純電動(dòng)汽車整車控制器軟件設(shè)計(jì)

楊凡

摘 要：整車控制器作為電動(dòng)汽車的控制核心部件之一，對(duì)電動(dòng)汽車的動(dòng)力經(jīng)濟(jì)性、平順性和安全性都有很大的影響。本文以某純電動(dòng)汽車為對(duì)象，針對(duì)其整車控制需求進(jìn)行分析，采用基于模型的開發(fā)方式，對(duì)其整車控制策略進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了整車控制軟件所需的功能。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車 整車控制器 控制軟件

近年來，隨著國(guó)內(nèi)消費(fèi)者對(duì)電動(dòng)汽車的認(rèn)可度不斷提升，電動(dòng)汽車市場(chǎng)不斷擴(kuò)容，各整車企業(yè)紛紛加大電動(dòng)汽車的研發(fā)投入。整車控制器作為電動(dòng)汽車的核心控制部件之一，是電動(dòng)汽車的控制中樞，其功能包括根據(jù)駕駛員操作對(duì)電動(dòng)汽車進(jìn)行有效控制，同時(shí)保證電動(dòng)汽車的動(dòng)力經(jīng)濟(jì)性、平順性和安全性，所以整車企業(yè)都期望掌握整車控制器的核心技術(shù)。本文以某純電動(dòng)汽車為研究對(duì)象，分析其整車控制需求，設(shè)計(jì)滿足控制要求的整車控制器軟件。

1 整車控制需求

某電動(dòng)汽車為前置前驅(qū)的純電動(dòng)車型，整車控制系統(tǒng)原理如圖1所示。與整車控制相關(guān)的高壓系統(tǒng)包括電池管理系統(tǒng)（動(dòng)力電池）、驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器、三合一控制器（PDU/OBC/DCDC）和壓縮機(jī)等，低壓系統(tǒng)部分主要有電動(dòng)真空泵、電子水泵、高低速風(fēng)扇和儀表等。

整車控制器通過采集加速踏板、制動(dòng)踏板、換擋機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和動(dòng)力電池等部件的狀態(tài)信息，判斷駕駛員操作意圖，根據(jù)相應(yīng)的控制策略和算法，得到整車所需的驅(qū)動(dòng)扭矩或部件控制狀態(tài)，將相應(yīng)指令發(fā)送給驅(qū)動(dòng)電機(jī)、動(dòng)力電池等，以實(shí)現(xiàn)駕駛員對(duì)車輛的有效控制，同時(shí)保證車輛的動(dòng)力經(jīng)濟(jì)性、平順性和安全性。

2 控制軟件架構(gòu)

整車控制器軟件采用基于模型的開發(fā)方式，在MATLAB/Simulink中建立整車控制策略模型，進(jìn)行相應(yīng)的仿真測(cè)試后，通過MATLAB/Embedded Coder自動(dòng)生成代碼，與基礎(chǔ)軟件集成編譯下載到整車控制器中，經(jīng)過硬件在環(huán)測(cè)試、實(shí)車道路標(biāo)定和整車試驗(yàn)等一系列測(cè)試驗(yàn)證，最終完成整車控制器軟件開發(fā)。整車控制器軟件分為應(yīng)用層和基礎(chǔ)軟件層，軟件架構(gòu)如圖2所示。應(yīng)用層是整個(gè)控制器軟件的核心層，包含高壓上下電、驅(qū)動(dòng)控制、故障診斷等整車控制策略，采用MATLAB/Simulink開發(fā);基礎(chǔ)軟件層包括：CCP服務(wù)、UDS服務(wù)、BOOTLOADER和網(wǎng)絡(luò)管理等模塊以及硬件驅(qū)動(dòng)模塊，硬件驅(qū)動(dòng)模塊為控制器IO、AD、CAN和FLASH等硬件資源驅(qū)動(dòng)函數(shù)，基礎(chǔ)軟件層采用C語言編寫。

3 整車控制器軟件策略設(shè)計(jì)

3.1 高壓上下電管理

電動(dòng)汽車高壓系統(tǒng)上下電管理分三種模式：驅(qū)動(dòng)模式、慢充模式（交流充電）和快充模式（直流充電），如圖3所示。驅(qū)動(dòng)模式是指由用戶通過車輛啟動(dòng)按鍵觸發(fā)，BCM執(zhí)行喚醒整車控制器動(dòng)作，整車控制器主導(dǎo)控制高壓系統(tǒng)上下電流程。慢充模式是指由用戶通過插入交流充電槍觸發(fā)，電池管理系統(tǒng)執(zhí)行喚醒整車控制器動(dòng)作，整車控制器配合完成交流充電過程。快充模式是指由用戶通過插入直流充電槍觸發(fā)，直流充電流程由電池管理系統(tǒng)和直流充電樁交互完成，整車控制器可對(duì)充電過程進(jìn)行監(jiān)控。

