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整车节制编制整车节制器

来源:博天堂ag,博天堂AG手机版,博天堂ag旗舰时间: 2020-01-22浏览次数:作者:澳门皇冠
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  整车控制系统、整车控制器_其它_计划/解决方案_实用文档。整车控制系统 电动汽车动力系统各零部件的工作都是由整车控制器统一协调。 对纯电动汽车而言,电动机驱动和制动能量回收的最大功率都受到电池放电/充电能 力的制约。 对混合燃料电池轿车和燃料电池大巴而言,由

  整车控制系统 电动汽车动力系统各零部件的工作都是由整车控制器统一协调。 对纯电动汽车而言,电动机驱动和制动能量回收的最大功率都受到电池放电/充电能 力的制约。 对混合燃料电池轿车和燃料电池大巴而言,由于其具有两个或两个以上的动力源,增加 了系统设计和控制的灵活性,使汽车可以在多种模式下工作适应不同工况下的需求,获得比 传统汽车更好的燃料电池性能,降低了有害物的排放,减小对环境的污染和危害,从而达到 环保和节能的双重标准。 首先要针对给定的车辆和参数的条件,选择合适的动力系统构型,完成动力 系统的参 数匹配和优化。在此基础上,建立整车控制系统来协调汽车工作模式的切换和多个动力源/ 能量源之间的功率/能量流的在线优化控制。 整车控制系统由整车控制器、通信系统、零部件控制器以及驾驶员操纵系统构成,其主 要功能是根据驾驶员的操作和当前的整车和零部件工作状况,在保证安全和动力性的前提 下,选择尽可能优化的工作模式和能量分配比例,以达到最佳的燃料经济性和排放指标。 (1)整车控制系统及功能分析 1)控制对象:电动汽车驱动系统包括几种不同的能量和储能元件(燃料电池,内燃机 或其他热机,动力电池和/或超级电容),在实际工作过程中包括了化学能、电能和机械能 之间的转化。 电动汽车动力系统能流图如图 5—6 所示。 2)整车控制系统结构:电动汽车动力系统的部件都有自己的控制器,为分布式分层控 制提供了基础。分布式分层控制可以实现控制系统的拓扑分离和功能分离。拓扑分离使得物 理结构上各个子系统控制系统分布在不同位置上,从而减少了电磁干扰,功能分离使得各个 子部件完成相对独立的功能,从而可以减少子部件的相互影响并提高了容错能力。 电动汽车分层结构控制系统如图 5-7 所示。最底层是执行层,由部件控制器和一些执 行单元组成,其任务是正确执行中间层发送的指令,这些指令通过 CAN 总线进行交互,并 且有一定的自适应和极限保护功能;中间层是协调层,也就是整车控制器(VMS),它的主 要任务一方面根据驾驶员的各种操作和汽车当前的状态解释驾驶员的意图,另一方面根据执 行层的当前状态,做出最优的协调控制;最高层是组织层,由驾驶员或者制动驾驶仪来实现 车辆控制的闭环。 3)整车控制系统对车辆性能的影响主要有三个方面: ①动力性和经济性:整车控制器决定发动机和电动机转矩的输出,直接关系到汽车动力 性能,影响驾驶员的操纵感觉;燃料电池轿车和大巴有两个或两个以上的能量来源,在汽车 实际行使过程中,整车控制器实施控制能量源之间的能量分配,从而实现整车能量的优化, 获得较高的经济性。 ②安全性:燃料电池轿车和大巴上包括氢气瓶,动力电池等能量储存单元和动力总线, 电动汽车电机及其控制器等强电环节,除了原有的车辆安全性问题(如制动和操作稳定性) 之外,还增加了高压电安全和氢安全等新的安全隐患。整车控制器必须从整车的角度及时检 测个部件的工作状态,并对可能出现的危险进行及时处理,以保证成员和车辆的安全。 ③驾驶舒适性及整车的协调控制:采用整车控制器管理汽车上的各部件工作,可以整合 汽车上各项功能,如自动巡航、ABS、自动换档等,实现信息共享 和全局控制,改善驾 驶舒适性。整车控制器根据驾驶员操作信号进行驾驶意图解释,根据各个部件和整车工作的 状态进行整车安全管理和能量分配决策,通过 CAN 总线向部件 ECU 发送命令,并通过硬 件资源驱动整车安全操作和仪表显示。 电动汽车整车控制系统如图 5-8 所示: (2)整车控制器 1)整车控制器功能:整车控制器是控制系统的核心,承担了数据交换、安全管理和能 量分配的任务。根据重要程度和实现次序,其功能划分如下。 ①数据交互管理:整车控制器要实时采集驾驶员的操作信息和其他各个部件的工作状态 信息,这是实现整车控制器其他功能的基础和前提。该层接受 CAN 总线的信息,对直接馈 入整车控制器的物理层进行采样处理,并且通过 CAB 发送控制命令,通过 I/O、D/A 和 PWM 提供对显示单元、继电器等的驱动信号。 ②安全故障管理层:实车运行中,任何部件都可能产生差错,从而可能导致器件损坏甚 至危及车辆安全。电动汽车控制器要能对汽车各种可能的故障进行分析处理,这是保证汽车 行驶安全的必备条件。对车辆而言,故障可能出现在任何地方,但对整车控制器而言,故障 只体现在第一层中继承的数据中。对继承的数据进行分析判断将是该层的主要工作之一。在 检测出错误后,该层会做出相应的处理,在保证车辆足够安全的条件下,给各部件提供可使 用的工作范围,以便尽可能地满足驾驶员的驾驶意图。 ③驾驶员意图层:驾驶员的所有与驱动驾驶相关的操作信号都直接进入整车控制器,整 车控制器对采集的驾驶员操作信息进行正确的分析处理,计算出驱动系统的目标转矩和车辆 的需求功率来实现驾驶员的意图。 ④能量流管理层:该层的主要工作是在多个能量源之间进行需求功率分配,这是提高燃 料电池汽车经济性的必要途径。 要实现整车控制器的上述功能,必须设计合理的硬件和软件整车控制器功能划分如图 5-9 所示。 2)整车控制器硬件:现有的动力总成控制器一般为采用高性能单片机的嵌入式系统, 有 Cygnal 公司的 C8051F020 单片机,Intel 的 80C196,TI 的 TMS320LF2407 数字 信号处理器,Freescale 的 MC68376 系列单片等方案,此外还有支持 Simulink 自动代码 生成的微处理器有 Freescale 公司的 HC12、MPC555,Infineon 公司的 C166,TI 公司 的 DSP C2000、C6000 等。以上这些控制器都具有高速高精度,存储器容量较大的特点, 能满足实时控制算法对计算能力的需求。同时还具有丰富的片内 IO 接口,网络总线通信接 口,为分布式网络控制和集中控制提供了可能。为了能在芯片上移植诸如 OSEK/VDX 之 类的实时操作系统,对中断和定时器等硬件资源也有较为特殊的要求。其中一些控制器在传 统汽车的发动机和传动系统的控制中已经得到广泛的应用,其可靠性也得充分的验证。这其 中以工作频率为 40MHz 且具有 64 位浮点运算 PowerPC 内核的 3 2 位 RISC 构架的 MPC555 处理器运算能力最为强大,集成的片内 RAM 和 Flash 容量较大,片内外围设备 接口最为丰富,Simulink 对其所提供的驱动程序模块库支持也最完善。故选择其作为 VMS 控制器的嵌入式硬件平台基础。MPC555 模块示意图如图 5-10 所示: 3)整车控制器开发:在传统的控制单元开发流程中,通常采用串行开发模式,即首先 根据应用需要,提出系统需求并进行相应的功能定义,然后进行硬件设计,使用汇编语言或 C 语言进行面向硬件的代码编。


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