純電動四輪獨立驅(qū)動汽車整車控制器開發(fā)

發(fā)布時間：2020-09-14 20:41

　　分布式驅(qū)動電動汽車以直接轉(zhuǎn)矩控制等優(yōu)點被廣泛關(guān)注與研究,而電池、電機與電控是電動汽車研發(fā)的三大關(guān)鍵技術(shù)。本文研究依托于國家自然科學(xué)基金面上項目(51375086)“四輪獨立電動輪直驅(qū)汽車底盤系統(tǒng)機電耦合擺振控制”,針對電控技術(shù)進行研究,基于四輪獨立驅(qū)動的純電動汽車設(shè)計了一款整車控制器(Vehicle Control Unit,VCU),以實現(xiàn)整車安全可靠的運行。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流程開發(fā)方法,通過快速控制原型平臺完成控制器軟件的開發(fā)�；赟AE J1939協(xié)議,對整車CAN通信網(wǎng)絡(luò)進行開發(fā)。搭建整車電子底盤,完成外圍電路設(shè)計與線路布置。最終設(shè)計實車實驗對整車控制器與整車控制系統(tǒng)各項功能進行驗證,實驗結(jié)果符合設(shè)計要求。本文主要工作如下:(1)根據(jù)整車設(shè)計指標,完成整車控制器與控制系統(tǒng)的總體方案設(shè)計。分析純電動汽車技術(shù)指標與設(shè)計要求,確定整車控制器的功能需求。設(shè)計整車控制系統(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)對整車控制策略進行設(shè)計。首先,根據(jù)電動汽車運行工況對整車工作模式進行劃分,設(shè)計工作模式間的跳轉(zhuǎn)邏輯。設(shè)計轉(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高壓安全進行設(shè)計。(3)通過CAN網(wǎng)絡(luò)實現(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)用層進行設(shè)計,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、可讀性與可擴展性。(4)基于Woodward/MotoHawk快速控制原型平臺在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,實現(xiàn)整車各工作模式的定義與跳轉(zhuǎn),和各工作模式下對執(zhí)行器的控制。搭建轉(zhuǎn)矩需求模塊,考慮踏板開度、電池SOC、電池和電機溫度等因素計算整車轉(zhuǎn)矩需求。編寫m文件完成CAN協(xié)議的封裝,實現(xiàn)CAN報文的解析與打包。(5)完成整車電子底盤各電氣器件的布置。對傳感器、執(zhí)行器和各子系統(tǒng)等進行布置,為相應(yīng)電氣器件設(shè)計外圍電路,并完成整車強弱電電氣線路的布置。設(shè)計人機交互界面,實現(xiàn)整車運行狀態(tài)的實時顯示,以及駕駛員對整車控制參數(shù)的標定與設(shè)定。(6)設(shè)計實車實驗對整車控制器與控制系統(tǒng)進行驗證。直線加速實驗驗證了整車設(shè)計功能正常,VCU與電機、電池系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作。通過差速轉(zhuǎn)向與差動轉(zhuǎn)向?qū)嶒烌炞C了電動汽車實驗平臺設(shè)計要求,且驗證了差速轉(zhuǎn)向的合理性與差動轉(zhuǎn)向的可行性。通過以上工作,完成了整車控制器的設(shè)計到驗證,實驗結(jié)果表明該整車控制器符合設(shè)計要求。
【學(xué)位單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：U469.72
【部分圖文】：

集中式

純電動汽車根據(jù)驅(qū)動方式可分為集中式驅(qū)動與分布式驅(qū)動。集中式驅(qū)動電動汽車直接將內(nèi)燃機替換為驅(qū)動電機，如圖 1-1 所示。其優(yōu)點在于與傳統(tǒng)汽車布局類似，設(shè)計中可沿用傳統(tǒng)汽車思路，與傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車在傳動系統(tǒng)和底盤系統(tǒng)上具有較好的繼承性，需要改動的內(nèi)容較少；但其缺點在于，動力由驅(qū)動電機發(fā)出后仍需經(jīng)過減速器等機械傳動裝置傳遞至驅(qū)動輪，機械效率損失難以避免，且不便進行復(fù)雜的車輛動力學(xué)控制。分布式驅(qū)動可根據(jù)電機的布置分為輪邊驅(qū)動和輪轂驅(qū)動。輪邊驅(qū)動電動汽車在輪軸附近的車架上添加四個電機，經(jīng)由減速器將動力傳遞給車輪，如圖 1-2 所示。其優(yōu)點在于可對四輪獨立驅(qū)動，分別控制其轉(zhuǎn)矩以實現(xiàn)復(fù)雜的車輛動力學(xué)控制，且傳動鏈短機械效率較高；缺點在于減速器會使傳動效率有所損失，且電機的布置空間較小，容易與車輛懸架部件出現(xiàn)干涉，限制了懸架設(shè)計的自由度。輪轂驅(qū)動電動汽車直接在四個驅(qū)動輪上安裝輪轂電機，如圖 1-3 所示。其具有轉(zhuǎn)矩獨立可控，轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩易測量，響應(yīng)速度快，傳動效率高等優(yōu)點，且四輪驅(qū)動制動力矩可任意分配，可實現(xiàn)車輛動力學(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；但缺點在于簧下質(zhì)量增加，對懸架設(shè)計要求更高[3]。

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