增程式电动汽车辅助动力单元控制的研究与设计

摘要

增程式电动汽车作为插电式电动汽车的一种，具有纯电动汽车纯电驱动的本质，同时加上增程器，缓解了里程焦虑，降低了对动力电池的要求，在合理的能量管理策略下可以对动力电池提供一定的保护，在动力电池能量密度、寿命和价格等瓶颈尚未解决之前，是向纯电动车过渡的一个极佳方案。辅助动力单元作为增程器，是实现能量管理策略的一个重要的下层执行机构，其控制性能的好坏直接决定了最终的燃油经济性指标。本文以增程式电动公交车为研究对象，对增程式电动汽车的辅助动力单元的控制进行了研究，并在嵌入式系统中实现了APU控制。
　　首先，根据性能和工况需求，选择了APU用发动机和ISG电机转速、转矩范围和功率，并根据增程式电动客车纯电动行驶要求，选择了动了电池容量。通过对APU组件参数进行匹配，为APU控制奠定了基础。
　　其次，通过分析APU工作原理和发动机、ISG电机的功能作用，建立了APU转速一转矩控制模型，在该模型上，设计了结构简单、计算量小的单神经元PID控制器。仿真表明，在单神经元PID控制器的控制下，APU具有较好地负载跟踪能力和抗干扰能力。为了避免发动机频繁动态调节过程中燃油消耗的提高，选定APU组工作在恒转速一变转矩工作模式，同时也有利于提高母线电压的稳定性。
　　第三，为了在嵌入式系统中实现APU控制器，基于Freescale的S12XEP100，设计了APU控制器的硬件平台，设计了各个硬件模块;将APU控制软件分为驱动层、中间层和运用层三层结构，并对运用任务进行了划分和算法描述。
　　最后，为了对设计的APU控制器性能进行验证，进行了地面试验和道路工况试验。试验表明，APU控制具有良好的负载跟随性能和抗干扰性能，增程式电动公交车在采用设计良好的能量管理策略和APU控制下，可以较好地提升其燃油经济性能。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 本文研究内容

1．2．1 研究目标及对象

1．2．2 研究内容

1．3 辅助动力单元控制研究现状

1．4 增程式电动汽车概述

1．4．1 增程式电动汽车概念及特点

1．4．2 增程式电动汽车运行模式及能量管理策略

第二章 辅助动力单元匹配与控制算法研究

2．1 辅助动力单元功率需求分析及参数匹配

2．2 辅助动力单元控制研究

2．2．1 APU控制模型

2．2．2 APU控制性能

2．2．3 基于单神经元PID的APU控制设计

2．2．4 APU控制仿真

2．2．5 APU功率跟随

2．3 本章小结

第三章 辅助动力单元控制设计与实现

3．1 总体设计

3．2 硬件设计

3．2．1 电源电路

3．2．2 模拟输入电路

3．2．3 模拟量输出

3．2．4 开关量输入

3．2．5 开关量输出

3．2．6 通信接口

3．2．7 最小系统

3．3 软件设计

3．3．1 运用层设计

3．3．2 中间层设计

3．4 本章小结

第四章 辅助动力单元控制试验

4．1 试验方案

4．2 地面试验

4．3 道路工况试验

4．4 小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

致谢