第8章 电动汽车控制系统设计

1、第第8章章 电动汽车控制系统设计电动汽车控制系统设计8.18.28.3 8.1 电动汽车动力总成控制器设计 图8-1 动力总成控制器功能结构图8.1.1 8.1.1 动力总成控制器的功能分析动力总成控制器的功能分析电机驱动控制系统变速器挡位成组接触器主接触器钥匙开关汽车电器系统PCU电池管理系统显示仪表加速踏板制动踏板CAN总线 8.1 电动汽车动力总成控制器设计8.1.2 8.1.2 动力总成控制器芯片的选型动力总成控制器芯片的选型1. DSP介绍（1）改进的哈佛结构体系（2）流水线技术（3）专用的硬件乘法器（4）多处理单元（5）特殊的DSP指令 8.1 电动汽车动力总成控制器设计 图8-3

2、 DSP系统的设计流程2. DSP系统的设计流程3. DSP选型DSP应用定义系统性能指标选择DSP芯片软件编程软件调试硬件设计硬件调试系统集成系统测试和调试 8.1 电动汽车动力总成控制器设计 图8-4 控制器硬件总体设计框图8.1.3 8.1.3 动力总成控制器的硬件总体设计动力总成控制器的硬件总体设计1. 控制器硬件总体设计框图CANA/DI/OPWM中央处理器TMS320F2812电源模块时钟复位开关指示灯模块A/D线性隔离模块I/O隔离模块D/ARTC模块SCI模块USB模块LIN模块CAN模块CPLD译码模块PWM驱动模块电子节气门信号处理模块JTAG接口 8.1 电动汽车动力总成

3、控制器设计 图8-5 12V 转5V 电路2. 控制器硬件系统各模块电路设计（1）电源模块设计IN+ OUT+IN- OUT-C36+C39C37+C38+12FGNDGNDVCC1234PW5ZUS6 1205 8.1 电动汽车动力总成控制器设计 图8-6 5V 转3.3V 和1.8V 电路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 电动汽车动力总成控制器设计 图8-7 采用外部晶体的时钟电路图（2）复位电路（3）时钟模块U0 30MC3222PC3322PX1X2 8.1 电动汽车动力总成控制器设计 图8-9 模拟隔离电路电源电路（4）A/D输入线性隔离模块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 电动汽车动力总成控制器设计 图8-10 D/A模块工作原理图（5）D/A模块F2812XC95144XLD/A转换器运放ISO124模拟隔离DACOUT1DACOUT2DACOUT3DACOUT4地址、数据、控制总线参考电源 8.1 电动汽车动力总成控制器设计 图8-11 I/O接口输入量隔离电路（6）I

6、/O量输入输出隔离模块FGNDXINT2IN34RH4IN34U118RP4RP5XINT3Z143.3VTLP521-2 8.1 电动汽车动力总成控制器设计 图8-14 CAN电源隔离模块及CAN总线收发指示灯电路（7）CAN通信模块GND2TXD31A 1YGND VCC2A 2YU7 07RXO15 3.3V46RX1TX1REDGENRC8 270RC7 2703.3V1+C36104C37104GDN +VVm 0VC39104C38104+5VCVCCCANBATBOSOSS243RC6250CGND 8.1 电动汽车动力总成控制器设计 图8-15 SCI串行通信模块电路（8）SC

7、I串行通信模块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 电动汽车动力总成控制器设计 图8-17 控制器软件的分层模型8.1.4 8.1.4 动力总成控制器的软件设计动力总成控制器的软件设计1

8、. 软件构成管理层控制管理 诊断 通信数据池执行层算法库操作库接口层 8.1 电动汽车动力总成控制器设计图8-20 刹车踏板周期采样任务2. 任务详细分析（1）初始化任务（2）刹车踏板周期采样任务开始调用系统函数使用周期性警报开始采样 采样完成否？ 刹车是否被踩下？调用系统函数发送刹车信息等待延时到期事件清除延时到期事件调用系统函数终止自己YESYESNONO 8.1 电动汽车动力总成控制器设计图8-22 油门踏板周期采样任务（3）电子节气门开度采样任务（4）油门踏板周期采样任务开始调用系统函数使用周期性警报开始采样 采样完成？调用系统函数发送油门信息等待延时到期事件清除延时到期事件YESNO

9、 8.1 电动汽车动力总成控制器设计 图8-25 CAN 总线接收任务（5）打滑控制任务（6）能量回收任务（7）CAN总线接收任务开始调用系统函数使用周期性报警调用CAN总线接收信息函数读入各buffer中的CAN信息按顺序将CAN消息中的数据信息保存到数组CANData108等待延时到期事件清除延时到期事件 8.1 电动汽车动力总成控制器设计 图8-26 CAN 总线发送任务（8）CAN总线发送任务（9）整车运行控制策略任务（10）电子节气门控制任务等待CAN总线信息发送事件YES开始获取需要发送的信息数据处理，数据打包调用CAN发送消息函数NO 信息发送完全否？ 8.1 电动汽车动力总成控

10、制器设计 图8-31 SCI 接收中断服务程序（11）SCI通信发送任务（12）刹车踏板中断服务程序（13）SCI接收中断服务程序NO接收数据YES开始 需要开始发送数据？ 需要停止发送数据？全局变量SCISEND0退出激活SCI通信发送任务全局变量SCISEND1NOYES 8.1 电动汽车动力总成控制器设计3. 整车控制策略（1）串联型混合动力电动汽车的控制策略 “恒温器”控制模式 发动机跟踪器控制模式（2）并联式混合动力汽车的控制策略 以车速为主要参数的控制策略 以功率为主要参数的控制策略 采用优化技术的控制策略 以成本和燃油经济性为目标的控制策略 8.1 电动汽车动力总成控制器设计4.

