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基本信息
- 項(xiàng)目名稱(chēng)：
- 并聯(lián)混合動(dòng)力轎車(chē)多能源管理控制器產(chǎn)業(yè)化自主研發(fā)
- 來(lái)源：
- 第十一屆“挑戰(zhàn)杯”國(guó)賽作品
- 小類(lèi)：
- 信息技術(shù)
- 大類(lèi)：
- 科技發(fā)明制作A類(lèi)
- 簡(jiǎn)介：
- 本文在基于超級(jí)電容的并聯(lián)混合動(dòng)力整車(chē)性能仿真模型方面，根據(jù)大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論公式，利用Matlab/Simulink建立了各個(gè)零部件的數(shù)學(xué)建模，研究了不同的混合動(dòng)力道路循環(huán)工況下原型整車(chē)和混合動(dòng)力整車(chē)的燃油經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性，同時(shí)分析混合動(dòng)力各個(gè)零部件參數(shù)對(duì)混合動(dòng)力整車(chē)性能的影響。 為了解決發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元(ECU)和混合動(dòng)力整車(chē)電控單元(HCU)的控制策略及匹配試驗(yàn)這一制約混合動(dòng)力汽車(chē)性能充分發(fā)揮的瓶頸問(wèn)題，開(kāi)發(fā)了國(guó)內(nèi)第一款集成式混合動(dòng)力多能源電控單元，設(shè)計(jì)了多能源電控單元硬件和軟件模塊，實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)和混合動(dòng)力控制策略的集成化和模塊化。 為了從整體上對(duì)混合動(dòng)力電控系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控與標(biāo)定，采用LabVIEW 8.2開(kāi)發(fā)了基于CAN總線的混合動(dòng)力集成標(biāo)定軟件。此軟件可以對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、ISG電機(jī)、電控前離合器等零部件的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)對(duì)CAN總線上的數(shù)據(jù)、故障碼進(jìn)行安全分析，有效解決了混合動(dòng)力標(biāo)定測(cè)試的難題。 因此本文的研究旨在建立一整套混合動(dòng)力整車(chē)測(cè)試系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)估體系，加強(qiáng)對(duì)整車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)的關(guān)鍵零部件和整車(chē)集成控制的標(biāo)定試驗(yàn)評(píng)估。 關(guān)鍵詞：混合動(dòng)力，超級(jí)電容，模型，電控單元，控制策略，標(biāo)定試驗(yàn)
- 詳細(xì)介紹：
- 本項(xiàng)目在基于超級(jí)電容的單軸并聯(lián)混合動(dòng)力轎車(chē)方案制定，混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)、ISG(Integrated Starter Generator)電機(jī)、超級(jí)電容、變速箱、電控雙驅(qū)動(dòng)空調(diào)、電控剎車(chē)裝置等關(guān)鍵零部件研發(fā)、參數(shù)選型與匹配計(jì)算、控制策略、標(biāo)定試驗(yàn)、多能源管理控制器開(kāi)發(fā)等方面開(kāi)展了工作，并開(kāi)發(fā)出國(guó)內(nèi)第一款并聯(lián)混合動(dòng)力轎車(chē)集成式多能源管理控制器。 在基于超級(jí)電容的并聯(lián)混合動(dòng)力整車(chē)性能仿真模型方面，根據(jù)大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論公式，建立了各個(gè)零部件的數(shù)學(xué)建模，研究了不同的混合動(dòng)力道路循環(huán)工況下原型整車(chē)和混合動(dòng)力整車(chē)的燃油經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性，特別對(duì)城市道路循環(huán)工況下混合動(dòng)力整車(chē)的燃油經(jīng)濟(jì)性特征進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，同時(shí)分析混合動(dòng)力各個(gè)零部件參數(shù)對(duì)混合動(dòng)力整車(chē)性能的影響。 