CN1709742A - 混合动力电动汽车总成控制*** - Google Patents

Abstract

混合动力电动汽车总成控制***，测速单元的速度信号传送给主控制器，主控制器的控制信号经驱动模块、充电器传送给蓄电池，主控制器的控制信号通过温度控制器传送给蓄电池，蓄电池的电压、电流、温度信号通过检测模块传送给主控制器，设定单元的设定信号传送给主控制器，CAN外总线的数据信号端与主控制器相互连接，主控制器的控制信号经数模模块传送给变频器，变频器的频率信号传送给电动机，电动汽车总成控制***按工作流程步骤工作，本发明具有电路简单，可靠性强，智能化程度高，运行稳定，反应快速等优点，能满足混合动力电动汽车速度自动控制、节省能源和促进混合动力电动汽车普及推广的需要。

Description

混合动力电动汽车总成控制***

技术领域

本发明属于电动汽车总成控制技术，特别涉及一种混合动力电动汽车总成控制***。

背景技术

目前，电动汽车发展迅速，世界各地都投入巨资开发研制电动汽车，特别是混合动力电动汽车，大有替代内燃机车的趋势。但是，现有混合动力电动汽车的蓄电池还存在过放、过充、使用寿命短等问题，另外，还未能解决快速、稳定适应各种复杂路况的问题，因此，如何利用高速数字处理芯片解决电动汽车动力蓄电池和速度存在的技术问题，是电动汽车领域研究的重点。因此，急需研究解决电动汽车总成控制***的技术问题，是满足混合动力电动汽车速度自动控制、节省能源和促进混合动力电动汽车普及推广的需要。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有混合动力电动汽车蓄电池存在过放、过充、使用寿命短和汽车速度控制不适应各种复杂路况的技术问题，提供一种电路结构简单、工作可靠、成本低的混合动力电动汽车总成控制***。

本发明包括测速单元、检测模块、数模模块、驱动模块、温度控制器、显示器、设定单元、CAN外总线、充电器、蓄电池、主控制器，测速单元的速度信号输出端与主控制器的输入端相连接，主控制器的控制信号输出端经过驱动模块、充电器与蓄电池的输入端相连接，主控制器的控制信号输出端通过温度控制器与蓄电池的输入端相连接，蓄电池的电压、电流、温度信号输出端通过检测模块与主控制器的输入端相连接，设定单元的设定信号输出端与主控制器的输入端相接，CAN外总线的数据信号端与主控制器相互连接，主控制器的控制信号输出端经数模模块与变频器的输入端相接，变频器的频率信号输出端与电动机相接，主控制器的控制信号和数据信号输出端与显示器的输入端相接；

所述主控制器由DSP处理器、存储器、JTAG接口、电源电路、复位电路组成，存储器由存储器芯片I、存储器芯片II组成，DSP处理器的地址线输出端通过地址总线分别与存储器芯片I、存储器芯片II的地址线的输入端相连，存储器芯片I、存储器芯片II的数据端分别通过数据总线与DSP处理器相互连接，DSP处理器的控制信号输出端分别与存储器芯片I、存储器芯片II的另一输入端相连，JTAG接口与DSP处理器相互相连，电源电路输出的高电平信号端接DSP处理器的输入端，复位电路通过反相器与DSP处理器的输入端相连接，反相器的输入端通过电阻与电源正端相连，反相器的输入端通过电阻经开关与电容并联接地，测速单元、检测模块、设定单元的信号输出端分别与主控制器的DSP处理器输入端相连接，主控制器的DSP处理器信号输出端分别与数模模块、驱动模块、温度控制器、显示器的输入端相连接，CAN外总线通过外总线驱动芯片与DSP处理器相互连接；

所述电源电路的电源正端通过二极管与电压转换芯片输入端相连，二极管的输出端通过滤波电容与电源的负端相连，电压转换芯片的输出端通过滤波电容也与电源的负端相连，电压转换芯片的GND端接地，电压转换芯片的输出端与低压转换芯片的输入端相连，低压转换芯片的输入端通过电阻、发光二极管接地，低压转换芯片的输出端与DSP处理器的电源输入端相连，低压转换芯片的输入端、输出端分别通过电容接地，低压转换芯片的GND接地；

