新能源汽车整车控制技术

重点学习新能源汽车的CAN技术、及整车控制及管理技术。
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田晋跃 (作者)

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1.名师名校。江苏大学,研究生导师,教授。
2.本教材完成按照2018年新能源汽车专业课程体系标准编写。
3.教材适合层次为职业院校、应用型本科。
4.重点学习新能源汽车的CAN技术、及整车控制及管理技术。
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内容摘要

本书对新能源汽车整车控制技术及工作原理作了详细介绍,主要内容包括新能源汽车概述、新能源汽车的动力、新能源汽车的动力系统及控制、新能源汽车总线通信协议及应用、整车控制器、驱动电机控制、动力电池及管理系统、燃料电池电动汽车简介、新能源汽车的整车容错控制技术。本书内容深入浅出,图文并茂,结合实际,便于读者学习和应用。
本书可作为高校新能源汽车及相关专业教学参考用书,也可供科研单位、工厂及有关工程技术人员参考使用。

目录

第 1 章 新能源汽车概述.........................................................................................................................1
1.1 新能源和新能源汽车.......................................................................................................1
1.2 新能源汽车分类...............................................................................................................4
1.3 新能源汽车关键技术.......................................................................................................6
练习与实训................................................................................................................................8
第 2 章 新能源汽车的动力...................................................................................................................11
2.1 动力电源.........................................................................................................................11
2.2 燃料电池.........................................................................................................................19
2.2.1 燃料电池的主要类型..........................................................................................19
2.2.2 常见的几种燃料电池..........................................................................................20
2.3 混合动力.........................................................................................................................27
2.3.1 串联式混合动力..................................................................................................27
2.3.2 并联式混合动力..................................................................................................28
2.3.3 混联式混合动力..................................................................................................31
2.3.4 插电式混合动力..................................................................................................31
练习与实训..............................................................................................................................34
第 3 章 新能源汽车的动力系统及控制............................................................................................37
3.1 纯电动汽车动力系统及控制..........................................................................................37
3.1.1 纯电动汽车动力系统..........................................................................................37
3.1.2 驱动电机系统.....................................................................................................39
3.1.3 功率变换器.........................................................................................................47
3.2 混合动力汽车动力控制.................................................................................................49
3.2.1 混合动力汽车动力结构特性..............................................................................49
3.2.2 混合动力系统的控制方法..................................................................................53
练习与实训..............................................................................................................................59
新能源汽车整车控制技术
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第4 章 新能源汽车总线通信 协议及应用......................................................................................62
4.1 CAN 总线概述................................................................................................................62
4.2 CAN 总线技术规范........................................................................................................63
4.2.1 物理层.................................................................................................................63
4.2.2 数据链路层.........................................................................................................64
4.2.3 网络层.................................................................................................................66
4.2.4 应用层.................................................................................................................66
4.2.5 表示层.................................................................................................................67
4.2.6 会话层.................................................................................................................67
4.2.7 传输层.................................................................................................................67
4.3 CAN 总线的基本组成和数据传输原理.........................................................................67
4.3.1 基本组成.............................................................................................................67
4.3.2 数据传输原理.....................................................................................................69
4.4 汽车CAN 总线网络架构及其特点................................................................................69
4.4.1 总线架构.............................................................................................................70
4.4.2 汽车CAN 总线网络的组成................................................................................70
4.4.3 CAN 总线节点规范............................................................................................71
4.4.4 几种常见的汽车网络架构..................................................................................72
4.4.5 典型汽车的CAN 总线网络拓扑结构................................................................76
4.4.6 汽车网络系统的结构特点..................................................................................77
4.5 CAN 总线控制单元........................................................................................................78
4.5.1 动力CAN 总线网络单元....................................................................................79
4.5.2 车身CAN 总线网络节点....................................................................................82
4.5.3 全数字仪表.........................................................................................................85
练习与实训..............................................................................................................................88
第 5 章 整车控制器................................................................................................................................91
5.1 整车控制器功能定义.....................................................................................................91
5.1.1 整车控制器结构..................................................................................................93
5.1.2 整车控制器功能说明..........................................................................................94
5.1.3 整车控制系统网络结构......................................................................................95
5.1.4 电机控制器.........................................................................................................97
5.2 整车控制策略.................................................................................................................97
5.2.1 控制系统主流程..................................................................................................97
目录
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5.2.2 驱动控制策略................................................................................................... 100
5.2.3 油门踏板信号处理............................................................................................ 100
5.2.4 工作模式划分................................................................................................... 101
5.2.5 电机过载管理................................................................................................... 103
5.2.6 电池保护........................................................................................................... 104
5.3 请求电机转矩算法....................................................................................................... 105
