混合动力汽车整车控制器开发与试验
整车控制系统开发及测试方案介绍 (1)
软件看门狗通过主MCU编程直接实现； 硬件看门狗采用maxim公司的MAX705MJA。 R215为0欧姆电阻便于调试； 看门狗喂狗时间为1.6s;
硬件设计实现
二、VCU硬件设计实现 –通信电路设计
CAN收发电路
MCU自带三路CAN控制器，收发器采用NXP公司的CAN收发器芯片 TJA1040T。
16bit
硬件看门狗电路 外扩RAM芯片 RTC定时唤醒模块
5v_AN 5v_CORE 5v_SWITCH
5v_AN1 5v_AN2
传感器及车辆采集部件 （如油门踏板、真空压
力传感器等）
注：
表示电源线路
表示信号线路
5V PWM Driver 12V PWM Driver
LS Driver
HS Driver Dither HS
VCU功能架构到硬件原理架构
硬件设计实现
二、VCU硬件设计实现 – 硬件性能参数需求
主CPU 工作温度 供电电压 极限电压
主要参数要求：
符合汽车级要求，建议采用Freescale32位汽车级芯片体系
-40 ~ 105℃
看门狗
软硬件双看门狗
9~36V
安全模块
16位安全控制器
60V，1min
LIN接口
) 测试
硬件在环测试设备
图片
用途
模拟被控对象的各种工况，包括 工况模拟复杂的故障模式，快速 复现故障模式，将部分测试过程 从传统试验台架中分离，实现多 个控制器的集成测试
整车控制器 14 （VCU）硬件 EOL下线检测
检测设备
用于整车下线时对VCU各个功能 进行检测，保证每辆车中VCU的 功能是完善的可靠的
高于VDD12V时，保护高边芯片L9733不受损坏。
新能源汽车动力系统控制器硬件在环测试解决方案
新能源汽车动力系统控制器硬件在环测试解决方案相比较传统汽车，新能源电动汽车（包括纯电动汽车与混合动力电动汽车）动力系统增加了电机驱动系统、电池及其管理系统、整车控制器等关键零部件。
如图1所示，为一种常见的插电式混合动力汽车拓扑结构，与传统汽车相比，动力系统复杂程度增加，控制器数量增多，控制器测试的工作量与难度也相应增加。
图1 一种常见的插电式混合动力汽车拓扑结构新能源电动汽车对动力系统的动力性、经济性、制动性、排放性、可靠性等方面都有很高要求，需要对动力系统进行全面的测试，主要包括：动力性测试：最大输出功率最大扭矩加速时间最大爬坡度最高车速经济性测试：燃油消耗率平均燃油消耗量1 / 6电池能量消耗率平均电池能量消耗量制动性测试制动能量回收功能制动加速度制动距离制动时方向稳定性其它测试相关排放物含量安全防护通信故障诊断在传统的电动汽车动力系统测试中，需要使用大功率直流电源、测功机、功率分析仪、电池检测、数据采集等设备，并需要专门的配套实验室。
即使有了测试环境与测试工具，传统的测试方法还存在以下问题：耗费大量电能并产生废旧电池测试过程繁琐，耗费大量人力物力电机、电池等在极端运行环境下有较大的安全风险测试重现性较差，无法进行自动化测试使用硬件在环(HIL)测试方法，结合传统测试方法，将新能源电动汽车动力系统测试分成两个关键步骤：1.各个控制器的HIL测试，包括电池管理系统的HIL测试，电机控制器的HIL测试、整车控制器的HIL测试以及多个控制器的集成HIL测试，经过这个步骤，可以发现各个控制器存在的大部分问题，大幅降低后续大功率测试的风险与成本；2.整车动力系统的联合测试，利用HIL设备与传统测试台架相结合的联合测试台，对整车动力系统进行联合测试，用于验证动力系统的动力性、经济性、制动性、排放性、可靠性等指标，同时，对动力系统的通信、安全防护、故障诊断等进行全面测试。
相比较传统测试方法，联合测试方法可以更早地发现问题，降低风险与成本，使测试更加全面的同时缩短测试周期。
混合动力汽车整车控制器开发和试验研究
图 ｌ “ 士 ” 合 动 力 汽 车 的 系 统 结 构 勇 混
件 代码 的正确 性 、 壮 性 和 可靠 性 是 混 合 动 力 汽 车 健
性 能 乃至 安全 性 的保证 Ｅ 。
２ 整 车控 制 器 设 计
计的有 效性 。
关 键 词 ： 合 动 力 ； 车 控 制 器 ；能量 分 配 ； 制 策 略 混 整 控
中 图 分 类 号 ：Ｕ４ ４ １ ６ ． 文 献标 志 码 ：Ｂ 文 章 编 号 ：１ Ｏ － ２ ２ ２ １ ） １０ ０ —４ Ｏ １２ ２ （ ０ １ ０ ０ ５０
混 合 动力 汽车 将 发 动 机 、 电机 和 动 力 电池 组 合
制 策略 进 行 了 分 析 ， 发 了 基 于 ＭＣ９ １ ＤＰ２ ６的 整 车 控 制 器 硬 软 件 系统 ， 进 行 了 实 车 试 验 ， 现 了发 动 机 起 开 Ｓ２ ５ 并 实
动 、 发 动 机 驱 动 、 合 驱 动 、 车 充 电等 多 种 ３ 作 模 式 ， 明 了 该 整 车 控 制 器 功 能 设 计 的 合 理 性 和 控 制 策 略 设 纯 混 驻 － 证
设 的控制 算法 和 管 理 策 略 ， 将 指令 和信 息 等 通 过 再
Ｃ ＡＮ 总线 、 开关 输 出端 口等对 动 力 系统 的执行 部 件 进 行 实 时 、 靠地 控制 。 可
