專利名稱:串聯(lián)式混合動(dòng)力車輛動(dòng)力分配綜合控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于混合動(dòng)力車輛(HEV，Hybrid Electric Vehicle)的驅(qū)動(dòng)控制與能量管理(Driving Control and Energy Management)技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及到串聯(lián)式混合動(dòng)力車輛(Serial HEV)的驅(qū)動(dòng)控制與能量管理技術(shù)，更確切的說，本發(fā)明提出了一種串聯(lián)式混合動(dòng)力車輛動(dòng)力分配綜合控制系統(tǒng)，適用于采用串聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)的大客車、履帶式車輛等混合動(dòng)力車輛。
背景技術(shù)：
為了降低車輛排放對自然環(huán)境的污染和應(yīng)對全球范圍的原油價(jià)格上漲，電動(dòng)車輛(EV，Electric Vehicle)技術(shù)目前成為汽車工程(Vehicular Engineering)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。與純電動(dòng)車輛(Pure EV)和燃料電池車輛(FCEV，F(xiàn)uel Cell Electric Vehicle)相比，混合動(dòng)力車輛(HEV，Hybrid Electric Vehicle)的成本相對低廉，而關(guān)鍵技術(shù)更易于突破，已成為發(fā)展迅速、應(yīng)用廣泛的電動(dòng)車輛。
混合動(dòng)力車輛分為并聯(lián)式混合動(dòng)力(Parallel HEV)和串聯(lián)式混合動(dòng)力(Serial HEV)兩類。跟并聯(lián)式混合動(dòng)力結(jié)構(gòu)相比，串聯(lián)式混合動(dòng)力車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)(Engine)與電動(dòng)機(jī)(Motor)之間沒有機(jī)械連接，驅(qū)動(dòng)功率傳遞依靠電傳動(dòng)(Electric Driving)。由于串聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，電動(dòng)機(jī)功率容量大、低速大扭矩特性好，更適宜應(yīng)用于大功率混合動(dòng)力車輛。
串聯(lián)式混合動(dòng)力車輛的多能源動(dòng)力總成一般由發(fā)動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組與動(dòng)力電池組耦合而成，串聯(lián)式混合動(dòng)力車輛一般采用雙側(cè)電機(jī)“獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，協(xié)調(diào)控制”的模式。因此，串聯(lián)式混合動(dòng)力車輛需要一個(gè)車輛動(dòng)力分配的綜合控制裝置，一方面來實(shí)現(xiàn)多能源動(dòng)力總成的能量管理，另一方面來實(shí)現(xiàn)雙側(cè)電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)車輛兩側(cè)主動(dòng)輪的電子差速和車輛的無級變速。
但是，目前國內(nèi)公知的車輛動(dòng)力綜合分配控制系統(tǒng)僅應(yīng)用于并聯(lián)式混合動(dòng)力車輛，而尚未檢索到應(yīng)用于串聯(lián)式混合動(dòng)力車輛的動(dòng)力綜合分配控制系統(tǒng)。如專利文獻(xiàn)《并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車多能源動(dòng)力總成控制器》(申請?zhí)?2153979.0，公開號CN1465491A)所述的車輛動(dòng)力綜合分配控制技術(shù)可以應(yīng)用于并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車，能夠?qū)Σ⒙?lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車行駛過程中驅(qū)動(dòng)能量的分配進(jìn)行管理，但由于并聯(lián)式混合動(dòng)力車輛與串聯(lián)式混合動(dòng)力車輛的基本結(jié)構(gòu)不同，而不適用于串聯(lián)式混合動(dòng)力車輛。目前，串聯(lián)式混合動(dòng)力車輛的動(dòng)力分配綜合控制系統(tǒng)的技術(shù)研究尚處于起步階段。