电动汽车整车控制系统介绍

电动汽车整车控制系统介绍

本文主要探讨纯电动汽车整车控制系统功能及研发流程。根据用途,整个电气系统可分为动力系统、能源系统、底盘电子控制系统、照明指示系统、仪表显示系统、辅助系统、整车综合控制系统、空调系统和舒适性安全系统等子系统。其中很多功能模块都需要和整车综合控制系统相关。整车电气系统列出如表1所示。

整车综合控制系统根据驾驶员的操作指示(油门、刹车等),综合汽车当前的状态解释出驾驶员的意图,并根据各个单元的当前状态作出最优协调控制。

1 整车控制器系统配置

整车控制器与整车其他电气系统连接如图1所示。整车控制器通过CAN总线与电池ECU、电机ECU、电源分配ECU、ABS系统、中控门锁、仪表显示系统连接。与其余的电气系统通过IO端口连接(也可使用CAN通讯)。下面分别对各电气单元的功能要求分别叙述。

1.1 动力系统提供整车的动力输出,其核心是驱动电机和电机驱动ECU

电机驱动ECU通过CAN总线与整车综合控制器通讯。应能提供电机转速、转矩、功率、电压、电流、水温、工作模式等参数。并应该能接受整车控制器发来的控制命令。

1.2 能源系统包括电池、电池管理单元和电源分配系统

与整车控制器通讯的有电池管理ECU和电源分配ECU。

电池管理ECU对电池进行充放电管理及保护。它应能提供电池组总电压、电流、单体电池电压、温度、剩余电量、电池健康状态、故障类型等信息。

电源分配ECU应能提供各个子电源的电压、电流和工作温度以及故障类型等信息。

1.3 ABS系统应能提供各个车轮的转速、液压系统状态、各个制

动阀的状态以及自身的工作状态等信息

1.4 中控门锁,应提供各车门状态等信息

1.5 仪表显示系统,应向整车控制系统提供所显示信息的全部内容

1.6 照明指示系统,可以通过CAN总线来控制,也可以通过IO来指示照明指示系统的运行状态

1.7 转向助力、制动助力、变速箱需提供档位位置、液压压力、工作状态等信息

可以是简单的开关量也可以用CAN总线通讯。

1.8 驾驶员的油门踏板和制动踏板经信号调理后接入到整车控制器内

2 整车控制器详细功能

纯电动汽车的整车控制器的主要功能包括:汽车驱动控制、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、行车记录等。整车控制器功能框图如图2所示。整车控制器通过CAN总线和IO端口来获得如加速踏板开度、电池SOC、车速等信息,并根据这些信息输出不同的控制动作。

下面分别介绍各部分实现的具体功能。

2.1 汽车驱动控制

根据司机的驾驶要求、车辆状态等状况,经分析和处理,向电机控制器发出指令,满足驾驶工况要求。包括启动、前进、倒退、回馈制动、故障检测和处理等工况。

2.2 整车能量优化管理

通过对电动汽车的电机驱动系统、电池管理系统、传动系统以及其它车载能源动力系统(如空调)的协调和管理,以获得最佳的能量利用率。

2.3 网络管理

整车控制器作为信息控制中心,负责组织信息传输,网络状态监控,网络节点管理等功能,网络故障诊断和处理。

2.4 回馈制动控制

根据制动踏板和加速踏板信息、车辆行驶状态信息、蓄电池状态信息,向电机控制器发出制动指令,在不影响原车制动性能的前提下,回收部分能量。

2.5 故障诊断和处理

连续监视整车电控系统,进行故障诊断。存储故障码,供维修时查看。故障指示灯指示出故障类别和部分故障码。根据故障内容,及时进行相应安全保护处理。对于不太严重的故障,能做到“跛行回家”。

2.6 车辆状态监测和显示

整车控制器通过传感器和CAN总线,检测车辆状态及其各子系统状态信息,驱动显示仪表,将状态信息和故障诊断信息经过显示仪表显示出来。显示内容包括:车速,里程,电机的转速、温度,电池的电量、电压、电流,故障信息等。

2.7 行车记录

行车记录记录一段时期内的整车运行数据记录,包括电池电压、电流、SOC、各单元温度、油门踏板/刹车踏板状态、车速等信息。

3 整车控制器研发流程

整车控制器的主要功能是根据整车设计要求及选择的各单元总成的性能,采用适当的控制方法,使整车的整体功能/性能达到设计要求,并满足相关国标/行标要求。因此,整车控制器的功能/性能试验是和整车试验结合在一起的。而整车试验需经过多种试验方式,因而整车控制系统的试验也需经过多种试验过程。由于整车性能试验比较耗时耗力,因此有必要在整车道路试验前,尽量进行完备的仿真、测试和试验。因此,整车控制器研发过程中,仿真和测试是很重要的手段。整车控制器研发过程可分为参数计算、系统仿真、半实物在环系统仿真、台架及道路试验这四个阶段。

3.1 参数计算

参数计算阶段要根据整车设计提出的性能要求及各总成单元的性能,进行验证计算,并选择适当的控制参数及策略,使整车性能达到设

计要求。和整车控制器相关的计算参数包括汽车一般参数、动力性参数、制动性参数。

整车设计总体要求及关键技术涉及的参数参见附录1。附录1中列出了纯电动汽车整车方案设计中各总成的技术参数。我们可根据附录1中所列出参数,选择适当的控制策略和控制参数,计算得到整车续行里程、动力特性、爬坡能力、加速能力、制动能力等参数。

3.2 系统建模仿真

系统仿真阶段可根据整车各总成建立相应模型,仿真验证参数计算的结果,并优化相关控制策略。一般EV常采用的仿真软件有Advisor、PSAT等。

仿真软件可以提供如下仿真功能。

3.2.1 道路仿真

仿真软件可提供道路循环、多重循环和测试过程三种仿真工况来仿真车辆的性能。

(1)道路循环提供了CYC_ECE、CYC_ FTP和CYC_1015等56种国外标准的道路循环供用户选择,另外提供了行程设计器可以将多达八种不同的道路循环任意组合在一起,综合仿真车辆的性能。

(2)多重循环功能可以用批处理的方式以相同的初始条件,快速计算和保存不同的道路循环情况下的仿真结果,并将它们显示在一起,供用户进行比较。

(3)测试过程包括TEST_CITY_HWY和TEST_FTP等八种标准的测试过程供用户选择仿真。

3.2.2 加速度性能仿真

该功能可以仿真以下车辆性能:三组从初速度加速到末速度所需要的最短时间、某一时间段内车辆行驶的最大距离、行驶某一段距离所需要的最短时间、最大加速度和最大速度。

3.2.3 爬坡能力仿真

在设置车辆速度、持续时间、质量和多能源动力系统等参数后,可以仿真出车辆在给定速度下的爬坡性能。