摘 要

水陆两栖车辆已经有一百多年的历史了。时至今日，各种结构用途的水陆两栖车辆陆续被研发出来，相关技术也逐渐成熟。随着“水上减阻技术”的问世，开启了水上高速航行时代^[1]，本文从动力系统入手，以整车控制器设计为线索，介绍了车辆控制系统设计，并分析了性能提升的思路。

第二章主要介绍了控制系统原理，以动力系统为标准对水陆两栖汽车进行分类，详细介绍了不同动力系统的优缺点，以及主流动力选择的原因；对控制策略的对象进行介绍、控制模式分类，并介绍了不同模式的功能；然后概括了一部分车辆控制过程中的关键技术，这些技术对整车控制起到了重要作用。

第三章主要介绍了完整的控制系统设计过程，对整车控制器进行了详细的介绍，然后对CAN网络设计、硬件、软件的设计做出了说明，包括CAN网络涉及有关协议，负载计算方法，控制系统对软硬件的需求、硬件的模块化设计、软件的V型开发方式等，最后通过台架试验进行仿真测试，验证了整车控制器的功能是否达到。

第四章主要介绍了控制算法的分析，对于设计的控制系统，通过对电池、发动机等部件工况的检测以及一些常见问题的分析，将控制系统对关键部件的控制举例说明了控制系统对车辆综合性能的意义，尤其是电池的管理，对车辆的动力性、经济性的影响非常大。

关键词：新能源、整车控制器、CAN通信网络、负载计算、性能优化

Abstract

Amphibious vehicles have a history of more than 100 years. Up to now, amphibious vehicles with various structural uses have been developed, and relevant technologies have gradually matured. With the advent of the technology of reducing the number of units on the water, the era of high-speed navigation on the water has been opened. Starting with the power system, this paper introduces the design of vehicle control system and analyzes the idea of improving performance based on the design of vehicle controller.

The second chapter mainly introduces the principle of the control system, taking the power system as the standard, classifies the amphibious vehicle, introduces the advantages and disadvantages of different power systems in detail, and the reasons for the selection of the mainstream power, introduces the object of the control strategy, the classification of the control mode, and introduces the functions of different modes. Then it summarizes some key technologies in vehicle control process, which play an important role in vehicle control.

The third chapter mainly introduces the whole design process of the control system and the controller of the whole vehicle. Then it introduces the hardware and software design of the can network design, which includes the calculation method of the protocol load involved in the can network, the requirements of the control system for the software and hardware, the modular design of the hardware, the micro development mode of the software, etc. Finally, it is carried out through the bench test The simulation test is carried out to verify whether the function of the vehicle controller is achieved.

The fourth chapter mainly introduces the analysis of the control algorithm. For the designed control system, through the detection of the working conditions of the battery engine and other components, as well as the analysis of some common problems, the control system of the key components is exemplified to illustrate the significance of the control system to the comprehensive performance of the vehicle, especially the management of the battery, which has a great impact on the power and enthusiasm of the vehicle.

