纯电动汽车整车控制器(TAC)

纯电动汽车整车控制器（TAC）

项目介绍：

纯电动汽车整车控制器对新能源汽车的动力性、安全性、经济性、操纵稳定性和舒适性等都有重要影响，它是新能源汽车上的一种关键装置。在车辆行驶过程中，整车控制器通过开关输入端口、模拟量转换模块、CAN总线等硬件线路采集路况信息、驾驶员意图、车辆状态、

设备运行状态等参数，依托高速运行的 CPU和控制端口来执行预设的控制算法和管理策略，再将指令和信息等通过 CAN总线、开关输出端口等对动力系统的执行部件进行实时的、可靠的、科学的控制，以实现车辆的动力性、可靠性和经济性。

其硬件结构框图如图一所示。

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性能指标:

1）工作环境温度：-30 C—+80C

2）相对湿度：5%~93%

3）海拔高度：不大于3000m

4）工作电压：18VDC —32VDC

5）防护等级：IP65

功能指标：

1）系统响应快，实时性高

2）采用双路 CAN总线（商用车 SAE J1939协议）

3）多路模拟量采样（采样精度10位）；2路模拟量输出（精度 12位）4）多路低/高端开关输出

5）多路I/O输入

6）关键信息存储

7）脉冲输入捕捉

8）低功耗，休眠唤醒功能

该项目使用的INFINEON 的物料清单:

整车控制器(VMS, vehicle management Syetem ),即动力总成控制器。是整个汽车的核心控制部件，它采集加速踏板信号、制动踏板信号及其他部件信号，并做出相应判断后，

控制下层的各部件控制器的动作，驱动汽车正常行驶。作为汽车的指挥管理中心，动力总成控制器主要功能包括：驱动力矩控制、制动能量的优化控制、整车的能量管理、CAN网

络的维护和管理、故障的诊断和处理、车辆状态监视等，它起着控制车辆运行的作用。因此VMS的优劣直接影响着整车性能。

纯电动汽车整车控制器 (Vehicle Controller)是纯电动汽车整车控制系统的核心部件，它对汽车的正常行驶，再生能量回收，网络管理，故障诊断与处理，车辆的状态与监视等功能起着关键的作用。

与各部件控制器的动态控制相比，整车控制器属于管理协调型控制。

整个车辆系统采用一体化集成控制与分布式处理的车辆控制系统的体系结构，各部件都有

独立的控制器，整车控制器对整个系统进行能量管理及各部件的协调控制。为满足系统数

据交换量大，实时性、可靠性要求高的特点，整个分布式控制系统之间采用CAN总线进

行通讯。

整车控制器主要由控制器主芯片，Flash存储器和RAM存储器及相关电路组成，控制器主

芯片的输出与Flash存储器和RAM存储器的输入相连。

整车控制器通过 CAN总线接口连接到整车的 CAN网络上与整车其余控制节点进行信息交换和控制。

控制器硬件包括微处理器、CAN通信模块、BDM调试模块、串口通信模块、电源及保护

电路模块等。微处理器选用了Motorola公司专门为汽车电子开发的MCgS12，它具有运

算速度快和内部资源与接口丰富的特点，适合实现整车复杂的控制策略和算法。CAN通信

模块符合CAN2.0B技术规范，采用了光电隔离、电源隔离等多项抗干扰设计；BDM调试模块用于实时对控制程序进行调试、修改;串口通信模块用于对控制系统的诊断和标定；电源模块进行了二级滤波的冗余设计，保证控制器在车载12V系统供电情况下正常工作，并具短路保护功能。

CAN，全称为"Controller Area Network ”，即控制器局域网，是一种国际标准的，高性价的现场总线，在自动控制领域具有重要作用。CAN是一种多主方式的串行通讯总线，具有较高的实时性能，因此，广泛应用于汽车工业、航空工业、工业控制、安全防护等领域。

决策层控制单元是车辆智能化的关键，其收集车辆运行过程中的信息，并根据智能算法的决

策向物理器件层控制单元发送命令；动力源控制单元负责调节动力源系统部件以满足决策层控制单元的命令要求；驱动/制动控制单元则调节双向变量电机和能耗制动系统实现车辆的各种工况，如驱动控制、防抱制动等。

