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整車控制器設(shè)計規(guī)范 1 整車控制器控制功能和原理 整車控制器的存在必要性 電動汽車是由多個子系統(tǒng)構(gòu)成 主要包括電池 電機 制動等動力系統(tǒng) 以及其它附件如空調(diào) 助力轉(zhuǎn)向等 各子系統(tǒng)幾乎都通過自己的控制單元 ECU 來完成各自功能 為了滿足整車動力性 經(jīng)濟性 安全性和舒適性的目標(biāo) 一方面必須具有智能化的人車交互接口 另一方面 各系統(tǒng)還必須彼此協(xié)作 優(yōu)化匹配 因此 純電動車需要整車控制器來協(xié)調(diào)和管理純電動汽車中的各個部件的共同工作 整車控制器功能 純電動車輛以整車控制器為主節(jié)點的 基于高速CAN總線的分布式動力系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò) 通過該網(wǎng)絡(luò) 整車控制器可以對純電動車輛動力鏈的各個環(huán)節(jié)進行管理 協(xié)調(diào)和監(jiān)控 提高整車能量利用效率 確保車輛安全性和可靠性 整車控制器功能 1 駕駛員的駕駛意圖識別 驅(qū)動車輛行駛 2 網(wǎng)絡(luò)管理 通信網(wǎng)絡(luò) 信息調(diào)度 網(wǎng)關(guān) 3 儀表顯示 4 故障診斷與處理 診斷系統(tǒng)部件故障并相應(yīng)的故障處理 按照標(biāo)準(zhǔn)格式存儲故障碼 5 參數(shù)標(biāo)定 通過CAN總線 進行控制參數(shù)的修改 標(biāo)定 6 能量管理 通過控制驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)動和控制動力電源系統(tǒng)的能量輸出與關(guān)閉 2 電動汽車動力總成分布式基本網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) 基于CAN總線的分布式控制網(wǎng)絡(luò) 是實現(xiàn)各個子系統(tǒng)實現(xiàn)協(xié)同控制的理想途徑 采用CAN總線網(wǎng)絡(luò)還可以大大減少個設(shè)備間的連接線束 并提高系統(tǒng)監(jiān)控水平 采用拓撲網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 其主要的優(yōu)點是 電纜短 容易布線 總線結(jié)構(gòu)簡單 又是無源元件 可靠性高 易于擴充 增加新節(jié)點只需在總線的某點將其接入 電動汽車動力總成分布式基本網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) 電動汽車動力總成分布式基本網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) 整車控制器通過采集駕駛員的駕駛意圖 通過CAN總線對網(wǎng)絡(luò)信息進行管理 調(diào)度 分析和運算 針對所配置的不同車型 進行相應(yīng)的能量管理 實現(xiàn)整車驅(qū)動控制 能量優(yōu)化控制 制動回饋控制和網(wǎng)絡(luò)管理等功能 3 標(biāo)準(zhǔn)的整車控制器開發(fā)流程 V模式 現(xiàn)代的開發(fā)流程是采用計算機輔助工具來進行的 可以支持從需求定義直到最終產(chǎn)品的全過程 下圖是簡化模式 V模式 自頂向下 開發(fā)逐漸細化最終形成開發(fā)的ECU原型 從下向上 通過測試形成與最初設(shè)想一致的產(chǎn)品 經(jīng)過對國外汽車著名開發(fā)商如 Audi AVL BMW Bosch RicardoEngineering Siemens Ford等的了解 