基于MCU燃料电池汽车发动机系统控制研究

论文摘要

在汽车工业中,燃料电池电动汽车（Fuel Cell Electric Vehicle,简称FCEV）是解决能源紧缺与环境污染的根本出路,本文以燃料电池电动汽车为研究对象,深入地对25kW质子交换膜燃料电池发动机控制系统展开研究,以高性能的Freescale16位嵌入式MCU为控制核心,采用CANBUS通讯、建立合理的控制策略,开发了一种新型的燃料电池发动机控制系统。主要研究内容如下：首先,根据燃料电池发动机所要达到的性能指标,研究了燃料电池发动机控制系统的总体结构以及传感器系统进行分析。以微处理器MC9S12DG128B为核心,进行燃料电池发动机控制系统的硬件设计。完成硬件平台、接口模块设计,并使该硬件系统具有一定的抗干扰能力。其次,对燃料电池工作状态的进行分析,然后对各个工作状态进行软件流程的分块设计与系统功能模块软件流程设计。在软件程序中,采取了数字滤波技术,以提高系统采样数据的可靠性。采用CANoe进行燃料电池发动机与整车控制器通讯仿真,验证通讯设计满足实际性能指标要求。最后,完成燃料电池汽车发动机控制策略的研究。由于冷却水循环系统是燃料电池发动机的难点及重点,分别采用PID控制和Fuzzy-PID控制对冷却水温度进行控制,进行仿真实验研究,验证了冷却水循环系统设计方案、控制算法和控制策略的正确性,对研究燃料电池电动汽车发动机控制系统有一定的借鉴意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 概述
• 1.1 引言
• 1.2 国内外发展现状
• 1.3 课题研究的意义及来源
• 1.3.1 课题研究的意义
• 1.3.2 课题研究的来源
• 1.4 主要研究内容
• 第2章 燃料电池发动机系统的结构
• 2.1 燃料电池电动汽车的组成
• 2.2 燃料电池发动机系统的组成
• 2.2.1 燃料电池电堆
• 2.2.2 氢气供给系统
• 2.2.3 空气供给系统
• 2.2.4 冷却水循环管理系统
• 2.2.5 电功率测量系统
• 2.2.6 报警系统
• 2.2.7 通讯系统
• 2.2.8 控制器
• 2.3 燃料电池发动机传感器系统
• 2.3.1 压力传感器
• 2.3.2 温度传感器电路分析与设计
• 2.3.3 霍尔电压、电流传感器
• 2.4 燃料电池发动机系统的控制分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 燃料电池发动机控制系统硬件设计
• 3.1 硬件总体设计
• 3.2 主控芯片的选择
• 3.3.1 单片机MC9S12DG128B的内部资源
• 3.2.2 单片机MC9S12DG128B的最小硬件系统
• 3.3 单片机MC9S12DG128B功能模块的设计
• 3.3.1 ATD接口模块
• 3.3.2 I/O接口模块
• 3.2.3 PWM接口模块
• 3.3.4 输入捕捉模块
• 3.3.5 CAN接口模块
• 3.4 供电系统设计
• 3.5 看门狗电路的设计
• 3.6 延时电路设计
• 3.7 系统抗干扰设计
• 3.8 本章小结
• 第4章 燃料电池发动机控制策略研究及其软件流程设计
• 4.1 控制策略的研究
• 4.2 燃料电池各种工作状态分析
• 4.2.1 燃料电池工作状态的确定
• 4.2.2 扫气流程
• 4.2.3 启动流程
• 4.2.4 工作流程
• 4.2.5 关机流程
• 4.2.6 安全信号检测模块
• 4.3 燃料电池发动机控制系统软件总体设计
• 4.3.1 A/D采样模块与数字滤波技术的应用
• 4.3.2 输入捕捉模块与流量的处理
• 4.3.3 CAN通讯模块设计
• 4.4 本章小结
• 第5章 电池系统控制算法研究
• 5.1 引言
• 5.2 PID控制原理及应用
• 5.2.1 PID控制原理
• 5.2.2 PID控制作用的特点
• 5.2.3 PID控制在燃料电池控制中的运用
• 5.2.4 PID控制冷雀循环水系统结构
• 5.2.5 PID参数对系统性能的影响
• 5.3 模糊PID控制
• 5.3.1 模糊控制技术
• 5.3.2 Fuzzy-PID控制器的结构和原理
• 5.3.3 Fuzzy-PID控制器的设计
• 5.3.4 模糊自整定PID参数控制系统仿真
• 5.3.5 Fuzzy-PID算法在燃料电池控制系统应用结果与分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 全文工作总结
• 6.2 后续工作展望
• 参考文献
• 致谢