所述检测模块由电压传感器、电流传感器、温度传感器、放大器组成，电压传感器的一端接电源，另一端的电压信号输出端通过电阻与DSP处理器输入端相连，电流传感器的电流信号输出端与DSP处理器的输入端相连，温度传感器的一端接正电源，另一端接地，并通过电阻与放大器的负输入端相接，温度传感器的温度信号输出端通过电阻经放大器与DSP处理器的输入端相连，放大器的负输入端和输出端通过电阻并连；

所述数模模块由总线驱动芯片I、总线驱动芯片II、数模转换芯片、电压放大器组成，DSP处理器的数字信号输出端分别与总线驱动芯片I、II的输入端相连接，DSP处理器的数字信号输出端与数模转换芯片的另一输入端相连，总线驱动芯片I、II的输出信号端与数模转换芯片的输入端相连接，数模转换芯片的模拟信号输出端通过电阻与电压放大器的输入端相连，电压放大器负输入端通过电阻接地，电压放大器的控制信号输出端与变频器相连；

所述驱动模块由高频开关、驱动器芯片、光电耦合器组成，DSP处理器的脉冲信号输出端与驱动模块的输入端相连，驱动器芯片的控制信号输出端通过光电耦合器与DSP处理器的输入端相连，驱动器芯片的控制信号另一输出端与高频开关连接；

所述温度控制器的电压放大器负输入端通过电阻接地，正输入端通过电阻与DSP处理器的输出端相接，电压放大器的输出端与继电器开关连接；

所述设定单元的按键开关的一端接电源，另一输出端通过电阻与DSP处理器的输入端相连；

本发明混合动力电动汽车总成控制***的工作流程，其工作步骤是：(1)设定单元，选择工作模式和参数设定；(2)初始化，对***初始化；(3)中断否，判断定时器是否发生定时中断，若中断则进行第(4)步骤，否则转第(12)步骤；(4)读AD寄存器，读取测速单元传送的速度信号；(5)软件滤波，编写算法对信号进行滤波处理；(6)误差模糊化，检测的信号与给定信号的误差进行模糊化处理，用模糊的语言描述误差值；(7)模糊推理，利用模糊规则库对误差和误差的导数进行推理，确定PID参数的变化量；(8)清晰化，把模糊语言转换成数字量；(9)整定PID值，得到整定的PID(比例、积分、微分)值；(10)调节变频器，控制量通过数模模块转化成模拟量控制变频器；(11)电动机，变频器的频率信号控制电动机的转速，若转速不正常则转第(4)步骤；(12)检测蓄电池，通过检测模块检测蓄电池的电压、电流、温度参数；(13)温度高否，判断温度是否超过界定值，若超过则转第(19)步骤，若正常则进行第(14)步骤；(14)SOC辨识器，对蓄电池的电压、电流、温度参数辨识计算确定SOC(荷电状态)；(15)SOC是否大于0.8，判断SOC值是否大于0.8，若大于则转第(20)步骤，否则进行第(16)步骤；(16)SOC是否大于0.5，继续判断SOC值是否大于0.5，若大于则转第(12)步骤，否则进行第(17)步骤；(17)驱动模块，若SOC不大于0.5，驱动模块工作；(18)开充电器，充电器开始工作，对蓄电池充电；(19)温度控制器，若温度过高，则温度控制器开始工作；(20)驱动模块，若SOC大于0.8，则驱动模块工作；(21)关充电器，关闭充电器；(22)结束，电池管理程序结束。

本发明具有电路简单，可靠性强，智能化程度高，运行稳定，反应快速等优点，能满足混合动力电动汽车速度自动控制、节省能源和促进混合动力电动汽车普及推广的需要。

附图说明

图1是本发明结构原理框图；

图2是主控制器电路原理示意图；

图3是电源电路原理示意图；

图4是检测模块电路原理示意图；

图5是数模模块电路原理示意图；

图6是驱动模块、温度控制器、显示器、设定单元的电路原理示意图；

图7是本发明总成控制***的工作流程图；

图中：1测速单元、2检测模块、3数模模块、4驱动模块、5温度控制器、6显示器、7设定单元、8 CAN外总线、9充电器、10蓄电池、11主控制器、12 DSP处理器、13存储器、14 JTAG接口、15电源电路、16复位电路、17存储器芯片I、18存储器芯片II、19外总线驱动芯片、20低压转换芯片、21电压转换芯片、22总线驱动芯片I、23总线驱动芯片II、24数模转换芯片、25电压放大器、26高频开关、27驱动器芯片、28光电耦合器、29继电器开关。

