純電動汽車控制策略.ppt
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純電動汽車整車驅(qū)動控制策略,,純電動汽車作為一種節(jié)能 、無污染的理想“零 排放 ”汽車 ,是 21 世紀汽車工業(yè)重要的發(fā)展趨勢 。 隨著環(huán)保及節(jié)能意識的增強 , 純電動汽車的開發(fā) 和應(yīng)用日益受到世界各主要汽車生產(chǎn)國和大型汽 車企業(yè)的重視 。 整車控制器是純電動汽車運行的核心單元 , 擔負著整車驅(qū)動控制 、能量管理 、整車安全及故障 診斷和信息處理等功能 ,是實現(xiàn)純電動汽車安全 、 高效運行的必要保障 。整車控制策略作為整車控制器的軟件部分 ,是整車控制器的核心部分 。,1.1 純電動汽車動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu),純電動汽車主要由三個子系統(tǒng)組成: 電驅(qū)動系統(tǒng)、能源系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)。,電力驅(qū)動子系統(tǒng)包括電子控制器、功率轉(zhuǎn)換器、電機、機械傳動裝置。能源子系統(tǒng)包括能源及能量管理系統(tǒng)。輔助系統(tǒng)包括助力轉(zhuǎn)向單元、溫控單元和輔助動力供給單元等。根據(jù)駕駛者從加速踏板和制動踏板發(fā)出的信號,電子控制器發(fā)出相應(yīng)的控制信號以控制功率轉(zhuǎn)換器功率器件的開關(guān)。 功率轉(zhuǎn)換器的作用是調(diào)節(jié)電機和能源間的能源流。能量的回流是因為純電動汽車制動能量的再生,該能量被能量源吸收。應(yīng)指出的是多數(shù)純電動汽車的電池、超級電容器和飛輪都能吸收制動再生能量。 能量管理單元與電子控制器一起控制可再生制動,從而實現(xiàn)系統(tǒng)能量流的最優(yōu)化。能量管理單元控制能量并監(jiān)測能源的使用情況。輔助動力供給系統(tǒng)向所有的純電動汽車輔助裝置提供不同電壓的電源。,1.2 整車驅(qū)動控制策略的分析與設(shè)計,純電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)中主要有電機驅(qū)動裝置,傳動系統(tǒng),動力電池等。必須有一個性能優(yōu)越、安全可靠的整車控制策略,從各個環(huán)節(jié)上合理控制車輛的運行狀態(tài)、能源分配和協(xié)調(diào)功能,以充分協(xié)調(diào)和發(fā)揮各部分的優(yōu)勢,使汽車整體獲得最佳運行狀態(tài)。整車控制策略主要包括: (一) 汽車驅(qū)動控制。根據(jù)司機的駕駛要求、車輛狀態(tài)、道路及環(huán)境狀況,經(jīng)分析和處理,向電機控制器發(fā)出相應(yīng)指令,滿足駕駛要求。 (二) 制動能量回饋控制。根據(jù)制動踏板和加速踏板信息、車輛行駛狀態(tài)信息、蓄電池狀態(tài)信息,計算再生制動力矩,向電機控制器發(fā)出指令。 (三) 整車能量優(yōu)化管理。通過對車載能源動力系統(tǒng)的管理,提高整車能量利用效率,延長純電動汽車的續(xù)駛里程。 (四) 車輛狀態(tài)顯示。對車輛某些信號進行采集和轉(zhuǎn)換,由主控制器通過綜合數(shù)字儀表顯示出來。,1.3 整車驅(qū)動控制策略的分析與設(shè)計,車輛需要在滿足駕駛員意圖,汽車的動力性、平順性和其他基本技術(shù)性能以及成本控制等要求的前提下選擇合適的控制策略。