基本信息
- 项目名称：
- 并联混合动力轿车多能源管理控制器产业化自主研发
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本文在基于超级电容的并联混合动力整车性能仿真模型方面，根据大量的试验数据和理论公式，利用Matlab/Simulink建立了各个零部件的数学建模，研究了不同的混合动力道路循环工况下原型整车和混合动力整车的燃油经济性和动力性，同时分析混合动力各个零部件参数对混合动力整车性能的影响。 为了解决发动机电控单元(ECU)和混合动力整车电控单元(HCU)的控制策略及匹配试验这一制约混合动力汽车性能充分发挥的瓶颈问题，开发了国内第一款集成式混合动力多能源电控单元，设计了多能源电控单元硬件和软件模块，实现了发动机和混合动力控制策略的集成化和模块化。 为了从整体上对混合动力电控系统进行监控与标定，采用LabVIEW 8.2开发了基于CAN总线的混合动力集成标定软件。此软件可以对发动机、ISG电机、电控前离合器等零部件的运行状态参数进行实时监控，同时对CAN总线上的数据、故障码进行安全分析，有效解决了混合动力标定测试的难题。 因此本文的研究旨在建立一整套混合动力整车测试系统技术标准和评估体系，加强对整车动力系统的关键零部件和整车集成控制的标定试验评估。 关键词：混合动力，超级电容，模型，电控单元，控制策略，标定试验
- 详细介绍：
- 本项目在基于超级电容的单轴并联混合动力轿车方案制定，混合动力发动机、ISG(Integrated Starter Generator)电机、超级电容、变速箱、电控双驱动空调、电控刹车装置等关键零部件研发、参数选型与匹配计算、控制策略、标定试验、多能源管理控制器开发等方面开展了工作，并开发出国内第一款并联混合动力轿车集成式多能源管理控制器。 在基于超级电容的并联混合动力整车性能仿真模型方面，根据大量的试验数据和理论公式，建立了各个零部件的数学建模，研究了不同的混合动力道路循环工况下原型整车和混合动力整车的燃油经济性和动力性，特别对城市道路循环工况下混合动力整车的燃油经济性特征进行了详细的阐述，同时分析混合动力各个零部件参数对混合动力整车性能的影响。 为了解决发动机电控单元(ECU)和混合动力整车电控单元(HCU)的控制策略及匹配试验这一制约混合动力汽车性能充分发挥的瓶颈问题，开发了国内第一款集成式混合动力多能源电控单元，设计了多能源电控单元硬件和软件模块，实现了发动机和混合动力控制策略的集成化和模块化。分析了混合动力各个工况下的功能流程图，建立基于扭矩管理的整车控制策略，实现了混合动力起动优化、怠速停机、加速助力、运行充电、制动能量回收等功能。 建立混合动力整车标定匹配流程，首先对原型车进行了专门的标定试验，完成了发动机台架标定试验、整车转鼓排放标定试验、整车低温舱冷起动标定试验、整车驾驶性标定试验、整车高寒、高原和高温的“三高”标定试验。从而使混合动力原型车达到了国家各项检测指标，为实现混合动力整车节省燃油消耗、降低污染物排放、提高动力性积累了大量有效数据。通过标定试验，改善了原型机的高油耗、高排放区，从而为提高混合动力汽车的整车经济性、排放性指标提供了依据。 搭建了混合动力总成试验台架，建立了混合动力主要零部件、电控单元、传感器、执行器的试验测试平台。在混合动力总成试验台架上，对混合动力主要零部件的机械可靠性、性能指标进行了大量的试验。同时对混合动力控制系统的起动工况、怠速停机、加速助力、运行充电、制动能量回收工况进行了标定匹配试验研究，优化了混合动力车系统性能，验证了混合动力控制策略和程序流程。在混合动力整车平台上，进行了大量的混合动力整车性能的道路试验，对混合动力整车的各项性能指标进行了评估，同时反馈给机械系统和电控系统，分别从机械和电控角度，对混合动力整车的机械可靠性、标定数据的一致性、电控单元的稳定性、性能的完善性、功能指标的优化性进行全面分析，形成一套混合动力产品的开发标准。 为了从整体上对混合动力电控系统进行监控与标定，采用LabVIEW 8.2开发了基于CAN总线的混合动力集成标定软件。此软件可以对发动机、ISG电机、电控前离合器等零部件的运行状态参数进行实时监控，同时对CAN总线上的数据、故障码进行安全分析，有效解决了混合动力标定测试的难题。 混合动力轿车的产业化是涉及到各个方面的工作的有效配合，包括国家的产业政策、混合动力技术的成熟度、企业混合动力生产设备、生产条件的建设、建立整套混合动力轿车产品开发规范和技术标准等方面。因此本项目的研究旨在建立一整套混合动力整车测试系统技术标准和评估体系，加强对整车动力系统的关键零部件和整车集成控制的标定试验评估。同时要不断提高混合动力轿车的研发深度，从产业化角度出发，加强混合动力各种资源的整合，形成符合国情的完整技术生产标准体系，加快混合动力产业化进程。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 一、目的——本作品旨在推进我国汽车行业自主研发水平，实现混合动力多能源管理及机电耦合动力总成装置的产业化、市场化，提高整个民族汽车技术的自主创新能力。 二、基本思路 1.建立混合动力系统能量管理控制模型，对系统参数进行优化仿真；2.基于混合动力工况的发动机管理系统的控制策略修改与优化；3.发动机管理系统及整车管理系统的匹配与标定 三、创新点 1.混合动力专用发动机电控单元。掌握混合动力发动机电控管理系统核心技术，进行发动机电控单元在混合动力中的优化策略研究，并进行大量的标定匹配。 2.独立开发新型混合动力系统的多能源管理控制模型。建立多能源管理控制模型，并进行动力性、经济性和排放性数学仿真，为混合动力轿车开发提供理论依据。 3.混合动力整车控制器和控制策略。研究基于超级电容的整车优化控制策略、发动机和电机的匹配策略。需要对整车控制策略进行优化研究，提高原车的经济性和降低污染物排放。 四、技术关键 1.集成式多能源控制器的硬件设计。控制器采用摩托罗拉16位单片机。首先实现了对发动机各个传感器和执行器的信号采集和驱动，实现了基于电子节气门的扭矩管理控制策略，实现了硬件功能集成。 2.集成式控制器软件设计。多能源管理电控管理系统的软件部分包括发动机管理系统软件和混合动力功能软件。开发功能软件，实现了怠速停车及快速起动、加速助力、运行发电、制动能量回收等功能。
