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多能源动力总成主从式控制系统的设计与实现.pdf
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多能源动力总成主从式控制系统的设计与实现
谢长君
武汉理工大学自动化学院,武汉 (430070 )
摘 要:混合动力汽车前景十分看好,其多能源动力总成控制系统的设计成为关键。本文介
绍了设计的一种方案即主从式系统的设计思路,硬件组成及控制策略等,经实践调试切实可
行,达到了控制效果。
关键词:混合动力汽车;多能源动力总成控制系统;主从式系统
中图分类号:U469.72+2 文献表识码: A
1. 概述
作为公路交通运输的主体,传统汽车正面临环境保护和能源危机的严峻挑战,发展电动
汽车已是相当迫切的要求了。电动汽车主要有纯电池电动汽车和混合动力汽车两大类。混合
动力汽车 (HEV )正是在纯电动汽车开发过程中为有利于市场化而产生的一种新的车型,
它将现有内燃机与一定容量的储能器件通过先进控制系统相组合,可以大幅度降低油耗,减
少污染物排放[1] 。国外普遍认为它是投资少、选择余地大、易于满足未来排放标准和节能目
标、市场接受度高的主流清洁车型,从而引起各大汽车公司的关注。在HEV开发中,动力
控制系统的结构选型、参数匹配和控制策略的研究,处于关键地位。而负责进行车载能量管
理和信号流处理分配的多能源动力总成控制系统的设计成为关键和难点[2] 。
2. 控制对象及控制方案
多能源动力总成控制系统主要负责汽车上所有信号流和能量流的处理分配工作,保证动
力控制系统按照司机的意图和道路条件实现对电动汽车动力系统的动态控制。具体的说,控
制系统要处理来自于整车传感器,发动机控制器, 电机控制器, 电池控制器,AMT 控制器 ,ISG
控制器,仪表及低压配电系统的信号,并合理分配能量流,其中动力驱动系统的能量优化分
配成为关键。混合动力汽车有两套驱动系统,即燃油驱动系统和电驱动系统。其动力源主要
是燃油,在低速、启动和加速时用电力,也即在不完全燃烧时用电力,提高燃料的燃烧效率。
在硬件实现上我们考虑了几种系统方案,包括分布式方案、集中式方案及分布式与集中
式相结合方案。分布式系统中多能源动力总成控制器通过 CAN 总线与各零部件 ECU 通信,
工作过程中,各零部件 ECU 分别采集各自的控制对象的信号和状态参数,通过 CAN 总线
发给多能源控制器,多能源控制器利用这些信息来进行能量流和信号流的分配与管理,也通
过 CAN 总线向下位 ECU 发出执行指令。分布式系统是当今工业控制领域使用较为频繁的
系统,也是电动汽车的发展方向,具有系统层次化、模块化和低故障率等优点;集中式系统
中多能源动力总成控制器中由系统核心处理器来完成所有的信号流与能量流的处理与分配
工作,系统所有信号输入与输出全部由多能源动力总成控制器管理,动力总成控制器收集所
有 IO 的当前状态,输入到自身的控制策略后台循环,通过运算后输出给 IO 处理模块,发
送给各下位控制单元。集中式系统具有处理集中,实时性强,系统的响应速度快的特点,但
系统抗干扰能力差。
分布式方案和集中式方案的利弊比较如下:
首先,从系统运作角度考虑,分布式系统的设计自然而然的将整个系统模块化了,系统
中的 DSP 处理器主要工作集中于控制策略的运算与处理上,而它的前台程序主要只需要处
理 CAN 模块的通讯工作。而集中式系统的模块化工作则需要在软件里完成,由于所有的信
号输入、输出直接与动力总成控制器相连,所以控制器在做控制策略运算与处理的过程中,
需要对 IO 设备进行处理,增加的系统软件资源的开销。
然后,从系统安全角度考虑,分布式系统的优点在于故障的分散和下移。分布式系统中
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每个电控单元处理与自己相关的 IO 设备,当一个节点的 IO 设备出现故障,可以通过 CAN
总线通知其他节点告警,如果出现致命性故障,系统的其他节点依然可以正常运行,或者不
致损坏。而集中式系统将 IO 设备集于一身,一旦一个 IO 端口出现非法状态,可能引起整
个系统瘫痪,容错性很差。
接着,从系统接口角度考虑,分布式系统是通过 CA
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