纯电动轻型客车整车控制器的设计

发布时间：2017-10-01 03:36

  本文关键词：纯电动轻型客车整车控制器的设计

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【摘要】：本文围绕纯电动轻型客车的核心控制部件——整车控制器(Vehicle Control Unit,VCU)开展了研究与开发工作。主要工作内容包括:(1)整车控制系统的总体技术方案设计。对纯电动轻型客车整车控制系统基本组成和工作原理进行研究,提出了整车控制系统的总体结构方案。采用大扭矩永磁同步电机、磷酸铁锂动力电池以及BMS能源管理系统,基于CAN总线通信形成了整车电力驱动系统,实现了电动直驱的纯电动轻型客车技术路线。根据整车性能的设计指标,进行了电机、电池参数计算,选用了液压式电子控制助力转向系统(EHPS)作为转向系统装置提升了车辆转向性能。(2)VCU的硬件电路设计。对VCU的原理和主要实现的功能进行研究,搭建了整车电气架构,提出了VCU硬件的架构方案。遵循通用性和低成本的原则对VCU硬件电路进行了设计,完成了主控芯片的选型并分别设计了单片机最小系统、输入信号调理模块、智能输出功率驱动模块、CAN总线通讯模块,采取了一系列抗干扰措施提高了VCU硬件的抗干扰能力,并对PCB板的可靠性进行了设计及分析。(3)VCU的软件设计。建立了VCU软件的结构方案,制定了VCU软件功能,基于分层的模块化思想设计了整车软件框架,介绍了VCU软件的集成开发流程。对整车行驶控制策略进行了研究与制定,依据车辆在各个状态下的行驶工况,制定了7种整车工作模式,包括自检、驻坡、行驶等,在不同行驶状态下各种模式可以互相切换。制定了基于转矩控制的驱动策略,将转矩更合理地分配给电机。制定了制动能量回收策略,在满足车辆行驶安全性、动力性和舒适性的前提下,增加了纯电动轻客的续驶里程。对各系统的常见故障进行分类,制定了故障诊断策略。搭建了基于Matlab/Simulink的策略模型,根据控制策略模型生成了C代码,并提供了RTW(Real Time Workshop,实时工作间)自动代码的调试过程。(4)依据相关标准,对实车进行道路试验,测试了该电动轻客的动力性能、最高行驶车速等参数;对整车行驶控制策略的可靠性及有效性进行了验证,对该车辆转矩控制、制动能量回收策略进行了测试分析,结果表明驾驶舒适性和经济性得到了改善。建立了基于Labview的远程数据监控平台,实现在数据监控平台上对纯电动轻客道路试验中的各种车辆信息进行直观地统计分析,车辆信息包含行驶速度、能量消耗、续航里程和运行故障等。试验结果表明,自主开发的VCU可以很好地控制整车系统工作,使车辆加速平滑,各控制模式切换平顺,节约能耗16.7%~28.3%,在出现故障时策略处理地及时准确,能够有效地保护车辆及人员安全。
【关键词】：纯电动轻客 VCU 故障诊断 控制策略 软硬件设计
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U469.72
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 引言11
• 1.2 纯电动汽车的发展现状11-16
• 1.2.1 新能源汽车的分类11-12
• 1.2.2 国外纯电动汽车的发展状况12-15
• 1.2.3 国内纯电动汽车的发展状况15-16
• 1.3 当前纯电动汽车研究的关键技术16-17
• 1.4 课题研究的目的及主要内容17-19
• 1.4.1 研究目的17
• 1.4.2 本文主要研究的内容17-19
• 第二章 整车控制系统的总体技术方案19-34
• 2.1 整车控制系统结构方案设计19-21
• 2.1.1 整车性能设计指标20-21
• 2.1.2 电力驱动系统结构方案21
• 2.2 电力驱动系统选型21-26
• 2.2.1 整车技术参数21-22
• 2.2.2 电机选型及参数计算22-24
• 2.2.3 电池选型及参数计算24-26
• 2.3 转向/制动辅助系统选型26-28
• 2.3.1 转向辅助系统26-27
• 2.3.2 制动辅助系统27-28
• 2.4 整车通信网络管理28-33
• 2.4.1 CAN总线的通信原理28-29
• 2.4.2 整车CAN网络节点拓扑结构29-31
• 2.4.3 通信规范31-32
• 2.4.4 协议报文32-33
• 2.5 本章小结33-34
• 第三章 VCU的硬件电路设计34-47
• 3.1 VCU方案设计34-36
• 3.1.1 VCU原理和功能34-35
• 3.1.2 整车电气架构和VCU硬件架构方案35-36
• 3.2 硬件电路设计36-43
• 3.2.1 主控芯片选择36-37
• 3.2.2 最小系统电路设计37-39
• 3.2.3 信号输入调理模块电路设计39-41
• 3.2.4 输出功率驱动模块电路设计41-42
• 3.2.5 CAN通信模块设计42-43
• 3.3 PCB板可靠性设计及分析43-46
• 3.3.1 PCB板散热设计及分析43-44
• 3.3.2 PCB板的抗干扰设计44-45
• 3.3.3 PCB板的三防处理45-46
• 3.4 本章小结46-47
• 第四章 VCU的软件设计47-66
• 4.1 软件总体设计方案47-48
• 4.1.1 VCU软件的结构设计47-48
• 4.1.2 VCU软件的集成开发流程48
• 4.2 整车行驶控制策略48-61
• 4.2.1 转矩控制策略50-52
• 4.2.2 制动能量回收控制策略52-56
• 4.2.3 故障诊断及处理策略56-60
• 4.2.4 跛行回家模式60-61
• 4.3 VCU的应用层软件设计61-62
• 4.4 VCU的底层软件设计62-65
• 4.4.1 信号采集流程63
• 4.4.2 CAN通讯流程63-65
• 4.5 本章小结65-66
• 第五章 VCU的策略验证及道路测试66-72
• 5.1 整车动力总成系统及测试条件66-67
• 5.2 实车道路测试67-71
• 5.2.1 车辆加速及最高车速试验67-68
• 5.2.2 转矩控制策略试验68-69
• 5.2.3 车辆制动能量回收试验69
• 5.2.4 远程故障监测实车道路试验69-71
• 5.3 本章小结71-72
• 第六章 总结与展望72-74
• 6.1 本文的研究总结72-73
• 6.2 不足与展望73-74
• 参考文献74-76
• 致谢76-77
• 攻读硕士学位期间发表的论文77

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本文编号：952141