车 使用 电动 机取 代 发 动 机原 有 飞 轮 ， 接 与 发 动 机 直 曲轴相 连 ， 现 汽车 发 动 机 怠 速 停 机 、 率 补 偿 、 实 功 制 动 能量 回收 等功 能 ， 有对 原 车技 术继 承 性好 、 具 实施 方便 、 适用 范 围广 等 优 点 。在 混 合 动 力 汽 车 开 发 ］ 中， 整车控 制 器是 各种 控制 策 略 的最终 运行 载体 ， 是 实 现汽 车动力 系 统协 同工 作 的关键 部件 。控制 器硬 件开 发要 根据 整 车 的 系统 结 构 综 合 考 虑 运 算 速 度 、 数据 存储 、 电磁兼 容 、 件 成 本 和 可 靠 性 ， 理 进 行 硬 合
电动汽车整车控制器（VCU）技术及开发流程深度剖析
电动汽车整车控制器（VCU）技术及开发流程深度剖析整车控制器（VCU），电动汽车的大脑，相当于电脑的Windows，手机的Andrio。
作为电动汽车上全部电气的运行平台，它的性能优劣，直接影响其他电气性能的发挥，是整车性能好坏的决定性因素之一。
1. 组成1.1结构组成VCU，结构上，由金属壳体和一组PCB线路板组成。
1.2硬件组成功能上由主控芯片及其周边的时钟电路、复位电路、预留接口电路和电源模块组成最小系统。
在最小系统以外，一般还配备数字信号处理电路，模拟信号处理电路，频率信号处理电路，通讯接口电路（包括CAN通讯接口和RS232通讯接口）2. 各电气与VCU之间是怎样工作的一些用于监测车体自身状态的信号或者车载部件中比较重要的开关信号、模拟信号和频率信号，由传感器直接传递给VCU，而不通过CAN总线。
电动汽车上的其他具有独立系统的电气，一般通过共用CAN总线的方式进行信息传递。
2.1直接传递的信号们开关信号包括：钥匙信号，档位信号，充电开关，制动信号等；模拟信号一般有：加速踏板信号，制动踏板信号，电池电压信号等；频率信号，比如车速传感器的电磁信号。
输出的开关量，动力电池供电回路上的接触器和预充继电器，在一些车型上，由VCU负责控制。
2.2通过CAN交互的电气单元CAN总线上的通讯参与者地位不分主从，随时随地向总线发动信息。
信息之间的先后顺序由发出信息者的优先级确定。
优先级在通讯协议中已经做出规定，每条信息里都有发信者的地址编码；通讯中的信息编码，都有相应的通讯协议予以明确规定。
谁发出什么样的代码提供哪些类型的信息，主要依据是供需双方的约定。
比如下面表格中的电气单元地址编码，就是来自一份整车厂与VCU供应商的技术协议。
CAN故障记录，是维修调试人员最好的小帮手。
下图是通讯协议中对故障代码的规定，常见的故障类型都位列其中，只要对照协议表格，大家都可以读懂故障记录了。
比较例外的是充换电相关的系统，由于通用性的强烈需求，通讯协议需要统一，有国家标准予以统一编码（下文列举了相关国标）。
新能源汽车VCU整车控制器实验要求DVP
试验步骤：
1、根据 ISO 16750-2-单线中断规定的方法进行试验。该步骤适用于所有的I/O。对于电源线和地线，中断时长应为15min。
2、连接并运行DUT。断开DUT的连接，然后恢复连接。观察装置断路期间和其后的情况。在DUT系统接口的每条电路分别重复进行。实
验条件如下：
17
开路-单线断线
断开时间：10s±1s
试验名称
试验条件/判断标准
Test Name
试验步骤：
Test conditions / Acceptance Criteria
1、对部件施加Umin
2、相对于部件功率，对典型的I/O模拟装置的电源线施加+1.0 V偏移。
3、对下一个合适的I/O模拟装置重复步骤（2）。
电源偏移
代码丢失。不应出现永久失效的代码。
试验步骤：
1、设置如图11所示的蓄电池电压降曲线。
2、浸润未通电的部件，直至其温度稳定在Tmin。
11
蓄电池电压降
3、部件上电，按照表20变量‘A’的参数绘制蓄电池电压降试验曲线。 4、按照B、C和D，另外重复步骤（3）三次。
5、在Tmax下重复步骤（2）-（4）。参数见附页A11
7
状态变化波形特征
2、在状态变化前、中和后，记录所有输出波形。采用示波器验证输出信号是否完整和部件性能是否正常。 3、对所有可能会发生其他状态变化的部件重复步骤（1）和（2）。
试验标准：
功能状态分类应为Fsc_A。状态瞬变不应损坏下游部件。分析波形时，应考虑意外输出行为和浮动输入。
试验步骤：
1、将部件接在LoadBox上，系统供电电压为12Vdc，将5µH 电感器置于台架试验装置的接地线路上。
新能源汽车整车控制器电气试验技术要求
上汽商用车技术中心企业标准CVTC 38002-201124V新能源汽车整车控制器电气试验技术要求24V VCU Electrical Test Requirements for New Energy Vehicle2011—12—30发布2011—12—30实施上汽商用车技术中心标准化技术委员会发布前言本标准按照 CVTC 15003-2010 给出的规则起草。
本标准由上海汽车股份有限公司商用车技术中心新能源技术部提出。
本标准由上海汽车股份有限公司商用车技术中心标准化技术委员会归口。
本标准起草部门：上海汽车股份有限公司商用车技术中心新能源技术部。
本标准主要起草人：朱正礼、杜建福。
本标准于 2011年 12月首次发布引言对整车控制器进行电气、环境、EMC 测试是保证零部件质量的重要环节。
本标准和《24V新能源整车控制器环境试验技术要求》、《24V新能源整车控制器 EMC试验技术要求》一起构成 24V新能源整车控制器的测试技术要求。
为了规范测试工程师在进行测试要求和测试方法的制定，提高工程师制定测试项目和测试方法的工作效率。
我们引用现行有效的国际标准和行业的相关内容编制了本标准。