為了解決發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元(ECU)和混合動(dòng)力整車(chē)電控單元(HCU)的控制策略及匹配試驗(yàn)這一制約混合動(dòng)力汽車(chē)性能充分發(fā)揮的瓶頸問(wèn)題，開(kāi)發(fā)了國(guó)內(nèi)第一款集成式混合動(dòng)力多能源電控單元，設(shè)計(jì)了多能源電控單元硬件和軟件模塊，實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)和混合動(dòng)力控制策略的集成化和模塊化。分析了混合動(dòng)力各個(gè)工況下的功能流程圖，建立基于扭矩管理的整車(chē)控制策略，實(shí)現(xiàn)了混合動(dòng)力起動(dòng)優(yōu)化、怠速停機(jī)、加速助力、運(yùn)行充電、制動(dòng)能量回收等功能。 建立混合動(dòng)力整車(chē)標(biāo)定匹配流程，首先對(duì)原型車(chē)進(jìn)行了專(zhuān)門(mén)的標(biāo)定試驗(yàn)，完成了發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架標(biāo)定試驗(yàn)、整車(chē)轉(zhuǎn)鼓排放標(biāo)定試驗(yàn)、整車(chē)低溫艙冷起動(dòng)標(biāo)定試驗(yàn)、整車(chē)駕駛性標(biāo)定試驗(yàn)、整車(chē)高寒、高原和高溫的“三高”標(biāo)定試驗(yàn)。從而使混合動(dòng)力原型車(chē)達(dá)到了國(guó)家各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)，為實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力整車(chē)節(jié)省燃油消耗、降低污染物排放、提高動(dòng)力性積累了大量有效數(shù)據(jù)。通過(guò)標(biāo)定試驗(yàn)，改善了原型機(jī)的高油耗、高排放區(qū)，從而為提高混合動(dòng)力汽車(chē)的整車(chē)經(jīng)濟(jì)性、排放性指標(biāo)提供了依據(jù)。 搭建了混合動(dòng)力總成試驗(yàn)臺(tái)架，建立了混合動(dòng)力主要零部件、電控單元、傳感器、執(zhí)行器的試驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)。在混合動(dòng)力總成試驗(yàn)臺(tái)架上，對(duì)混合動(dòng)力主要零部件的機(jī)械可靠性、性能指標(biāo)進(jìn)行了大量的試驗(yàn)。同時(shí)對(duì)混合動(dòng)力控制系統(tǒng)的起動(dòng)工況、怠速停機(jī)、加速助力、運(yùn)行充電、制動(dòng)能量回收工況進(jìn)行了標(biāo)定匹配試驗(yàn)研究，優(yōu)化了混合動(dòng)力車(chē)系統(tǒng)性能，驗(yàn)證了混合動(dòng)力控制策略和程序流程。在混合動(dòng)力整車(chē)平臺(tái)上，進(jìn)行了大量的混合動(dòng)力整車(chē)性能的道路試驗(yàn)，對(duì)混合動(dòng)力整車(chē)的各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行了評(píng)估，同時(shí)反饋給機(jī)械系統(tǒng)和電控系統(tǒng)，分別從機(jī)械和電控角度，對(duì)混合動(dòng)力整車(chē)的機(jī)械可靠性、標(biāo)定數(shù)據(jù)的一致性、電控單元的穩(wěn)定性、性能的完善性、功能指標(biāo)的優(yōu)化性進(jìn)行全面分析，形成一套混合動(dòng)力產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)。 為了從整體上對(duì)混合動(dòng)力電控系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控與標(biāo)定，采用LabVIEW 8.2開(kāi)發(fā)了基于CAN總線的混合動(dòng)力集成標(biāo)定軟件。此軟件可以對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、ISG電機(jī)、電控前離合器等零部件的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)對(duì)CAN總線上的數(shù)據(jù)、故障碼進(jìn)行安全分析，有效解決了混合動(dòng)力標(biāo)定測(cè)試的難題。 