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1. 研究目的与意义(文献综述)
从汽车发明至今,不过一百多年时间,但是回顾这段历史,我们可以看到汽车扮演了促进经济发展和社会进步的重要角色。今天,汽车工业己成为世界和各国经济发展的支柱产业。汽车工业的发展涉及许多产业部门的发展,带动了石油化工、钢铁冶金、机械制造、有色金属工业、橡胶工业、电子工业等的发展并促进了汽车相关的服务业的发展。汽车保有量的增加和日益普及,极大的改善了人们的生活,扩大了人们的活动半径,适应了现代化工业的需要,同时,也缓解了由于工业化和城市化带来的弊端。然而,人们在享受汽车文明的同时,也必须面对汽车带来的负面影响:环境污染问题和能源危机问题。为了解决这两个日益严峻的问题,自上个世纪后几十年起,许多国家和汽车企业纷纷投入巨额资金用于新能源汽车的研发,使得高效、节能、环保汽车的研究开发驶入了快车道,先后有诸如纯电动汽车(EV),混合动力汽车(HEV)和燃料电池汽车(FEV)等新能源汽车问世并不断成熟,为解决能源危机和环境问题指明了发展方向。2012年6月国务院发布《节能与新能源汽车产业发展规划(2012-2020年)》,电动汽车就被列为战略性新兴产业之一, 予以重点支持发展。 经过近几年的市场培育与发展,电动汽车的产业规模稳步提升,全球产量稳居第一。电动汽车的研发,主要集中在电动汽车生产制造环节成本较高的电池、电机以电控三大核心技术领域,从整车研发的角度来看,整车性能的发挥主要依赖于控制单元的控制效果。作为电控单元的重要组成,整车控制器(VCU)协调管理电机、电池等电控单元,保障了整车系统安全可靠地运行,是电动汽车的核心控制部件。国外对纯电动汽车VCU的开发与标定起步较早。1998年,Bosch推出第一个基于CAN协议的控制器,开启了CAN网络在汽车应用上的潮流;同年Vector公司为Bosch开发了第一台基于CAN总线的标定工具软件;1993 年,国际标准ISO11898 发布,定义了 CAN 的物理层和数据链路层;经过多年的发展完善,国外市场已产生了非常成熟的标定工具,这些软件符合 ASAP 标准,支持多种总线接口,通用性好,标定界面友好,操作方便,本身带有强大的标定数据管理与数据分析比较的功能。例如Vetor 公司开发的CANape软件,可以很方便的移植到各个控制器平台。得益于成熟的标定测量技术,新能源电控系统也不断进步。日本丰田汽车公司目前生产的一款纯电动汽车采用双轮毂电机后轮驱动方式,其整车控制器需要完成对两个电机控制器的控制,由于左右后轮独立控制,所以控制策略也比较复杂,整车控制器除了需要采集踏板、档位、钥匙门信号之外,还需要采集车内各传感器信号,例如转向角度信号、横摆角度信号、横摆角速度信号、纵向和横向加速度信号、四个车轮的转速信号等。目前国内对纯电动汽车整车控制器的研究主要在一些研究机构和高校开展,由于控制策略,故障检测与判断,开发平台等方面的限制,市场上产品级的纯电动汽车整车控制器的生产和销售还较少。此外,控制策略的核心——驱动控制策略,一直是整车控制器研究的重点和难点。上海交通大学的陈振辉等人采用德国 Vector 公司的 CANape 标定工具,对主控制器为 MC9S12DP256的混合动力汽车 VCU 进行标定开发,着重研究了 CCP 协议的接口集成和 Flash 的擦写程序。同济大学的吴志红等人采用基于CAN总线的匹配标定协议(CCP),利用LabVIEW软件设计基于英飞凌XC164CS微控制器的电子控制单元的标定系统。主要讨论了如何利用LabVIEW进行基于CCP的标定。吉林大学的王健等人根据整车控制器功能需求,制定出适用于两档无离合纯电动汽车的整车控制策略,并依据车辆行驶的不同工况将整车控制策略划分为若干模式分别研究,设计了基于CCP协议的标定系统。针对两档AMT存在换挡冲击的问题,重点论述了整车控制器在换挡过程中换挡协调策略的制定。山东大学的许同盟等人对整车控制器的软硬件设计及测试方法进行探讨,着重分析了驱动扭矩控制算法和制动能量扭矩算法和制动安全。并且创新性的提出了三级安全软硬件监控硬件及算法,在主从芯片之间进行运行和扭矩输出校验。进行了控制器的软/硬件设计,并完成了样件及样车的调试和试验。总体来说,国内对于电动汽车VCU的开发与标定的研究还处于初步探索的阶段,都是为了解决实际的问题而基于 CCP 协议开发底层代码,通过 LabVIEW工具软件自己开发上位机界面或者直接使用 CANape 等成熟的产品,基本上是标定系统的应用,尚未形成比较完整的电控系统优化标定理论体系,设计的标定软件对不同软硬件平台的兼容能力不够强,功能集成也相对较少。因此,对于新能源VCU开发这方面还有很长的路要走。
2. 研究的基本内容与方案
驱动控制策略作为新能源汽车vcu的核心之一,能够根据驾驶员的操作,识别驾驶员意图,并综合考虑车辆动力系统的运行状态,计算出驾驶员对于驱动电机的期望转矩,并发出相应指令,实现对整车动力系统的控制。
因此,精确感知驾驶员的驾驶需求(动力性/经济性),保证电机达到期望转矩,是驱动控制策略的关键。
本文基于北京艾思科技有限公司的in-smart智能车平台,针对纯电动汽车驱动控制策略进行研究开发,于matlab/simulink环境下建立车辆仿真模型及控制策略模型,并基于labview设计相应的标定系统。
3. 研究计划与安排
周次(时间) | 工作内容 | 提交内容(阶段末) |
1-2(7 学期第18、19周) | 确定毕业设计选题、完善毕业设计任务书(相关参数)、校内外资料收集 | 毕业设计任务书 |
3-4(8 学期第1-2周) | 方案构思、文献检索、完成开题报告 | 文献检索、开题报告 |
5(8学期第3周) | 外文翻译、资料再收集 | 外文翻译 |
6(8学期第4周,3月19日) | 开题答辩
| 开题答辩PPT、开题答辩记录表 |
7~8(8学期第5-6周) | 设计计算、草图绘制 | 设计计算草稿、草图 |
9~11(8学期第7-9周) | 图样绘制、编写设计计算说明书(论文) | 图样、论文初稿 |
12~15(8学期第10-13周) | 图样及论文整理;关注组中期检查 | 正式图样、论文 |
4. 参考文献(不低于12篇)
[1] 陈清泉,孙逢春,祝嘉光编著.现代电动汽车技术.北京理工大学出版社,2002
[2] (波兰)szumanowski著.混合电动车辆基础.陈清泉,孙逢春译.北京理工大学出版社, 2001
[3] 张厚明,赫荣亮,周禛.电动汽车产业发展趋势展望与对策[j].中国国情国力,2019(06):61-64.
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