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對串聯(lián)式混合動(dòng)力車輛的能量管理和動(dòng)力分配(Power Distributing)的控制問題，提出了一種串聯(lián)式混合動(dòng)力車輛的動(dòng)力分配綜合控制系統(tǒng)(Power DistributingIntegrated Control System of Serial Hybrid Vehicle)，能夠?qū)崿F(xiàn)對發(fā)動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組(Engine-Generator)和動(dòng)力電池組(Power Batteries)的兩種動(dòng)力源進(jìn)行耦合管理，實(shí)現(xiàn)對車輛雙側(cè)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的電機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)對兩側(cè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)力的合理分配和車輛兩側(cè)主動(dòng)輪的電子差速。
本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
串聯(lián)式混合動(dòng)力車輛的動(dòng)力分配綜合控制系統(tǒng)，包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩個(gè)部分，其硬件系統(tǒng)基于外設(shè)部件互連標(biāo)準(zhǔn)總線(PCI Bus，Peripheral Component Interconnect Bus)結(jié)構(gòu)，由數(shù)字信號處理器(DSP，Digital Signal Processor)TMS320LF2407及其外圍電路、信號采集與處理系統(tǒng)、控制器局域網(wǎng)總線(CAN Bus，Controller Area Network Bus)通訊控制系統(tǒng)、外設(shè)部件互連標(biāo)準(zhǔn)總線(PCI Bus)及其控制系統(tǒng)、人機(jī)交互系統(tǒng)(MMIS，Man-MachineInteractive System)、DC-DC直流電源模塊組成；其軟件系統(tǒng)采用中斷查詢(InterruptionInquiry)的結(jié)構(gòu)方式，由CAN總線通訊控制模塊、信號采集與處理模塊、雙側(cè)電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的控制策略模塊、多能源動(dòng)力總成的能量管理策略模塊、人機(jī)交互模塊組成。
所謂外設(shè)部件互連標(biāo)準(zhǔn)總線(PCI Bus，Peripheral Component Interconnect Bus)，是由美國英特爾(Intel)公司提出的局部總線標(biāo)準(zhǔn)，用于支持CPU與外設(shè)之間的高速數(shù)據(jù)通訊，由一個(gè)專門的橋接電路來進(jìn)行對PCI總線的通訊管理，在個(gè)人電腦和工業(yè)控制領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。而所謂控制器局域網(wǎng)總線(CAN Bus，Controller Area Network Bus)，是由德國博世(Bosch)公司提出的支持分布式實(shí)時(shí)控制(Distributed Real-time Control)的串行通訊網(wǎng)絡(luò)，用于嵌入式控制器的通訊系統(tǒng)和工業(yè)現(xiàn)場開放式的通訊系統(tǒng)，在汽車工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。
綜合控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)基于外設(shè)部件互連標(biāo)準(zhǔn)(PCI)總線通訊的結(jié)構(gòu)模式，由3塊主電路板組成，分別為控制主板、工控主板和PCI總線板，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下由數(shù)字信號處理器(DSP)TMS320LF2407作為核心的控制運(yùn)算單元，與地址總線、數(shù)據(jù)總線和ROM、RAM等外圍設(shè)備一起構(gòu)成控制主板的核心部分；而信號采集與處理系統(tǒng)與核心運(yùn)算控制單元直接相連，CAN總線通訊控制系統(tǒng)與核心運(yùn)算控制單元直接相連，PCI總線控制系統(tǒng)與核心運(yùn)算控制單元直接相連，這三個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成了控制主板的其他部分。人機(jī)交互系統(tǒng)基于工業(yè)控制主板PCI6871及其外圍設(shè)備，通過PCI總線板與核心控制單元相連接。而DC-DC直流電源模塊與每個(gè)系統(tǒng)直接相連并為其供電。綜合控制系統(tǒng)作為一個(gè)CAN結(jié)點(diǎn)，通過CAN總線與整車分布式控制網(wǎng)絡(luò)相連接。
