專利名稱：一種輔助混合動(dòng)力汽車apu控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種輔助混合動(dòng)力汽車的APU控制器，屬于電動(dòng)汽車的 能量控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
日前，電動(dòng)汽車發(fā)展迅速，世界各國(guó)都投入巨資開(kāi)發(fā)研制電動(dòng)汽車。純電 動(dòng)汽車受到電池壽命、放電時(shí)間短的制約，續(xù)駛里程短，因此，混合動(dòng)力汽 車更受到歡迎，得到迅速發(fā)展，大有取代內(nèi)燃機(jī)車的趨勢(shì)。特別是串聯(lián)式輔 助混合動(dòng)力汽車以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、污染小的優(yōu)點(diǎn)得到更大的發(fā)展，在城市公交 以及場(chǎng)館領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。輔助功率控制單元(APU)控制器是串聯(lián)式輔助混 合動(dòng)力汽車重要部分，主要包括發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)組、蓄電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、控制 單元，它能夠合理的控制發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)組、蓄電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)之間的能量流 動(dòng)，達(dá)到更高效的能量利用，延長(zhǎng)續(xù)駛里程，減少排放。現(xiàn)有的APU控制器 結(jié)構(gòu)如圖1所示，多采用勵(lì)磁可調(diào)的發(fā)電機(jī)，并在發(fā)動(dòng)機(jī)上增加轉(zhuǎn)速傳感器 來(lái)檢測(cè)速度信號(hào)，通過(guò)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)油門踏板開(kāi)度的控制，來(lái)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電 流和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，來(lái)完成APU控制器的輔助功能，由于采用了勵(lì)磁可調(diào)的發(fā) 電機(jī)，所以這種APU控制器發(fā)電機(jī)重量和體積增大，硬件電路和控制系統(tǒng)復(fù) 雜；同時(shí)，由于閉環(huán)控制部分的反饋信號(hào)——發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)通過(guò)另外設(shè)置 的轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)得，所以影響了測(cè)得的轉(zhuǎn)速信號(hào)的精度，從而影響了系統(tǒng)的 控制精度。
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是為了解決現(xiàn)有的APU控制器體積大、控制電路復(fù)雜 的問(wèn)題，提供了一種新型的APU控制器，該控制器采用了永磁發(fā)電機(jī)組，減 小了APU控制器的體積，簡(jiǎn)化了其控制電路的結(jié)構(gòu)。同時(shí)，將ECU釆用的發(fā) 電機(jī)速度信號(hào)以并聯(lián)的方式引出，作為系統(tǒng)閉環(huán)控制的轉(zhuǎn)速信號(hào)，提高了系
統(tǒng)的控制精度。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取了如下技術(shù)方案。本控制器主要包
括有同軸連接的發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)組、蓄電池5、 ECU控制器4、 DSP處理器6，發(fā) 電機(jī)的電壓電流、電動(dòng)機(jī)的電壓電流、蓄電池的電壓電流均通過(guò)各自的傳感 器，把實(shí)際的電壓電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成弱電信號(hào)，并通過(guò)檢測(cè)模塊處理后進(jìn)入DSP 微處理器。其特征在于所述的發(fā)電機(jī)為永磁發(fā)電機(jī)；將ECU控制器采用的 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)以并聯(lián)的方式引出，并通過(guò)速度處理電路處理后輸入DSP微 處理器。DSP處理器的SPI外擴(kuò)展一個(gè)DA轉(zhuǎn)換芯片，轉(zhuǎn)換的模擬量通過(guò)IL300 隔離后進(jìn)入ECU控制器。DSP控制器根據(jù)蓄電池的電壓電流值及發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速 信號(hào)輸出控制信號(hào)給ECU控制器的兩個(gè)輸入端。
