纯电动汽车控制策略ppt课件

纯电动汽车整车驱动控制策略纯电动汽车整车驱动控制策略纯电动汽车作为一种节能纯电动汽车作为一种节能 、无污染的理想、无污染的理想“零零 排放排放 ”汽车汽车 ,是是 21 21 世纪汽车工业重要的发展趋势世纪汽车工业重要的发展趋势 。随着环保及节能意识的增强随着环保及节能意识的增强 ,纯电动汽车的开发纯电动汽车的开发 和应用日益受到世界各主要汽车生产国和大型和应用日益受到世界各主要汽车生产国和大型汽汽 车企业的重视车企业的重视 。整车控制器是纯电动汽车运行的核心单元整车控制器是纯电动汽车运行的核心单元 ,担负着整车驱动控制担负着整车驱动控制 、能量管理、能量管理 、整车安全及故障、整车安全及故障 诊断和信息处理等功能诊断和信息处理等功能 ,是实现纯电动汽车安全是实现纯电动汽车安全 、高效运行的必要保障高效运行的必要保障 。整车控制策略作为整车。整车控制策略作为整车控制器的软件部分控制器的软件部分 ,是整车控制器的核心部分是整车控制器的核心部分 。纯电动汽车作为一种节能、无污染的理想“零 排放”汽车,1.1 纯电动汽车动力系统结构纯电动汽车主要由三个子系统组成:电驱动系统、能源系统和辅助系统。电力驱动子系统包括电子控制器、功率转换器、电机、机械传动装置。能源子系统包括能源及能量管理系统。辅助系统包括助力转向单元、温控单元和辅助动力供给单元等。根据驾驶者从加速踏板和制动踏板发出的信号，电子控制器发出相应的控制信号以控制功率转换器功率器件的开关。功率转换器的作用是调节电机和能源间的能源流。能量的回流是因为纯电动汽车制动能量的再生，该能量被能量源吸收。应指出的是多数纯电动汽车的电池、超级电容器和飞轮都能吸收制动再生能量。能量管理单元与电子控制器一起控制可再生制动，从而实现系统能量流的最优化。能量管理单元控制能量并监测能源的使用情况。辅助动力供给系统向所有的纯电动汽车辅助装置提供不同电压的电源。1.1 纯电动汽车动力系统结构纯电动汽车主要由三个子系1.2 整车驱动控制策略的分析与设计 纯纯电电动动汽汽车车驱驱动动系系统统中中主主要要有有电电机机驱驱动动装装置置，传传动动系系统统，动动力力电电池池等等。必必须须有有一一个个性性能能优优越越、安安全全可可靠靠的的整整车车控控制制策策略略，从从各各个个环环节节上上合合理理控控制制车车辆辆的的运运行行状状态态、能能源源分分配配和和协协调调功功能能，以以充充分分协协调调和和发发挥挥各各部部分分的的优优势势，使使汽汽车车整整体体获获得得最最佳佳运运行行状状态态。整车控制策略主要包括整车控制策略主要包括:(一一)汽汽车车驱驱动动控控制制。根根据据司司机机的的驾驾驶驶要要求求、车车辆辆状状态态、道道路路及及环环境境状状况况，经经分分析析和和处处理理，向向电电机机控控制制器发出相应指令，满足驾驶要求。器发出相应指令，满足驾驶要求。(二二)制制动动能能量量回回馈馈控控制制。根根据据制制动动踏踏板板和和加加速速踏踏板板信信息息、车车辆辆行行驶驶状状态态信信息息、蓄蓄电电池池状状态态信信息息，计计算算再生制动力矩，向电机控制器发出指令。再生制动力矩，向电机控制器发出指令。(三三)整整车车能能量量优优化化管管理理。通通过过对对车车载载能能源源动动力力系系统统的的管管理理，提提高高整整车车能能量量利利用用效效率率，延延长长纯纯电电动动汽汽车车的续驶里程。的续驶里程。