混合動(dòng)力轎車(chē)的產(chǎn)業(yè)化是涉及到各個(gè)方面的工作的有效配合，包括國(guó)家的產(chǎn)業(yè)政策、混合動(dòng)力技術(shù)的成熟度、企業(yè)混合動(dòng)力生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)條件的建設(shè)、建立整套混合動(dòng)力轎車(chē)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等方面。因此本項(xiàng)目的研究旨在建立一整套混合動(dòng)力整車(chē)測(cè)試系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)估體系，加強(qiáng)對(duì)整車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)的關(guān)鍵零部件和整車(chē)集成控制的標(biāo)定試驗(yàn)評(píng)估。同時(shí)要不斷提高混合動(dòng)力轎車(chē)的研發(fā)深度，從產(chǎn)業(yè)化角度出發(fā)，加強(qiáng)混合動(dòng)力各種資源的整合，形成符合國(guó)情的完整技術(shù)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)體系，加快混合動(dòng)力產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
作品圖片
作品專(zhuān)業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 一、目的——本作品旨在推進(jìn)我國(guó)汽車(chē)行業(yè)自主研發(fā)水平，實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力多能源管理及機(jī)電耦合動(dòng)力總成裝置的產(chǎn)業(yè)化、市場(chǎng)化，提高整個(gè)民族汽車(chē)技術(shù)的自主創(chuàng)新能力。 二、基本思路 1.建立混合動(dòng)力系統(tǒng)能量管理控制模型，對(duì)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化仿真；2.基于混合動(dòng)力工況的發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)的控制策略修改與優(yōu)化；3.發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)及整車(chē)管理系統(tǒng)的匹配與標(biāo)定 三、創(chuàng)新點(diǎn) 1.混合動(dòng)力專(zhuān)用發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元。掌握混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)電控管理系統(tǒng)核心技術(shù)，進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元在混合動(dòng)力中的優(yōu)化策略研究，并進(jìn)行大量的標(biāo)定匹配。 2.獨(dú)立開(kāi)發(fā)新型混合動(dòng)力系統(tǒng)的多能源管理控制模型。建立多能源管理控制模型，并進(jìn)行動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性數(shù)學(xué)仿真，為混合動(dòng)力轎車(chē)開(kāi)發(fā)提供理論依據(jù)。 3.混合動(dòng)力整車(chē)控制器和控制策略。研究基于超級(jí)電容的整車(chē)優(yōu)化控制策略、發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)的匹配策略。需要對(duì)整車(chē)控制策略進(jìn)行優(yōu)化研究，提高原車(chē)的經(jīng)濟(jì)性和降低污染物排放。 四、技術(shù)關(guān)鍵 1.集成式多能源控制器的硬件設(shè)計(jì)?？刂破鞑捎媚ν辛_拉16位單片機(jī)。首先實(shí)現(xiàn)了對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)各個(gè)傳感器和執(zhí)行器的信號(hào)采集和驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了基于電子節(jié)氣門(mén)的扭矩管理控制策略，實(shí)現(xiàn)了硬件功能集成。 2.集成式控制器軟件設(shè)計(jì)。多能源管理電控管理系統(tǒng)的軟件部分包括發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)軟件和混合動(dòng)力功能軟件。開(kāi)發(fā)功能軟件，實(shí)現(xiàn)了怠速停車(chē)及快速起動(dòng)、加速助力、運(yùn)行發(fā)電、制動(dòng)能量回收等功能。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 1.