需要说明的是，本标准所规定的内容，仅是对整车控制器常规、通用、普适的内容。
各测试工程师在参照本标准制定测试要求和方法时，宜结合控制器的实际情况，对具体测试内容进行补充和选择。
24V新能源整车控制器电气试验技术要求1 范围本标准规定了新能源整车控制器所有验证试验的操作模式、负载的曲线图及测试条件。
本标准适用于24V新能源汽车整车控制器并包括售后件。
针对每一个安装区域，本标准还是整车控制器产品设计规范、质量规范和试验规范的基础。
在获得任何工程签署前，供应商必须提交一份符合所有验证或有偏差许可的最终验证报告。
任何与本标准的偏差，都必须完全地得到上海汽车商用车技术中心新能源技术部的批准。
2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。
汽车研发：整车控制器（VCU）策略及开发流程！
汽车研发：整车控制器（VCU）策略及开发流程！整车控制器是电动汽车各个子系统的调控中心，协调管理整车的运行状态，也是电动汽车的核心技术之一。
就像真正的美女是需要智慧与美貌并存，光有身材，哪怕前凸后翘，S型，xiong器逼人，也只能从肉体上感觉很诱人，可远观却无法多沟通，这就是大家常说的胸大无脑，而VCU就是汽车的大脑，能够让汽车变得智能化，更懂你，可远观也可亵玩焉！今天漫谈君就和大家聊一聊整车控制器（VCU）开发的方法和流程一、VCU的作用与功能在电动汽车中，VCU是核心控制部件，它根据加速踏板位置、档位、制动踏板力等驾驶员的操作意图和蓄电池的荷电状态计算出运行所需要的电机输出转矩等参数，从而协调各个动力部件的运动，保障电动汽车的正常行驶。
此外，可通过行车充电和制动能量的回收等实现较高的能量效率。
在完成能量和动力控制部分控制的同时，VCU还可以与智能化的车身系统一起控制车上的用电设备，以保证驾驶的及时性和安全性。
因此，VCU的设计直接影响着汽车的动力性、经济性、可靠性和其他性能。
1、VCU主要功能1）整车能量分配及优化管理；根据驾驶员的具体操作和实际工况对车辆进行管理、优化及调整，以实现优化能量供给，延长车辆使用寿命，提高车辆运行经济性。
2）故障处理及诊断功能；对出现的异常情况进行诊断、提示和主动修复工作。
3）系统状态仪表显示；4）整车设备管理监控各设备运行状态，及时进行动态调整。
5）系统控制根据既定的操控程序对驾驶员的各项操作进行及时响应，实时与数据库进行比对，对各节点进行动态控制。
二、VCU的结构VCU为纯电动汽车的调度控制中心，负责与车辆其他部件进行通信，协调整车的运行。
VCU系统结构，如下图所示。
其主要包含电源电路、开关量输入/输出模块、模拟量输入模块及CAN通讯模块。
1）电源模块从车载12V蓄电池取电，开关量输入模块接收的信号主要有钥匙信号、挡位信号、制动开关信号等；2）开关量输出信号主要是控制继电器，其在不同整车系统中意义略有不同，一般情况下控制如水泵继电器及PTC继电器等；3）模拟量输入模块采集加速踏板和制动踏板开度信号及蓄电池电压信号等；4）CAN模块负责与整车其他设备通信，主要设备有电机控制器（MCU）、电池管理系统（BMS）及充电机等。
国内外电动汽车整车控制器（VCU）性能指标及设计思路
国内外电动汽车整车控制器（VCU）性能指标及设计思路一、国外产品介绍（1）丰田公司整车控制器丰田公司整车控制器的原理图如下图所示：该车是后轮驱动，左后轮和右后轮分别由2个轮毂电机驱动。
其整车控制器接收驾驶员的操作信号和汽车的运动传感器信号，其中驾驶员的操作信号包括加速踏板信号、制动踏板信号、换档位置信号和转向角度信号，汽车的运动传感器信号包括横摆角速度信号、纵向加速信号、横向加速信号和4个车轮的转速信号。
整车控制器将这些信号经过控制策略计算，通过左右2组电机控制器和逆变器分别驱动左后轮和右后轮。
（2）日立公司整车控制器日立公司纯电动汽车整车控制器的原理图如下图所示。
图中电动汽车是四轮驱动结构，其中前轮由低速永磁同步电机通过差速器驱动，后轮由高速感应电机通过差速器驱动。
整车控制器的控制策略是在不同的工况下使用不同的电机驱动电动汽车，或者按照一定的扭矩分配比例，联合使用2台电机驱动电动汽车，使系统动力传动效率最大。
当电动汽车起步或爬坡时，由低速、大扭矩永磁同步电机驱动前轮。
当电动汽车高速行驶时，由高速感应电机驱动后轮。
（3）日产公司整车控制器日产聆风LEAF是5门5座纯电动轿车，搭载锂离子电池，续驶里程是160km。
采用200V家用交流电，大约需要8h可以将电池充满；快速充电需要10min，可提供其行驶50km的用电量。
日产聆风LEAF的整车控制器原理图如下图所示，它接收来自组合仪表的车速传感器和加速踏板位置传感器的电子信号，通过子控制器控制直流电压变换器DC／DC、车灯、除霜系统、空调、电机、发电机、动力电池、太阳能电池、再生制动系统。
（4）英飞凌新能源汽车VCU & HCU解决方案该控制器可兼容12V及24V两种供电环境，可用于新能源乘用车、商用车电控系统，作为整车控制器或混合动力控制器。
该控制器对新能源汽车动力链的各个环节进行管理、协调和监控，以提高整车能量利用效率，确保安全性和可靠性。
混合动力汽车整车控制器开发与试验
Ｋｅ ｒ ｓ ｙ ｗｏ ｄ ：Ｈｙ ｒｄ Ｅｅ ｔ ｃ ｌＶｅ ｉｌ （ ｂｉ ｌｃｒ ａ ｈｃｅ ＨＥＶ） ｈｃｅ Ｃ）ｔｏ ｎｔ （ ｉ Ｖｃ ｉｌ （ ｒｌＵ ｉ ＶＣＵ）９ ２ Ｔ ２： ｃｏ ｏ ｔ ｌ ｒｗｉ ｕ ｌ ｎ ；Ｓ１ ＸＤ ５１ ｍｉｒｃ ｎｒ ｌ ｔ ｄ ａ ｏｅ ｈ
