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整車控制器設(shè)計(jì)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(dòng)汽車是由多個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成 主要包括電池 電機(jī) 制動(dòng)等動(dòng)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(guò)自己的控制單元 ECU 來(lái)完成各自功能 為了滿足整車動(dòng)力性 經(jīng)濟(jì)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(dòng)車需要整車控制器來(lái)協(xié)調(diào)和管理純電動(dòng)汽車中的各個(gè)部件的共同工作 整車控制器功能 純電動(dòng)車輛以整車控制器為主節(jié)點(diǎn)的 基于高速CAN總線的分布式動(dòng)力系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò) 通過(guò)該網(wǎng)絡(luò) 整車控制器可以對(duì)純電動(dòng)車輛動(dòng)力鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)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(shí)別 驅(qū)動(dòng)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(chǔ)故障碼 5 參數(shù)標(biāo)定 通過(guò)CAN總線 進(jìn)行控制參數(shù)的修改 標(biāo)定 6 能量管理 通過(guò)控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)和控制動(dòng)力電源系統(tǒng)的能量輸出與關(guān)閉 2 電動(dòng)汽車動(dòng)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(shí)現(xiàn)各個(gè)子系統(tǒng)實(shí)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(gè)設(shè)備間的連接線束 并提高系統(tǒng)監(jiān)控水平 采用拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 其主要的優(yōu)點(diǎn)是 電纜短 容易布線 總線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 又是無(wú)源元件 可靠性高 易于擴(kuò)充 增加新節(jié)點(diǎn)只需在總線的某點(diǎn)將其接入 電動(dòng)汽車動(dòng)力總成分布式基本網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) 電動(dòng)汽車動(dòng)力總成分布式基本網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) 整車控制器通過(guò)采集駕駛員的駕駛意圖 通過(guò)CAN總線對(duì)網(wǎng)絡(luò)信息進(jìn)行管理 調(diào)度 分析和運(yùn)算 針對(duì)所配置的不同車型 進(jìn)行相應(yīng)的能量管理 實(shí)現(xiàn)整車驅(qū)動(dòng)控制 能量?jī)?yōu)化控制 制動(dòng)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(kāi)發(fā)流程 V模式 現(xiàn)代的開(kāi)發(fā)流程是采用計(jì)算機(jī)輔助工具來(lái)進(jìn)行的 可以支持從需求定義直到最終產(chǎn)品的全過(guò)程 下圖是簡(jiǎn)化模式 V模式 自頂向下 開(kāi)發(fā)逐漸細(xì)化最終形成開(kāi)發(fā)的ECU原型 從下向上 通過(guò)測(cè)試形成與最初設(shè)想一致的產(chǎn)品 經(jīng)過(guò)對(duì)國(guó)外汽車著名開(kāi)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(jì)開(kāi)發(fā)流程 離線功能仿真 快速控制原型 自動(dòng)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(kāi)發(fā)流程符合國(guó)際汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) ASAM ASAP 標(biāo)準(zhǔn)的整車控制器開(kāi)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(cè)試和實(shí)車標(biāo)定為輔的方式相結(jié)合來(lái)研究整車的控制策略 首先利用Cruise建立電動(dòng)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(jì)算并評(píng)價(jià)車輛的經(jīng)濟(jì)性能 動(dòng)力性能及控制的平順性等 從而可以評(píng)價(jià)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(dòng)機(jī)制造與咨詢公司AVL公司開(kāi)發(fā)的 用于研究汽車動(dòng)力性 燃油經(jīng)濟(jì)性 排放性能及制動(dòng)性能的高級(jí)模擬分析軟件 其靈活的模塊化理念使得CRUISE可以對(duì)任意結(jié)構(gòu)形式的汽車傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行建模和仿真 它可用于汽車開(kāi)發(fā)過(guò)程中的動(dòng)力系統(tǒng) 傳動(dòng)系統(tǒng)的匹配 汽車性能預(yù)測(cè)和整車仿真計(jì)算 通過(guò)仿真的研究 可以確定整車控制策略 對(duì)控制策略中的參數(shù)進(jìn)行初步的設(shè)定 3 2 