11、 CAN总线通信软件设计NO初始化结束得到中断标志否？YES开始取命令字发送数据文件发送数据串处接收数据串处接收数据文件接收控制参数发CAN控制器图8-32 CAN 节点通讯主程序流程图 8.1 电动汽车动力总成控制器设计8.1.5 8.1.5 动力总成控制器硬件在环仿真系统动力总成控制器硬件在环仿真系统图8-33 动力总成控制器HILSS结构发动机模型电机模型电池模型传动系模型汽车动力学模型司机模型dSPACEPCU操作人员PC监控系统 8.2 电动汽车的能量管理系统8.2.1 8.2.1 能量管理系统的主要功能能量管理系统的主要功能（1）对电动汽车电池组中的每块电池的端电压和 温度进行采集

12、。（2）随时预报电动汽车的续驶里程。（3）电池需要充电时，及时报警，以防止蓄电池 过放电而影响其使用寿命。（4）自动用好的电池替换坏的电池。（5）合理分配各能量源在电动汽车上的使用，以 便达到节能的目的。（6）综合考虑各电池的充电状态，确定何时该停 止充电。 8.2.28.2.2 能量管理系统的构成能量管理系统的构成图8-34 均衡充放电管理系统框图8.2 电动汽车的能量管理系统1. 电压均衡管理（1）充电过程中的电压 均衡管理（2）放电阶段的电压均衡 管理 图8-36 状态转移图8.2 电动汽车的能量管理系统2. 充放电状态的管理 8.2 电动汽车的能量管理系统3. 电池容量的预测（1）放电

13、实验法（2）密度法（3）Ah计量法（4）开路电压法 8.2 电动汽车的能量管理系统（5）内阻测量法（6）恢复效应法（7）线性模型法（8）神经网络法（9）卡尔曼滤波法 8.2 电动汽车的能量管理系统4. 电动汽车剩余里程预测（1）驱动力和行驶阻力平衡方程式20cossin21.25e gtDaM i iC AuG duGfGrg dthdaa=+（2）功率平衡方程331d()36003600761403600daaDaaetGfuGiuC AuGuuPgtdh=+ 8.2 电动汽车的能量管理系统（3）电动汽车能量平衡方程式的建立（4）剩余里程预测的算法331d()3600360076140360

14、0daaDaabtmGfuGiuC AuGuuPgtdh h=+36004.59(km/h)utmaDWGfSGiSuSACh h-=5. 能量管理系统中的故障诊断及运行防护 8.2.3 8.2.3 能量管理系统的硬件设计能量管理系统的硬件设计图8-39 充电器典型的充电过程示意图8.2 电动汽车的能量管理系统1. 主充电器 图8-40 电流峰值控制模式框图8.2 电动汽车的能量管理系统2. 辅助充电器电流瞬时采样稳压调节（误差放大）电压采样电压基准PWM发生 图8-41 由两个N MOS构成的双向开关 8.2 电动汽车的能量管理系统3. 开关组件的设计GM1M2D1D2Q1Q2GNDVccC

15、d 图8-42 磁耦隔离驱动电路 8.2.4 8.2.4 能量管理系统的软件设计能量管理系统的软件设计图8-43 软件主流程图8.2 电动汽车的能量管理系统系统初始化SOCSOCH采集电压、电流、温度数据显示（显示电压、电流、温度等）计算电池电量SOCSOCSOCL发动机是否工作发动机是否工作关闭发电机启动发电机发电NONONOYESYESYESYESNO 8.3.1 8.3.1 制动能量回馈系统的结构制动能量回馈系统的结构 及主要研究内容及主要研究内容图8-46 再生液压混合制动系统的结构8.3 电动汽车制动能量回馈系统 8.3.2 8.3.2 制动能量回馈的基本原理制动能量回馈的基本原理图8-47 感应电机发电状态时的特性曲线8.3 电动汽车制动能量回馈系统 8.3.3 8.3.3 再生制动的影响因素再生制动的影响因素8.3 电动汽车制动能量回馈系统（1）行驶工况。（2）电机因素。（3）电池因素。（4）驱动型式。 8.3.4 8.3.4 制动模式与能量的分析制动模式与能量的分析8.3 电动汽车制动能量回馈系统助力蓄电池管理模块动力蓄电池组高压电自动断路控制器整车控制模块加速踏板位置车速