Key words：New energy；Vehicle controller；CAN communication network；

Load calculation

目 录

摘要 I

Abstract II

第1章 开题报告 1

1 目的和意义 1

2 国内外现状 1

3 研究内容 1

4 研究目标 2

第2章 控制系统原理 3

2.1 动力系统分类 3

2.1.1混合动力 3

2.1.2纯电动 4

2.1.3其他类型 4

2.2 控制策略 5

2.2.1控制对象和构架 5

2.2.2控制系统需求分析 5

2.2.3控制模式设计 6

2.2.4控制功能分析 8

2.3 关键控制技术 10

2.3.1制动能量回收技术 10

2.3.2电机控制技术 10

2.3.3维修保养技术 10

2.3.4其他关键技术 10

2.4 本章小结 11

第3章 控制系统设计 12

3.1 整车控制器 12

3.1.1介绍 12

3.1.1国内外研究现状 12

3.1.2需求及设计方法 13

3.2 CAN通信网络 13

3.2.1简介 13

3.2.2网络协议 14

3.2.3总线设计 15

3.2.4负载计算 17

3.3 控制策略的实现 19

3.3.1硬件设计 19

3.3.2软件设计 22

3.3.3 仿真测试 23

3.4 本章小结 23

第4章 控制器算法分析 25

4.1 电池管理 25

4.1.1 电池SOC估计 25

4.1.2电池热管理 25

4.1.3电池均衡 27

4.1.4 电池寿命提升 29

4.2 发动机 31

4.2.1 转速扭矩 31

4.2.2排气温度 33

4.4 本章小结 35

第5章 总结与展望 36

参考文献 37

致谢 39

第1章 开题报告

1 目的和意义

水陆两栖车（amphibian automobile）又名水陆两用船，是一种结合了车与船的通行能力的车辆，它既可以像普通汽车一样行驶在陆地上，也能像船一样航行，不受地形及江河湖海的阻碍，所以在交通运输方面具有其他类型汽车无法比拟的优势，历史意义重大，在军事、救援、探测等领域大放异彩，这也是目前我国大力支持研究水陆两栖车辆的原因。

对水陆两栖车控制系统的研究与性能的分析，涉及到发动机、电机、电池、电控等领域，科学交叉性极强。整车控制器是车辆的核心部件，直接影响着对车辆的控制效果，通过对控制对象的构架分析，控制策略的研究，设计软件、硬件、网络和相关协议，设计出整车控制器并满足控制系统的功能，实现控制策略，然后优化控制算法，提升车辆的性能，这不仅仅大大方便了人们对交通生活的需求，而且提高了我国科技发展水平。

2 国内外现状

世界上第一辆水陆两栖车是19世纪初美国人发明的，随后一直到20世纪中期，出现了脚踏型、独木车等各种尝试，直到20世纪中期，美国的Studebaker M29水陆两栖运货车，突破了传统设计理念，采用了半履带设计，能够适应更多的复杂地形，载货能力也取得了不小的提升，并运用于军事方面。二战以后，对水陆两栖车的研发重视程度愈发提升，以美国、德国、日本为首的一系列国家都取得了不小的成绩，目前已有相当数量的水陆两栖汽车投入到了日常的运营中，尤其是日本的丰田公司的产品在行业内的销量一直遥遥领先。

我国在这方面起步很晚，但是国家投入很大，如北汽福田、厦门金龙还有一汽上汽等公司先后推出水陆两栖车产品，我国自主品牌的的车辆在海外也有发售，运行良好，节油率高，拥有自主知识产权，这些产品的推出填补了我国在新能源动力、电机电池、整车控制等多个方面的空白，相信未来我国也能跻身水陆两栖车辆的发展前列^[2]。

3 研究内容

1.水陆两栖车控制对象和构架
2.水陆两栖车控制系统总线及负载分析
 3.水陆两栖车控制模式设计
 4.水陆两栖车控制系统功能分析

4 研究目标

1. 对控制系统的需求做出分析
2. 控制系统CAN总线设计，并计算负载
3. 设计出不同的控制模式并分析其功能
4. 研究电池、喷泵、发动机改善整车性能

第2章 控制系统原理

2.1 动力系统分类

2.1.1混合动力

以混合动力作为动力系统的水陆两栖车，获得能量的来源不唯一，燃油动力系统和电池动力系统都能为其提供动力，混合动力的种类繁多，不仅有蓄电池与超级电容的混合，还有内燃机与蓄电池的混合等等，因此有着其他能源动力车无法比拟的优势。对于不同工况可以使用不同的能源以满足更高的使用要求。比如，在启动和刹车阶段使用电池动力系统可以保证起步迅速的同时，减少产生的噪音和排放的污染；在一般的运行工况下选择燃油动力系统，同时给电池充电，不需要很多的燃油便能达到高速。两个动力系统相互切换，运用了相对于常规汽车更先进的技术，不仅有益于环保，而且运行的成本也较低，更重要的是可以与传统动力汽车的行驶里程相差无几，因而饱受消费者的喜爱。