科学性、先进性
- 1.国内首次实现了发动机功能控制和混合动力功能控制的硬件和软件一体化。重点解决在混合动力中发动机的不同工况下的控制策略优化问题，提高燃油的经济性，降低污染物排放。 2.国内首次实现混合动力发动机管理系统的优化标定试验，在本作品中，主要对具有自主产权的混合动力发动机管理系统的控制策略进行全新规划和匹配标定，从而适应混合动力系统的运行工况，达到节能和降排效果。 3.采用模块化设计的方法，将发动机管理系统与整车管理系统进行硬件集成。主要包括：控制器硬件集成化、工程化设计，底层协议的开发，应用层软件的模块化设计，开发通用的整车标定匹配软件，整车控制策略的研究及控制软件的开发，故障诊断技术的研究，建立基于产业化的硬件和软件系统开发平台。 4.国内首次对混合动力整车起动/停机工况下的污染物排放进行理论机理和工程问题开发，对混合动力轿车专用三元催化转换器、发动机控制策略、混合动力整车控制策略进行全面的优化[7]，从而解决混合动力整车排放难题。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 预产业化阶段
技术转让方式
作品可展示的形式
- 实物、产品，现场演示，图片
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 一、使用说明。根据混合动力整车控制策略规划，制定了混合动力各工况的控制策略流程图，实现了混合动力控制代码的软件在环调试，为下一步的混合动力总成的台架和整车调试打下良好的基础。 二、技术特点及优势 1.多能源控制器硬件设计。将传统机械式节气门改装为电子节气门，实现混合动力车对发动机的扭矩管理控制，并实现了集成控制器对ISG电机控制器和前离合器控制器的CAN通讯，技术国内领先，国外先进。2．多能源控制器软件设计。开发了集成式多能源管理控制器控制策略软件部分，实现混合动力整车控制策略的综合优化，制定了混合动力各个工况的控制策略流程图，实现了混合动力控制代码的软件在环调试。 三、应用前景 1.市场分析。将虚拟仪器技术无缝连接至多能源控制器开发的整个进程之中。搭建的试验测控模块逐一运用于混合动力整车开发的多个试验项目之中，大量的试验数据为本测控系统的调试与优化提供丰富的资源。2.经济效益预测。本测控系统经大量的试验验证，以优异的性价比获得国内汽车生产厂商的青睐。
同类课题研究水平概述
- 一、国外现状 发动机管理的核心技术基本由国外公司掌握，发动机管理系统的市场也由国外公司垄断。国内市场70%被博世、德尔福和日本电装三家公司占有，剩下30%也被西门子VDO、摩托罗拉和玛瑞利等国外厂商所瓜分。 国外厂商在发动机管理系统的开发上，相关的辅助开发和测试手段非常的完备，开发水平较高。国外的厂商分工明确，形成了比较完善的产业链条：如Freescale、英飞凌、ST等半导体公司生产汽车电子元件；Bosch、delphi等公司基于已有的元件和开发平台进行ECU和发动机管理中高压共轨、缸内直喷等关键技术的研究。 在发动机管理上，国外的厂商综合应用各种发动机管理技术，最大限度的提高发动机的动力性能，同时减少排放并提升发动机的经济性。 在ECU硬件技术上，国外厂商微控制器和微处理器的应用、传感器信号处理方式和执行器的驱动方式非常成熟，为了减小ECU的体积并提高系统的可靠性，国外厂商开发了专用的转速、爆震等传感器信号处理的专用集成电路，如Bosch公司的磁电式转速传感器CY30、爆震传感器信号调理芯片CC195等。 二、国内现状 混合动力轿车的开发起步较晚，2001年才将混合动力轿车的研发列为“十五”期间863计划电动汽车重大专项加以研究。 1.硬件方面，清华大学研制了电控泵—管—阀—嘴柴油喷射系统(PPvl)，设计实现了大量ECU硬件，对电磁兼容等问题进行了深入研究；上海交通大学研制了MICSI.O型汽油机电控单元，适用于中小型车用汽油机的电子控制系统，设计了车用控制器ECU标定系统通讯模块，研制了GD—1高压共轨系统及其EMS；成都威特电喷有限责任公司也在EMS方面取得了很多成果，除成功研制出了国产单体泵外，也提供配套的EMS系统，主要针对功率较大的柴油机系统。 2.软件方面，天津大学实现了共轨柴油机ECU的软件分层模型及实时多任务机制；哈尔滨工程大学研究了双燃料汽车ECU的控制参数在线调试技术；北京理工大学对柴油机各缸供油量不均匀进行了ECU硬件在环仿真。 3.标定试验方面，清华大学在汽油发动机管理系统的标定中总结出工况分析法试验，开发了发动机自动化性能试验及标定试验系统，进行了柴油机可变预行程泵电控系统的匹配标定并获取了供油量和供油提前角脉谱，为成都威特电喷有限公司开发了标定软件系统，把CCP协议用于HEV。
