基于數(shù)字信號(hào)處理器在液壓混合動(dòng)力車輛中的應(yīng)用研究

1引言

隨著社會(huì)的發(fā)展，能源短缺和環(huán)境污染成為制約社會(huì)發(fā)展的兩個(gè)重要因素，特別是隨著汽車保有量的不斷增加，能源短缺和環(huán)境污染問題顯得尤為突出?；诳沙掷m(xù)發(fā)展的考慮，世界各主要汽車生產(chǎn)國和大型汽車生產(chǎn)企業(yè)對(duì)新型能源清潔汽車的開發(fā)和應(yīng)用十分重視。目前純電動(dòng)汽車雖然具有零排放的優(yōu)點(diǎn)，但由于當(dāng)前的電池比能量不高且循環(huán)使用壽命不長(zhǎng)，從而續(xù)航距離短，成本較高。而液壓混合動(dòng)力汽車（hydraulic hybrid vehicle）由于能有效地降低油耗，減少尾氣排放，因此液壓混合動(dòng)力汽車已成為當(dāng)前汽車的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。

數(shù)字信號(hào)處理器（Digital Signal Processor）英文縮寫DSP是針對(duì)數(shù)字信號(hào)處理需要而設(shè)計(jì)的一種可編程單片機(jī)，是現(xiàn)代電子技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)和信號(hào)處理技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。與目前普遍使用的單片機(jī)相比DSP器件具有如下優(yōu)勢(shì)：

1） DSP有更高的運(yùn)行速度，更大容量的存儲(chǔ)器，內(nèi)置有波特率發(fā)生器，F(xiàn)IFO緩沖器。

2）DSP采用改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，具有獨(dú)立的程序和數(shù)據(jù)空間，能同時(shí)存取程序和數(shù)據(jù)。

在液壓混合動(dòng)力汽車的結(jié)構(gòu)和整車各部件確定之后，其性能的好壞主要依賴于能源控制策略，能源控制策略需對(duì)液壓混合動(dòng)力汽車各部件的運(yùn)行進(jìn)行協(xié)調(diào)，并對(duì)各部件的運(yùn)行點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化，使其盡可能的運(yùn)行在高效區(qū)域，當(dāng)然同時(shí)也要兼顧舒適性和動(dòng)力性，使燃油消耗最小，尾氣排放最低。本文以并聯(lián)式液壓混合動(dòng)力汽車為例討論它的能源控制問題。

2并聯(lián)式液壓混和動(dòng)力汽車的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

混和動(dòng)力汽車由車體、汽車驅(qū)動(dòng)與控制和能量管理等系統(tǒng)組成，其中汽車驅(qū)動(dòng)和能量管理是兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。圖1為并聯(lián)式液壓混和動(dòng)力汽車的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，并聯(lián)式液壓混和動(dòng)力汽車主要由發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、車輪、高低畜能器及液壓泵或液壓馬達(dá)等組成。一般情況下油門開度的大小與節(jié)氣門開度的大小是相等的，但是油門開度僅僅反映駕駛功率的要求，卻不能反映發(fā)動(dòng)機(jī)功率的要求。因此，必須有一個(gè)中央電子控制器來協(xié)調(diào)二者的關(guān)系，本系統(tǒng)的中央電子控制器由DSP來擔(dān)當(dāng)。它將負(fù)責(zé)管理發(fā)動(dòng)機(jī)和蓄能器之間的動(dòng)力切換、信號(hào)輸出以及回收剎車能量。并聯(lián)式液壓混合動(dòng)力車與傳統(tǒng)車不同的工作過程表現(xiàn)在剎車減速和啟動(dòng)加速方面，這也是一個(gè)在DSP控制與協(xié)調(diào)下蓄能器的儲(chǔ)能和釋放能量以及并聯(lián)式液壓混合動(dòng)力車整車運(yùn)行的過程。其系統(tǒng)信號(hào)流程圖如下：

3能源控制器DSP的工作過程

能源控制器DSP主要是控制和協(xié)調(diào)蓄能器的儲(chǔ)能和釋放能量以及并聯(lián)式液壓混合動(dòng)力車整車運(yùn)行過程。其主要工作過程如下：

1）能源控制器DSP接收液壓泵馬達(dá)，蓄能器以及發(fā)動(dòng)機(jī)模塊的信息，獲得各模塊當(dāng)前的運(yùn)行點(diǎn)，據(jù)此估算在當(dāng)前轉(zhuǎn)速下液壓泵/馬達(dá)的最大輸出功率Pymmax，n和內(nèi)燃機(jī)的最大輸出功率Picemax，n。

2）能源控制器DSP通過接受駕駛員提供的信息（包括：有門開度大小β、剎車位置、離合器狀態(tài)、檔位信息）確定整車的運(yùn)行狀態(tài)，并估算駕駛需求功率：

Preq=β（Picemax，n+Picemax，n）

3）合理分配駕駛需求功率：能源控制器DSP通過控制策略的決策與運(yùn)算，確定發(fā)動(dòng)機(jī)分配功率Pe和液壓泵/馬達(dá)的分配功率Py。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以獲得發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門開度、轉(zhuǎn)速與輸出功率之間的三維數(shù)據(jù)表，再根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與發(fā)動(dòng)機(jī)功率分配，可以由二維插值獲得發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門開度。

4）能源控制器DSP輸出控制命令：節(jié)氣門執(zhí)行器根據(jù)節(jié)氣門開度命令控制發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門開度的大小，液壓泵/馬達(dá)ECU根據(jù)液壓泵/馬達(dá)的分配功率控制液壓泵/馬達(dá)的運(yùn)行。發(fā)動(dòng)機(jī)與液壓泵/馬達(dá)輸出力矩后，通過傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)車輪，從而控制整車的正常運(yùn)行。

能源控制器DSP程序主流程如圖3所示。系統(tǒng)首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化和系統(tǒng)自檢。自檢通過后能源控制器接收液壓泵馬達(dá)，蓄能器、發(fā)動(dòng)機(jī)模塊的信息和駕駛員提供的信息?；旌鸵簤簞?dòng)力汽車主要有三種工作模式，分別為電動(dòng)模式、柴油模式和混和動(dòng)力模式。系統(tǒng)通過接收的信息判斷汽車處于那種模式，并輸出控制命令，控制節(jié)氣門開度和液壓泵/馬達(dá)ECU的運(yùn)行，從而控制相應(yīng)模式的能量。

5結(jié)束語

液壓混合動(dòng)力車輛是一種高效節(jié)能的環(huán)保車輛，該車輛在本質(zhì)上是液壓能量再生系統(tǒng)與動(dòng)力傳動(dòng)系按各種驅(qū)動(dòng)形式的組合，其目的是充分利用剎車能量。采用DSP技術(shù)的混合液壓動(dòng)力汽車能源總成控制系統(tǒng)處理速度快，實(shí)時(shí)性強(qiáng)。測(cè)試結(jié)果表明，DSP作為目前一種比較先進(jìn)的控制器，能夠比較精確的對(duì)液壓混合動(dòng)力車的能量消耗與分配進(jìn)行控制。在能源極度緊張、消費(fèi)越來越大的當(dāng)今社會(huì)，DSP在液壓混合動(dòng)力車輛上的應(yīng)用在目前能夠比較好的解決車輛的能源消耗問題，因此，以DSP作為能源控制器的液壓混合動(dòng)力車輛應(yīng)該會(huì)有一個(gè)比較好的應(yīng)用前景，尤其是對(duì)城市公交車充分發(fā)揮其內(nèi)在的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

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