輸入到DSP處理器中的發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)以并聯(lián)的方式從ECU控制器4 引出。ECU控制器4中的發(fā)電機(jī)速度信號(hào)是兩路相對(duì)公共地線為正弦的信號(hào)， 并且具有相位差，幅值和頻率可變。取其中的一路正弦信號(hào)和發(fā)動(dòng)機(jī)公共地 線作為轉(zhuǎn)速采集信號(hào)，該信號(hào)通過(guò)輸入保護(hù)電路輸入電壓比較器LM393，單電 源供電，比較產(chǎn)生5V脈沖，經(jīng)6N137隔離后轉(zhuǎn)換成3V的脈沖信號(hào)再送入DSP 的CAP單元。DS1，DS2,RS2組成輸入保護(hù)電路，使輸入限定在一O. 7V-4. 3V之 間。比較電壓有分壓電阻RS1(51K)，RS3(10K)分壓構(gòu)成，經(jīng)RS5(1K)送入比較 器正相輸入端，RS6 (30K)為反饋電阻。比較器輸出經(jīng)RS4(1K)上拉電阻上拉 后經(jīng)過(guò)6N137可得。
DSP作為RS485總線的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，作為從站把檢測(cè)數(shù)據(jù)，即發(fā)電機(jī)的電壓 電流、電動(dòng)機(jī)的電壓電流和蓄電池的電壓電流值實(shí)時(shí)發(fā)送給車載電腦并進(jìn)行 顯示，也可以接收車載電腦發(fā)送的數(shù)據(jù)來(lái)改變?cè)O(shè)定值以及控制參數(shù)，改變控 制效果。
DSP控制器根據(jù)蓄電池的電壓電流值及發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)輸出控制信號(hào) 給ECU控制器的兩個(gè)輸入端，并使兩路信號(hào)的電壓值保持2倍關(guān)系。本實(shí)用 新型中取消了發(fā)動(dòng)機(jī)油門踏板，而是通過(guò)DSP控制器輸出的兩路信號(hào)來(lái)模擬
油門踏板發(fā)出的兩路2倍關(guān)系的模擬量給ECU控制器4來(lái)控制發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。 發(fā)動(dòng)機(jī)ECU本身具有自檢測(cè)功能，當(dāng)檢測(cè)到踏板信號(hào)為零時(shí)，會(huì)認(rèn)為是故障 而出現(xiàn)即使模擬輸出量改變發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速也不隨之改變的失控狀態(tài)，因此，在 發(fā)動(dòng)機(jī)ECU上電狀態(tài)下，模擬踏板信號(hào)不能出現(xiàn)0電壓狀態(tài)。 本實(shí)用新型的工作過(guò)程-.
當(dāng)汽車處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)不工作，APU控制器通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī) 組給蓄電池5充電。具體為啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)3，并通過(guò)發(fā)電機(jī)2的電壓和電流傳感 器,再通過(guò)檢測(cè)模塊采集發(fā)電機(jī)的電壓和電流，把他們的乘積作為反饋量，形 成恒功率控制作外環(huán)、速度控制作內(nèi)環(huán)的恒定功率充電，該部分是在DSP內(nèi) 實(shí)現(xiàn)的，如圖3所示。
當(dāng)電動(dòng)汽車運(yùn)行在場(chǎng)館時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)處于關(guān)閉狀態(tài)，完全由蓄電池提供能 量，汽車運(yùn)行在純電動(dòng)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)零排放，無(wú)污染目標(biāo)。當(dāng)汽車運(yùn)行在場(chǎng)館 外區(qū)間時(shí)，通過(guò)蓄電池電壓傳感器和檢測(cè)電路采集蓄電池電壓值，當(dāng)蓄電池 電壓值低時(shí)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，再通過(guò)檢測(cè)電路采集發(fā)電機(jī)的電壓和電流，速度采 集模塊采集發(fā)電機(jī)的速度值，并通過(guò)發(fā)電機(jī)輸出功率和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的雙閉環(huán) 控制，控制模擬量的輸出。