新能源汽车整车控制系统的关键技术与应用

汽车电控系统,并非新能源电动汽车的专属,燃油车同样配备,但新能源电动汽车的电控系统更为复杂且功能强大。电控系统,作为汽车电子控制系统的一种,是由模块化控制的系统总和,涵盖了硬件与软件两大方面。简而言之,电控系统就是车辆电子控制系统的软硬件集成,其功能类似于车辆的神经系统,负责调控车辆的运行能力。因此,电控系统的性能越卓越,车辆的控制与行驶能力便越为出色。接下来,我们将深入探讨新能源汽车的整车控制系统。

整车控制系统,作为新能源汽车的核心组成部分,涵盖了多个传感器、控制模块以及执行元件。其中,加速踏板位置传感器、制动踏板位置传感器以及电子换挡器等输入信号传感器负责收集驾驶者的意图;而整车控制器(VCU)、电机控制器(MCU)和电池管理系统(BMS)等控制模块则负责解析这些意图并作出相应的控制决策。此外,驱动电机和动力电池等执行元件则根据控制模块的指令,实现车辆的加速、减速和驱动等功能。

组成构架图

在这张组成构架图中,我们可以清晰地看到新能源汽车整车控制系统的主要组成部分。从负责收集驾驶者意图的传感器,到负责解析意图并作出控制决策的控制模块,再到执行控制指令的执行元件,每一个环节都紧密相连,共同构成了整车控制系统的完整架构。

汽车上的这些控制器通过CAN网络进行通信。CAN,即控制器局域网,是一种广泛应用于国际的现场总线技术。它最初被设计用于汽车环境中,促进微控制器间的信息交换,从而构建汽车电子控制网络。在汽车中,诸如发动机管理系统、变速箱控制器、仪表装备以及电子主干系统等关键部件,都嵌入了CAN控制装置。

整车控制系统承担着多项关键功能

驾驶员驾驶意图解析:该功能涉及对驾驶员的操作信息及控制命令进行深入分析。它根据特定的规则,将驾驶员的油门和制动信号转化为电机需求转矩的指令。这一环节对驱动电机响应驾驶员操作的能力至关重要,直接影响驾驶者的操控效果和驾驶体验。

整车驱动控制:此功能基于驾驶员对车辆的操纵输入(如加速踏板、制动踏板和选档开关)、车辆当前状态以及道路和环境状况进行综合分析。系统发出相应指令,控制电机的驱动转矩,以实现驾驶员对车辆驱动性能的需求。同时,它还监控车辆状态,确保安全性和舒适性。

制动能量回馈控制:这一功能涉及根据加速踏板和制动踏板的开度、车辆行驶状态以及动力电池的状态(例如SOC值)来判断是否可以进行制动能量回馈。在满足安全、制动性能和驾驶舒适性的前提下,系统会回收部分能量,这包括滑行制动和刹车制动过程中的电机制动转矩控制。

整车能量优化管理
电动汽车的能量管理至关重要,它涉及对电机驱动系统、电池管理系统、传动系统以及车载其他能源动力系统(如空调、电动泵等)的协同控制和优化。整车控制器负责这一核心任务,旨在提高能量利用效率,从而延长续驶里程。在电池电量较低时,控制器会智能地调整电器输出功率,甚至关闭部分辅助设备,以确保最远的行驶距离。

充电过程控制

充电过程中,整车控制器与电池管理系统紧密合作,共同管理充电功率。一旦接收到充电信号,控制器会确保高压系统安全断电,使车辆保持在充电锁止状态。同时,根据电池状态信息,控制器会适时限制充电功率,以确保电池的安全与健康。

电控系统的上下电控制

电控系统的上下电控制是车辆运行的关键环节。在高压上电过程中,需确保BMS和MCU状态正常,并经过一系列初始化步骤后,才能闭合电池继电器和主继电器,实现MCU的高压上电。而下电时,只需将点火钥匙转到OFF档,即可实现高压和低压电的正常切断。

电动化辅助系统管理

电动化辅助系统包括电动空调、电制动和电动助力转向等。整车控制器会持续监控动力电池和低压电池的状态,并对DC/DC、电动化辅助系统进行实时调控,以确保系统的稳定运行和能源的有效利用。