針對各部件的特性及汽車的運行工況,控制策略要實現(xiàn)能量在電機、電池之間的合理而有效分配、使整車 系統(tǒng)效率達到最高,獲得整車最大的經(jīng)濟性以及平穩(wěn)的駕駛性能。在設(shè)計純電動汽車的時候,首先要在保證汽車基本性能的前提下降低汽車的能量消耗,提高車輛的續(xù)駛里程。同時還要兼顧電池的壽命,并充分考慮駕駛員的駕駛意圖、汽車的平順性以及安全性。 基于上述原則,制定控制策略的思路為: 實時考慮行駛工況,電池SOC值等影響因素,根據(jù)規(guī)則將轉(zhuǎn)矩合理地分配給電機。同時限定電機的工作區(qū)域和SOC值的范圍,確保電機和動力電池能夠長時間保持高效的狀態(tài)。若出現(xiàn)問題,系統(tǒng)可根據(jù)預(yù)先設(shè)定的規(guī)則對純電動車輛系統(tǒng)的工作模式進行判斷和選擇。最終,在整車控制器與電機控制器中形成一個實時控制的閉環(huán)系統(tǒng)。這樣既能保證駕駛員駕駛意圖能夠得到充分滿足,也能夠?qū)囕v狀態(tài)進行控制,保證安全性和舒適性。,1.4 整車驅(qū)動控制策略的分析與設(shè)計,整車驅(qū)動控制策略的核心是根據(jù)駕駛員動作分析其駕駛意圖,并綜合考慮動力系統(tǒng)狀態(tài),計算駕駛員對電機的期望轉(zhuǎn)矩,然后向電機驅(qū)動系統(tǒng)發(fā)出指令,使純電動轎車的行駛狀態(tài)盡可能快速、準確地達到工況要求和滿足駕駛員的駕駛目的。 轉(zhuǎn)矩控制策略可以實現(xiàn)加速轉(zhuǎn)矩控制、制動能量回饋、驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的功率限制等主要功能以及駐坡、怠速爬行、WTO 轉(zhuǎn)矩補償、跛行回家等輔助驅(qū)動功能。,2. 1 加速轉(zhuǎn)矩控制策略,加速轉(zhuǎn)矩控制策略直接影響整車駕駛的動力性和舒適性。加速踏板開度與加速轉(zhuǎn)矩函數(shù)關(guān)系形成不同的加速轉(zhuǎn)矩控制策略。如圖2所示, 曲線1、2和3分別表示3種加速踏板處理策略 。,曲線1反映了一種硬踏板策略,能夠滿足駕駛員中高負荷的駕駛感覺,但低負荷時操控性不好。曲線3反映了一種軟踏板策略,車輛加速感覺整體偏軟,但低負荷操控性較好。曲線2是一種線性踏板策略,能夠反映踏板實際位置,控制效果介于曲線1和3之間。,2. 1 加速轉(zhuǎn)矩控制策略,結(jié)合電機的外特性曲線,就可以得到純電動車的動力特性圖,即加速轉(zhuǎn)矩MAP, 如圖3所示。最下部曲線是加速踏板回零時的電機滑行制動轉(zhuǎn)矩,模擬傳統(tǒng)車發(fā)動機的倒拖阻轉(zhuǎn)矩,并轉(zhuǎn)化為電能儲存到蓄電池中 。,2. 2 制動能回饋控制策略,制動能量回饋是電動汽車(包括純電動車、混合動力車和插電式燃料電池車)的標志性功能。制動能量回饋控制的原則是在最大程度提高能量回饋的同時,確保電制動與機械制動的協(xié)調(diào)控制,以保證汽車制動力的要求。 考慮到本項目車機械制動系統(tǒng)不可調(diào)整,而且只有制動踏板開關(guān)傳感器,實施了純軟件的輕度制動能量回饋控制策略。制動踏板踩下時,回饋制動功能激活,回饋制動轉(zhuǎn)矩與車速的函數(shù)關(guān)系如圖4所示 。,2. 2 制動能回饋控制策略,在車速很低的爬行區(qū),回饋能量與回饋路徑能量損耗基本相抵,回饋效率很低且會明顯影響駕駛員制動感覺,故不進行制動能量回饋 。在低速區(qū),電機具有一定轉(zhuǎn)速,施以較低制動轉(zhuǎn)矩,盡量回收制動能量。高速區(qū)時車輛慣性動能很高,可以施加較高制動轉(zhuǎn)矩而不影響駕駛員制動感覺。