調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，使發(fā)電機(jī)發(fā)出恒定功率，并且 發(fā)出功率大于汽車正常運(yùn)行驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需功率，從而能夠達(dá)到既能給蓄電池 充電又能延長(zhǎng)續(xù)駛里程的目的。同時(shí)保證發(fā)動(dòng)機(jī)在較小的功率范圍內(nèi)工作， 從而獲得最優(yōu)的利用率，和最低的排放。當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，蓄電池充當(dāng)"蓄水 池"的作用，向外給驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供電流或吸收驅(qū)動(dòng)電機(jī)反饋電流。同時(shí)，DSP 控制器把驅(qū)動(dòng)電機(jī)電壓和電流、發(fā)電機(jī)電壓和電流、蓄電池電壓和電流以及 速度值，還有其他重要計(jì)算參數(shù)通過(guò)485總線傳送給上位機(jī)并顯示。設(shè)定值 和控制參數(shù)也可以通過(guò)485總線傳送給DSP微處理器。
本實(shí)用新型采用永磁發(fā)電機(jī)，使得發(fā)電機(jī)體積和重量減小，即減小了車 重便于安裝，又有利簡(jiǎn)化控制系統(tǒng)。直接利用發(fā)動(dòng)機(jī)ECU的速度信號(hào)，減少 速度傳感器安裝且信號(hào)準(zhǔn)確。通過(guò)車載電腦的上位機(jī)控制，可以在線改變?cè)O(shè)
定值和控制參數(shù)，達(dá)到更好的控制效果。具有電路簡(jiǎn)單、可靠性強(qiáng)、智能化
高、反應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)。


圖l現(xiàn)有的APU控制器的結(jié)構(gòu)框圖 圖2本實(shí)用新型APU控制器的結(jié)構(gòu)框圖 圖3本實(shí)用新型APU控制器控制框圖 圖4本實(shí)用新型的具體結(jié)構(gòu)電路圖具體實(shí)施方式
下面結(jié)合圖2 圖4詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)施例。
本實(shí)施例主要包括有同軸連接的發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)組、蓄電池5、 ECU控制器 4、 DSP處理器6，發(fā)電機(jī)的電壓電流、電動(dòng)機(jī)的電壓電流、蓄電池的電壓電 流均通過(guò)各自的傳感器，把實(shí)際的電壓電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成弱電信號(hào)，并通過(guò)檢 測(cè)模塊處理后進(jìn)入DSP微處理器。發(fā)電機(jī)為永磁發(fā)電機(jī)。將ECU控制器采用 的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)以并聯(lián)的方式引出，并通過(guò)處理電路及隔離電路后輸入DSP 微處理器，DSP處理器的SPI外擴(kuò)展一個(gè)MAX5250 (DA轉(zhuǎn)換芯片)，轉(zhuǎn)換的模擬 量通過(guò)IL300隔離后進(jìn)入ECU控制器，DSP控制器根據(jù)蓄電池的電壓電流值及 發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)輸出控制信號(hào)給ECU控制器的兩個(gè)輸入端。此外，還包括 有JTAG仿真模塊作仿真調(diào)試，電源模塊給外接電源做濾波處理，并分成不同 電壓值給微控制器及其他芯片供電。
本實(shí)施例的模擬信號(hào)主要包括發(fā)電機(jī)端電壓及電流、蓄電池電壓及電 流、電動(dòng)機(jī)電壓和電流。直接利用DSP2812的AD資源，不用外擴(kuò)AD轉(zhuǎn)換芯 片。其中，電動(dòng)機(jī)采用45KW交流異步電動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)采用奇瑞(SQR372)，蓄 電池采用鉛酸免維護(hù)電池。
如圖4所示，蓄電池電壓信號(hào)，蓄電池電壓為336V-378V (12 — 12.5單 節(jié)，共28節(jié))。傳感器輸出信號(hào)應(yīng)為3. 36V-3. 78V。按照0 5V設(shè)計(jì)接口，將 信號(hào)分壓后為0 3V信號(hào)，通過(guò)分壓20K， 30K電阻，可以得到衰減后電壓為
原信號(hào)3/5，經(jīng)一個(gè)跟隨器，后面接一個(gè)濾波電路和限流電阻，接一個(gè)電容濾 波后送入DSP的模擬量采集通道。
蓄電池電流信號(hào)，蓄電池處電流有兩個(gè)流向，輸出為正，流入為負(fù)。電 機(jī)功率為45KW，可得供電電流為^^-134L峰值電流可達(dá)200A以上，按
