新能源汽车整车控制系统

锂电联盟会长 2023-10-18 12:05

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来源 | 线束中国

关于汽车电控系统，它其实并不是新能源电动汽车专有的，燃油车同样具备，只不过新能源电动汽车的电控系统更加的复杂，也更强大。

汽车电控系统，就是汽车电子控制系统，是由模块控制的系统总称，它由硬件和软件构成，电控其实就是车辆所有电子控制系统的软件+硬件的总称，我们可以将整个电控系统理解为车辆的神经系统，这个系统可以控制车辆的运行能力，所以电控系统越强大，车辆的控制与行驶能力越出色。今天咱们就来聊聊新能源汽车的整车控制系统。

整车控制系统由加速踏板位置传感器，制动踏板位置传感器，电子换挡器等输入信号传感器，整车控制器(VCU)，电机控制器(MCU)，电池管理系统(BMS)等控制模块和驱动电机，动力电池等执行元件组成。

应用图

组成构架图

汽车上的这些控制器通过CAN网络来通信。CAN，全称为“Controller Area Network”，即控制器局域网，是国际上应用最广泛的现场总线之一。最初，CAN被设计作为汽车环境中的微控制器通讯，在车载各电子控制装置ECU之间交换信息，形成汽车电子控制网络。比如：发动机管理系统、变速箱控制器、仪表装备、电子主干系统中，均嵌入CAN控制装置。

整车控制系统的功能

1.驾驶员驾驶意图解析

主要是对驾驶员操作信息及控制命令进行分析处理,也就是将驾驶员的油门信号和制动信号根据某种规则,转化成电机的需求转矩命令。因而驱动电机对驾驶员操作的响应性能完全取决于整车控制的油门解释结果,直接影响驾驶员的控制效果和操作感觉。

2.整车驱动控制

根据驾驶员对车辆的操纵输入(加速踏板、制动踏板以及选档开关)、车辆状态、道路及环境状况,经分析和处理,向整车管理系统发出相应的指令,控制电机的驱动转矩来驱动车辆,以满足驾驶员对车辆驱动的动力性要求;同时根据车辆状态,向整车管理系统发出相应指令,保证安全性、舒适性。

3制动能量回馈控制

整车控制器根据加速踏板和制动踏板的开度、车辆行驶状态信息以及动力电池的状态信息(如SOC值)来判断某一时刻能否进行制动能量回馈,在满足安全性能、制动性能以及驾驶员舒适性的前提下,回收部分能量。包括滑行制动和刹车制动过程中的电机制动转矩控制。

4.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、电动泵等)的协调和管理,提高整车能量利用效率,延长续驶里程。

在纯电动汽车中，电池除了给驱动电机供电以外，还要给其他电器供电。因此，为了获得最大的续驶里程，整车控制器将负责整车的能量管理，以提高能量的利用率。在电池的SOC值比较低的时候，整车控制器将对其他电器发出指令，限制其他电器的输出功率，或关闭部分辅助设备来增加续驶里程。

5.充电过程控制

与电池管理系统共同进行充电过程中的充电功率控制,整车控制器接收到充电信号后,应该禁止高压系统上电，保证车辆在充电状态下处于行驶锁止状态;并根据电池状态信息限制充电功率,保护电池。

6.电控系统的上下电控制

1.高压上电

点火钥匙ON档，BMS、MCU当前状态正常、且在之前一次上下电过程中整车无严重故障

1. BMS、MCU初始化完成，VCU确认状态

2.闭合电池继电器

3. 闭合主继电器

4.MCU高压上电

5.如档位在N档，仪表显示Ready灯点亮

2.下电顺序

纯电动车下电只需点火钥匙打到OFF档，即可实现高压、低压电的正常下电

1.点火钥匙到OFF档，主继电器断开、MCU低压下电

2.辅助系统停止工作，包括DC/DC、水泵、空调、暖风

3.BMS新开电池继电器

4.整车控制器下电 (VCU) 整车控制器在下电前会存储行车过程中发生的故障信息

7.电动化辅助系统管理

电动化辅助系统包括电动空调、电制动、电动助力转向。整车控制器应该根据动力电池以及低压电池状态,对 DC/DC、电动化辅助系统进行监控。

8.车辆状态的实时监测和显示

整车控制器应该对车辆的状态进行实时检测,并且将各个子系统的信息发送给车载信息显示系统,其过程是通过传感器和 CAN总线,检测车辆状态及其动力系统及相关电器附件相关各子系统状态信息,驱动显示仪表,将状态信息和故障诊断信息通过数字仪表显示出来。

