摘 要

环境污染问题和能源危机已经成为全世界所有国家面对的两大难题，汽车尾气的排放和对化石燃料的消耗无疑加剧了这两大问题。由于高效节能以及零排放的特点，纯电动汽车被公认为21世纪汽车行业的主要发展方向之一。整车控制器作为纯电动汽车的核心部件之一，对纯电动汽车的性能有重大影响。本文围绕整车控制器，对其结构和工作原理进行了研究，设计了整车控制策略，并利用MATLAB/Simulink和AVL-CRUISE软件对驱动控制策略进行联合仿真，验证了控制策略的合理性。本文主要研究内容如下：

1. 概述了国内外纯电动汽车技术和整车控制器的研究情况，对整车控制器的结构和工作原理进行了研究。同时也对整车控制系统的组成以及通信网络的结构与工作原理进行了研究；
2. 制定了纯电动汽车的上下电策略、故障诊断与处理策略以及驱动控制策略。为了能提高整车的动力性与经济性，又将驱动控制策略细分为起步控制模式、正常驱动动模式、经济驱动模式、动力驱动模式和跛行行驶模式，并利用MATLAB/Simulink搭建了驱动控制策略的控制模型；
3. 概述了纯电动汽车的仿真结构以及AVL-CRUISE的特点，利用CRUISE搭建了市面上某款纯电动汽车的整车模型；
4. 利用MATLAB/Simulink和AVL-CRUISE对经济驱动控制策略进行联合仿真，计算了经济模式下整车的续航里程、最高车速以及加速能力，验证了驱动控制策略的合理性。

关键词：纯电动汽车；整车控制器；整车控制策略；AVL-CRUISE；联合仿真

Abstract

Environmental pollution and energy crisis have become the two most difficult problems that all countries in the world are facing. Undoubtedly, the emission of automobile exhaust and the consumption of fossil fuels exacerbate these two problems. Due to the characteristics of high efficiency, energy saving and zero emission, pure electric vehicles have been recognized as one of the main development directions of automobile industry in twenty-first Century. As one of the core components of pure electric vehicle, vehicle control unit has a significant impact on the performance of pure electric vehicles. This paper focuses on the vehicle control unit, the structure and working principle were studied, the design of the vehicle control strategy, and the co-simulation of driving control strategy by using MATLAB/Simulink and AVL-CRUISE software to verify the rationality of the control strategy. The main contents of this paper are as follows:

1. The research status of pure electric vehicle technology and vehicle control unit at home and abroad is summarized. The structure and working principle of the whole vehicle controller are studied. At the same time, the composition of the whole vehicle control system, the structure and working principle of the communication network are also studied.
2. The power on and off strategy of pure electric vehicle, fault diagnosis and processing strategy and drive control strategy are formulated. In order to improve the dynamic performance and fuel economy of the vehicle, the driving control strategy is subdivided into starting control mode, normal driving mode, economic driving mode, drive mode and limp driving mode. At last, using MATLAB/Simulink to build the model of driving control strategy.
3. The simulation structure of pure electric vehicle and the characteristics of AVL-CRUISE are summarized. The whole model of a pure electric vehicle is built by AVL-CRUISE.
4. By using MATLAB/Simulink and AVL-CRUISE to simulate the drive control strategy, the mileage, the maximum speed and the acceleration ability of the vehicle are calculated. As a result, the rationality of the drive control strategy is verified.

Key Words: pure electric vehicle; vehicle control unit; vehicle control strategy; AVL-CRUISE; co-simulation

目 录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2纯电动汽车的研究现状 1

1.3纯电动汽车整车控制器研究现状 3

1.3.1 纯电动汽车整车控制器的国外研究现状 4

1.3.2 纯电动汽车整车控制器的国内研究现状 6

1.4本文研究的主要内容 8

第2章 整车控制系统 9

2.1 整车控制系统组成和工作原理 9

2.2 整车控制器主要功能 10

2.3 整车控制网络 14

2.3.1 CAN总线概述 14

2.3.2 CAN总线工作原理 15

2.3.3 CAN总线在纯电动汽车中的应用 15

第3章 整车控制策略研究 18

3.1 整车上下电控制 18

3.1.1 上电控制 18

3.1.2 下电控制 19

3.2 故障诊断与处理策略 21

3.2.1 整车控制器故障诊断与处理 21

3.2.2 动力电池故障诊断与处理 22

3.2.3 电机驱动系统故障诊断与处理 22

3.2.4 CAN网络故障诊断与处理 24

3.3 驱动控制策略 24

3.3.1 起步模式 25

3.3.2 正常驱动模式 28

3.3.3 经济驱动模式 29

3.3.4 动力驱动模式 31

3.3.5 跛行行车模式 32

3.4 本章小结 34

第4章 整车控制策略的仿真研究 36

4.1 纯电动汽车仿真结构 36

4.1.1 后向仿真结构 36

4.1.2 前向仿真结构 37

4.2 CRUISE软件介绍 37

4.3 CRUISE和MATLAB/Simulink联合仿真 39

4.3.1 CRUISE整车模型 39

4.3.2 整车控制策略Simulink模型 45

4.3.3 联合仿真设置 47

4.3.4 仿真计算任务设定 50

4.3.5 仿真结果分析 50

4.4 本章小节 53

第5章 总结与展望 54

5.1 全文总结 54

5.2 展望 55

参考文献 56

致谢 58

第1章 绪论

1.1研究背景

为了提高生产力和生活质量，德国人卡尔·本茨在1886年发明了世界上第一辆以内燃机为动力的汽车^[1]。在过去的130年里，随着科学技术的不断进步和经济的飞速发展，汽车技术也得到了飞速的发展。汽车工业的发展日新月异，人类的生活方式随之也产生了翻天覆地的变化，汽车已经成为了人们生活中不可或缺的一部分。

据中国汽车工业协会数据显示，2016年全年汽车产销均超2800万辆，连续八年蝉联全球第一，是排名第二美国（1210万辆）的两倍多。与此同时，截止2016年底，全国汽车保有量多达1.94亿辆。2016年汽车行业实现主营业务收入80185.8亿元，推动经济增长0.3个百分点，对经济增长的贡献率高达4.5%，约占经济总量2%左右，是国民经济支柱产业^[2]。虽然汽车极大的改变了人类的生活方式，使其变得更快捷和舒适，但也带来了一些问题，环境污染和能源紧张问题首当其冲。近10年，环境污染和能源危机已经成为全世界所有国家需要面临的两大难题^[3]。

数据表明，一辆汽车年平均排放大约5000公斤的CO₂气体，同时排出CO、NO_X、HC等对人体有害的气体^[4]。2013年1月，雾霾覆盖了我国多达约30个省。促使雾霾形成的最主要成分便是机动车尾气，而汽车无疑是罪魁祸首。据央视报道，在北京市的雾霾颗粒中，汽车尾气占比高达22.2%^[5]。