照300A處理。充電及回饋時(shí)將產(chǎn)生負(fù)電流，按充電時(shí)電流計(jì)算電流。發(fā)電機(jī) 功率為30KW，可得充電電流為^^-10(L4，按照150A處理。傳感器輸出信
號(hào)應(yīng)為一1.5V 3V，將信號(hào)調(diào)理至0 3V范圍內(nèi)，在進(jìn)入DSP的模擬量采
集通道。
發(fā)電機(jī)電壓信號(hào)，發(fā)動(dòng)機(jī)在怠速時(shí)發(fā)電機(jī)發(fā)出電壓為110V左右，最高可 達(dá)400V以上。傳感器輸出信號(hào)為0， 1.1 5V，按照0 — 5V設(shè)計(jì)接口，將信號(hào) 分壓后為0 3V信號(hào)，后經(jīng)隔離濾波送入DSP。通過(guò)分壓后可以得到衰減后電 壓為原信號(hào)3/5，經(jīng)跟隨器，后面接一個(gè)濾波電路和限流電阻，濾波后送入 DSP的模擬量采集通道。
發(fā)電機(jī)電流信號(hào)，發(fā)電機(jī)功率為30KW，可得充電電流為^^10(U，按
照150A處理。因此電流傳感器輸出信號(hào)應(yīng)為0 1. 5V。通過(guò)限流電阻接入放 大電路，將信號(hào)放大兩倍后，接濾波電路送入DSP的模擬量釆集通道。 驅(qū)動(dòng)電機(jī)端電壓和電流做同樣的信號(hào)處理。
DSP控制器單元不再另外使用速度傳感器，而是將ECU采用的速度信號(hào) 以并聯(lián)的方式引出，經(jīng)過(guò)處理電路處理后輸入DSP處理器。傳感器進(jìn)入ECU 的發(fā)電機(jī)速度信號(hào)兩路相位差180度，幅值-15 +15范圍可變，頻率可變的 正弦信號(hào)，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的升高幅值上升，并且頻率提高。因此，對(duì)于DSP 控制器來(lái)說(shuō)這樣的信號(hào)不能直接拿來(lái)進(jìn)行速度測(cè)量，要經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換。如圖4所 示取其中的一路正弦信號(hào)和發(fā)動(dòng)機(jī)公共地線作為轉(zhuǎn)速采集信號(hào)，將該信號(hào)
輸入電壓比較器LM393,單電源供電，比較產(chǎn)生5V脈沖，經(jīng)6N137隔離后轉(zhuǎn) 換成3V的脈沖信號(hào)再送入DSP的CAP單元。DS1，DS2，RS2組成輸入保護(hù)，使 輸入限定在一O. 7V-4. 3V之間。比較電壓有分壓電阻RSI (51K) ， RS3 (10K)分壓 構(gòu)成，經(jīng)RS5(1K)送入比較器正相輸入端，RS6 (30K)為反饋電阻。比較器輸 出經(jīng)RS4(1K)上拉電阻上拉后經(jīng)過(guò)6N137可得。
現(xiàn)有的APU控制器中，發(fā)動(dòng)機(jī)的控制是通過(guò)腳踏板來(lái)控制發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速， 腳踏板的不同的張度會(huì)發(fā)出不同值的模擬量信號(hào)來(lái)給發(fā)動(dòng)機(jī)ECU，張度與模擬 量輸出是線性關(guān)系，當(dāng)張度越大時(shí)，模擬量輸出越大。本實(shí)用新型中，直接 去掉腳踏板，也不對(duì)腳踏板的張度進(jìn)行控制，而是通過(guò)DSP處理器模擬腳踏 板直接輸出兩路模擬信號(hào).具體為:釆用DSP2812的串行外設(shè)接口 (SPI)，外 擴(kuò)一個(gè)DA轉(zhuǎn)換芯片MAX5250，來(lái)實(shí)現(xiàn)模擬量的輸出。由于踏板發(fā)出的兩路模 擬， 一路的輸出范圍是0.3V 2.45V，另一路的輸出范圍是從0.6V 4.9V， 并且始終保持2倍關(guān)系。因此，DSP控制器也模擬發(fā)出兩路2倍關(guān)系的模擬量 輸出來(lái)給發(fā)動(dòng)機(jī)ECU。 DSP控制器通過(guò)采集發(fā)電機(jī)電流電壓值，并與給定值比
較，形成外環(huán)的PI控制，內(nèi)環(huán)以采集速度值為反饋量，用模糊控制算法實(shí)現(xiàn) 內(nèi)環(huán)控制，并輸出模擬控制量給ECU。發(fā)動(dòng)機(jī)ECU本身具有自檢測(cè)功能，當(dāng)檢 測(cè)到踏板信號(hào)為零時(shí)，會(huì)認(rèn)為是故障而出現(xiàn)即使模擬輸出量改變發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 也不隨之改變的失控狀態(tài)，因此，在發(fā)動(dòng)機(jī)ECU上電狀態(tài)下，模擬踏板信號(hào) 不能出現(xiàn)0電壓狀態(tài)。模擬量輸出在隔離電路之后，用一個(gè)二極管引入一個(gè) 保護(hù)電壓，以避免O電壓狀態(tài)的出現(xiàn)。