(四四)车车辆辆状状态态显显示示。对对车车辆辆某某些些信信号号进进行行采采集集和和转转换，由主控制器通过综合数字仪表显示出来。换，由主控制器通过综合数字仪表显示出来。1.2 整车驱动控制策略的分析与设计 纯电动汽车驱动1.3 整车驱动控制策略的分析与设计车车辆辆需需要要在在满满足足驾驾驶驶员员意意图图，汽汽车车的的动动力力性性、平平顺顺性性和和其其他他基基本本技技术术性性能能以以及及成成本本控控制制等等要要求求的的前前提提下下选选择择合合适适的的控控制制策策略略。针针对对各各部部件件的的特特性性及及汽汽车车的的运运行行工工况况，控控制制策策略略要要实实现现能能量量在在电电机机、电电池池之之间间的的合合理理而而有有效效分分配配、使使整整车车 系系统统效效率率达达到到最最高高，获获得得整整车车最最大大的的经经济济性性以以及及平平稳稳的的驾驾驶驶性性能能。在在设设计计纯纯电电动动汽汽车车的的时时候候，首首先先要要在在保保证证汽汽车车基基本本性性能能的的前前提提下下降降低低汽汽车车的的能能量量消消耗耗，提提高高车车辆辆的的续续驶驶里里程程。同同时时还还要要兼兼顾顾电电池池的的寿寿命命，并并充充分考虑驾驶员的驾驶意图、汽车的平顺性以及安全性。分考虑驾驶员的驾驶意图、汽车的平顺性以及安全性。基基于于上上述述原原则则，制制定定控控制制策策略略的的思思路路为为:实实时时考考虑虑行行驶驶工工况况，电电池池SOCSOC值值等等影影响响因因素素，根根据据规规则则将将转转矩矩合合理理地地分分配配给给电电机机。同同时时限限定定电电机机的的工工作作区区域域和和SOCSOC值值的的范范围围，确确保保电电机机和和动动力力电电池池能能够够长长时时间间保保持持高高效效的的状状态态。若若出出现现问问题题，系系统统可可根根据据预预先先设设定定的的规规则则对对纯纯电电动动车车辆辆系系统统的的工工作作模模式式进进行行判判断断和和选选择择。最最终终，在在整整车车控控制制器器与与电电机机控控制制器器中中形形成成一一个个实实时时控控制制的的闭闭环环系系统统。这这样样既既能能保保证证驾驾驶驶员员驾驾驶驶意意图图能能够够得得到到充充分分满满足足，也也能能够够对对车车辆辆状状态进行控制，保证安全性和舒适性。态进行控制，保证安全性和舒适性。1.3 整车驱动控制策略的分析与设计车辆需要在满足驾驶员意1.4 整车驱动控制策略的分析与设计整车驱动控制策略的核心是根据驾驶员动作分析其驾驶意图整车驱动控制策略的核心是根据驾驶员动作分析其驾驶意图,并综并综合考虑动力系统状态，计算驾驶员对电机的期望转矩，然后向电机合考虑动力系统状态，计算驾驶员对电机的期望转矩，然后向电机驱动系统发出指令，使纯电动轿车的行驶状态尽可能快速、准确地驱动系统发出指令，使纯电动轿车的行驶状态尽可能快速、准确地达到工况要求和满足驾驶员的驾驶目的。达到工况要求和满足驾驶员的驾驶目的。转矩控制策略可以实现加速转矩控制、制动能量回馈、驱动转矩的转矩控制策略可以实现加速转矩控制、制动能量回馈、驱动转矩的功率限制等主要功能以及驻坡、怠速爬行、功率限制等主要功能以及驻坡、怠速爬行、WTO WTO 转矩补偿、跛行转矩补偿、跛行回家等辅助驱动功能。回家等辅助驱动功能。1.4 整车驱动控制策略的分析与设计整车驱动控制策略的核2.1 加速转矩控制策略加速转矩控制策略直接影响整车驾驶的动力性和舒适性。加速踏板开度与加速转矩函数关系形成不同的加速转矩控制策略。