國(guó)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)功能控制和混合動(dòng)力功能控制的硬件和軟件一體化。重點(diǎn)解決在混合動(dòng)力中發(fā)動(dòng)機(jī)的不同工況下的控制策略?xún)?yōu)化問(wèn)題，提高燃油的經(jīng)濟(jì)性，降低污染物排放。 2.國(guó)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)的優(yōu)化標(biāo)定試驗(yàn)，在本作品中，主要對(duì)具有自主產(chǎn)權(quán)的混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)的控制策略進(jìn)行全新規(guī)劃和匹配標(biāo)定，從而適應(yīng)混合動(dòng)力系統(tǒng)的運(yùn)行工況，達(dá)到節(jié)能和降排效果。 3.采用模塊化設(shè)計(jì)的方法，將發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)與整車(chē)管理系統(tǒng)進(jìn)行硬件集成。主要包括：控制器硬件集成化、工程化設(shè)計(jì)，底層協(xié)議的開(kāi)發(fā)，應(yīng)用層軟件的模塊化設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)通用的整車(chē)標(biāo)定匹配軟件，整車(chē)控制策略的研究及控制軟件的開(kāi)發(fā)，故障診斷技術(shù)的研究，建立基于產(chǎn)業(yè)化的硬件和軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)。 4.國(guó)內(nèi)首次對(duì)混合動(dòng)力整車(chē)起動(dòng)/停機(jī)工況下的污染物排放進(jìn)行理論機(jī)理和工程問(wèn)題開(kāi)發(fā)，對(duì)混合動(dòng)力轎車(chē)專(zhuān)用三元催化轉(zhuǎn)換器、發(fā)動(dòng)機(jī)控制策略、混合動(dòng)力整車(chē)控制策略進(jìn)行全面的優(yōu)化[7]，從而解決混合動(dòng)力整車(chē)排放難題。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 無(wú)
作品所處階段
- 預(yù)產(chǎn)業(yè)化階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品，現(xiàn)場(chǎng)演示，圖片
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 一、使用說(shuō)明。根據(jù)混合動(dòng)力整車(chē)控制策略規(guī)劃，制定了混合動(dòng)力各工況的控制策略流程圖，實(shí)現(xiàn)了混合動(dòng)力控制代碼的軟件在環(huán)調(diào)試，為下一步的混合動(dòng)力總成的臺(tái)架和整車(chē)調(diào)試打下良好的基礎(chǔ)。 二、技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì) 1.多能源控制器硬件設(shè)計(jì)。將傳統(tǒng)機(jī)械式節(jié)氣門(mén)改裝為電子節(jié)氣門(mén)，實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力車(chē)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩管理控制，并實(shí)現(xiàn)了集成控制器對(duì)ISG電機(jī)控制器和前離合器控制器的CAN通訊，技術(shù)國(guó)內(nèi)領(lǐng)先，國(guó)外先進(jìn)。2．多能源控制器軟件設(shè)計(jì)。開(kāi)發(fā)了集成式多能源管理控制器控制策略軟件部分，實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力整車(chē)控制策略的綜合優(yōu)化，制定了混合動(dòng)力各個(gè)工況的控制策略流程圖，實(shí)現(xiàn)了混合動(dòng)力控制代碼的軟件在環(huán)調(diào)試。 三、應(yīng)用前景 1.市場(chǎng)分析。將虛擬儀器技術(shù)無(wú)縫連接至多能源控制器開(kāi)發(fā)的整個(gè)進(jìn)程之中。搭建的試驗(yàn)測(cè)控模塊逐一運(yùn)用于混合動(dòng)力整車(chē)開(kāi)發(fā)的多個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目之中，大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)為本測(cè)控系統(tǒng)的調(diào)試與優(yōu)化提供豐富的資源。2.經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)。本測(cè)控系統(tǒng)經(jīng)大量的試驗(yàn)驗(yàn)證，以?xún)?yōu)異的性?xún)r(jià)比獲得國(guó)內(nèi)汽車(chē)生產(chǎn)廠商的青睞。