但由于缺少制動踏板開度信號,該策略的再生制動所占總制動比例較小,具體數(shù)值通過實車標定得到。為了保護動力蓄電池,回饋電流不能超過蓄電池最大充電電流,SOC過高時取消電機再生制動 ,因為很容易導(dǎo)致電池電壓過高而且電池充電難度也增加。同時,ABS功能啟動時,必須取消電機再生制動 。,2. 3 驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的功率限制策略,該策略是為了保護能源系統(tǒng)、電機驅(qū)動系統(tǒng)及整車安全運行。 在能源系統(tǒng)能量不足時,若整車控制器強制按照駕駛員期望轉(zhuǎn)矩,極易引起能源系統(tǒng)自保高壓斷電或損壞能源系統(tǒng),造成事故,因此在這種情況下必須限制電機輸出轉(zhuǎn)矩。驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的功率限制策略實時根據(jù)三大高壓子系統(tǒng)狀態(tài),計算蓄電池功率、電機功率及高壓輔助系統(tǒng)消耗功率,上策是通過減少高壓輔助系統(tǒng)能量供給來最大可能滿足駕駛員動力需求,若仍然能量供需不平衡,下策就是限制電機功率需求 。,式中:Poversysload為動力系統(tǒng)過載限制的駕駛員期望功率; Pexp為駕駛員期望功率(n為電機轉(zhuǎn)速); Pbatmaxdis為蓄電池最大放電功率,與SOC成正向關(guān)系; Paux為高壓輔助系統(tǒng)消耗功, 包括冷卻系統(tǒng)及空調(diào)系統(tǒng)等。 驅(qū)動電機過載,發(fā)熱量增加,引起溫升過大,從而導(dǎo)致電機驅(qū)動系統(tǒng)自保而清除轉(zhuǎn)矩需求或燒毀電機驅(qū)動系統(tǒng),造成事故。因此驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的功率限制策略從過載倍數(shù)和過載時間兩個方面加以控制。過載倍數(shù)與加速踏板開度呈線性關(guān)系,當加速踏板開度超過設(shè)定開度閾值,電機過載運行,滿足駕駛員急加速需求,過載倍數(shù)可以從圖3加速轉(zhuǎn)矩MAP得到。過載時間根據(jù)電機溫度特性確定,整車控制器接收電機驅(qū)動系統(tǒng)反饋的電機溫度,并根據(jù)設(shè)定的電機溫度過高閾值限制過載轉(zhuǎn)矩 。,2. 4 輔助驅(qū)動控制策略,開發(fā)的輔助驅(qū)動功能是為了模擬傳統(tǒng)轎車所具有的驅(qū)動功能,以確保駕駛感覺和習慣的一致性。 怠速爬行功能是模擬帶液力變矩器、自動變速器的傳統(tǒng)轎車在停車狀態(tài)下駕駛員釋放制動踏板、不踩加速踏板汽車也會緩慢向前爬行的過程。駐坡功能用于車輛坡道起步,在駕駛員松開制動踏板到踩下加速踏板的過程中提供駐坡轉(zhuǎn)矩,短時間內(nèi)防止車輛倒溜,實現(xiàn)平穩(wěn)起步。駐坡轉(zhuǎn)矩是怠速爬行轉(zhuǎn)矩在負車速段的延伸,如圖5所示, 輔助驅(qū)動轉(zhuǎn)矩與車速函數(shù)關(guān)系示意圖。駐坡功能運行可標定時間內(nèi), 若駕駛員沒有反倒溜動作, 則取消駐坡轉(zhuǎn)矩。怠速爬行時,車輛行駛阻力矩與怠速爬行轉(zhuǎn)矩平衡點,即為車輛怠速爬行速度。圖5所示的車速——滑行制動轉(zhuǎn)矩對應(yīng)于圖3的轉(zhuǎn)速——電機滑行制動轉(zhuǎn)矩。輔助驅(qū)動轉(zhuǎn)矩MAP需要實車標定,與道路坡度、路況相關(guān),且不能超過電機最大轉(zhuǎn)矩限值。