信號采集與處理系統(tǒng)，包括8路模數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D)、8路開關(guān)轉(zhuǎn)換(I/O)、2個(gè)CAN總線接收郵箱及其驅(qū)動(dòng)電路等。信號采集與處理系統(tǒng)采用光電信號隔離、電壓、電流信號轉(zhuǎn)換、電壓信號放大、數(shù)模信號不共地、信號線路屏蔽等抗干擾措施，保證信號采集的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。信號采集與處理系統(tǒng)主要功能包括，實(shí)時(shí)的采集和轉(zhuǎn)換加速踏板、制動(dòng)踏板和轉(zhuǎn)向盤的A/D信號；實(shí)時(shí)的采集、處理檔位和靜音行駛的I/O信號，以及通過CAN總線接收和處理電機(jī)轉(zhuǎn)速、母線電流、動(dòng)力電池組荷電狀態(tài)、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水溫等數(shù)據(jù)幀信號。
數(shù)字信號處理器TMS320LF2407具有2個(gè)事件管理器模塊，每個(gè)模塊包括2個(gè)16位通用定時(shí)器、8個(gè)16位PWM通道、3個(gè)16位全比較單元、3個(gè)捕獲單元以及兩個(gè)編碼脈沖電路QEP，另有2個(gè)8通道10位的A/D轉(zhuǎn)換器以及局域網(wǎng)絡(luò)控制器(CAN)模塊等資源，因此，該DSP適合于電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制和多能源的能量管理。以數(shù)字信號處理器(DSP)為主體的核心運(yùn)算控制單元主要承擔(dān)著整車控制策略，包括雙側(cè)電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的控制策略、多能源動(dòng)力總成的能量管理策略等。DSP接收信號采集與處理系統(tǒng)傳遞的車輛各系統(tǒng)的反饋信號和駕駛員控制信號，并根據(jù)相應(yīng)控制算法和控制邏輯計(jì)算得出電機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng)機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速以及動(dòng)力電池組的充放電等指令，并通過CAN總線將指令下達(dá)到各子系統(tǒng)。
人機(jī)交互系統(tǒng)，主要由工業(yè)控制主板PCI6871和硬盤、鍵盤、液晶顯示器等外設(shè)組成，該系統(tǒng)通過PCI總線與DSP交換數(shù)據(jù)和指令。虛擬儀器界面實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的車輛數(shù)據(jù)信息顯示，后臺(tái)程序?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)的車輛數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的功能，虛擬儀器能夠?qū)囕v異常信號和緊急狀態(tài)做出反應(yīng)，以聲、光的形式向駕駛員報(bào)警；另外，駕駛員能夠通過虛擬儀器界面來設(shè)定和修改綜合控制系統(tǒng)的參數(shù)。
PCI總線控制系統(tǒng)是綜合控制系統(tǒng)的內(nèi)部總線系統(tǒng)，由PCI總線橋控芯片PCI9030、外掛EEPROM及其驅(qū)動(dòng)電路組成，用來實(shí)現(xiàn)對PCI總線的通訊管理，即通過PCI總線來實(shí)現(xiàn)DSP與工控機(jī)的數(shù)據(jù)、指令的交換和共享。
DC-DC直流電源模塊采用電路隔離等抗干擾措施，將車載的24V電源輸入變換為3.3V或5V，該模塊直接與各個(gè)系統(tǒng)相連并為其為供電。
綜合控制系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)采用功能模塊化的思想和中斷查詢的結(jié)構(gòu)模式。軟件系統(tǒng)由5個(gè)功能模塊組成，分別為CAN總線通訊控制模塊、信號采集與處理模塊、雙側(cè)電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的控制策略模塊、多能源動(dòng)力總成的能量管理策略模塊、人機(jī)交互模塊。軟件系統(tǒng)設(shè)置兩級外部中斷，分別定義為定時(shí)器中斷和CAN中斷。因此，軟件系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)串聯(lián)式混合動(dòng)力車輛的雙側(cè)電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)多能源動(dòng)力總成的能量分配和管理。
所謂中斷查詢的結(jié)構(gòu)模式，是指CPU每間隔一個(gè)時(shí)間周期，就進(jìn)入一次中斷等待循環(huán)，在該循環(huán)中，如果CPU檢測到外部中斷請求信號，則按照優(yōu)先級的順序來響應(yīng)和處理中斷請求；當(dāng)一個(gè)中斷請求處理完畢，CPU返回中斷等待狀態(tài)或處理優(yōu)先級更低的中斷請求。