他們普遍采用現(xiàn)代的設(shè)計開發(fā)流程 離線功能仿真 快速控制原型 自動代碼生成 硬件在回路仿真 參數(shù)標(biāo)定所構(gòu)成的 V模式 新的開發(fā)流程符合國際汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) ASAM ASAP 標(biāo)準(zhǔn)的整車控制器開發(fā)流程 V模式 3 1 整車及控制策略仿真 采用仿真為主 硬件在環(huán)測試和實車標(biāo)定為輔的方式相結(jié)合來研究整車的控制策略 首先利用Cruise建立電動汽車的整車模型 在matlab simulink下建立整車的控制策略模式 利用Cruise和matlab simulink相互耦合就可以在不同的工況下計算并評價車輛的經(jīng)濟性能 動力性能及控制的平順性等 從而可以評價控制策略的優(yōu)劣和車輛的性能 整車及控制策略仿真 整車及控制策略仿真 CRUISE是由奧地利著名的發(fā)動機制造與咨詢公司AVL公司開發(fā)的 用于研究汽車動力性 燃油經(jīng)濟性 排放性能及制動性能的高級模擬分析軟件 其靈活的模塊化理念使得CRUISE可以對任意結(jié)構(gòu)形式的汽車傳動系統(tǒng)進行建模和仿真 它可用于汽車開發(fā)過程中的動力系統(tǒng) 傳動系統(tǒng)的匹配 汽車性能預(yù)測和整車仿真計算 通過仿真的研究 可以確定整車控制策略 對控制策略中的參數(shù)進行初步的設(shè)定 3 2 整車控制器開發(fā)規(guī)范 整車控制器的軟硬件的整體需求為 1 適用于12V 24V的不同類型的電動汽車需求 電壓的工作范圍為6 32V 2 工作的溫度范圍 40 105 3 軟件和硬件架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化 4 基于實時多任務(wù)調(diào)度的軟件結(jié)構(gòu) 5 電源反接保護 6 電源的浪涌 過壓保護 7 ESD保護 防靜電 8 功率器件過壓 過流 過溫保護 9 輸入和輸出管腳對地 對電源短接和開路保護及診斷 10 所有的傳感器都具有故障時的默認狀態(tài) 11 需要參考的標(biāo)準(zhǔn)GB T2423 1 電工電子產(chǎn)品基本環(huán)境試驗規(guī)程試驗A 低溫試驗方法 的規(guī)定 GT T2423 2 電工電子產(chǎn)品基本環(huán)境試驗規(guī)程試驗B 高溫試驗方法 的規(guī)定 GB T2423 10 電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗第二部分 試驗發(fā)放試驗Fc和導(dǎo)則 振動 正弦 的規(guī)定 GB T4942 2 低壓電器外殼防護等級 的要求 GB T17619 機動車電子電器組件的電磁輻射抗擾性限值和測量方法 的規(guī)定 3 3 整車控制器的硬件在環(huán)測試 電控單元 ECU 的復(fù)雜程度快速增加 控制算法與功能不斷增強 對整車而言還集成了各種總線通訊功能 在線故障診斷 OBD 等功能 所以傳統(tǒng)的檢測方法面對復(fù)雜的測試需求開始顯得力不從心 硬件在環(huán) HIL 測試是一套與電子控制器真實連接的測試系統(tǒng) 用于檢測整車控制器控制功能及邏輯錯誤 故障等 整車控制器的測試采用了基于dSPACE的硬件在環(huán)測試 首先通過Matlab Simulink建立除整車控制器外的其他電動汽車實時仿真模型 建立的模式可以通過RTW接口下載到dSPACE中通過硬件在環(huán)測試系統(tǒng)就可以模擬除整車控制器外的整個電動系統(tǒng) 能夠在上車之前對整車控制器的控制功能及控制策略進行全面的測試 通過實時仿真模型dSPACE具有以下的功能 產(chǎn)生加速踏板 制動踏板和鑰匙等控制信號 產(chǎn)生檔位信號 實現(xiàn)與控制器的CAN通信設(shè)置總成部件的狀態(tài)參數(shù) 