带增程器的纯电动汽车整车控制器设计

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1、带增程器的纯电动汽车整车控制器设计①钱多年(同济大学中德学院，上海200127)摘要:主要介绍带增程器纯电动整车控制器的设计流程．首先定义整车控制器的功能．通过动力蓄电池荷电状态SOC逻辑门限控制策略，当电池SOC低于门限值后，燃料电池开启，起到增程器的作用．通过仿真软件和数学计算评价整车的经济性和动力性，设定SOC门限值为0．4．使用MPC555芯片作为整车控制器的硬件平台．利用Matlab/Simulink及其子模块Stateflow建立控制模型，通过RTW、TLC等语言编译器生成机器码，使用C

2、ANape和MPC555的CAN标定线下载到芯片．最终完成整车调试和标定．关键词:增程器;燃料电池;控制策略中图分类号:文献标识码:U469．72A伴随着日益严重的大气污染和能源危机，传统交通工具—汽车的可持续发展面临越来越严峻的形势．研发电动车作为解决上述问题的有效途径，得到了越来越广泛的认可［1］．但由于目前蓄电池储能有限，纯电动汽车存在一次充电后续驶里程短的问题．笔者考虑采用在纯电动汽车上加装一个增程器的方法来增加纯电动汽车的续驶里程．增程器是为了增加纯电动汽车行驶里程而加装在纯电动汽车上的一

3、个附加储能部件．通常用户可以在出行时根据行驶里程需求确认是否安装［2］．本文设计的电动车所使用的增程器是燃料电池．整车控制器的基本功能对驾驶员的一些操作指令及传感器信号进行数据采集，根据车辆运行状况，控制电机、电池、增程器及外围执行机构安全、稳定、科学的工作．能量管理、故障诊断等．整车控制器VMS通过与其他各控制器之间的CAN网络接口实现分布式现场总线控制．图1CAN总线网络能量管理和驾驶控制功能1．2能量管理和驾驶控制功能是整车控制策略的核心部分．通过加速踏板的位置信息，识别驾驶员的驾驶意图，并且

4、通过整车控制器设置的驱动控制算法，输出电机控制器调速电压，控制电机的转速．由于带增程器的电动车有两个能量源，分别是动力蓄电池和燃料电池．所以需要通过整车控制器整车控制器功能定义11．1整车控制器功能介绍整车控制器VMS的控制对象为整个动力系统，主要包括电机、动力蓄电池、增程器和仪表．并在各部件控制器(如电机控制器MC、动力蓄电池控制器BMS、增程器控制器等)的配合下完成包括①收稿日期:2011－12－14佳木斯大学学报(自然科学版)2012年70协调两个能量源．图2不同工况不同SOC门限值下续航里程

5、信号和钥匙信号，即驾驶员驾驶意图后，根据加速踏板从零到最大开度和电机从零到最大转速正比1．3故障诊断功能当动力系统各部件控制器(如增程器、BMS、充电机控制器等)监测到该部件性能参数超出控制范围，通过CAN网络将该故障传输给整车控制器．根据实测数据偏离门限值的多少，故障分为三级．当一级故障发生时，整车控制器控制整车停车并切断动力电．当二级故障发生时，整车控制器关闭相应部件．当三级故障发生时，整车控制器将该故障显示到仪表，起到警示作用．的对应关系，输出电机控制器调速电压，控制电机目标转速．而通过档位信

6、号控制电机正反转．同时考虑到动力蓄电池SOC余量，当电池SOC余量低于0．25时，对电机的目标转速要求减半．图3整车控制器电气原理图整车控制策略本论文设计的带增程器电动车整车控制策略包括两部分:驾驶控制策略和能量管理策略．2图4MPC555芯片的接口定义2．1驾驶控制策略整车控制器在接受到加速踏板位置信号、档位第1期钱多年:带增程器的纯电动汽车整车控制器设计710．5和0．8时启动燃料电池，仿真燃料电池从开启到氢气耗尽行驶里程加上燃料电池充电电能提供车辆纯电动行驶的里程，以此为指标评价充放电经济性．

7、选择较符合电动车工作的工况，包括:20km/h和30km/h的等速巡航工况，公交车工况(CYC_NewYorkBus)和城市中心工况(CYC_NYCC)．图2所示为在不同工况，不同SOC门限值下，电动车的续航里程．可以发现，当动力蓄电池SOC下降到0．3－0．4时，启动燃料电池，可以得到最好的经济性能．然后考量动力性．为保证车辆在开启燃料电池后，电动车仍有足够的能量保证动力性的需求，设计电动车以10km/h的车速连续爬15%坡度的工况．计算电动车在不同SOC门限值下开启燃料电池直到动力蓄电池电能耗尽

8、(动力蓄电池SOC低于0．2)，所行使的距离．以SOC门限值0．4为例．首先计算爬坡所需电机功率．能量管理策略2．2对于拥有两个能量源的电动车，能量管理策略是整车控制策略中最重要的一环．目前研究较多的能量管理策略主要有三种，第一种是逻辑门限控制策略［3］;第二种是自适应控制策略［4］;第三种是基于模糊逻辑或神经网络的只能控制策略［5］．本文采用逻辑门限控制策略，而评价指标包括三部分:蓄电池充放电经济性，动力性和能否体现增程器概念．当电池SOC低于门限值后，燃料电池以恒