信號采集與處理模塊按照預(yù)設(shè)的轉(zhuǎn)換邏輯，將信號采集與處理系統(tǒng)傳遞到DSP的數(shù)模轉(zhuǎn)換信號、開關(guān)量轉(zhuǎn)換信號和數(shù)據(jù)幀信號進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，用以判斷駕駛員的操作意圖和車輛的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
雙側(cè)電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的控制策略模塊，承擔(dān)著控制車輛運(yùn)動(dòng)的主要控制邏輯，該控制策略根據(jù)行駛工況不同分為5種驅(qū)動(dòng)模式，分別為停車怠速模式、前進(jìn)模式、倒車模式、中心轉(zhuǎn)向模式以及空擋狀態(tài)模式；駕駛員基于工況判斷，通過檔位手柄來手動(dòng)切換不同的驅(qū)動(dòng)模式。DSP實(shí)時(shí)的接收駕駛員指令和車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的反饋信息，按照預(yù)置模式的車輛運(yùn)動(dòng)控制邏輯，同時(shí)計(jì)算出雙側(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩指令，通過CAN總線下達(dá)到兩側(cè)電機(jī)的控制器，進(jìn)而實(shí)時(shí)的調(diào)節(jié)雙側(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和驅(qū)動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)對雙側(cè)獨(dú)立電機(jī)的最佳耦合控制。由于雙側(cè)主動(dòng)輪之間無機(jī)械連接而分別由獨(dú)立電機(jī)驅(qū)動(dòng)，因此，實(shí)時(shí)、精確、協(xié)同的控制兩側(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速對保證車輛安全和實(shí)現(xiàn)駕駛意圖尤為重要。
多能源動(dòng)力總成的能量管理策略模塊，承擔(dān)著管理發(fā)動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組和動(dòng)力電池組的復(fù)合式動(dòng)力源能量流動(dòng)的控制邏輯，分為3種動(dòng)力驅(qū)動(dòng)模式，分別為混合驅(qū)動(dòng)模式、純電動(dòng)模式和電傳動(dòng)模式。車輛根據(jù)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和駕駛員指令，自動(dòng)切換動(dòng)力驅(qū)動(dòng)模式。每種動(dòng)力驅(qū)動(dòng)模式的思想主要包括總體功率平衡、輸出功率跟蹤、動(dòng)態(tài)功率補(bǔ)償和合理使用電池的策略。其控制邏輯是，首先，DSP接收駕駛員指令、發(fā)動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組和動(dòng)力電池組的狀態(tài)反饋信息，實(shí)時(shí)的判斷車輛行駛狀態(tài)，計(jì)算功率需求和功率供給；其次，根據(jù)總體功率平衡的策略計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)和動(dòng)力電池組的目標(biāo)功率；再次，根據(jù)輸出功率跟蹤的策略切換動(dòng)力電池組的充、放電工作模式，調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及發(fā)電機(jī)的電壓輸出；同時(shí)，根據(jù)電機(jī)動(dòng)態(tài)響應(yīng)快于發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的特性，對整車功率消耗進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償；最后，為了合理使用電池，要實(shí)時(shí)檢測動(dòng)力電池組狀態(tài)，使其荷電狀態(tài)(SOC，State of Charge)在預(yù)設(shè)的范圍內(nèi)變化。多能源動(dòng)力總成的能量管理策略模塊的作用在于，一方面，多能源動(dòng)力總成動(dòng)態(tài)調(diào)整功率輸出，既可以滿足整車功率需求，又可以降低發(fā)動(dòng)機(jī)油耗；另一方面，合理管理電池的充、放電，維持其正常的循環(huán)使用壽命。
人機(jī)交互模塊，采用基于LabVIEW語言開發(fā)的虛擬儀器(VI，Virtual Instrument)技術(shù)，遵循模塊化的程序結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)車輛與駕駛員交互的功能。所謂虛擬儀器，是基于圖形化計(jì)算機(jī)語言開發(fā)的人機(jī)交互界面，易于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)圖形化顯示和參數(shù)修改。首先，人機(jī)交互模塊具有實(shí)時(shí)顯示車輛狀態(tài)信息的功能，工控機(jī)PCI6871通過PCI總線與DSP通訊，接收整車狀態(tài)信息，通過虛擬儀器界面顯示在液晶顯示器上；其次，虛擬儀器的后臺(tái)程序?qū)崟r(shí)的保存車輛狀態(tài)信息；再次，虛擬儀器具備異常情況和緊急情況下自動(dòng)報(bào)警的功能；最后，系統(tǒng)預(yù)留了人機(jī)交互接口，駕駛員通過虛擬儀器界面修改綜合控制系統(tǒng)的系統(tǒng)控制參數(shù)。