具体实施方式

结合实例进一步说明本发明的结构方案和工作过程。

如图1所示，一种混合动力电动汽车总成控制***，包括测速单元1、检测模块2、数模模块3、驱动模块4、温度控制器5、显示器6、设定单元7、CAN外总线8、充电器9、蓄电池10、主控制器11。测速单元1的电动汽车速度信号输出端与主控制器11的输入端相连接，主控制器11的控制信号输出端经过驱动模块4、充电器9与蓄电池10的输入端相连接，主控制器11的控制信号输出端通过温度控制器5与蓄电池10的输入端相连接，蓄电池1 0的电压、电流、温度信号输出端通过检测模块2与主控制器11的输入端相连接，设定单元7的设定信号输出端与主控制器11的输入端相接，CAN外总线8的数据信号端与主控制器11相互连接，主控制器11的控制信号输出端经数模模块3与变频器的输入端相接，变频器的频率信号输出端与电动机相接，主控制器11的控制信号和数据信号输出端与显示器6的输入端相接。

如图1、图2所示，主控制器11由DSP处理器12、存储器13、JTAG接口14、电源电路15、复位电路16组成，存储器13由存储器芯片I 17、存储器芯片II 18组成，DSP处理器12的地址线输出端A0～A15通过地址总线分别与存储器芯片I 17、存储器芯片II 18的地址线输入端相连接，存储器芯片I 17的数据线I/O0～I/O7通过数据总线与DSP处理器12数据线的低8位D0～D7相互连接，存储器芯片II 18的数据线I/O0～I/O7通过数据总线与DSP处理器12数据线的高8位D8～D15相互连接，DSP处理器12的控制信号输出端 DS、 WE、 RD分别与存储器芯片I 17、存储器芯片II 18的另一输入端 OE、 WE、 CE相接。

如图2所示，JTAG接口14的1、2、3、7端分别与DSP处理器6的TMS、TRST、TDO、TDI端相互连接，JTAG接口的9、11端与DSP处理器6的 TCK端相互连接，JTAG接口的13、14端通过两个上拉电阻R6、R7与DSP处理器6的EMU0、EMU1端相互连接。

如图1、图2所示，电源电路15的高电平信号输出端接DSP处理器12的输入端VCC。复位电路16通过反相器74LS04的输出端与DSP处理器12的输入端 RS相连接，反相器74LS04的输入端通过电阻R8与电源正端相连，反相器74LS04的输入端通过电阻R9经开关K6与电容C1并联接地。测速单元1、检测模块2、设定单元7的信号输出端分别与主控制器11的DSP处理器12的输入端相连接，主控制器11的DSP处理器12信号输出端分别与数模模块3、驱动模块4、温度控制器5、显示器6的输入端相连接。

如图2所示，CAN外总线8通过外总线驱动芯片(TJA1050)19分别与DSP处理器12的CANRX、CANTX端子相互连接。

如图2、图3所示，电源电路15的电源正端通过二极管IN4002与电压转换芯片(LM1117-5.0)21输入端相连，二极管的输出端通过滤波电容C2、C3与电源的负端相连(即接地)，电压转换芯片21的输出端通过滤波电容C4、C5也与电源的负端相连，电压转换芯片21的GND端接地，电压转换芯片21的输出端与低压转换芯片20(LM1117-3.3)的输入端相连，低压转换芯片20输入端通过电阻R10、发光二极管LED接地，低压转换芯片20的输出端与DSP处理器12的电源VCC输入端相连，低压转换芯片20的输入端、输出端分别通过电容C6、C7与地相连，低压转换芯片20的GND接地。