同類(lèi)課題研究水平概述
- 一、國(guó)外現(xiàn)狀 發(fā)動(dòng)機(jī)管理的核心技術(shù)基本由國(guó)外公司掌握，發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)的市場(chǎng)也由國(guó)外公司壟斷。國(guó)內(nèi)市場(chǎng)70%被博世、德?tīng)柛：腿毡倦娧b三家公司占有，剩下30%也被西門(mén)子VDO、摩托羅拉和瑪瑞利等國(guó)外廠商所瓜分。 國(guó)外廠商在發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)上，相關(guān)的輔助開(kāi)發(fā)和測(cè)試手段非常的完備，開(kāi)發(fā)水平較高。國(guó)外的廠商分工明確，形成了比較完善的產(chǎn)業(yè)鏈條：如Freescale、英飛凌、ST等半導(dǎo)體公司生產(chǎn)汽車(chē)電子元件；Bosch、delphi等公司基于已有的元件和開(kāi)發(fā)平臺(tái)進(jìn)行ECU和發(fā)動(dòng)機(jī)管理中高壓共軌、缸內(nèi)直噴等關(guān)鍵技術(shù)的研究。 在發(fā)動(dòng)機(jī)管理上，國(guó)外的廠商綜合應(yīng)用各種發(fā)動(dòng)機(jī)管理技術(shù)，最大限度的提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能，同時(shí)減少排放并提升發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性。 在ECU硬件技術(shù)上，國(guó)外廠商微控制器和微處理器的應(yīng)用、傳感器信號(hào)處理方式和執(zhí)行器的驅(qū)動(dòng)方式非常成熟，為了減小ECU的體積并提高系統(tǒng)的可靠性，國(guó)外廠商開(kāi)發(fā)了專(zhuān)用的轉(zhuǎn)速、爆震等傳感器信號(hào)處理的專(zhuān)用集成電路，如Bosch公司的磁電式轉(zhuǎn)速傳感器CY30、爆震傳感器信號(hào)調(diào)理芯片CC195等。 二、國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀 混合動(dòng)力轎車(chē)的開(kāi)發(fā)起步較晚，2001年才將混合動(dòng)力轎車(chē)的研發(fā)列為“十五”期間863計(jì)劃電動(dòng)汽車(chē)重大專(zhuān)項(xiàng)加以研究。 1.硬件方面，清華大學(xué)研制了電控泵—管—閥—嘴柴油噴射系統(tǒng)(PPvl)，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了大量ECU硬件，對(duì)電磁兼容等問(wèn)題進(jìn)行了深入研究；上海交通大學(xué)研制了MICSI.O型汽油機(jī)電控單元，適用于中小型車(chē)用汽油機(jī)的電子控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了車(chē)用控制器ECU標(biāo)定系統(tǒng)通訊模塊，研制了GD—1高壓共軌系統(tǒng)及其EMS；成都威特電噴有限責(zé)任公司也在EMS方面取得了很多成果，除成功研制出了國(guó)產(chǎn)單體泵外，也提供配套的EMS系統(tǒng)，主要針對(duì)功率較大的柴油機(jī)系統(tǒng)。 2.軟件方面，天津大學(xué)實(shí)現(xiàn)了共軌柴油機(jī)ECU的軟件分層模型及實(shí)時(shí)多任務(wù)機(jī)制；哈爾濱工程大學(xué)研究了雙燃料汽車(chē)ECU的控制參數(shù)在線調(diào)試技術(shù)；北京理工大學(xué)對(duì)柴油機(jī)各缸供油量不均勻進(jìn)行了ECU硬件在環(huán)仿真。 3.標(biāo)定試驗(yàn)方面，清華大學(xué)在汽油發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)的標(biāo)定中總結(jié)出工況分析法試驗(yàn)，開(kāi)發(fā)了發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)化性能試驗(yàn)及標(biāo)定試驗(yàn)系統(tǒng)，進(jìn)行了柴油機(jī)可變預(yù)行程泵電控系統(tǒng)的匹配標(biāo)定并獲取了供油量和供油提前角脈譜，為成都威特電噴有限公司開(kāi)發(fā)了標(biāo)定軟件系統(tǒng)，把CCP協(xié)議用于HEV。