如图2所示,曲线1、2和3分别表示3种加速踏板处理策略。曲线1反映了一种硬踏板策略，能够满足驾驶员中高负荷的驾驶感觉，但低负荷时操控性不好。曲线3反映了一种软踏板策略，车辆加速感觉整体偏软，但低负荷操控性较好。曲线2是一种线性踏板策略，能够反映踏板实际位置，控制效果介于曲线1和3之间。2.1 加速转矩控制策略加速转矩控制策略直接影响整车驾驶2.1 加速转矩控制策略结合电机的外特性曲线，就可以得到纯电动车的动力特性图，即加速转矩结合电机的外特性曲线，就可以得到纯电动车的动力特性图，即加速转矩MAP,MAP,如如图图3 3所示。最下部曲线是加速踏板回零时的电机滑行制动转矩，模拟传统车发动机所示。最下部曲线是加速踏板回零时的电机滑行制动转矩，模拟传统车发动机的倒拖阻转矩，并转化为电能储存到蓄电池中的倒拖阻转矩，并转化为电能储存到蓄电池中 。2.1 加速转矩控制策略结合电机的外特性曲线，就可以得到2.2 制动能回馈控制策略制动能量回馈是电动汽车(包括纯电动车、混合动力车和插电式燃料电池车)的标志性功能。制动能量回馈控制的原则是在最大程度提高能量回馈的同时，确保电制动与机械制动的协调控制，以保证汽车制动力的要求。考虑到本项目车机械制动系统不可调整，而且只有制动踏板开关传感器，实施了纯软件的轻度制动能量回馈控制策略。制动踏板踩下时，回馈制动功能激活，回馈制动转矩与车速的函数关系如图4所示。2.2 制动能回馈控制策略制动能量回馈是电动汽车(包括2.2 制动能回馈控制策略在车速很低的爬行区，在车速很低的爬行区，回馈能量与回馈路径能回馈能量与回馈路径能量损耗基本相抵，回馈量损耗基本相抵，回馈效率很低且会明显影响效率很低且会明显影响驾驶员制动感觉，故不驾驶员制动感觉，故不进行制动能量回馈进行制动能量回馈 。在。在低速区低速区,电机具有一定转电机具有一定转速，施以较低制动转矩，速，施以较低制动转矩，尽量回收制动能量。高尽量回收制动能量。高速区时车辆惯性动能很速区时车辆惯性动能很高，可以施加较高制动高，可以施加较高制动转矩而不影响驾驶员制转矩而不影响驾驶员制动感觉。但由于缺少制动感觉。但由于缺少制动踏板开度信号，该策动踏板开度信号，该策略的再生制动所占总制略的再生制动所占总制动比例较小，具体数值动比例较小，具体数值通过实车标定得到。为通过实车标定得到。为了保护动力蓄电池，回了保护动力蓄电池，回馈电流不能超过蓄电池馈电流不能超过蓄电池最大充电电流，最大充电电流，SOCSOC过过高时取消电机再生制动高时取消电机再生制动 ,因为很容易导致电池电因为很容易导致电池电压过高而且电池充电难压过高而且电池充电难度也增加。同时，度也增加。同时，ABSABS功能启动时功能启动时,必须取消电必须取消电机再生制动机再生制动 。2.2 制动能回馈控制策略在车速很低的爬行区，回馈能量2.3 驱动转矩的功率限制策略该策略是为了保护能源系统、电机驱动系统及整车安全运行。在能源系统能量不足时，若整车控制器强制按照驾驶员期望转矩，极易引起能源系统自保高压断电或损坏能源系统,造成事故,因此在这种情况下必须限制电机输出转矩。驱动转矩的功率限制策略实时根据三大高压子系统状态，计算蓄电池功率、电机功率及高压辅助系统消耗功率，上策是通过减少高压辅助系统能量供给来最大可能满足驾驶员动力需求，若仍然能量供需不平衡，下策就是限制电机功率需求。