车辆状态的实时监测和显示

整车控制器还承担着车辆状态实时监测和显示的重要任务。通过一系列传感器和监控系统,控制器能够实时获取车辆的各种状态信息,如电池电量、电机转矩、车速等,并通过仪表盘等方式向驾驶员展示,以便驾驶员能够及时了解车辆的运行状况。
故障诊断与处理
整车控制器需持续监控电控系统,进行实时故障诊断,并迅速采取必要的安全保护措施。通过传感器和CAN总线收集的信息,包括电机、电池、充电机等状态,进行综合分析、故障分类、报警显示。同时,系统会记录故障代码,为维修提供参考。故障指示灯将显示故障类型和部分故障代码。在行驶过程中,控制器会根据诊断结果采取相应的处理措施。

此外,整车的故障等级被划分为四个级别,以确保对不同严重程度的故障作出恰当响应。

远程控制
(1) 远程查询功能
用户可利用手机APP随时查看车辆状态,包括当前SOC值、预计续驶里程等关键信息,实现实时了解车辆状况。

(2) 远程空调控制
在炎炎夏日或寒冷冬季,用户可提前通过手机指令,轻松远程操控空调制冷、暖风或除霜功能,确保车内环境舒适。

(3) 远程充电控制
用户无需在车旁即可完成充电操作。只需在离开车辆时将充电枪插入充电桩,并利用电价低谷时段进行充电。需要时,通过手机APP发送远程充电指令,即可启动充电。

整车CAN总线网关及网络化管理
电动轿车采用CAN总线系统,该系统汇聚了中央控制器、电池管理系统、电机控制系统、制动控制系统以及仪表控制系统。这些控制器通过CAN总线进行高效通信,实现传感器数据共享、控制指令的收发,进而提升各控制器的性能,优化整个系统的控制效果。通信过程中,信息类型主要分为信息类和命令类,前者用于发送传感器信号、诊断信息及系统状态,后者则负责向其他执行器发送命令。

基于CCP的在线匹配标定

在线匹配标定协议采用主-从式通信架构,其中主设备通常是测量标定系统,而从设备则是待标定的ECU。主设备通过CAN总线与多台从设备相连,并与其中一台建立逻辑链接。在建立链接后,主设备将掌控与从设备间的数据交换。从设备在执行主设备命令后会返回包含响应值或错误代码的报文。此外,从设备还会根据主设备的控制命令及预设列表,定时向主设备传送变量信息。整个数据交换过程由主设备初始化,并由从设备执行,以固定的循环采样频率或事件触发。

DC/DC控制与EPS控制
(1) DC/DC控制
DC/DC变换器,作为开关电源技术的重要组成部分,专长于将直流电压高效且精确地转换为另一数值的直流电压。其核心组件包括半导体功率器件,如开关管、二极管,以及电感、电容等,共同构成一个复杂的电路系统。通过精细控制带滤波器的负载电路与直流电压的接通与关断,DC/DC变换器能够在负载上产生所需的直流电压。

(2) EPS控制
汽车电动助力式转向系统(EPS)通过电动机产生的转矩,经过转向系统的减速及传递机构进行转化,从而协助驾驶员进行动力转向。尽管不同车型的EPS结构部件有所差异,但其基本工作原理是相同的。当汽车点火信号有效且转向轴发生转动时,转矩或转角传感器会检测到相应的转矩和转角信号,并将这些信息输出至电子控制单元(ECU)进行处理。

ECU在接收到转矩、转角信号以及汽车速度和轴重负载信号后,会进行深入的分析和计算,以确定助力电动机的转向和目标助力电流的最佳值,从而实现对助力转向的精准控制。

接下来,我们谈谈换挡控制功能。这一功能对于驾驶员的安全至关重要,因为它能够理解并响应驾驶员的意图,同时识别出车辆最适合的档位。通过基于模型的档位管理模块,这一功能得到了显著的优化。在出现故障时,系统能够迅速作出反应,确保整车安全。当驾驶员误操作档位时,系统会通过仪表等设备提示驾驶员,帮助其迅速纠正错误。

此外,纯电动汽车在坡上起步时,可能会出现整车向后溜车的情况。为了防止这种现象,整车控制策略中特别增加了防溜车功能。这一功能确保在坡上起步时,汽车向后溜车的距离控制在10厘米以内。同时,在坡上行驶过程中,如果动力不足,整车车速会逐渐降至0,但系统会保持0车速,防止汽车继续向后溜车。

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