,3 其他控制策略,WTO轉(zhuǎn)矩補償功能用于模擬傳統(tǒng)轎車節(jié)氣門全開,發(fā)動機額外補償轉(zhuǎn)矩的功能。整車控制器檢測到加速踏板踩到底,W TO轉(zhuǎn)矩補償策略計算額外轉(zhuǎn)矩,加速轉(zhuǎn)矩控制策略計算加速轉(zhuǎn)矩,二者共同向電機驅(qū)動系統(tǒng)提出轉(zhuǎn)矩需求。跛行回家轉(zhuǎn)矩與SOC相關(guān),當SOC很低時,能源系統(tǒng)能量不足,跛行回家功能激活,確保車輛能夠緩慢回家。,綜合以上分析 , 整車驅(qū)動控制策略的設(shè)計結(jié)果如圖下圖所示,,純電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)中主要有電機驅(qū)動裝置,傳動系統(tǒng),動力電池等。 對于同一種電動汽車來說,采用不同的控制策略可以得到不同的整車性能,能耗情況和電池的SOC狀態(tài)值。在設(shè)計純電動汽車的時候,要明確開發(fā)目的,在保證汽車基本性能的前提下降低汽車的能量消耗,提高車輛的續(xù)駛里程。,燃料電池電動汽車,燃料電池電動汽車能量流控制策略,燃料電池汽車的核心是燃料電池,其電流——電壓特性曲線如圖1所示。從圖中可以看出,燃料電池在加負載的起始階段,電壓Ufc迅速下降,并且隨著負載的增加,電流(功率)增大,輸出電壓也隨著曲線以比普通電池大得多的斜率下降,即是說燃料電池的輸出特性相對較軟; 此外,輸出功率的波動會導(dǎo)致燃料電池效率η的下降 。,能量流控制系統(tǒng)的工作原理,燃料電池汽車的能量流控制系統(tǒng)的工作原理框圖如圖2所示,其中,PL為電動機及其他用電設(shè)備的功率; PBAT為電池組功率,正值表示放電,負值表示充電; PFC為燃料電池的供電功率。能量管理系統(tǒng)主要由能量流控制器、燃料電池 、Ni2Mh電池組 、DC/DC變換器和CAN光纖總線等幾個部分組成,粗實線箭頭表示能量流動的方向 。,能量流控制策略,在系統(tǒng)中,燃料電池是主能源,整車用電(包括給Ni2Mh電池組充電)幾乎全部由其產(chǎn)生; Ni2Mh電池組為輔助能源,在燃料電池正常工作發(fā)出電能之前,由Ni2Mh電池組通過直流母線直接向燃料電池控制系統(tǒng)和其他用電設(shè)備(如車燈等)供電,待燃料電池正常起動完成并發(fā)出電能之后,主要由燃料電池經(jīng)直流母線向外供電。在負載較輕時,根據(jù)鎳氫電池組的SOC值,也可給電池組充電; 在加速或者爬坡等重載情況下,鎳氫電池組也與燃料電池一起向母線上的負載供電; 在電機制動時,回饋的能量可以設(shè)定的回饋深度經(jīng)母線向蓄電池充電,實現(xiàn)能量的充分利用??梢娡ㄟ^燃料電池和鎳氫電池的組合使用,既可以讓燃料電池長時間、高效、穩(wěn)定向外供電,又能發(fā)揮鎳氫電池組響應(yīng)快、能量回饋容易等特點,以彌補燃料電池由于成本和體積等方面因素導(dǎo)致最大功率難以提高的不足和無法實現(xiàn)再生能量回收的缺陷。實現(xiàn)功率分配的另一個重要部件是DC/DC變換器,該系統(tǒng)中選用美國某公司的產(chǎn)品,不僅可以實現(xiàn)母線電壓的恒定,而且可以通過CAN總線接收控制命令,調(diào)節(jié)燃料電池的功率輸出,并發(fā)布各種相關(guān)狀態(tài)信息。,能量流控制策略,控制策略的原理框圖,控制策略流程圖,謝謝,- 1.請仔細閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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