目
摘 要 ： 于 飞 思 卡 尔 公 司 的 双核 微 控 制器 ９ ２ Ｔ １ 基 Ｓ１ ＸＤ ５ ２开 发 了一 款 通 用 的 混 合 动 力 汽 车 （ Ｖ） 车 控 制 器 （ ｈｃｅ ＨＥ 整 Ｖｅ ｉＩ
Ｃ ｎ ｏ Ｕ ｉ Ｖ Ｕ） 设计 时考 虑 硬 件 的通 用 性 ， 之 能 够 适 用于 多 种 混 合 动 力汽 车 的整 车控 制 。 验 证 Ｖ Ｕ功 能 ， ｏ ｔ ｌ ｎｔ Ｃ ， ｒ — 使 为 Ｃ 本
ｈ ｂ ｉ ｅ ｃ ｉ ｌ ｕ ｓ ｈ ｏ ｔ ｌ ｄ ｓ ｂｅｔ ｎ ｅ ｒａ ｉ ｄａ ｓｒ ｓｏ ｓ ｕａｉ ｓ ｎ ｓ ｇ ａｈ ｒ ｗ ｒ —ｈ － ｙ ｒ ｌ ｔｃ ｓ ｅｃ ｎｒ ｌ ｕ ｊｃ ａ ｄｔ ｎ ｏｇ ｎ ｅ ｅｉ ｆ ｉ ｌ ｏ ｔ ｔ ｇｕ ｉ ａｄ ａｅｉ ｔｅ ｄ ｅ ｒａ ｂ ａ ｔ ｏｅ ｈ ｚ ｅ ｍ ｔｎ ｅ ｉ ｎ ｎ
过 综合 考虑 多种 ＨＥ 的控制 需求 ， Ｖ 设计 出符合 通 用
性 要 求 的 Ｖ Ｕ 平 台 ， 时 仅 更 改 其 内 部 软 件 和 外 部 Ｃ 届 接 线 方 式 即 可 使 其 匹 配 至 诸 如 ＩＧ（ 动 机／ 电机 Ｓ 起 发
混合动力汽车测试评价方法及测试指标
混合动力电动汽车测试评价方法及测试指标混合动力电动汽车的动力总成主要由发动机，发电机，驱动电机，蓄电池以及变速器等构成。
混合动力电动汽车按动力总成配置和部件的组合方式不同，可以将其分为串联式，并联式和混联式三种类型。
1 常见的测试评价方法1.1 道路测试法这是基于整车的测试方法，通过在实际道路进行实车测试来评价混合动力电动汽车性能的优劣。
道路测试分为安全性测试、噪声测试、动力性测试、能耗和排放测试（车载测试），这些测试均需要在专用试验场地上按规定的试验方法完成。
该方法比较简单、直观。
使用该方法，试验结果可以很快地评价整车性能的优劣，为试验样车的参数标定、控制策略优化以及新车的开发提供可靠的试验依据，但是受温度和风速等外界干扰因素影响较大，道路测试方法的可控性和重复性较差。
1.2 底盘测功机法底盘测功机试验也是从整车角度出发的测试方法，该方法通过负荷设定来精确模拟汽车在实际道路上的行驶阻力，以实现其道路行驶阻力在底盘测功机上的再现，这也是底盘测功机试验的关键，将对汽车的动力性和能耗排放等性能的研究产生直接影响。
与道路测试法相比，底盘测功机试验能够控制室内环境等可变因素，可以精确模拟多种典型行驶状况，试验结果重复性好，但是试验需要昂贵的试验设备，这对处于研发阶段的企业来说成本较高。
1.3 台架测试法台架测试是把发动机、电动机/发电机、蓄电池及变速器等总成部件按照混合动力总成布置方案安装在发动机台架上，利用CAN 总线把台架测试控制系统与整车多能源控制器和各总成部件ECU连接起来。
实时测量混合动力总成的各项参数，控制动力总成的运行状态，并借助相关测试设备(如油耗仪、排放分析仪及电功率计等）完成动力性、燃油经济性、排放及噪声等整车性能测试试验。
台架试验受外界自然环境的限制较少，并可以使各零部件的布置不受整车总布置的限制。
此外，台架测试还可以利用不同总成部件的模块化设计进行高效率的安装和调试，不仅减少了开发成本，而且大大缩短了混合动力总成的研发周期。
整车控制器(VCU)策略及开发流程
整车控制器（VCU）策略及开发流程一、VCU的作用与功能在电动汽车中，VCU是核心控制部件，它根据加速踏板位置、档位、制动踏板力等驾驶员的操作意图和蓄电池的荷电状态计算出运行所需要的电机输出转矩等参数，从而协调各个动力部件的运动，保障电动汽车的正常行驶。
此外，可通过行车充电和制动能量的回收等实现较高的能量效率。
在完成能量和动力控制部分控制的同时，VCU还可以与智能化的车身系统一起控制车上的用电设备，以保证驾驶的及时性和安全性。
因此，VCU的设计直接影响着汽车的动力性、经济性、可靠性和其他性能。
1、VCU主要功能1）整车能量分配及优化管理；根据驾驶员的具体操作和实际工况对车辆进行管理、优化及调整，以实现优化能量供给，延长车辆使用寿命，提高车辆运行经济性。
2）故障处理及诊断功能；对出现的异常情况进行诊断、提示和主动修复工作。
3）系统状态仪表显示；4）整车设备管理监控各设备运行状态，及时进行动态调整。
5）系统控制根据既定的操控程序对驾驶员的各项操作进行及时响应，实时与数据库进行比对，对各节点进行动态控制。
二、VCU的结构VCU为纯电动汽车的调度控制中心，负责与车辆其他部件进行通信，协调整车的运行。
VCU系统结构，如下图所示。
其主要包含电源电路、开关量输入/输出模块、模拟量输入模块及CAN通讯模块。
1）电源模块从车载12V蓄电池取电，开关量输入模块接收的信号主要有钥匙信号、挡位信号、制动开关信号等；2）开关量输出信号主要是控制继电器，其在不同整车系统中意义略有不同，一般情况下控制如水泵继电器及PTC继电器等；3）模拟量输入模块采集加速踏板和制动踏板开度信号及蓄电池电压信号等；4）CAN模块负责与整车其他设备通信，主要设备有电机控制器（MCU）、电池管理系统（BMS）及充电机等。
三、整车通信网络管理整车系统通过CAN通信网络将各个子控制系统连接在一起。
整车系统通讯网络结构如下图所示。
VCU起到协调管理整个通信网络的功能，是各个子设备的通信服务端。
混合动力电动汽车动力系统试验方案及试验台架方案设计