式中:Poversysload为动力系统过载限制的驾驶员期望功率;Pexp为驾驶员期望功率(n为电机转速);Pbatmaxdis为蓄电池最大放电功率,与SOC成正向关系;Paux为高压辅助系统消耗功,包括冷却系统及空调系统等。驱动电机过载，发热量增加，引起温升过大，从而导致电机驱动系统自保而清除转矩需求或烧毁电机驱动系统，造成事故。因此驱动转矩的功率限制策略从过载倍数和过载时间两个方面加以控制。过载倍数与加速踏板开度呈线性关系，当加速踏板开度超过设定开度阈值,电机过载运行,满足驾驶员急加速需求，过载倍数可以从图3加速转矩MAP得到。过载时间根据电机温度特性确定，整车控制器接收电机驱动系统反馈的电机温度，并根据设定的电机温度过高阈值限制过载转矩。2.3 驱动转矩的功率限制策略该策略是为了保护能源系统2.4 辅助驱动控制策略开发的辅助驱动功能是为了模拟传统轿车所具有的驱动功能，以确保驾驶感觉和习惯的一致性。开发的辅助驱动功能是为了模拟传统轿车所具有的驱动功能，以确保驾驶感觉和习惯的一致性。怠怠速速爬爬行行功功能能是是模模拟拟带带液液力力变变矩矩器器、自自动动变变速速器器的的传传统统轿轿车车在在停停车车状状态态下下驾驾驶驶员员释释放放制制动动踏踏板板、不不踩踩加加速速踏踏板板汽汽车车也也会会缓缓慢慢向向前前爬爬行行的的过过程程。驻驻坡坡功功能能用用于于车车辆辆坡坡道道起起步步，在在驾驾驶驶员员松松开开制制动动踏踏板板到到踩踩下下加加速速踏踏板板的的过过程程中中提提供供驻驻坡坡转转矩矩，短短时时间间内内防防止止车车辆辆倒倒溜溜，实实现现平平稳稳起起步步。驻驻坡坡转转矩矩是是怠怠速速爬爬行行转转矩矩在在负负车车速速段段的的延延伸伸,如如图图5 5所所示示,辅辅助助驱驱动动转转矩矩与与车车速速函函数数关关系系示示意意图图。驻驻坡坡功功能能运运行行可可标标定定时时间间内内,若若驾驾驶驶员员没没有有反反倒倒溜溜动动作作,则则取取消消驻驻坡坡转转矩矩。怠怠速速爬爬行行时时，车车辆辆行行驶驶阻阻力力矩矩与与怠怠速速爬爬行行转转矩矩平平衡衡点点，即即为为车车辆辆怠怠速速爬爬行行速速度度。图图5 5所所示示的的车车速速滑滑行行制制动动转转矩矩对对应应于于图图3 3的的转转速速电电机机滑滑行行制制动动转转矩矩。辅辅助助驱驱动动转转矩矩MAPMAP需需要要实实车车标标定定，与与道道路路坡坡度度、路路况况相相关关，且且不不能能超过电机最大转矩限值。超过电机最大转矩限值。2.4 辅助驱动控制策略开发的辅助驱动功能是为了模拟传统3 其他控制策略WTO转矩补偿功能用于模拟传统轿车节气门全开，发动机额外补偿转矩的功能。整车控制器检测到加速踏板踩到底，W TO转矩补偿策略计算额外转矩，加速转矩控制策略计算加速转矩，二者共同向电机驱动系统提出转矩需求。跛行回家转矩与SOC相关，当SOC很低时，能源系统能量不足，跛行回家功能激活，确保车辆能够缓慢回家。3 其他控制策略WTO转矩补偿功能用于模拟传统轿车节气门全综合以上分析,整车驱动控制策略的设计结果如图下图所示综合以上分析,整车驱动控制策略的设计结果如图下图所示纯电动汽车驱动系统中主要有电机驱动装置，传动系统，动力电池等。对于同一种电动汽车来说，采用不同的控制策略可以得到不同的整车性能，能耗情况和电池的SOC状态值。在设计纯电动汽车的时候，要明确开发目的，在保证汽车基本性能的前提下降低汽车的能量消耗，提高车辆的续驶里程。