純電動(dòng)四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)汽車整車控制器開(kāi)發(fā)

發(fā)布時(shí)間：2020-09-14 20:41

　　分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車以直接轉(zhuǎn)矩控制等優(yōu)點(diǎn)被廣泛關(guān)注與研究,而電池、電機(jī)與電控是電動(dòng)汽車研發(fā)的三大關(guān)鍵技術(shù)。本文研究依托于國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(51375086)“四輪獨(dú)立電動(dòng)輪直驅(qū)汽車底盤系統(tǒng)機(jī)電耦合擺振控制”,針對(duì)電控技術(shù)進(jìn)行研究,基于四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的純電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)了一款整車控制器(Vehicle Control Unit,VCU),以實(shí)現(xiàn)整車安全可靠的運(yùn)行。首先,根據(jù)整車控制器需求確定整車控制系統(tǒng)框架,參考AUTOSAR架構(gòu)完成了VCU的軟硬件框架定義。使用基于模型的V流程開(kāi)發(fā)方法,通過(guò)快速控制原型平臺(tái)完成控制器軟件的開(kāi)發(fā)�；赟AE J1939協(xié)議,對(duì)整車CAN通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。搭建整車電子底盤,完成外圍電路設(shè)計(jì)與線路布置。最終設(shè)計(jì)實(shí)車實(shí)驗(yàn)對(duì)整車控制器與整車控制系統(tǒng)各項(xiàng)功能進(jìn)行驗(yàn)證,實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求。本文主要工作如下:(1)根據(jù)整車設(shè)計(jì)指標(biāo),完成整車控制器與控制系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)。分析純電動(dòng)汽車技術(shù)指標(biāo)與設(shè)計(jì)要求,確定整車控制器的功能需求。設(shè)計(jì)整車控制系統(tǒng)框架,明確各子控制器、傳感器、執(zhí)行器以及整車通信的技術(shù)要求。(2)對(duì)整車控制策略進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先,根據(jù)電動(dòng)汽車運(yùn)行工況對(duì)整車工作模式進(jìn)行劃分,設(shè)計(jì)工作模式間的跳轉(zhuǎn)邏輯。設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)矩需求解析策略,根據(jù)駕駛員輸入與整車狀態(tài)確定輸出轉(zhuǎn)矩。在整車安全上,從軟件與硬件層面對(duì)高壓安全進(jìn)行設(shè)計(jì)。(3)通過(guò)CAN網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)整車控制器與子控制器和傳感器等的通信。基于SAE J1939協(xié)議,對(duì)整車通信分別從物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層進(jìn)行設(shè)計(jì),為整車通信設(shè)定完整的通信協(xié)議,保證整車通信的可靠性、可讀性與可擴(kuò)展性。(4)基于Woodward/MotoHawk快速控制原型平臺(tái)在MATLAB/Simulink/Stateflow下完成整車控制器模型的搭建。根據(jù)使用工況完成I/O引腳的初始化配置以及數(shù)據(jù)預(yù)處理。利用Stateflow搭建工作模式狀態(tài)機(jī),實(shí)現(xiàn)整車各工作模式的定義與跳轉(zhuǎn),和各工作模式下對(duì)執(zhí)行器的控制。搭建轉(zhuǎn)矩需求模塊,考慮踏板開(kāi)度、電池SOC、電池和電機(jī)溫度等因素計(jì)算整車轉(zhuǎn)矩需求。編寫m文件完成CAN協(xié)議的封裝,實(shí)現(xiàn)CAN報(bào)文的解析與打包。(5)完成整車電子底盤各電氣器件的布置。對(duì)傳感器、執(zhí)行器和各子系統(tǒng)等進(jìn)行布置,為相應(yīng)電氣器件設(shè)計(jì)外圍電路,并完成整車強(qiáng)弱電電氣線路的布置。設(shè)計(jì)人機(jī)交互界面,實(shí)現(xiàn)整車運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)顯示,以及駕駛員對(duì)整車控制參數(shù)的標(biāo)定與設(shè)定。(6)設(shè)計(jì)實(shí)車實(shí)驗(yàn)對(duì)整車控制器與控制系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證。直線加速實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了整車設(shè)計(jì)功能正常,VCU與電機(jī)、電池系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作。通過(guò)差速轉(zhuǎn)向與差動(dòng)轉(zhuǎn)向?qū)嶒?yàn)驗(yàn)證了電動(dòng)汽車實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)要求,且驗(yàn)證了差速轉(zhuǎn)向的合理性與差動(dòng)轉(zhuǎn)向的可行性。通過(guò)以上工作,完成了整車控制器的設(shè)計(jì)到驗(yàn)證,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該整車控制器符合設(shè)計(jì)要求。
【學(xué)位單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：U469.72
【部分圖文】：

集中式

純電動(dòng)汽車根據(jù)驅(qū)動(dòng)方式可分為集中式驅(qū)動(dòng)與分布式驅(qū)動(dòng)。集中式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車直接將內(nèi)燃機(jī)替換為驅(qū)動(dòng)電機(jī)，如圖 1-1 所示。其優(yōu)點(diǎn)在于與傳統(tǒng)汽車布局類似，設(shè)計(jì)中可沿用傳統(tǒng)汽車思路，與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車在傳動(dòng)系統(tǒng)和底盤系統(tǒng)上具有較好的繼承性，需要改動(dòng)的內(nèi)容較少；但其缺點(diǎn)在于，動(dòng)力由驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)出后仍需經(jīng)過(guò)減速器等機(jī)械傳動(dòng)裝置傳遞至驅(qū)動(dòng)輪，機(jī)械效率損失難以避免，且不便進(jìn)行復(fù)雜的車輛動(dòng)力學(xué)控制。分布式驅(qū)動(dòng)可根據(jù)電機(jī)的布置分為輪邊驅(qū)動(dòng)和輪轂驅(qū)動(dòng)。輪邊驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車在輪軸附近的車架上添加四個(gè)電機(jī)，經(jīng)由減速器將動(dòng)力傳遞給車輪，如圖 1-2 所示。其優(yōu)點(diǎn)在于可對(duì)四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，分別控制其轉(zhuǎn)矩以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的車輛動(dòng)力學(xué)控制，且傳動(dòng)鏈短機(jī)械效率較高；缺點(diǎn)在于減速器會(huì)使傳動(dòng)效率有所損失，且電機(jī)的布置空間較小，容易與車輛懸架部件出現(xiàn)干涉，限制了懸架設(shè)計(jì)的自由度。輪轂驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車直接在四個(gè)驅(qū)動(dòng)輪上安裝輪轂電機(jī)，如圖 1-3 所示。其具有轉(zhuǎn)矩獨(dú)立可控，轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩易測(cè)量，響應(yīng)速度快，傳動(dòng)效率高等優(yōu)點(diǎn)，且四輪驅(qū)動(dòng)制動(dòng)力矩可任意分配，可實(shí)現(xiàn)車輛動(dòng)力學(xué)關(guān)注的各種優(yōu)化控制，還具有結(jié)構(gòu)緊湊、底盤布置靈活的優(yōu)點(diǎn)；但缺點(diǎn)在于簧下質(zhì)量增加，對(duì)懸架設(shè)計(jì)要求更高[3]。

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