基于POWERPC的32位纯电动汽车整车控制器设计与研究

摘要

随着能源危机的不断加深与科技的不断进步，全球的科技工作者都在为解决能源危机而奋斗。空气雾霾严重，人类生活环境恶化，汽车工业对此有不可推卸的责任。为彻底解决能源和环境危机，发展纯电动汽车是最优方法之一。根据我国环境与能源的“三纵三横”战略决策，将新能源汽车列为重要一环，发展新能源汽车重要的是三电系统的设计，而整车控制器技术是新能源汽车最为关键的技术之一。
　　本文基于 Freescale的MPC5634的32位芯片作为运算核心，对高性能、高速运算的纯电动汽车整车控制器进行设计研究，同时对电动汽车的四大控制技术（电驱动技术、电池管理系统技术、整车控制器技术、整车通讯网络技术）深入分析。本文所研究的主要内容有：
　　（1）基于纯电动汽车的系统结构对其进行功能需求分析，设计整车 CAN通信网络。分析通讯功能需求，在 SAEJ1393协议的基础上，制定出汽车在应用层和传输层的通讯协议，对 CAN网络的通讯协议进行设计，保证 CAN网络功能具有实时性和可靠性。
　　（2）利用protel软件设计硬件电路，选择freescale的32 bit的MPC5634作为整车控制器的芯片；通过对纯电动汽车通信需求分析，将控制器硬件分为信号采集模块、底层驱动模块、CAN通讯模块、以及VCU芯片模块，对各个功能模块进行详细的设计；根据纯电动汽车的控制特性，整车存在电磁场干扰源，硬件设计增加多项抗干扰措施；同时对 CAN通讯模块等关键电路进行冗余设计，增强控制器的可靠性。
　　（3）基于控制器的硬件电路设计，对驱动控制过程中的起步、加速、减速、制动、倒车等控制逻辑详细的分析，设计各个控制过程中的控制策略。纯电动汽车整车控制功能的需求特点，将车辆行驶分为6种不同的工作模式，针对不同的工作模式详细描述，按照不同的控制逻辑条件进行不同的模式切换。整车能量管理控制策略是车辆重要的控制策略，依据采集的SOC值设计不同的行车模式，提高能量的利用率，延长电池的使用寿命。控制程序利用 AUTOSAR框架协议，对整车控制器软件进行分层和模块化设计，对每一层的功能详细分析并转化为程序，实现整车控制器各个模块的控制功能。利用 C语言在 CodeWarrior IDE软件中对各个模式的控制策略进行控制程序的编写，完成整车控制器的各个模块的控制功能。
　　（4）从整车控制器的安全性和可靠性的角度考虑，利用 MATLAB/Simulink建立各个行驶工况下的控制策略并建立模型，联合 CRUISE仿真软件验证分析控制策略和控制模型针对试验样车的可行性和安全性。根据仿真试验结果，然后安装整车进行实验分析。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 纯电动汽车的研究背景及意义

1.2 纯电动汽车国内外研究现状

1.3 纯电动汽车整车控制器的研究现状及意义

1.4 本文主要研究内容

第2章 纯电动汽车整车控制系统

2.1 纯电动汽车整车控制系统基本结构及工作原理

2.2 整车控制器设计方案

2.3 纯电动汽车CAN通信网络设计

2.4 本章小结

第3章 纯电动汽车整车控制器硬件设计

3.1 整车控制功能需求分析

3.2 整车控制器硬件设计分析

3.3 整车控制器硬件

3.4 本章小结

第4章 纯电动汽车整车控制软件设计

4.1 纯电动汽车整车控制策略分析

4.2 纯电动汽车整车控制策略

4.3 纯电动汽车行驶工况切换

4.4 整车控制器软件程序架构设计

4.5 整车控制器主程序设计

4.6 整车控制器底层驱动程序设计

4.7 本章小结

第5章 纯电动汽车整车控制策略仿真及试验分析

5.1 基于Acc模糊逻辑扭矩控制策略分析

5.2 仿真模型的建立

5.3 仿真试验结果及分析

5.4 整车控制器实车试验分析

5.5 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果