CAN總線通訊系統(tǒng)，包括硬件和軟件兩個(gè)部分。硬件方面，采用數(shù)字信號處理器TMS320LF2407系統(tǒng)自帶的CAN控制器和CAN收發(fā)器PCA82C250，CAN控制器具有2個(gè)發(fā)送郵箱，2個(gè)接收郵箱，2個(gè)自由配置郵箱。CAN控制器與收發(fā)器之間采取高速光電隔離技術(shù)來防止電磁干擾。軟件方面，CAN總線通訊控制模塊遵循CAN2.0的技術(shù)規(guī)范，兼容SAE J1939(SAE，Society of Automotive Engineers，即美國汽車工程師協(xié)會(huì))的通訊協(xié)議。綜合控制系統(tǒng)作為整車分布式控制網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)，具有最高的優(yōu)先權(quán)等級。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果串聯(lián)式混合動(dòng)力車輛可以實(shí)現(xiàn)雙側(cè)電機(jī)的“獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，協(xié)調(diào)控制”，實(shí)現(xiàn)了車輛兩側(cè)主動(dòng)輪的電子差速和車輛的無級變速等柔性控制。綜合控制系統(tǒng)兼顧車輛的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，對多能源動(dòng)力總成進(jìn)行能量分配和管理，降低了車輛的油耗，保護(hù)了動(dòng)力電池組的循環(huán)使用壽命。
圖1 串聯(lián)式混合動(dòng)力車輛動(dòng)力分配綜合控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；圖2 串聯(lián)式混合動(dòng)力車輛動(dòng)力分配綜合控制系統(tǒng)的外設(shè)部件互連標(biāo)準(zhǔn)總線(PCI Bus)結(jié)構(gòu)框圖；圖3 串聯(lián)式混合動(dòng)力車輛動(dòng)力分配綜合控制系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)流程圖；圖4 串聯(lián)式混合動(dòng)力車輛虛擬儀器系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)框圖；圖5 串聯(lián)式混合動(dòng)力車輛動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明。
動(dòng)力分配綜合控制系統(tǒng)是串聯(lián)式混合動(dòng)力車輛分布式控制網(wǎng)絡(luò)(DCN，DistributedControl Network)的最高控制系統(tǒng)，具備如下功能實(shí)現(xiàn)對整車控制和狀態(tài)信號的采集與分析；實(shí)現(xiàn)對雙側(cè)電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的協(xié)調(diào)控制；實(shí)現(xiàn)對串聯(lián)式混合動(dòng)力總成的能量分配和動(dòng)力源管理；實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能，實(shí)現(xiàn)在緊急狀態(tài)下和異常狀態(tài)下的聲、光報(bào)警功能。
該動(dòng)力分配綜合控制系統(tǒng)可以應(yīng)用于串聯(lián)式混合動(dòng)力車輛。串聯(lián)式混合動(dòng)力車輛動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理為發(fā)動(dòng)機(jī)通過增速箱串聯(lián)發(fā)電機(jī)，構(gòu)成了發(fā)動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組并發(fā)出三相交流電，再通過整流/逆變一體化裝置連接到直流母線的輸入端；而動(dòng)力電池組由蓄電池成組串聯(lián)而成，通過功率電子開關(guān)與整流/逆變一體化裝置并聯(lián)到直流母線的輸入端；發(fā)動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組和動(dòng)力電池組構(gòu)成了串聯(lián)式混合動(dòng)力車輛的多能源動(dòng)力總成。