整車控制器開(kāi)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(dòng)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(shí)時(shí)多任務(wù)調(diào)度的軟件結(jié)構(gòu) 5 電源反接保護(hù) 6 電源的浪涌 過(guò)壓保護(hù) 7 ESD保護(hù) 防靜電 8 功率器件過(guò)壓 過(guò)流 過(guò)溫保護(hù) 9 輸入和輸出管腳對(duì)地 對(duì)電源短接和開(kāi)路保護(hù)及診斷 10 所有的傳感器都具有故障時(shí)的默認(rèn)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(yàn)規(guī)程試驗(yàn)A 低溫試驗(yàn)方法 的規(guī)定 GT T2423 2 電工電子產(chǎn)品基本環(huán)境試驗(yàn)規(guī)程試驗(yàn)B 高溫試驗(yàn)方法 的規(guī)定 GB T2423 10 電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)第二部分 試驗(yàn)發(fā)放試驗(yàn)Fc和導(dǎo)則 振動(dòng) 正弦 的規(guī)定 GB T4942 2 低壓電器外殼防護(hù)等級(jí) 的要求 GB T17619 機(jī)動(dòng)車電子電器組件的電磁輻射抗擾性限值和測(cè)量方法 的規(guī)定 3 3 整車控制器的硬件在環(huán)測(cè)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(qiáng) 對(duì)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(cè)方法面對(duì)復(fù)雜的測(cè)試需求開(kāi)始顯得力不從心 硬件在環(huán) HIL 測(cè)試是一套與電子控制器真實(shí)連接的測(cè)試系統(tǒng) 用于檢測(cè)整車控制器控制功能及邏輯錯(cuò)誤 故障等 整車控制器的測(cè)試采用了基于dSPACE的硬件在環(huán)測(cè)試 首先通過(guò)Matlab Simulink建立除整車控制器外的其他電動(dòng)汽車實(shí)時(shí)仿真模型 建立的模式可以通過(guò)RTW接口下載到dSPACE中通過(guò)硬件在環(huán)測(cè)試系統(tǒng)就可以模擬除整車控制器外的整個(gè)電動(dòng)系統(tǒng) 能夠在上車之前對(duì)整車控制器的控制功能及控制策略進(jìn)行全面的測(cè)試 通過(guò)實(shí)時(shí)仿真模型dSPACE具有以下的功能 產(chǎn)生加速踏板 制動(dòng)踏板和鑰匙等控制信號(hào) 產(chǎn)生檔位信號(hào) 實(shí)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(shí)時(shí)將車輛運(yùn)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(cè)試系統(tǒng)中需要測(cè)試的功能1 整車控制器硬件測(cè)試功能 2 整車控制器基本控制策略功能測(cè)試 3 整車控制器故障處理功能測(cè)試 4 整車控制器標(biāo)定系統(tǒng) 整車控制器采用國(guó)際上標(biāo)準(zhǔn)的CCP來(lái)實(shí)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(kāi)發(fā)提供了標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái) CCP主要用于電控單元數(shù)據(jù)標(biāo)定及測(cè)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(lái) 由于該系統(tǒng)在電控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方面的強(qiáng)大優(yōu)勢(shì) 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(guò)整車控制器站地址的配置實(shí)時(shí)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(guò)指令被明確斷開(kāi)之前一直有效 4 3 電動(dòng)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(dòng)壓力傳感器 利用在線監(jiān)控及標(biāo)定軟件對(duì)其范圍進(jìn)行校正 2 開(kāi)關(guān)狀態(tài)的驗(yàn)證為了確保整個(gè)車輛控制策略的運(yùn)行狀態(tài) 需要確定鑰匙開(kāi)關(guān)狀態(tài) 擋位的開(kāi)關(guān)狀態(tài) 空調(diào) 暖風(fēng)的開(kāi)關(guān)狀態(tài) 運(yùn)行模式的開(kāi)關(guān)狀態(tài)是否與設(shè)計(jì)的一致 3 執(zhí)行器的狀態(tài)確定為了確保整個(gè)車輛控制策略的運(yùn)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(dòng)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(duì)電機(jī)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(kāi)啟時(shí)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(kāi)啟時(shí)電池的SOC狀態(tài) 暖風(fēng)關(guān)閉的SOC條件 4 3 電動(dòng)汽車整車控制器的標(biāo)定流程 6 驅(qū)動(dòng)工況試驗(yàn)驅(qū)動(dòng)工況的標(biāo)定主要參考每個(gè)控制策略的參數(shù) 比如電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(jī)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(jī)和電機(jī)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