5.4 整车控制器硬件........................................................................................................... 107
5.5 整车控制器的硬件设计............................................................................................... 109
5.5.1 单片机最小系统设计........................................................................................ 109
5.5.2 电气件驱动电路设计........................................................................................ 112
5.5.3 数据采集电路设计............................................................................................ 112
5.5.4 通信接口电路设计............................................................................................ 113
5.6 整车控制仪表显示....................................................................................................... 115
练习与实训............................................................................................................................ 115
第 6 章 驱动电机控制.............................................................................................................. 118
6.1 驱动电机及其控制总要求............................................................................................ 118
6.2 直流电机及其驱动控制系统........................................................................................ 119
6.2.1 直流电机的工作原理与分类............................................................................ 119
6.2.2 直流电机的动态方程与特性分析.................................................................... 120
6.2.3 直流电机的调速方法........................................................................................ 123
6.2.4 直流电机的脉宽调制控制................................................................................ 125
6.2.5 直流电机的转矩与转速控制............................................................................ 126
6.2.6 直流电机的特点................................................................................................ 127
6.3 交流感应电机及其驱动系统........................................................................................ 127
6.3.1 交流感应电机的工作原理................................................................................ 128
6.3.2 交流感应电机的特性分析................................................................................ 129
6.3.3 交流感应电机的矢量控制................................................................................ 129
6.3.4 交流感应电机的特点及应用............................................................................ 130
6.4 永磁同步电机及其驱动系统........................................................................................ 130
6.4.1 永磁无刷直流电机及其驱动系统.................................................................... 131
6.4.2 正弦波永磁同步电机及其驱动系统................................................................. 134
6.5 开关磁阻电机及其驱动系统........................................................................................ 137
6.5.1 开关磁阻电机的结构和工作原理.................................................................... 137
新能源汽车整车控制技术
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6.5.2 开关磁阻电机的控制........................................................................................ 139
6.5.3 开关磁阻电机的特点及应用............................................................................ 139
练习与实训............................................................................................................................ 140
第 7 章 动力电池及管理系统.................................................................................................. 143
7.1 数据采集方法............................................................................................................... 144
7.1.1 单体电压检测方法............................................................................................ 144
7.1.2 电池温度采集方法............................................................................................ 146
7.1.3 电池工作电流采集方法.................................................................................... 147
7.2 电量管理系统............................................................................................................... 148
7.3 均衡管理系统............................................................................................................... 149
7.3.1 均衡变量的选择................................................................................................ 150
7.3.2 主动均衡方案................................................................................................... 151
7.4 热管理系统................................................................................................................... 159
7.5 数据通信系统............................................................................................................... 161
7.5.1 电池管理系统故障分析.................................................................................... 163
7.5.2 动力电池故障诊断策略.................................................................................... 164
练习与实训............................................................................................................................ 165
第 8 章 燃料电池电动汽车简介.............................................................................................. 168
8.1 燃料电池电动汽车的类型及构成................................................................................ 168
8.1.1 按有无蓄能装置分类........................................................................................ 168
8.1.2 按燃料电池与蓄电池的结构关系分类............................................................. 169
8.1.3 按提供的燃料不同分类.................................................................................... 170
8.1.4 燃料电池电动汽车的构成................................................................................ 170
8.1.5 燃料电池汽车的效率........................................................................................ 173
8.1.6 燃料电池电动汽车的性能与关键技术............................................................. 174
8.2 质子交换膜燃料电池................................................................................................... 176
8.2.1 质子交换膜燃料电池的基本性能.................................................................... 176
8.2.2 单体质子交换膜燃料电池................................................................................ 177
8.2.3 燃料电池组(堆)............................................................................................ 178
8.3 燃料电池发电系统与车载氢气安全措施.................................................................... 178
8.3.1 燃料电池发电系统............................................................................................ 178
8.3.2 燃料电池的电源复合结构................................................................................ 179
目录
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8.3.3 FCEV 的多电源电力总成控制策略................................................................. 181
8.3.4 车载氢气系统安全措施.................................................................................... 181
练习与实训............................................................................................................................ 183
第 9 章 新能源汽车的整车容错控制技术.............................................................................. 186
9.1 容错控制的概念........................................................................................................... 186
9.2 混合动力汽车控制系统容错故障树............................................................................ 187
9.3 控制系统故障的容错方法............................................................................................ 195
9.4 混合动力汽车容错控制............................................................................................... 196
9.5 混合动力汽车安全故障管理系统的结构.................................................................... 198
练习与实训............................................................................................................................ 200
参考文献 ................................................................................................................................................. 202

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作者介绍

田晋跃, 男,江苏大学教授,硕士生导师,中共党员, 1982年2月至1999 年4 月,在机械工业部天津工程机械研究所路面机械研究室,高级工程师;液力机械传动研究室工作,副主任,高级工程师。1999年5月江苏大学汽车与交通工程学院,研究员。 主讲课程:车辆流体传动技术,汽车电器与电子控制系统,汽车新技术专题等。

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