如图2、图4所示，检测模块2包括电压传感器KV50A/P、电流传感器KA50A/P、温度传感器LM35、放大器，电压传感器KV50A/P的一端接电源，另一端的电压信号输出端通过电阻R11与DSP处理器12的输入端AD0相连，电流传感器KA50A/P的电流信号输出端与DSP处理器12的输入端AD1相连，温度传感器LM35的一端接正电源，另一端接地，并通过电阻R13与放大器的负输入端相接，温度传感器LM35的温度信号输出端通过电阻R12经放大器与DSP处理器12的输入端AD2相连接，放大器的负输入端和输出端通过电阻R14并连。

如图2、图5所示，数模模块3由总线驱动芯片(74LS245)I 22、总线驱动芯片(74LS245)II 23、数模转换芯片(DAC7625U)24、电压放大器(TLC2272)25组成，DSP处理器(LF2407A)12的数据线低8位D0～D7和高8位D8～D15分别与总线驱动芯片I 22、II 23的输入端BO～B7连接，DSP处理器12的数字信号输出端R/ W、 IS分别与总线驱动芯片I 22、II 23的输入端DIR、 E连接，DSP处理器12的数字信号输出端R/ W、 IS又分别与数模转换芯片24的输入端R/ W、 CS相连，DSP处理器12的数字信号输出端IOPF4、IOPF5、IOPF6分别与数模转换芯片24的另一输入端A1、A0、LDAC相连，总线驱动芯片I 22的信号输出端A0～A7和总线驱动芯片I23的信号输出端A0～A3与数模转换芯片24的输入端D0～D11连接，数模转换芯片24模拟信号输出端通过电阻R17与电压放大器25的正输入端相接，电压放大器25负输入端通过电阻R18接地，电压放大器25的控制信号输出端与变频器相连控制电动汽车电动机的转速。

如图6所示，驱动模块4由高频开关(IGBT)26、驱动器芯片(EXB841)27、光电耦合器(TPL550)28组成，DSP处理器12的脉冲信号的输出端PWM1与驱动器芯片(EXB841)27的输入端连接，驱动器芯片(EXB841)27的控制信号输出端通过光电耦合器28与DSP处理器12的输入端I0PA7相接，起到过流保护作用，驱动器芯片27的控制信号另一输出端与高频开关(IGBT)26连接。

如图2、图6所示，温度控制器5由电压放大器25、继电器开关29组成，电压放大器25的负输入端通过电阻R16接地，正输入端通过电阻R15与DSP处理器12的输出端I0PA2相接，电压放大器25的输出端与继电器开关29连接。

如图2、图6所示，显示器6采用内嵌控制器T9363C的240×180蓝色液晶屏，显示器(T9363C)6的输入端 WR、 RD、 CE、C/ D分别与DSP处理器12的输出端IOPE4～IOPE7相连，DSP处理器12的数据信号输出端IOPB0～IOPB7与显示器6的数据信号输入端DB0～DB7相连。

如图6所示，设定单元7的按键开关K1～K5分别为“FUN”键、加、减键、“ESC”键、“ENT”键，一端与3.3V电源连接，另一端分别通过电阻R1～R5与DSP处理器12的输入端IOPC0～IOPC4连接。