DSP控制單元作為485總線的一個(gè)節(jié)點(diǎn)與車載電腦進(jìn)行通信，上位機(jī)用VC 開(kāi)發(fā)監(jiān)控界面和通信程序。DSP通過(guò)串行通信接口 (SCI)外擴(kuò)MAX485芯片來(lái)實(shí) 現(xiàn)與車載電腦通信，實(shí)時(shí)地把檢測(cè)的電壓、電流值傳送給上位機(jī)進(jìn)行顯示監(jiān) 測(cè)，并且可以把計(jì)算的結(jié)果，包括模擬量的輸出，轉(zhuǎn)速的給定也進(jìn)行顯示和 監(jiān)測(cè)。同時(shí)，可以通過(guò)車載電腦把一些重要的設(shè)定值傳送給APU控制器，并 且可以調(diào)整PI的參數(shù)值，來(lái)達(dá)到更好的控制效果。APU控制器還能夠做故障
診斷，當(dāng)出現(xiàn)線路電壓過(guò)高、電流過(guò)大、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速過(guò)高的情況下能夠自動(dòng) 回到初始化狀態(tài)，并發(fā)出故障信號(hào)上傳給上位機(jī)，進(jìn)行故障代碼顯示，以便 于査找故障原因。
權(quán)利要求1、一種輔助混合動(dòng)力汽車APU控制器，主要包括有同軸連接的發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)組、蓄電池(5)、ECU控制器(4)、DSP處理器(6)，發(fā)電機(jī)的電壓電流、電動(dòng)機(jī)的電壓電流、蓄電池的電壓電流均通過(guò)各自的傳感器及檢測(cè)模塊電路處理后送入DSP處理器，其特征在于所述的發(fā)電機(jī)為永磁發(fā)電機(jī)；將ECU控制器采用的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)以并聯(lián)的方式引出，并通過(guò)速度處理電路處理后輸入DSP微處理器；DSP處理器的SPI外擴(kuò)展一個(gè)DA轉(zhuǎn)換芯片，轉(zhuǎn)換的模擬量通過(guò)IL300隔離后輸入ECU控制器。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輔助混合動(dòng)力汽車APU控制器，其特征在于 取進(jìn)入ECU控制器中的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)中的一路正弦信號(hào)和發(fā)動(dòng)機(jī)公共地線 作為轉(zhuǎn)速信號(hào)，通過(guò)輸入保護(hù)電路送至比較器LM393的負(fù)相輸入端，輸入保 護(hù)電路包括有DS1、 DS2、 RS2，使輸入限定在0.7V 4.3V之間；比較器的比 較電壓由分壓電阻RS1、 RS3組成，經(jīng)RS5送至比較器的正相輸入端，使比較 器產(chǎn)生5V的脈沖，比較器的輸出經(jīng)過(guò)上拉電阻RS4上拉后送至6N137隔離轉(zhuǎn) 換成3V的脈沖信號(hào)送至DSP處理器。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輔助混合動(dòng)力汽車APU控制器，其特征在于 DSP處理器通過(guò)RS485通訊模塊與車載電腦連接，將發(fā)電機(jī)的電壓電流、電動(dòng) 機(jī)的電壓電流和蓄電池的電壓電流通過(guò)RS485模塊傳給車載電腦顯示。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種輔助混合動(dòng)力汽車的APU控制器，屬于電動(dòng)汽車的能量控制技術(shù)領(lǐng)域。包括有發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)組、蓄電池、ECU控制器、DSP處理器，發(fā)電機(jī)的電壓電流、電動(dòng)機(jī)的電壓電流、蓄電池的電壓電流通過(guò)各自的傳感器及檢測(cè)模塊電路后送入DSP處理器。所述的發(fā)電機(jī)為永磁發(fā)電機(jī)。將ECU控制器采用的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)以并聯(lián)的方式引出，并通過(guò)處理后輸入DSP微處理器，ECU控制器的兩個(gè)輸入端通過(guò)模擬腳踏板、隔離模塊電路與DSP處理器的SPI口連接，DSP控制器根據(jù)蓄電池的電壓電流值及發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)輸出控制信號(hào)給ECU控制器的兩個(gè)輸入端。本實(shí)用新型采用永磁發(fā)電機(jī)，使得發(fā)電機(jī)體積和重量減小，同時(shí)也簡(jiǎn)化了控制系統(tǒng)。
文檔編號(hào)B60L15/00GK201012633SQ200720103520
公開(kāi)日2008年1月30日 申請(qǐng)日期2007年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月8日
發(fā)明者宗立志, 段建民, 賈恩明 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)