优秀学位论文作者声明
本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立进行研究 所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
本人完全了解有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关 学位论文管理机构送交论文的复印件和电子版。同意省级优秀学位论文评选 机构将本学位论文通过影印、缩印、扫描等方式进行保存、摘编或汇编；同 意本论文被编入有关数据库进行检索和查阅。
武汉理工大学毕业论文（设计）
摘要
能源和环保问题将成为本世纪全球最为关注的问题，陆地交通工具是造成这两大问题 罪魁祸首，因此急需一种新的车型来取代传统的车型来缓解这些问题，混合动力电动汽车 (HEV)被证明是最近一段时间内的最佳选择。混合动力技术的开发很大程度上依赖于混合 动力试验技术，而先进的试验技术又要由完善的试验设备来保证。因而作为混合动力技术 开发的一种必不可少的基础设施，混合动力试验台架的研究与开发是非常必要和重要的。 本文首先分析了混合动力电动汽车动力系统的构成，依此对混合动力电动汽车结构形式进 行了分类，并给出了每一类混合动力电动汽车在各种工况下的能量流分配，然后对混合动 力台架试验技术做了概括性介绍，最后提出了混合动力电动汽车动力系统试验台架的前期 建设方案，完成了测功机的选型分析，联轴器及传动轴的设计，提出了冷却水供给系统， 燃油供给系统，进排气系统及供电系统的初步方案。 关键词：混合动力电动汽车 动力系统 试验台架
本学位论文内容不涉及国家机密。
论文题目：混合动力电动汽车动力系统试验方案 及试验台架方案设计
作者单位：武汉理工大学 作者签名：
年月日
武汉理工大学毕业论文（设计）
目录
基于V流程的电动汽车VCU的开发和测试
电动汽车整车控制系统电力驱动车辆是以电力作为能源、由电动机驱动的机动车辆。
在外形上, 电动车与传统的汽车并无显著差异, 它们的主要区别在于动力和驱动系统。
如图1 所示, 电动车的基本结构系统[2 ]可分为3 个子系统, 即电力驱动子系统(如图2 所示)、主能源子系统和辅助控制子系统。
其中, 电力驱动子系统由电控系统、电机、机械传动系统和驱动车轮等部分组成; 主能源子系统由主电源和能量管理系统构成, 能量管理系统是实现能源监控、能量再生、协调控制等功能的关键部件; 而辅助控制子系统主要是为电动车提供控制电源, 具有辅助电源的控制、动力转向、充电控制及空气调节等功能。
整车控制系统由整车控制器、通信系统、零部件控制器以及驾驶员操纵系统构成，其主要功能是根据驾驶员的操作和当前的整车和零部件工作状况，在保证安全和动力性的前提下，选择尽可能优化的工作模式和能量分配比例，以达到最佳的燃料经济性和排放标准。
（1）整车控制系统及功能分析1）控制对象：电动汽车驱动系统包括几种不同的能量好饿储能元件（燃料电池，内燃机或其他热机，动力电池和/或超级电容），在实际工作过程中包括了化学能、电能和机械能之间的转化。
电动汽车动力系统能流图如下：能量流信息流3）整车控制系统对车辆性能的影响主要有三个方面：①动力性和经济性②安全性③驾驶舒适性及整车的协调控制电动汽车整车控制系统如下：（2）整车控制器1）整车控制器功能：整车控制器是控制系统的核心，承担了数据交换、安全管理和能量分配的任务。
根据重要程度和实现次序，其功能划分如下。
①数据交互管理层②安全故障管理层③驾驶员意图层④能量流管理层2）整车控制器硬件：ControlBase_VT for AT/AMT/DCT/HEV/EV模块图环境试验电性能试验订购信息3）整车控制器的开发现在的ECU开发多采用V模式开发流程。
V模型开发流程如下：第一步，功能定义和离线仿真第二步，快速控制器原型和硬件开发第三步，目标代码生成第四步，硬件在环仿真第五步，调试和标定控制器开发采用国际流行的V流程开发模式，V流程开发模式示意图如下：控制器开发V流程V流程包含五个基本步骤：(1)图形化建模和离线仿真：在这个阶段，我们将控制器的开发需求转换为SIMULINK模型算法设计，将控制器的算法和被控对象的算法共同在MATLAB/SIMULINK环境下搭建。
新能源汽车用电机控制器的设计与测试
新能源汽车用电机控制器的设计与测试摘要：在当前汽车行业，新能源汽车已然成为主要发展趋势。
与传统燃油型汽车明显不同的是，新能源汽车不仅仅能够降低汽车为其对环境造成的污染，而且还能够有效保证汽车自身行驶的距离及其速度。
通过进一步推进新能源汽车的不断发展以及产业化，能够有效实现节能减排这一发展目标，同时还能够有效推进其创新能力提升，进一步推动汽车产业自身结构的进一步调整，这是培养新的经济增长点以及振兴中国汽车工业的一个重大举措。
由此可见，新能源汽车维修问题开始得到重视。
关键词：新能源汽车；用电机控制器；设计；测试引言随着环保概念的提出，各个领域都在倡导绿色环保，因此针对人类不可或缺的出行也将逐步推广绿色能源的电动车辆，其中电动车辆除了当前燃油车辆具备的各项功能之外，还可以针对车辆运行场景的不同，实现不同电源模式的跳转。
现有的电动车辆的电源模式的跳转需要先通过当前电源模式下电之后，才可以开始新的电源模式的上电操作，并且随着车辆运行场景的不断丰富，多次的下电-上电的操作使用户操作繁杂，且将在一定程度上影响车辆的使用年限，因此提出一种新的电源模式跳转的方式用以应对当前多种电源模式跳转的需要。
