电混合燃料电池轿车动力控制系统渐进开发

2006-10-30 1 电电混合燃料电池轿车动力控 制系统渐进开发 钟再敏 zaimin.zhong@fcv-sh.com 冯宗磊 fengzonglei@gmail.com 2006-10-30 2 报告内容 1. 燃料电池轿车动力控制问题描述 2. 新能源汽车工程中心采取的渐进开发过程 3. 基于 Embedded Coder的车载控制器开发平台 4. 目前开发团队情况 2006-10-30 3 1. 燃料电池轿车动力控制问题描述 —— 背景 2006-10-30 4 1. 燃料电池轿车动力控制问题描述 —— 被控对象 ~ = DC/AC 电机控制器 DC/DC 直流直流变换器 驱动电机 DC/AC 燃料电池发动机 高压储氢 ~ = 锂离子动力蓄电池组 = = 2006-10-30 5 外部输入 驾驶意图 被控对象 输出 1. 燃料电池轿车动力控制问题描述 —— 控制目标 动力性 经济性 安全性 道路状况 驾驶意图 踏板信号 档位信号 方向盘信号 燃料电池发动机 电机及控制器 锂离子电池组 驱动力 功率平衡 DC/DC 2006-10-30 6 报告内容 1. 燃料电池轿车动力控制问题描述 2. 新能源汽车工程中心采取的渐进开发过程 3. 基于 Embedded Coder的车载控制器开发平台 4. 目前开发团队情况 2006-10-30 7 2003年 2002年 2004年 2005年 S U V 试验样车 示范样车 台架车 动力平台 II 动力平台 I 动力平台 III M P V 2. 新能源汽车工程中心采取的渐进开发过程——燃料电池轿车 2006-10-30 8 2. 新能源汽车工程中心采取的渐进开发过程—— 燃料电池轿车动力系统成果 配置 指标 样车 FCE KW BM Ah DC/DC KW MC 百公 里加 速 s 爬坡 度 % 续驶 里程 km 燃料经 济性 Kg/100k m 试验 样车 1.394 2003 2004 2005 1.132 1.032 231 197 230 46.6 26.7 21KW/ 70KW 10500r pm 19 24kW/ 60kW 11500 rpm 24kW/ 65kW 11500 rpm 30 15 最高 车速 km/h 15 台架车 超越一号 第一代动力总成 30 45 105.8 20 2002 超越二号 第二代动力总成 40 45 115.3 20 2003 超越三号 第三代动力总成 50 45 120 20 2004 2006-10-30 9 2. 新能源汽车工程中心采取的渐进开发过程—— 燃料电池轿车动力系统成果 2006-10-30 10 离线仿真验证 Driver Driving Cycle V* ER VMS MCVDAmbient EC FCM DCL WM CoPump DCF BM Aux. TMotor nis Fresis Vis Vis - + PADJ Ist Ust Σ Idcf Iwm Ico Iaux. Im bp UBus UBusUBus UBus Timer Aux ON VMSP AUXP DCLP FCEP DCFP BMP BMP MCP MCP DVIIgSW Idcl Legend 力学量 连线电控 制信号 高压电量 12V控制电源 ERP 控制/状态反馈信号 在线参数标定 矛盾 不能准确 建立数学 模型 硬件环境 控制器原型 MAB 软件环境 开发控制程序： Matlab\SL 模糊 工具箱 在线标定参数： ControlDesk 2. 新能源汽车工程中心采取的渐进开发过程—— 第一代燃料电池轿车动力系统 解决内容 用模糊控制 算法解决功 率平衡问题 2006-10-30 11 2. 新能源汽车工程中心采取的渐进开发过程—— 第一代燃料电池轿车动力系统 2006-10-30 12 2. 新能源汽车工程中心采取的渐进开发过程—— 第二代燃料电池轿车动力系统 矛盾 电池容量下 降，控制精 度，速度要 求提高 硬件环境 控制器原型MAB Æ 嵌入式车载控制器 平台 软件环境 开发控制程序： Matlab\SL PID设计 模块 在线标定参数： ControlDesk 解决内容 变参数 PI控制 器，电池充放电 的局部反馈闭环 控制解决功率平 衡问题，在线故 障诊断 2006-10-30 13 2. 新能源汽车工程中心采取的渐进开发过程—— 第二代燃料电池轿车动力系统 2006-10-30 14 2004年必比登挑战赛，超越 2号成功完成了包括上海国际赛车场地 130公 里燃油经济性测试和 82公里城市工况拉力赛 主要测试结果： 1. 噪声： ≤69.0 dbA A 2. 操纵稳定性 : ≤9.50 s A 3. 燃料经济性: ≤7.33L/100km A 4. 排放： 0A 5. CO2排放:0 2. 新能源汽车工程中心采取的渐进开发过程—— 第二代燃料电池轿车动力系统成果 2006-10-30 15 2. 