改變邊界條件 設(shè)置各種傳感器故障 實時將車輛運行狀態(tài)參數(shù)傳給控制器 捕捉ECU的控制參數(shù) 整車控制器在硬件在環(huán)測試系統(tǒng)中需要測試的功能1 整車控制器硬件測試功能 2 整車控制器基本控制策略功能測試 3 整車控制器故障處理功能測試 4 整車控制器標(biāo)定系統(tǒng) 整車控制器采用國際上標(biāo)準(zhǔn)的CCP來實現(xiàn)整車控制器的標(biāo)定 CCP CANCalibratI OnProtocol 是一種基于CAN總線的應(yīng)用協(xié)議 該協(xié)議為標(biāo)定系統(tǒng)開發(fā)提供了標(biāo)準(zhǔn)平臺 CCP主要用于電控單元數(shù)據(jù)標(biāo)定及測量 最初由Audi BMW Mercedes Benz Volkswagen等歐洲汽車公司成立的標(biāo)準(zhǔn)化組織ASAP StandardizatI OnofApplicatI OnCalibratI OnSystemsTaskForce 發(fā)展而來 由于該系統(tǒng)在電控系統(tǒng)開發(fā)方面的強大優(yōu)勢 因此已逐漸為世界各大汽車公司所采用 4 1 基于CCP的整車控制器標(biāo)定協(xié)議框圖 整車控制器的標(biāo)定框圖如下所示 CCP的標(biāo)定工具從符合ASAP2標(biāo)準(zhǔn)的A2L文件中讀取ECU內(nèi)部變量的描述 再根據(jù)CCP協(xié)議的規(guī)定發(fā)送命令 從而獲取或標(biāo)定整車控制器的變量 4 2 CCP主從模式的通信配置示意圖 監(jiān)控及標(biāo)定界面通過整車控制器站地址的配置實時地建立監(jiān)控及標(biāo)定界面和整車控制器之間的邏輯連接 該連接在其他ECU的地址被選中或當(dāng)前連接通過指令被明確斷開之前一直有效 4 3 電動汽車整車控制器的標(biāo)定流程 1 傳感器校正整車控制器的傳感器的校正主要包括油門踏板傳感器及制動壓力傳感器 利用在線監(jiān)控及標(biāo)定軟件對其范圍進行校正 2 開關(guān)狀態(tài)的驗證為了確保整個車輛控制策略的運行狀態(tài) 需要確定鑰匙開關(guān)狀態(tài) 擋位的開關(guān)狀態(tài) 空調(diào) 暖風(fēng)的開關(guān)狀態(tài) 運行模式的開關(guān)狀態(tài)是否與設(shè)計的一致 3 執(zhí)行器的狀態(tài)確定為了確保整個車輛控制策略的運行狀態(tài) 需要確定指示燈 繼電器控制狀態(tài)是否正常 4 3 電動汽車整車控制器的標(biāo)定流程 4 指令接收的確定利用在線監(jiān)控及標(biāo)定軟件調(diào)用整車控制器的調(diào)試軟件 查看整車控制器對電機控制器和電池管理系統(tǒng)等部件發(fā)送的信息接收的正確性5 整車輔助部件控制參數(shù)的標(biāo)定空調(diào)管理的參數(shù)標(biāo)定 空調(diào)開啟時電池的SOC狀態(tài) 空調(diào)關(guān)閉的SOC條件 暖風(fēng)管理的參數(shù)標(biāo)定 暖風(fēng)開啟時電池的SOC狀態(tài) 暖風(fēng)關(guān)閉的SOC條件 4 3 電動汽車整車控制器的標(biāo)定流程 6 驅(qū)動工況試驗驅(qū)動工況的標(biāo)定主要參考每個控制策略的參數(shù) 比如電機驅(qū)動模式的策略參數(shù)的MAP 7 故障與預(yù)警情況下控制策略參數(shù)標(biāo)定電池的最大充電電壓和最低放電電壓MAP 電機控制器直流側(cè)的最高和最低電壓MAP 電池單體的最高和最低電壓值MAP 電池的最高和最低溫度限制MAP 電機和電機控制器的最高溫度限制MAP 電池不同SOC下的最大充放電功率的限制MAP