驅(qū)動(dòng)模式和慢充模式下高壓系統(tǒng)上電完成狀態(tài)的判定條件為：整車控制器發(fā)出主正接觸器閉合的指令后，電池管理系統(tǒng)執(zhí)行并反饋主正、主負(fù)接觸器處于閉合狀態(tài)且預(yù)充接觸器斷開，整車控制器才會(huì)認(rèn)定高壓系統(tǒng)完成上電。

為保證高壓系統(tǒng)上電安全，在高壓系統(tǒng)上電前和預(yù)充過程中，整車控制器需控制所有高壓用電部件處于停止工作狀態(tài)。特別是壓縮機(jī)、PTC和DC/DC，在確認(rèn)高壓系統(tǒng)完成上電后，才可以進(jìn)入到工作狀態(tài)。

3.2 驅(qū)動(dòng)控制

驅(qū)動(dòng)控制策略被分為驅(qū)動(dòng)工況、扭矩計(jì)算、扭矩濾波和扭矩限制等模塊，如圖4所示。

驅(qū)動(dòng)工況分為蠕動(dòng)，加速，滑行和制動(dòng)工況，通常定義條件如下：

3.2.1 蠕動(dòng)工況的判斷條件

（a）無制動(dòng)信號(hào);（b）加速踏板開度不大于某定值;（c）車速不大于某定值。

3.2.2 加速工況的判斷條件

（a）無制動(dòng)信號(hào);（b）加速踏板開度大于某定值。

3.2.3 滑行工況的判斷條件

（a）無制動(dòng)信號(hào);（b）加速踏板開度不大于某定值;（c）車速大于某定值。

3.2.4 制動(dòng)工況的判斷條件

（a）有制動(dòng)信號(hào)。

扭矩計(jì)算模塊根據(jù)驅(qū)動(dòng)工況采用不同的輸入信號(hào)進(jìn)行需求扭矩計(jì)算。蠕動(dòng)工況下以車速作為輸入信號(hào)進(jìn)行查表得到需求扭矩，對(duì)于車輛溜坡的情況還需要進(jìn)行特殊控制。在加速工況下，根據(jù)加速踏板開度和車速查詢扭矩MAP來得到需求扭矩，因?yàn)檐囕v設(shè)置有經(jīng)濟(jì)模式和動(dòng)力模式，則分為兩個(gè)不同的扭矩MAP，滿足動(dòng)力模式、經(jīng)濟(jì)模式下不同的加速性、能耗等要求。

滑行工況和制動(dòng)工況可以根據(jù)當(dāng)前車速計(jì)算需求扭矩，因該車型可以采集制動(dòng)踏板開度信號(hào)，則將制動(dòng)開度引入作為制動(dòng)工況扭矩計(jì)算的輸入，可以提高制動(dòng)工況下的能量回收率。

3.3 附件控制

3.3.1 DC/DC控制

在驅(qū)動(dòng)模式或慢充模式下，確認(rèn)高壓系統(tǒng)完成上電后，整車控制器使能DC/DC。高壓系統(tǒng)下電時(shí)，關(guān)閉DC/DC。整車控制器通過采集蓄電池電壓識(shí)別DC/DC故障，當(dāng)整車控制器使能DC/DC后，如蓄電池電壓連續(xù)一段時(shí)間內(nèi)小于某定值，則判定DC/DC出現(xiàn)故障。

3.3.2 散熱控制

電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)的散熱由電子水泵和高低速風(fēng)扇實(shí)現(xiàn)。高壓系統(tǒng)上電后，整車控制器將首先控制電子水泵工作在低轉(zhuǎn)速狀態(tài)，然后根據(jù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電機(jī)控制器、DC/DC和OBC的溫度情況，依次采取提高電子水泵工作轉(zhuǎn)速、打開低速風(fēng)扇、打開高速風(fēng)扇的措施對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行散熱。高低速風(fēng)扇采用滯環(huán)控制，防止風(fēng)扇頻繁啟停。

3.3.3 空調(diào)控制

整車控制器根據(jù)空調(diào)控制器的輸入信息進(jìn)行空調(diào)壓縮機(jī)和PTC工作控制。當(dāng)壓縮機(jī)工作時(shí)，還需結(jié)合三態(tài)壓力開關(guān)信號(hào)，對(duì)高低速風(fēng)扇進(jìn)行控制。壓縮機(jī)啟動(dòng)時(shí)，低速風(fēng)扇開始工作;中壓開關(guān)閉合時(shí)，高速風(fēng)扇開始工作。

4 結(jié)語

本文以某電動(dòng)汽車為對(duì)象，根據(jù)其整車控制需求，采用基于模型的方式進(jìn)行整車控制器軟件開發(fā)，對(duì)高壓上下電、驅(qū)動(dòng)控制和附件控制模塊進(jìn)行控制策略設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了整車控制目標(biāo)。

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