直流母線的輸出端并聯(lián)兩臺(tái)變頻器，而每臺(tái)變頻器的輸出端分別連接到一臺(tái)三相交流電動(dòng)機(jī)，即構(gòu)成了雙側(cè)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制系統(tǒng)；直流母線的電流通過變頻器轉(zhuǎn)化為三相交變電流，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)；雙側(cè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)車輛雙側(cè)的主動(dòng)輪以獲得車輛的驅(qū)動(dòng)力。可見，串聯(lián)式混合動(dòng)力車輛具備如下兩個(gè)特點(diǎn)首先，發(fā)動(dòng)機(jī)與主動(dòng)輪之間并無機(jī)械連接，驅(qū)動(dòng)功率完全依靠電傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)，因此，對以發(fā)動(dòng)機(jī)為主的多能源動(dòng)力總成進(jìn)行管理非常必要；其次，雙側(cè)電機(jī)相互獨(dú)立、分別驅(qū)動(dòng)，車輛雙側(cè)主動(dòng)輪之間無機(jī)械連接，完全依賴雙側(cè)電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的控制策略實(shí)現(xiàn)車輛主動(dòng)輪的電子差速。
駕駛員啟動(dòng)串聯(lián)式混合動(dòng)力車輛的總電源開關(guān)，動(dòng)力分配綜合控制系統(tǒng)和車載分布式控制網(wǎng)絡(luò)立即啟動(dòng)工作。
信息采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)的采集加速踏板A/D信號、制動(dòng)踏板A/D信號、轉(zhuǎn)向盤A/D信號、車輛檔位I/O信號和靜音行駛I/O信號，經(jīng)過信號放大、濾波、轉(zhuǎn)換等處理后傳遞到DSP；車載分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)按照預(yù)先設(shè)置，通過CAN總線每50毫秒的工作周期，發(fā)送電機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、母線電壓、母線電流等數(shù)據(jù)幀信息到DSP。
動(dòng)力分配綜合控制系統(tǒng)的雙側(cè)電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的控制策略，根據(jù)行駛工況不同可以分為5種驅(qū)動(dòng)模式，分別為停車怠速模式、前進(jìn)模式、倒車模式、中心轉(zhuǎn)向模式以及空擋狀態(tài)模式；駕駛員根據(jù)行駛工況來判斷驅(qū)動(dòng)模式，并通過換檔手柄來手動(dòng)切換。DSP基于駕駛員指令、車輛當(dāng)前的驅(qū)動(dòng)模式和實(shí)時(shí)的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，經(jīng)過雙側(cè)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的控制邏輯的判斷和控制算法的運(yùn)算，確定混合動(dòng)力車輛的最佳驅(qū)動(dòng)狀態(tài)和兩側(cè)電機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速指令，并通過CAN總線通訊系統(tǒng)將指令傳遞到雙側(cè)電機(jī)的控制器，實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力車輛的兩側(cè)驅(qū)動(dòng)力的合理分配，保證了車輛在各種工況下的動(dòng)力性。
動(dòng)力分配綜合控制系統(tǒng)的多能源動(dòng)力總成的能量管理策略，保證發(fā)動(dòng)機(jī)工作在燃油經(jīng)濟(jì)性高而排放低的工作區(qū)域，兼顧動(dòng)力電池組的荷電狀態(tài)的合理范圍，以降低發(fā)動(dòng)機(jī)油耗和排放為目標(biāo)。多能源能量管理策略按照能源耦合狀態(tài)分為3種動(dòng)力模式，即混合驅(qū)動(dòng)模式、純電動(dòng)模式和電傳動(dòng)模式。當(dāng)車速低于預(yù)設(shè)參數(shù)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)關(guān)閉，由動(dòng)力電池組單獨(dú)驅(qū)動(dòng)車輛，即為純電動(dòng)模式；當(dāng)車輛爬坡或車速較高時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)維持在大負(fù)荷區(qū)域，與動(dòng)力電池組合力驅(qū)動(dòng)車輛行駛，即為混合驅(qū)動(dòng)模式；當(dāng)動(dòng)力電池組荷電狀態(tài)低于預(yù)設(shè)參數(shù)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行，驅(qū)動(dòng)車輛的同時(shí)，給動(dòng)力電池組充電，也為混合動(dòng)力模式；當(dāng)車輛性能要求不高，可以使動(dòng)力電池組不參與工作，由發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)車輛，即為電傳動(dòng)模式。