整车控制器功能需求：

整车控制器在汽车行驶过程中执行多项任务，具体功能包括：(1)接收、处理驾驶员的驾驶

操作指令，并向各个部件控制器发送控制指令，使车辆按驾驶期望行驶。（2）与电机、DC/ DC、蓄电池组等进行可靠通讯，通过CAN总线（以及关键信息的模拟量）进行状态的采

集输入及控制指令量的输出。（3）接收处理各个零部件信息，结合能源管理单元提供当前的

能源状况信息。（4）系统故障的判断和存储，动态检测系统信息，记录出现的故障。（5）对整车具有保护功能，视故障的类别对整车进行分级保护，紧急情况下可以关掉发电机及切断

母线高压系统。（6）协调管理车上其他电器设备。

整车控制器是一个多输入、多输出、数模电路共存的复杂系统，其各个功能电路相对独立。因此，按照模块化思想设计硬件系统的各个模块，主要包括：最小应用系统模块，电源模块，CAN通讯模块，串口通讯模块，数模输入输出模块。其中MCU是整车控制器的核心,

它负责数据的采集和处理、逻辑运算以及控制的实现等，MCU的选取是整个硬件设计过

程中最重要的任务。

天津清源电动汽车在整车开发方面，天津清源电动车辆有限责任公司和一汽天津夏利股份

有限公司牵头，中国汽车技术研究中心、天津大学、天津和平海湾公司和天津蓝天高科公司等十几个单位共同参与合作开发出XL2000型纯电动轿车。

纯电动汽车一共有 9个工作模式：停车状态、充电状态、启动状态（也可以称为自检状态）、运行状态、车辆前进/后退状态、回馈制动状态、机械制动状态、一般故障状态、重大故障状态。每个状态的具体含义如下：

1、停车状态：纯电动客车处于停车状态，此时系统的主继电器断电，系统中各个节点停止运行。

2、充电状态：当纯电动客车在停车状态下，插上充电插头或者按下充电按钮时，整车控

制器控制组合仪表显示电池充电状态，并对电池工作状态进行实时监测；电池ECU进入

充电程序，并强制切断动力电机继电器的回路电源。

3、启动状态：在整车控制器确认拔掉充电插头时，拨动汽车钥匙位置，这时系统中各个节点进入自检状态。

4、运行状态：拨动汽车钥匙到指定位置，整车控制器向电机ECU发送准备开车指令；整

车控制器收到就绪指令后，闭合主继电器，进入行车程序。同时，电池ECU进入电池管

理程序。

5、车辆前进、后退状态：整车控制器通过对当前车辆功率的要求和蓄电池当前的状态计算并向电机控制器发出信号，动力电机控制器接收到方向信号和驱动转矩给定值信号后，

控制动力电机进入运转状态，并根据方向信号确定动力电机的转向，以及根据驱动转矩给

定值信号确定动力电机输出转矩的大小，控制电机的输出功率以实现动力性目标。

6、回馈制动状态：当加速踏板回零而且制动踏板处于回馈制动区时，整车控制器发送符

合回馈制动要求的负扭矩给电机ECU；电机ECU进入发电程序，电池 ECU进入电池回馈

管理程序。

7、机械制动状态：制动踏板离开回馈制动区，电机ECU停止发电程序，整车控制器进入机械制动程序，电池 ECU停止回馈。

&一般故障状态：ECU检测到一般故障，整车控制器报警（报警灯闪烁、通过CAN总线

发送相关的报警信息，通知其他的节点），整个系统降级运行。

9、重大故障状态：ECU报警（紧急情况采用紧急呼叫指令通知其他节点），必要时切断主

继电器电源，系统停车。

整车CAN网络拓扑结构

从实时性和安全性的角度出发，该整车控制器可直接采集部分控制信号，这些信号包括制

动踏板、油门踏板等模拟信号以及其它一些数字量信号。

整车控制器具有对动力总成部件进行直接控制的信号通道，包括PWM和数字量输出等。