纯电动汽车驱动系统中主要有电机驱动装置，传动系统，动力电池等燃料电池电动汽车燃料电池电动汽车燃料电池电动汽车能量流控制策略燃料电池汽车的核心是燃料电池，其电流电压特性曲线如图1所示。从图中可以看出，燃料电池在加负载的起始阶段，电压Ufc迅速下降，并且随着负载的增加，电流(功率)增大，输出电压也随着曲线以比普通电池大得多的斜率下降，即是说燃料电池的输出特性相对较软;此外，输出功率的波动会导致燃料电池效率的下降。燃料电池电动汽车能量流控制策略燃料电池汽车的核心是燃料电池，能量流控制系统的工作原理 燃料电池汽车的能量流控制系统的工作原理框图如图2所示，其中，PL为电动机及其他用电设备的功率;PBAT为电池组功率，正值表示放电，负值表示充电;PFC为燃料电池的供电功率。能量管理系统主要由能量流控制器、燃料电池、Ni2Mh电池组、DC/DC变换器和CAN光纤总线等几个部分组成，粗实线箭头表示能量流动的方向。能量流控制系统的工作原理 燃料电池汽车的能量流控制系统的工作能量流控制策略在系统中，燃料电池是主能源，整车用电在系统中，燃料电池是主能源，整车用电(包括给包括给Ni2MhNi2Mh电池组充电电池组充电)几乎全部由其产生几乎全部由其产生;Ni2Mh;Ni2Mh电池电池组为辅助能源，在燃料电池正常工作发出电能之前，组为辅助能源，在燃料电池正常工作发出电能之前，由由Ni2MhNi2Mh电池组通过直流母线直接向燃料电池控制电池组通过直流母线直接向燃料电池控制系统和其他用电设备系统和其他用电设备(如车灯等如车灯等)供电，待燃料电池供电，待燃料电池正常起动完成并发出电能之后，主要由燃料电池经正常起动完成并发出电能之后，主要由燃料电池经直流母线向外供电。在负载较轻时，根据镍氢电池直流母线向外供电。在负载较轻时，根据镍氢电池组的组的SOCSOC值，也可给电池组充电值，也可给电池组充电;在加速或者爬坡在加速或者爬坡等重载情况下，镍氢电池组也与燃料电池一起向母等重载情况下，镍氢电池组也与燃料电池一起向母线上的负载供电线上的负载供电;在电机制动时，回馈的能量可以在电机制动时，回馈的能量可以设定的回馈深度经母线向蓄电池充电，实现能量的设定的回馈深度经母线向蓄电池充电，实现能量的充分利用。可见通过燃料电池和镍氢电池的组合使充分利用。可见通过燃料电池和镍氢电池的组合使用，既可以让燃料电池长时间、高效、稳定向外供用，既可以让燃料电池长时间、高效、稳定向外供电，又能发挥镍氢电池组响应快、能量回馈容易等电，又能发挥镍氢电池组响应快、能量回馈容易等特点，以弥补燃料电池由于成本和体积等方面因素特点，以弥补燃料电池由于成本和体积等方面因素导致最大功率难以提高的不足和无法实现再生能量导致最大功率难以提高的不足和无法实现再生能量回收的缺陷。实现功率分配的另一个重要部件是回收的缺陷。实现功率分配的另一个重要部件是DC/DCDC/DC变换器，该系统中选用美国某公司的产品，变换器，该系统中选用美国某公司的产品，不仅可以实现母线电压的恒定，而且可以通过不仅可以实现母线电压的恒定，而且可以通过CANCAN总线接收控制命令，调节燃料电池的功率输出，并总线接收控制命令，调节燃料电池的功率输出，并发布各种相关状态信息。发布各种相关状态信息。能量流控制策略在系统中，燃料电池是主能源，整车用电(包括给N能量流控制策略能量流控制策略控制策略的原理框图控制策略的原理框图控制策略流程图控制策略流程图谢谢谢谢