1新能源汽车的工作原理目前常见的新能源汽车有纯电动汽车、混合动力汽车和燃料电池电动汽车，其中纯电动汽车和混合动力汽车技术较成熟，市场保有量较大。
纯电动汽车利用动力电池存储的电能驱动电动机运转，让汽车连续行驶。
混合动力汽车有两个或多个能同时工作的驱动系统，车辆的行驶功率依据车辆实际的行驶状态由单个或多个驱动系统提供。
燃料电池电动汽车实际上是纯电动汽车的一种，只是电池的工作原理不同，燃料电池通过电化学反应将化学能转化为电能，一般利用氢气充当电化学反应的还原剂，用空气中的氧气充当氧化剂。
下面以纯电动汽车为例简要说明其工作原理。
纯电动汽车主要由驱动电机、动力电池组和电控系统组成。
电动机取代传统汽车的发动机驱动汽车行驶，其动力性可轻松超越普通内燃机，动力输出的快速响应能力也远高于发动机，反应更灵敏。
整车控制器实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的本次实验旨在了解和掌握整车控制器的结构、原理和工作流程，通过实际操作和数据分析，验证整车控制器在新能源汽车中的关键作用，并加深对整车控制器核心功能模块（VCU、MCU、BMS）的理解。
二、实验原理整车控制器（Vehicle Control Unit，VCU）是新能源汽车的核心电子控制单元，主要负责对动力系统、电机控制器和电池管理系统进行实时监控和控制，确保车辆的安全、稳定和高效运行。
1. VCU（整车控制器）：实现整车控制决策的核心电子控制单元，通过采集油门踏板、挡位、刹车踏板等信号来判断驾驶员的驾驶意图，监测车辆状态（车速、温度等）信息，向动力系统、动力电池系统发送车辆的运行状态控制指令，控制车载附件电力系统的工作模式，具有整车系统故障诊断保护与存储功能。
2. MCU（电机控制器）：负责控制电机的启动、停止、加速、减速等功能，通过接收VCU的控制指令，实现电机的精确控制。
3. BMS（电池管理系统）：负责电池的充放电管理、状态监测、安全保护等功能，确保电池在安全、可靠的前提下运行。
三、实验内容1. 整车控制器硬件结构分析：观察整车控制器的外观结构，分析其内部主要部件和连接方式。
2. 整车控制器软件功能测试：通过编程或使用现有软件工具，对整车控制器的各项功能进行测试，包括油门响应、制动控制、故障诊断等。
3. 整车控制器与电机控制器、电池管理系统交互测试：验证整车控制器与电机控制器、电池管理系统之间的数据交互，确保各个模块协同工作。
4. 整车控制器故障诊断与处理：模拟整车控制器故障，观察其故障诊断和保护功能，分析故障原因和解决方法。
四、实验步骤1. 整车控制器硬件结构分析：- 观察整车控制器的外观结构，记录其主要部件和连接方式；- 分析VCU、MCU、BMS等模块之间的连接关系。
2. 整车控制器软件功能测试：- 编写测试程序，模拟驾驶员操作，测试油门响应、制动控制等功能；- 观察整车控制器的工作状态，记录数据变化。
混合动力汽车动力系统控制策略试验分析
在全 球环境 压力 日益 增加 和不 可再生 能源逐 渐 枯竭 的情 况下 ，电动汽 车的研 发 已成为 当今汽 车技
术研究的重要方向。混合动力客车作为步入纯电动 汽车时代一个阶段性产物 ， 由于技术相对成熟 、 成本 相对较低 、燃料经济性较好而获得了最为广泛的发 展。 现阶段 ， 国完全 自主知识产权的混合动力客车 我 虽然普遍能获得较为理想的燃料经济性 ，但也存在
的下限时， 为保证车辆的正常起步 ， 此时发动机输入 功率给电机 ， 电机发电经逆变器存储至电池 ， 功率流 如图 ２ 中的线路④。同时 ，当车辆行驶过程中电池 Ｓ Ｃ出现低 于设定值 的下 限时 ， Ｏ 此时 ， 发动机 除提 供功率保证车辆正常行驶之外 ，还须控制 电机处于 发电工作状态 以给动力电池充 电，功率流如图 ２中 的线路④＋ 线路③。
系统 匹配 欠优 、 成本 较高 、 系统 集成 度低等 不 足 。因
一 ： 机 ・ ： 号 僭 传输
为， 如果只是从燃料经济性 出发 ， 仅仅通过增加动力 电池容量 、 更换大功率电机 、 提高纯电动行驶工况范 围就可以获得较为理想的效果 ，而混合动力最为核 心的整车控制技术的优越性却没有得到最为充分的 体现。因此， 通过试验分析混合动力汽车控制策略， 对 于动力系统的匹配优化和整车成本的降低意义重大。
１ 动力 系统 组成及 工作模 式 １１ 系统结 构 ．
图 １ 某混合动力客车动力系统
１ 工作 模式 ． ２
混合动力汽车的优势就在于能实现多种工作模 式 相结 合 ， 以适 应不 同行驶 条件 的需要 。 国内某 装 对 配伊顿混合动力系统城市客车的试验数据进行分析 ， 可知该混合动力系统实现了多种工作模式相结合。 ａ 电机驱动模式 当电池荷 电状态 （ｔｅｏ ） 纯 Ｓｔ ｆ ａ ｃａ ｅｓ ｃ 较高且车辆低速及较低负荷条件时 ， ｈｒ ，ｏ ） ｇ 整 车 以纯 电动行驶 的模式驱动车辆 ， 功率流如图 ２ 第 （ ８ ８页） 中的线路①。这种工作模式尤为适合混合动 力 城市 客车交 通拥挤 时 常见 的蠕 行工 况 。 时 ， 混 此 该 合动力系统中发动机处 于较低负荷工作状态 ，以给 转 向、 制动、 空调等系统提供功率输 出， 这是车辆未 完 全 电动化发 动机必 须工 作 的主要原 因 。 ｂ ） 再生制动能量回馈模式 这种工作模式是混 合动力汽车实现节能环保的 ３ 项重要措施之一。在 车辆中等强度制动时，控制电机 以发电机的模式进