9.故障诊断与处理

连续监视整车电控系统，进行故障诊断，并及时进行相应安全保护处理。根据传感器的输入及其它通过CAN总线通讯到的电机、电池、充电机等信息，对各种故障进行判断、等级分类、报警显示;存储故障码，供维修时查看。故障指示灯只是出故障类型和部分故障码。在行车过程中，根据故障内容作故障诊断与处理。

整车的故障等级进行4级划分：

10.远程控制

(1)远程查询功能

用户可以通过手机APP实时查询车辆状态，实时了解车辆的状况包括:剩余SOC值、续驶里程等。

(2)远程空调控制

无论是在炎热的夏季还是在寒冷的冬季，用户在出门前就可以通过手机指令实现远程的空调制冷、空调暖风和除霜功能。

(3) 远程充电控制

用户离开车辆时将充电枪插入充电桩，并不进行立即充电，可以利用电价波谷并在家里实时查询SOC值，需要充电时通过手机APP发送远程充电指令，进行充电操作

11.整车CAN总线网关及网络化管理

电动轿车CAN总线系统由中央控制器、电池管理系统、电机控制系统、制动控制系统、仪表控制系统组成。各个控制器之间通过CAN总线进行通信，以实现传感器测量数据的共享、控制指令的发送和接收等，并使各自的控制性能都有所提高，从而提高系统的控制性能。它们之间的通信与信息类型为信息类和命令类。信息类主要是发送一些信息，如传感器信号、诊断信息、系统的状态。命令类则主要是发送给其他执行器的命令。

12.基于CCP的在线匹配标定

基于CCP的在线匹配标定协议采用主-从式通信方式，主设备通过CAN总线与多台从设备相连接，主设备是测量标定系统，从设备是需要标定的ECU，主设备首先与其中一个从设备建立逻辑链接。建立逻辑连接后，主、从设备之间所有的数据传递均由主机控制，从设备执行主设备命令后返回包含命令响应值或错误代码等信息的报文,同时从设备可以根据主设备通过控制命令所设置的列表信息，来定时地向主设备传送变量信息，数据的传递是由主设备初始化并且由从设备来执行的，并且是由固定的循环采样频率或者事件触发的。

13.DC/DC控制与EPS控制

(1) DC/DC控制

DC/DC变换器即是把直流电压变换为另一数值的直流电压，是开关电源技术的一个分支。它是由半导体功率器件作为的开关管、二极管、电感、电容、负载和直流电源构成的，通过使带滤波器的负载电路和直流电压时而接通、时而关断，使得负载上得到另一个直流电压。

(2) EPS控制

汽车电动助力式转向系统利用电动机产生的转矩,经过转向系统减速及传递机构转化后协助驾车者进行动力转向。不同车的EPS结构部件尽管不一样,但基本原理是一致的。在检测到有效汽车点火信号后,当转向轴转动时,转矩或转角传感器将检测到的转矩和转角信号输出至电子控制单元ECU

ECU根据转矩、转角信号,汽车速度、轴重负载信号等进行分析和计算,得出助力电动机的转向和目标助力电流的大小,从而实现助力转向控制。

14.换挡控制功能

换挡控制功能关系着驾驶员的驾驶安全，正确理解驾驶员意图，以及识别车辆合理的档位，在基于模型开发的档位管理模块中得到很好的优化。能在出现故障时作出相应处理保证整车安全，在驾驶员出现档位误操作时通过仪表等提示驾驶员，使驾驶员能迅速做出纠正。

15.防溜车功能控制

纯电动汽车在坡上起步时，驾驶员从松开制动踏板到踩油门踏板过程中，会出现整车向后溜车的现象。在坡上行驶过程中，如果驾驶员踩油门踏板的深度不够，整车会出现车速逐渐降到0然后向后溜车现象。因此为了防止汽车在坡上起步和运行时向后溜车现象，在整车控制策略中增加了防溜车功能。

防溜车功能可以保证整车在坡上起步时，向后溜车小于10CM;在整车坡上运行过程中如果动力不足时，整车车速会慢慢降到0，然后保持0车速，不再向后溜车。

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