DSP基于駕駛員指令、車輛當(dāng)前的驅(qū)動(dòng)模式和實(shí)時(shí)的功率需求，經(jīng)過多能源能量管理策略的控制邏輯的判斷和控制算法的優(yōu)化，選擇合理的動(dòng)力模式，并確定發(fā)動(dòng)機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速和動(dòng)力電池組的充、放電狀態(tài)，并通過CAN總線通訊系統(tǒng)將指令傳遞到發(fā)動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組控制器和電池管理系統(tǒng)。
動(dòng)力分配綜合控制系統(tǒng)的人機(jī)交互系統(tǒng)，硬件基于工業(yè)控制主板PCI6871及液晶顯示器、鍵盤、硬盤等外圍設(shè)備，軟件基于由LabVIEW語言開發(fā)的圖形化的虛擬儀器界面，人機(jī)交互系統(tǒng)通過PCI總線與DSP交換數(shù)據(jù)和指令。人機(jī)交互系統(tǒng)具有如下幾個(gè)方面的功能第一，液晶顯示器LCD通過虛擬儀器界面實(shí)時(shí)顯示車輛的重要信息，給駕駛員一個(gè)圖形化界面的反饋，反饋信息包括瞬時(shí)車速、里程、雙側(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、母線電壓、母線電流等；虛擬儀器界面每秒刷新一次。第二，人機(jī)交互系統(tǒng)實(shí)時(shí)的在后臺(tái)存儲(chǔ)車輛運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括整車各子系統(tǒng)的重要數(shù)據(jù)以及整車運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄，為車輛故障診斷、系統(tǒng)優(yōu)化積累數(shù)據(jù)。第三，人機(jī)交互系統(tǒng)具有自動(dòng)報(bào)警功能，當(dāng)異常情況或者緊急情況出現(xiàn)時(shí)，系統(tǒng)能夠及時(shí)以聲、光信號警告駕駛員，例如，控制回路電壓過低、電機(jī)溫度過高或者冷卻水路壓力下降時(shí)，虛擬儀器會(huì)按照不同的緊急等級，顯示不同顏色的信號燈閃爍，以提醒駕駛員及時(shí)處理。第四，該系統(tǒng)具有駕駛員反作用于控制系統(tǒng)的功能，駕駛員可以在虛擬儀器界面修改系統(tǒng)控制參數(shù)，并通過PCI總線將修改指令傳遞到DSP，進(jìn)而調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種串聯(lián)式混合動(dòng)力車輛的動(dòng)力分配綜合控制系統(tǒng)，包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，其特征是，其硬件系統(tǒng)基于外設(shè)部件互連標(biāo)準(zhǔn)PCI總線結(jié)構(gòu)，由數(shù)字信號處理器TMS320LF2407及其外圍電路、信號采集與處理系統(tǒng)、控制器局域網(wǎng)CAN總線通訊控制系統(tǒng)、外設(shè)部件互連標(biāo)準(zhǔn)PCI總線及其控制系統(tǒng)、人機(jī)交互系統(tǒng)、DC-DC直流電源模塊組成；其軟件系統(tǒng)采用中斷查詢的結(jié)構(gòu)方式，由CAN總線通訊控制模塊、信號采集與處理模塊、雙側(cè)電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的控制策略模塊、多能源動(dòng)力總成的能量管理策略模塊、人機(jī)交互模塊組成，能夠?qū)崿F(xiàn)串聯(lián)式混合動(dòng)力車輛多能源動(dòng)力總成的能量分配和管理，實(shí)現(xiàn)雙側(cè)電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的協(xié)調(diào)控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的串聯(lián)式混合動(dòng)力車輛的動(dòng)力分配綜合控制系統(tǒng)，其特征是，綜合控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)中，數(shù)字信號處理器與人機(jī)交互系統(tǒng)之間采用外設(shè)部件互連標(biāo)準(zhǔn)PCI總線結(jié)構(gòu)，而軟件系統(tǒng)采用中斷查詢的結(jié)構(gòu)方式。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的串聯(lián)式混合動(dòng)力車輛的動(dòng)力分配綜合控制系統(tǒng)，其特征是，該綜合控制系統(tǒng)采用數(shù)字信號處理器TMS320LF2407來實(shí)現(xiàn)雙側(cè)電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的控制策略和多能源動(dòng)力總成的能量管理策略。