如图7所示，混合动力电动汽车总成控制***的工作流程，其工作步骤是：

(1)设定单元，选择工作模式和参数设定；

(2)初始化，对***初始化；

(3)中断否，判断定时器是否发生定时中断，若中断则进行第(4)步骤，否则转第(12)步骤；

(4)读AD寄存器，读取测速单元传送的速度信号；

(5)软件滤波，编写算法对信号进行滤波处理；

(6)误差模糊化，检测的信号与给定信号的误差进行模糊化处理，用模糊的语言描述误差值；

(7)模糊推理，利用模糊规则库对误差和误差的导数进行推理，确定PID参数的变化量；

(8)清晰化，把模糊语言转换成数字量；

(9)整定PID值，得到整定的PID(比例、积分、微分)值；

(10)调节变频器，控制量通过数模模块转化成模拟量控制变频器；

(11)电动机，变频器的频率信号控制电动机的转速，若转速不正常则转第(4)步骤；

(12)检测蓄电池，通过检测模块检测蓄电池的电压、电流、温度参数；

(13)温度高否，判断温度是否超过界定值，若超过则转第(19)步，若正常则进行第(14)步；

(14)SOC辨识器，对蓄电池的电压、电流、温度参数辨识计算确定SOC(荷电状态)；

(15)SOC是否大于0.8，判断SOC值是否大于0.8，若大于则转第(20)步骤，否则进行第(16)步骤；

(16)SOC是否大于0.5，继续判断SOC值是否大于0.5，若大于则转第(12)步骤，否则进行第(17)步骤；

(17)驱动模块，若SOC不大于0.5，驱动模块工作；

(18)开充电器，充电器开始工作，对蓄电池充电；

(19)温度控制器，若温度过高，温度控制器开始工作；

(20)驱动模块，若SOC大于0.8，则驱动模块工作；

(21)关充电器，关闭充电器；

(22)结束，电池管理程序结束。

本发明的工作过程是设定单元7按下K1键，进行工作模式的选择，按键K2到K5完成对电动汽车运行PID参数的设定，主控制器开始工作，对速度的调节采用中断方式处理，测速单元1传送给主控制器11速度信号，主控制器11对信号进行处理得到PID值，一方面控制信号通过数模模块3控制变频器调节电机转速，一方面把参数显示在显示器6上；对蓄电池的管理采用查询方式，检测模块2将蓄电池10的参数传送给主控制器11，主控制器11内嵌电池荷电状态(SOC)辨识器对信号进行处理，SOC值大于0.8则通过驱动模块4关闭充电器9，SOC值小于0.5则通过驱动模块4开启充电器9，温度过高时通过温度控制器5控制蓄电池的温度，主控制器11把各项参数显示在显示器6上，同时由CAN外总线8与其他控制***进行通讯，完成对电动汽车总成控制***的全面控制。

Claims (8)

1、混合动力电动汽车总成控制***，其特征是，包括测速单元、检测模块、数模模块、驱动模块、温度控制器、显示器、设定单元、CAN外总线、充电器、蓄电池、主控制器，测速单元的速度信号输出端与主控制器的输入端相连接，主控制器的控制信号输出端经过驱动模块、充电器与蓄电池的输入端相连接，主控制器的控制信号输出端通过温度控制器与蓄电池的输入端相连接，蓄电池的电压、电流、温度信号输出端通过检测模块与主控制器的输入端相连接，设定单元的设定信号输出端与主控制器的输入端相接，CAN外总线的数据信号端与主控制器相互连接，主控制器的控制信号输出端经数模模块与变频器的输入端相接，变频器的频率信号输出端与电动机相接，主控制器的控制信号和数据信号输出端与显示器的输入端相接，所述主控制器由DSP处理器、存储器、JTAG接口、电源电路、复位电路组成，存储器由存储器芯片I、存储器芯片II构成，DSP处理器的地址线输出端通过地址总线分别与存储器芯片I、存储器芯片II的地址线的输入端相连，存储器芯片I、存储器芯片II的数据端分别通过数据总线与DSP处理器相互连接，DSP处理器的控制信号输出端分别与存储器芯片I、存储器芯片II的另一输入端相连，JTAG接口与DSP处理器相互相连，电源电路输出的高电平信号端接DSP处理器的输入端，复位电路通过反相器与DSP处理器的输入端相连接，反相器的输入端通过电阻与电源正端相连，反相器的输入端通过电阻经开关与电容并联接地，测速单元、检测模块、设定单元的信号输出端分别与主控制器的DSP处理器输入端相连接，主控制器的DSP处理器信号输出端分别与数模模块、驱动模块、温度控制器、显示器的输入端相连接，CAN外总线通过外总线驱动芯片与DSP处理器相互连接。

2、如权利要求1所述的混合动力电动汽车总成控制***，其特征是，所述电源电路的电源正端通过二极管与电压转换芯片输入端相连，二极管的输出端通过滤波电容与电源的负端相连，电压转换芯片的输出端通过滤波电容也与电源的负端相连，电压转换芯片的GND端接地，电压转换芯片的输出端与低压转换芯片的输入端相连，低压转换芯片的输入端通过电阻、发光二极管接地，低压转换芯片的输出端与DSP处理器的电源输入端相连，低压转换芯片的输入端、输出端分别通过电容接地，低压转换芯片的GND接地。

