基于数字信号处理器在液压混合动力车辆中的应用研究

1引言

随着社会的发展，能源短缺和环境污染成为制约社会发展的两个重要因素，特别是随着汽车保有量的不断增加，能源短缺和环境污染问题显得尤为突出。基于可持续发展的考虑，世界各主要汽车生产国和大型汽车生产企业对新型能源清洁汽车的开发和应用十分重视。目前纯电动汽车虽然具有零排放的优点，但由于当前的电池比能量不高且循环使用寿命不长，从而续航距离短，成本较高。而液压混合动力汽车（hydraulic hybrid vehicle）由于能有效地降低油耗，减少尾气排放，因此液压混合动力汽车已成为当前汽车的一个发展趋势。

数字信号处理器（Digital Signal Processor）英文缩写DSP是针对数字信号处理需要而设计的一种可编程单片机，是现代电子技术，计算机技术和信号处理技术相结合的产物。与目前普遍使用的单片机相比DSP器件具有如下优势：

1） DSP有更高的运行速度，更大容量的存储器，内置有波特率发生器，FIFO缓冲器。

2）DSP采用改进的哈佛结构，具有独立的程序和数据空间，能同时存取程序和数据。

在液压混合动力汽车的结构和整车各部件确定之后，其性能的好坏主要依赖于能源控制策略，能源控制策略需对液压混合动力汽车各部件的运行进行协调，并对各部件的运行点进行优化，使其尽可能的运行在高效区域，当然同时也要兼顾舒适性和动力性，使燃油消耗最小，尾气排放最低。本文以并联式液压混合动力汽车为例讨论它的能源控制问题。

2并联式液压混和动力汽车的系统结构

混和动力汽车由车体、汽车驱动与控制和能量管理等系统组成，其中汽车驱动和能量管理是两个关键技术。图1为并联式液压混和动力汽车的系统结构简图，并联式液压混和动力汽车主要由发动机、变速箱、车轮、高低畜能器及液压泵或液压马达等组成。一般情况下油门开度的大小与节气门开度的大小是相等的，但是油门开度仅仅反映驾驶功率的要求，却不能反映发动机功率的要求。因此，必须有一个中央电子控制器来协调二者的关系，本系统的中央电子控制器由DSP来担当。它将负责管理发动机和蓄能器之间的动力切换、信号输出以及回收刹车能量。并联式液压混合动力车与传统车不同的工作过程表现在刹车减速和启动加速方面，这也是一个在DSP控制与协调下蓄能器的储能和释放能量以及并联式液压混合动力车整车运行的过程。其系统信号流程图如下：

3能源控制器DSP的工作过程

能源控制器DSP主要是控制和协调蓄能器的储能和释放能量以及并联式液压混合动力车整车运行过程。其主要工作过程如下：

1）能源控制器DSP接收液压泵马达，蓄能器以及发动机模块的信息，获得各模块当前的运行点，据此估算在当前转速下液压泵/马达的最大输出功率Pymmax，n和内燃机的最大输出功率Picemax，n。

2）能源控制器DSP通过接受驾驶员提供的信息（包括：有门开度大小β、刹车位置、离合器状态、档位信息）确定整车的运行状态，并估算驾驶需求功率：

Preq=β（Picemax，n+Picemax，n）

3）合理分配驾驶需求功率：能源控制器DSP通过控制策略的决策与运算，确定发动机分配功率Pe和液压泵/马达的分配功率Py。根据发动机的实验数据，可以获得发动机节气门开度、转速与输出功率之间的三维数据表，再根据发动机转速与发动机功率分配，可以由二维插值获得发动机节气门开度。

4）能源控制器DSP输出控制命令：节气门执行器根据节气门开度命令控制发动机节气门开度的大小，液压泵/马达ECU根据液压泵/马达的分配功率控制液压泵/马达的运行。发动机与液压泵/马达输出力矩后，通过传动系统驱动车轮，从而控制整车的正常运行。

能源控制器DSP程序主流程如图3所示。系统首先进行系统初始化和系统自检。自检通过后能源控制器接收液压泵马达，蓄能器、发动机模块的信息和驾驶员提供的信息。混和液压动力汽车主要有三种工作模式，分别为电动模式、柴油模式和混和动力模式。系统通过接收的信息判断汽车处于那种模式，并输出控制命令，控制节气门开度和液压泵/马达ECU的运行，从而控制相应模式的能量。

5结束语

液压混合动力车辆是一种高效节能的环保车辆，该车辆在本质上是液压能量再生系统与动力传动系按各种驱动形式的组合，其目的是充分利用刹车能量。采用DSP技术的混合液压动力汽车能源总成控制系统处理速度快，实时性强。测试结果表明，DSP作为目前一种比较先进的控制器，能够比较精确的对液压混合动力车的能量消耗与分配进行控制。在能源极度紧张、消费越来越大的当今社会，DSP在液压混合动力车辆上的应用在目前能够比较好的解决车辆的能源消耗问题，因此，以DSP作为能源控制器的液压混合动力车辆应该会有一个比较好的应用前景，尤其是对城市公交车充分发挥其内在的技术优势。

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