新能源汽车工程中心采取的渐进开发过程—— 第三代燃料电池轿车动力系统 硬件环境 嵌入式车载控制器 平台 软件环境 开发控制程序： Matlab\SL，系统辨识 工具箱 (IDENT)，参 数估计工具箱 (Parameter Estimation) 在线标定参数： CANApe 解决内容 开发基于模型的 控制系统解决功 率平衡问题，在 线故障诊断，容 错控制 矛盾 1.对电流和 功率的分配 不够完善； 2.单纯依赖 试验标定确 定闭环控制 参数的方法 复杂，且很 难做到最优 2006-10-30 16 燃料电池 及 DCDC 电机及 控制器 等效 电容 等效 电阻 动力蓄 电池组 2. 新能源汽车工程中心采取的渐进开发过程—— 第三代燃料电池轿车动力系统 x Ax Bu yCxDu =+ ⎧ ⎨ =+ ⎩ & 系统辨识 参数识别 状态观测，状态反馈 2006-10-30 17 ACABACDZafira-氢动 3号通用欧宝56 AAAACCCF-Cell A-Class戴克奔驰54 AAAACCCF-Cell A-Class戴克奔驰53 ABACCCDFOCUS FCV福特52 AAAACDD超越三号 51同济上燃51 AAAABDD超越三号50同济上燃50 AAADADBHy- Light米其PSI49 AAAAn.s.n.s.n.s.X-TRAIL FCV日产48 ABAACCBX-TRAIL FCV日产47 CO2 燃料经 济性 排放噪声蛇行制动加速参赛车型参赛单位编号 2. 新能源汽车工程中心采取的渐进开发过程—— 第三代燃料电池轿车动力系统成果 2006-10-30 18 报告内容 1. 燃料电池轿车动力控制问题描述 2. 新能源汽车工程中心采取的渐进开发过程 3. 基于 Embedded Coder的车载控制器开发平台 4. 目前开发团队情况 2006-10-30 19 3. 基于Embedded Coder 的车载控制器开发平台 燃料电池 动力系统 混合动力 动力系统 功能抽象提取 控制对象 嵌入式软件 开发环境 控制器 硬件实现 算法，代码生成 嵌入式车载 控制器平台 应用层 开发 被控对象 本体 科委：基于网络的 现代汽车动力总成 控制器及其产业化 技术研究 863项目 :燃料电池 轿车动力平台研究 开发 863项目 :电动汽车 控制算法与基础技 术研究 2006-10-30 20 3. 基于Embedded Coder 的车载控制器开发平台 2006-10-30 21 3. 基于Embedded Coder 的车载控制器开发平台 ----- MPC555硬件平台 Motorola PowerPC555 6层PCB， 2M RAM 512K FLASH 两路独立电源CAN 总线接口 基于RS232和CAN 程序更新 通过EMC测试 目前B样机完成，正在开发C样机 2006-10-30 22 3. 基于Embedded Coder 的车载控制器开发平台 ----- Embedded Coder软件开发环境 2006-10-30 23 3. 基于Embedded Coder 的车载控制器开发平台 ----- Embedded Coder软件开发环境 2006-10-30 24 3. 基于Embedded Coder 的车载控制器开发平台 -----基于 CCP的标定环境 2006-10-30 25 3. 基于Embedded Coder 的车载控制器开发平台 -----基于 CCP的标定环境 应用程序 匹配标定工具 接口设备 控制器 ASAP3 ASAP1a ASAP1b ASAP2 数据库 2006-10-30 26 3. 基于Embedded Coder 的车载控制器开发平台 -----基于 CANDela的离线诊断接口 读取故障码 清除故障码 2006-10-30 27 3. 基于Embedded Coder 的车载控制器开发平台 -----完善的分布式控制开发功能CANDB 协议 设计 CANDB 系统开发 协议 仿真 子节点开发 测量与诊断 2006-10-30 28 报告内容 1. 燃料电池轿车动力控制问题描述 2. 新能源汽车工程中心采取的渐进开发过程 3. 基于 Embedded Coder的车载控制器开发平台 4. 目前开发团队情况 2006-10-30 29 4. 目前开发团队情况 —— 人员 人员队伍 工程应用理论研究 同济大学 汽车学院学生 9 教学引导 9 科研推动 9 学生参与 课程，科研体系 汽车电子学 现代控制理论 嵌入式系统开发 信号与系统 9 系统工程师 9 硬件工程师 9 匹配工程师 9 测试工程师 工程，应用体系 上海燃料电池动力 系统有限公司员工 应用需求 合作，服务体系 合作方工程师，专家 人力资源 9 联合实验室 9 基金教席 9 合作计划/ 项目 9社会需求 9国家项目 2006-10-30 30 4. 目前开发团队情况 —— 积聚效应 安亭国际汽车城作为新能源汽车 产业的研发中心的积聚效应。 同济大学新能源汽车工程中心新址。 总面积3000平方米。其中工程试验试制 楼面积1500平方米，办公楼1500平方 米。