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的串聯(lián)式混合動(dòng)力車輛的動(dòng)力分配綜合控制系統(tǒng)，其特征是，該綜合控制系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)控制策略能夠?qū)崿F(xiàn)雙側(cè)電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)雙側(cè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)力的合理分配和車輛雙側(cè)主動(dòng)輪的電子差速。
5.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的串聯(lián)式混合動(dòng)力車輛的動(dòng)力分配綜合控制系統(tǒng)，其特征是，該綜合控制系統(tǒng)的能量管理策略能夠控制多能源動(dòng)力總成滿足串聯(lián)式混合動(dòng)力車輛的功率需求，實(shí)現(xiàn)對發(fā)動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組和動(dòng)力電池組的能量分配和管理。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的串聯(lián)式混合動(dòng)力車輛的動(dòng)力分配綜合控制系統(tǒng)，其特征是，該綜合控制系統(tǒng)運(yùn)用工控機(jī)來實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的串聯(lián)式混合動(dòng)力車輛的動(dòng)力分配綜合控制系統(tǒng)，其特征是，該綜合控制系統(tǒng)通過基于LabVIEW語言的虛擬儀器技術(shù)來實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能。
8.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的串聯(lián)式混合動(dòng)力車輛的動(dòng)力分配綜合控制系統(tǒng)，其特征是，人機(jī)交互系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)在異常情況和緊急情況下自動(dòng)報(bào)警的功能，實(shí)現(xiàn)駕駛員對車輛綜合控制系統(tǒng)參數(shù)的調(diào)節(jié)和修改功能。
9.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的串聯(lián)式混合動(dòng)力車輛的動(dòng)力分配綜合控制系統(tǒng)，其特征是，該綜合控制系統(tǒng)具有CAN總線通訊控制接口、數(shù)據(jù)顯示與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)接口。
10.根據(jù)權(quán)利要求
8所述的串聯(lián)式混合動(dòng)力車輛的動(dòng)力分配綜合控制系統(tǒng)，其特征是，CAN總線通訊接口符合CAN2.0的技術(shù)規(guī)范，兼容SAE J1939的通訊協(xié)議。
專利摘要
本發(fā)明公開一種串聯(lián)式混合動(dòng)力車輛動(dòng)力分配綜合控制系統(tǒng)，屬于混合動(dòng)力車輛的行駛控制與能量管理技術(shù)領(lǐng)域：
，適用于串聯(lián)式混合動(dòng)力車輛的電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制和多能源動(dòng)力總成的能量管理，尤其是混合動(dòng)力大客車和履帶車輛。本發(fā)明包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分，硬件系統(tǒng)基于外設(shè)部件互連標(biāo)準(zhǔn)PCI總線結(jié)構(gòu)，由①數(shù)字信號處理器TMS320LF2407及其外圍電路、②信號采集與處理系統(tǒng)、③CAN總線通訊控制系統(tǒng)、④PCI總線及其控制系統(tǒng)、⑤人機(jī)交互系統(tǒng)、⑥D(zhuǎn)C－DC直流電源模塊組成；軟件系統(tǒng)采用中斷查詢的結(jié)構(gòu)方式。本發(fā)明的系統(tǒng)穩(wěn)定性好，能夠?qū)崿F(xiàn)串聯(lián)式混合動(dòng)力車輛的能量流的分配和管理，實(shí)現(xiàn)雙側(cè)電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的協(xié)調(diào)控制。
文檔編號B60W20/00GK1996189SQ200610137881
公開日2007年7月11日 申請日期2006年11月8日
發(fā)明者張承寧, 曹磊, 孫逢春 申請人:北京理工大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan