開發(fā)的重點(diǎn),具體內(nèi)容如表1所示。

        2 混合動(dòng)力汽車整車控制器工作模式驗(yàn)證

        為對(duì)整車控制器及其控制策略開發(fā)進(jìn)行驗(yàn)證,需做好實(shí)車試驗(yàn)工作,具體如下:

        1、發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)。選取ISG電機(jī)替代傳統(tǒng)起動(dòng)機(jī),如START檔為鑰匙開關(guān)位置,ISG電機(jī)可接收到整車控制器調(diào)速模式指示,每分鐘目標(biāo)轉(zhuǎn)速為800r。整車控制器可閉合繼電器,并將發(fā)動(dòng)機(jī)控制器接通,隨后開始起動(dòng)車輛,達(dá)到噴油、點(diǎn)火的目的。

        2、行車充電。加速踏板在30—50s之間約有10%開度,如油門為此開度,此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)工作效率、負(fù)荷較低。如不斷增加油門開度,約40%時(shí),則ISG電機(jī)可通過多余轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng),實(shí)現(xiàn)發(fā)電、電池充電功能。

        3、純發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。加速踏板在50到70s之間約為33%開度,此時(shí)0為充電轉(zhuǎn)矩需求,如工作轉(zhuǎn)速不變,油門為68%開度時(shí)即可與駕駛員驅(qū)動(dòng)需求轉(zhuǎn)矩相符。按照發(fā)動(dòng)機(jī)工作特征,該階段發(fā)動(dòng)機(jī)工作效率高。

        4、混合驅(qū)動(dòng)。加速踏板在205到215s之間時(shí),其開度約為100%,此時(shí)為最大開度值。ISG電機(jī)同時(shí)助力,每米輸出轉(zhuǎn)矩為100N左右。252V為母線電壓,100A為母線電流。

        5、停車充電。電池組荷電狀態(tài)系數(shù)較低的情況下,則處于停車狀態(tài),此時(shí)可將發(fā)動(dòng)機(jī)開啟進(jìn)入充電階段,該過程針對(duì)加速或制動(dòng)踏板整車控制器無任何反應(yīng)。按照目標(biāo)充電及具體充電電流之間的差異,整車控制器可進(jìn)行油門開度的適當(dāng)調(diào)節(jié),形成一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)中電機(jī)工作模式為調(diào)速狀態(tài),每分鐘目標(biāo)轉(zhuǎn)速為1200r,保證在過低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下仍能啟動(dòng)汽車,不會(huì)出現(xiàn)熄火現(xiàn)象。

        3 結(jié)束語

        綜上所述,隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,我國能源消耗愈加嚴(yán)重,為緩解能源短缺問題,必須重視新能源的開發(fā)及利用。相比傳統(tǒng)汽車,在保護(hù)環(huán)境、節(jié)約能源方面混合動(dòng)力汽車更具優(yōu)勢(shì)。為提升混合動(dòng)力汽車性能,必須重視整車控制器開發(fā),做好整車控制器設(shè)計(jì),通過實(shí)車試驗(yàn),驗(yàn)證整車控制器及其控制策略開發(fā)的合理性、正確性,確保其更快更好地發(fā)展。

        參考文獻(xiàn)

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        [2]吳敏.電動(dòng)汽車整車控制器基礎(chǔ)軟件開發(fā)及控制策略研究[D].吉林大學(xué)2014

        [3]盧濤.并聯(lián)混合動(dòng)力客車整車控制器的研究[D].武漢理工大學(xué)2011

        [4]宋君花,唐航波,敖國強(qiáng),楊林,卓斌.混合動(dòng)力汽車整車控制器硬件電路與CAN總線通信的設(shè)計(jì)開發(fā)[J].汽車工程.2007(07)

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