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不断加深的世界能源危机以及严峻的环境问题促使世界各国把新能源汽车作为未来汽车工业发展的主流方向［1-2］。
未来10年内，按照国家新能源汽车的相关政策和国际上技术发展的趋势，混合动力汽车和纯电动汽车将作为一种比较成熟的交通工具得到规模化的应用［3］。
中国科技部也将“混合动力汽车产业化技术攻关”列为国家高技术发展计划（863计划）重点发展项目之一。
VCU是混合动力汽车的核心控制部件，高性能、高可靠性及成本低廉是其硬件设计需要考虑的三个重要方面。
目前国内整车控制器多是针对相应车辆进行的专门设计，不同种类车辆使用的控制器硬件不能完全通用［4-6］。
对VCU硬件进行通用性设计可以降低硬件设计、试验及维护成本。
本文期望通过综合考虑多种HEV的控制需求，设计出符合通用性要求的VCU平台，届时仅更改其内部软件和外部接线方式即可使其匹配至诸如ISG（起动机/发电机一体化）、串联式、并联式等类型的混合动力汽车上，实现整车控制功能。
本文仅以某款并联混合动力公交车作为研究对象，对VCU的通用性设计和开发展开研究。
1并联混合动力汽车控制系统分析如图1所示，该并联式混合动力公交车的动力来源为发动机和电动机，二者通过连接后桥的耦合器实现动力合成。
VCU控制发动机、电机控制器和超级电容控制器，实现车辆各种工作模式。
VCU是混合动力汽车的核心控制单元，它采集加速踏板、制动踏板、离合踏板及其他部件信号并做出相应判断后，控制下层的各部件和控制器的动作，doi:10.3969/j.issn.1005-2550.2012.03.018尉进，赵韩，江昊（合肥工业大学机械与汽车工程学院，合肥230009）摘要：基于飞思卡尔公司的双核微控制器9S12XDT512开发了一款通用的混合动力汽车（HEV）整车控制器（Vehicle Control Unit-VCU），设计时考虑硬件的通用性，使之能够适用于多种混合动力汽车的整车控制。
为验证VCU功能，本文以某款并联混合动力公交车为控制对象，在基于dSPACE的硬件在环仿真系统上进行了一系列仿真试验。
试验结果表明：VCU能够准确地控制整车实现混合动力工作状态，进而验证了VCU硬件的有效性。
关键词：混合动力汽车；整车控制器；9S12XDT512；双核微控制器；dSPACE；硬件在环仿真中图分类号：U462文献标志码：A文章编号：1005-2550（2012）03-0070-06Development and Testing of Vehicle Control Unit for Hybrid Electrical VehicleWEI Jin，ZHAO Han，JIANG Hao（School of Mechanical and Vehicle Engineering，Hefei University of Technology，Hefei230009，China）Abstract：A general-purpose Vehicle Control Unit（VCU）was developed using a Freescale's microcontroller （9S12XDT512）with dual cores.In the development of VCU，generality of hardware was considered to make sure it could be applied to many kinds of Hybrid Electrical Vehicle（HEV）control.To verify the function of VCU，this article took a hybrid electrical bus as the controlled subject and then organized a series of simulation testing using a hardware in-the-loop simulation system based on dSPACE.The testing indicated that VCU could accurately control the vehicle to achieve hybrid working state，verifying the validity of the hardware of VCU.Key words:Hybrid Electrical Vehicle（HEV）；Vehicle Control Unit（VCU）；9S12XDT512；microcontroller with dual cores；dSPACE；hardware in-the-loop simulation混合动力汽车整车控制器开发与试验收稿日期：2012-02-03基金项目：国家“863”节能与新能源汽车重大资助项目（2008AA11A139）70··驱动汽车正常行驶。
作为整车的指挥管理中心，VCU 对汽车的正常行驶、制动能量回收、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。
图1整车各部分联系示意图2整车控制器设计2.1整车控制器硬件设计2.1.1硬件基本技术要求（1）VCU 能够采集数字和模拟信号，能够对输入信号做出正确处理，并输出相应控制信号。