3、如权利要求1所述的混合动力电动汽车总成控制***，其特征是，所述检测模块由电压传感器、电流传感器、温度传感器、放大器组成，电压传感器的一端接电源，另一端的电压信号输出端通过电阻与DSP处理器输入端相连，电流传感器的电流信号输出端与DSP处理器的输入端相连，温度传感器的一端接正电源，另一端接地，并通过电阻与放大器的负输入端相接，温度传感器的温度信号输出端通过电阻经放大器与DSP处理器的输入端相连，放大器的负输入端和输出端通过电阻并连。

4、如权利要求1所述的混合动力电动汽车总成控制***，其特征是，所述数模模块由总线驱动芯片I、总线驱动芯片II、数模转换芯片、电压放大器组成，DSP处理器的数字信号输出端分别与总线驱动芯片I、II的输入端相连接，DSP处理器的数字信号输出端与数模转换芯片的另一输入端相连，总线驱动芯片I、II的输出信号端与数模转换芯片的输入端相连接，数模转换芯片的模拟信号输出端通过电阻与电压放大器的输入端相连，电压放大器负输入端通过电阻接地，电压放大器的控制信号输出端与变频器相连。

5、如权利要求1所述的混合动力电动汽车总成控制***，其特征是，所述驱动模块由高频开关、驱动器芯片、光电耦合器组成，DSP处理器的脉冲信号输出端与驱动模块的输入端相连，驱动器芯片的控制信号输出端通过光电耦合器与DSP处理器的输入端相连，驱动器芯片的控制信号另一输出端与高频开关连接。

6、如权利要求1所述的混合动力电动汽车总成控制***，其特征是，所述温度控制器的电压放大器负输入端通过电阻接地，正输入端通过电阻与DSP处理器的输出端相接，电压放大器的输出端与继电器开关连接。

7、如权利要求1所述的混合动力电动汽车总成控制***，其特征是，所述设定单元的按键开关的一端接电源，另一输出端通过电阻与DSP处理器的输入端相连。

8、混合动力电动汽车总成控制***的工作流程，其特征是，其工作步骤是：

(1)设定单元，选择工作模式和参数设定；

(2)初始化，对***初始化；

(3)中断否，判断定时器是否发生定时中断，若中断则进行第(4)步骤，否则转第(12)步骤；

(4)读AD寄存器，读取测速单元传送的速度信号；

(5)软件滤波，编写算法对信号进行滤波处理；

(6)误差模糊化，检测的信号与给定信号的误差进行模糊化处理，用模糊的语言描述误差值；

(7)模糊推理，利用模糊规则库对误差和误差的导数进行推理，确定PID参数的变化量；

(8)清晰化，把模糊语言转换成数字量；

(9)整定PID值，得到整定的PID(比例、积分、微分)值；

(10)调节变频器，控制量通过数模模块转化成模拟量控制变频器；

(11)电动机，变频器的频率信号控制电动机的转速，若转速不正常则转第(4)步骤；

(12)检测蓄电池，通过检测模块检测蓄电池的电压、电流、温度参数；

(13)温度高否，判断温度是否超过界定值，若超过则转第(19)步，若正常则进行第(14)步；

(14)SOC辨识器，对蓄电池的电压、电流、温度参数辨识计算确定SOC(荷电状态)；

(15)SOC是否大于0.8，判断SOC值是否大于0.8，若大于则转第(20)步骤，否则进行第(16)步骤；

(16)SOC是否大于0.5，继续判断SOC值是否大于0.5，若大于则转第(12)步骤，否则进行第(17)步骤；

(17)驱动模块，若SOC不大于0.5，驱动模块工作；

(18)开充电器，充电器开始工作，对蓄电池充电；

(19)温度控制器，若温度过高，温度控制器开始工作；

(20)驱动模块，若SOC大于0.8，则驱动模块工作；

(21)关充电器，关闭充电器；

(22)结束，电池管理程序结束。

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