混合动力客车电控系统应用与设计.docVIP

精品论文 参考文献 混合动力客车电控系统应用与设计 （东风柳州汽车有限公司 广西 柳州545005） 摘要:本文从整车零部件匹配角度出发，在CAN总线技术的基础上系统性的分析了混合动力客车电控系统主要特点，介绍了康明斯高压共轨柴油机以扭矩为输入控制喷油和车辆驱动电机响应扭矩控制的特点，引申到混合动力客车的整车控制器设计和控制方法。提出设计一款基于Freescale S12X处理器平台的控制单元实现对发动机和电机的控制，并按照V型开发模式要求实现底层驱动和Simulink自动代码生成相结合的软件结构，开发上位机分析软件，实现并应用在混合动力客车上。 关键词: 扭矩分配 MAP图 自动代码生成 汽车动力纯电动驱动是我国汽车业中长期发展目标，受制于当前电池技术和工艺影响，混合动力汽车的技术开发和积累是更为务实的选择。发动机，电机，电池，变速箱作为混合动力客车上的主要部件之一，研究其控制部件即电控系统对于混合动力客车应用匹配有着重要意义。 1高压共轨柴油机电控技术简介 高压共轨柴油发动机采用电子控制单元（Electronic Control Unit简称 ECU）从传感器（油门位置、转速、大气状态、水温、共轨压力）获取信息，结合约束条件，查找预先设定好的MAP，调整喷油器的主喷，预喷和后喷（可选）时长，达到控制喷入气缸油量目的。博世高压共轨柴油机电控系统以转速为输入，结合转速、油门来控制油量和喷油时间，康明斯高压共轨柴油系统以扭矩为输入，控制最后的油量和喷油时间，下面以某6缸机为例介绍康明斯电控系统。 1.1从转速和油门到油量喷射 康明斯电控发动机采用霍尔传感器测量发动机转速和位置。曲轴和凸轮轴转速信号传感器将感应电压信号传给专用电路，该电路去除噪声，限制最大电压幅值并作超速保护后传送给ECU内部的CPU，CPU的TPU单元可计算得到转速。 油门内部为电位计形式电路，油门输出两路线性电压信号给ECU.通常采用1:2比例的双路信号。若同一个油门开度获得两个模拟信号差异超过阀值，即为油门故障。某种油门获得有效电压信号，经单片机内部10位AD转换为数字量，再查询油门MAP表线性插值即可得到油门百分比。当前油门下需求的扭矩小于外特性即为目标扭矩，若大于外特性即取外特性扭矩。对于发动机匹配不同车型，只需要修扭矩MAP即可。平滑的油门对应扭矩曲线适用于公交车场合，若要提高加速性能则需增大曲线斜率。 ECU获得目标扭矩后再根据发动机转速和目标扭矩查询扭矩-油量二维MAP，即可得到相应目标扭矩下的油量值，根据转速和油量二维MAP查询喷油正时，同理获得预喷开启时间，预喷油量，共轨轨压调节等，再经过瞬态和稳态以及高原，启动，排放等修正，即得到最终喷油时刻及时长。 1.2支持J1939协议的油门和转速及扭矩控制 J1939 多路通信使整车能够通过 J1939 数据通信替代硬件开关和实物控制发动机。关于总线油门和TSC1及负荷率原文请参见SAE-J1939-EEC2-SPN 91，和Torque/Speed Control#1-TSC1，EEC2- SPN 92 persent load at current speed [1]。下文介绍利用CAN总线控制发动机油门，转速和扭矩。 图1 转速控制模式发动机转速和负载 若选择扭矩控制模式，则Byte 1为02,Byte 3中的91H=145D,分辨率1，偏移量-125，即（145-125）%=20%，即当前转速下最大扭矩的20%。总线报文发出的扭矩在28%左右（该值为发动机估算值），转速则从怠速750rpm呈一定斜率上升，负荷稳定时加速度趋近于0，负荷突变较转速模式下小。状态切换初始时刻，负荷率突增，随后逐渐回归常态。 2电机驱动系统控制简述 电机驱动系统作为类似发动机功能单元的动力单元通常由电机和电机控制器组成。而电机控制器由电机控制器核心板，IGBT驱动电路，控制电源，结构和散热系统，高压开关控制电路组成。控制器核心板负责接收整车控制器的指令（如转速模式和扭矩模式）并反馈信息（如当前转矩，总线电流等），检测电机系统内传感器信息，根据指令和传感器信息产生逆变器开关信号；IGBT驱动电路接收CPU板开关信号并反馈信息（如各相电流），放大开关信号并驱动IGBT,提供电压隔离和保护功能；控制电源为CPU板和驱动电路提供多路相互隔离的电源；结构和散热系统则为电力电子模块散热，支撑组件安装并提供环境保护（如防水，防尘，撞击等）；高压开关控制电路负责接受信号将直流电源能量传递给逆变器，减少突然接通电路的大电流