（2）易调试、可扩展，具有可重复擦写的存储器，便于存储系统参数。
（3）电压工作范围宽（12V ～36V ），温度工作范围确定为-40℃～85℃；要求VCU 能适应车辆运行中遇到的诸如震动、噪音、潮湿、冲击等。
（4）具有良好的电磁兼容性，满足国家对相关行业电气设备的电磁兼容标准。
在本文研究的混合动力汽车中，其电机控制器和电机均会产生强烈的电磁干扰，所以VCU 要有较强的电磁抗干扰能力［7］。
（5）VCU 发生严重故障时能够保证车辆具有最基本的行驶能力，这点对于城市公交车特别重要，因此VCU 要在硬件上实现严重故障后的车辆“跛行回家”功能。
2.1.2整车控制器元件选型为实现可靠性要求，元件选用汽车级产品。
（1）微控制器选用：按照所处理信号数量及存储要求，微控制器选用飞思卡尔公司的汽车级ECU 芯片9S12XDT512MAA 。
（2）外围芯片选用：模数转换芯片选用AD5623，实时时钟芯片选用DS1390，逻辑门芯片选择NXP 公司的产品，隔离电路根据信号传输速度和种类不同，分别选用了普通光耦、高速光耦和线性光耦，运放采用MAXIM 汽车级产品，DCDC 采用了金升阳宽电压输入产品。
（3）分立器件选用：传输信号用固定电阻选用KOA 的RA73H2A 系列产品，微调电阻选用村田PV37WY 系列产品，功率电阻采用国产碳膜电阻；贴片电容采用风华高科X7R 型电容，大容量极性电容采用松下TK 系列铝电解电容，小容量的电容采用风华高科CA45型钽电容；滤波电感选用TDK 的屏蔽电感。
2.1.3硬件电路设计图2描述了VCU 硬件电路总体结构。
VCU 多输入、多输出、数模混合共存的复杂系统，其各个功能电路相对独立，因此可以按照模块化思想设计硬件系统的各个模块，主要包括：电源模块、核心控制模块、信号隔离模块。
（1）核心控制模块：图2中“核心板”部分。
负责数据的处理、逻辑运算以及控制功能的实现。
MCU 芯片9S12XDT512MAA 运行速度快（最高总线速度可达40MHz ），拥有大容量内存（512KB 的Flash 、20KB 的RAM ）可以满足VCU 运行状态记录等要求，丰富的外设（SCI 、SPI 、CAN 、PWM 、ADC 等），可以省去相关芯片。
该MCU 还新增了XGATE 协处理器成为双核MCU ，后者可以单独处理繁重的通信和中断处理任务，使主核心从通信中解放出来以专门处理各种复杂的控制算法，程序运行效率得到了极大的提升。
核心控制模块还布置了实时时钟（RTC ）、模数转换（DA ）和有源滤波电路。
图2VCU 硬件部分联系示意图点火、挡位、模式等信号加速、刹车、离合踏板信号模拟信号输入隔离模块VCU电子油门DA SPIA/D PLLS12XGATE5V 基准车载电源仪表等电源板电源滤波SCICANI/OCAN 收发隔离模块RS232隔离模块RTC 核心板低通滤波有源晶振数字信号输入隔离模块数字信号输出隔离模块指示灯、空调、风扇等开关CAN 网络发动机管理系统超级电容控制器电机控制器仪表等MCU模拟信号输出隔离模块发动机及ECU离合器五挡变速箱耦合器车轮后桥车轮电机机械联接电气联接油门控制信号CAN1电机控制器超级电容超级电容控制器驾驶室加速、制动、离合踏板，挡位信号仪表CAN2整车控制器VCU点火信号71··Bat 24V 1L102C106L103OV435VRB2405LD-15W612U101Vm +Vo TRIM GND CTRLC105+++C103C102C104L101C101Cpu D+5VR103+图3电源模块电路部分原理图（2）电源模块：由于VCU 的核心控制模块与车身需要隔离，因此电源模块要能够为核心控制模块提供与车身隔离的电源。
电源模块要提供的电源有供给核心板的隔离+5V 、±12V 和接口板需要的非隔离+5V 、±12V 。
其中的±12V 电源均用于给运放和电压基准供电。
隔离电源由DCDC 隔离模块产生，非隔离电源由LM2576产生。
电源模块单独设计成一块电路板，靠插接件联接到VCU 的接口板上。
图3显示了部分电源模块电路。
（3）信号隔离模块：该模块的作用是对VCU 的各种信号进行调理与隔离，提高VCU 整体的抗干扰能力。
来自电子踏板的信号和VCU 输出至电子油门的信号等模拟信号使用线性光耦HCNR201隔离；来自车身上的开关量信号及VCU 输出至指示灯等低速数字信号使用低速光耦PC817隔离；来自转速传感器的信号以及VCU 的PWM 输出等高速数字信号使用高速光耦隔离。
隔离芯片前后需要的隔离电源由电源板产生。
图4分别是低速数字信号隔离输入电路、低速数字信号隔离输出及驱动电路、模拟信号输入隔离电路。
2.1.4电磁兼容与抗干扰设计国标GB/T4765—1995《电磁兼容术语》对“电磁兼容”的定义是：“设备或系统在其电磁环境中能正常工作，且不对该环境中任何事物构成不能接受的电磁骚扰的能力。
”从电磁兼容的角度出发，除了设备能按设计要求完成其功能外，还有两点要求：Cpu D +5VPC81712147VDD GNDBAT_24V_3Cpu D +5VMB +12V 823A _+4MB -12V11234876523_+A 841Cpu A +12V Cpu_A_-12VCpu_AGNDHCNR201LEDc NC LEDaNCPD1c PD2c PD1a PD2a 图4信号隔离模块电路部分原理图72··（1）系统本身抗电磁干扰能力要强，不易受到外界环境的干扰。