电动车整车综合能量管理技术.pdf
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2022-11-25
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电动车整车综合能量管理技术
6.3.1 组成、功能与开发 整车控制器是电动汽车的关键部件，它基于人的操控指令、车速等整车的
状态信息以及各个组成部件的状态信息等，实施驾驶人的指令解析、依据制定的控制策略进行动力分配
控制、依据动力电池组等的能量状态进行能量管理、对各个组成部件进行信息监控和故障诊断等，并输
出合理的指令到电机、发动机以及动力耦合装置等，满足汽车的行驶要求。 6.3.1.1 整车控制器的组成 整
车控制器硬件包括微处理器、电源及保护电路模块、CAN 通信模块、A-D 模块、I/O 接口、调试模块等。
微处理器负责数据计算和存储，是整车控制器的大脑；电源及保护模块为微处理器提供稳定的 12V 或 24V
电源，并在电源意外接错的情况下切断电路保护整车控制器的安全；CAN 通信模块通过内嵌的 CAN 控
制器和外接的 CAN 收发器实现 CAN 网络通信；A-D 模块采集负责加速和制动踏板等模拟信号的输入；
I/O 接口负责接收钥匙、模式开关指令并实现继电器的开关控制；调试模块实现程序的更新和在线调试。
6.3.1.2 整车控制器的功能 整车控制器是控制系统的核心，承担了数据交换、安全管理和能量分配的任务。
根据重要程度和实现次序，将整车控制器功能划分为四层。 1.数据交换管理层 整车控制器要实时采集
驾驶人的操作信息和其他各个部件的工作状态信息，这是实现整车控制器其他功能的基础和前提。该层
接收 CAN 总线的信息，对直接馈入整车控制器的物理量进行采样处理，并且通过 CAN 发送控制命令，
通过 I/O、和 PWM 等提供对显示单元、继电器等的驱动信号。 2.安全故障管理层 实车运行中，任何
部件都可能产生差错，从而可能导致器件损坏甚至危及车辆安全。控制器要能对汽车各种可能的故障进
行分析处理，这是保证汽车行驶安全的必备条件。对车辆而言，故障可能出现在任何地方，但对于整车
控制器而言，故障只体现在从第一层中继承的数据中。对继承的数据进行分析判断将是该层的主要工作
之一。在检测出故障后，该层会做出相应处理，在保证车辆足够安全性的条件下，给出部件可供使用的
工作范围，以便尽可能满足驾驶人的驾驶意图。 3.驾驶人意图解释层 驾驶人的所有与驱动驾驶相关的
操作信号都直接进入整车控制器，整车控制器对采集的驾驶人操作信息进行正确的分析处理，计算出驱
动系统的目标转矩和车辆的需求功率来实现驾驶人的意图。 4.能量流管理层 该层的主要工作是在多个
能量源之间进行需求功率分配，这是提高燃料电池汽车经济性的必要途径。 6.3.1.3 整车控制器的开发 1.
开发模式 在传统的控制单元开发流程中，通常采用串行开发模式，即首先根据应用需要，提出系统需
求并进行相应的功能定义，然后进行硬件设计，使用汇编语言或 C 语言进行面向硬件的代码编写，随后
完成软硬件和外部接口集成，最后对系统进行测试和标定。 目前，研发工程师所面临的问题越来越复
杂，而开发时间却要求尽可能缩短。如果采用传统的开发方法，则在系统调试过程中发现的由于硬件电
路原因造成的问题就必须通过重新进行硬件设计来解决，然后再对软件做修改。这就使得控制系统参数
的修改必须花很长时间才能得到验证，导致开发周期过长，延误项目的正常进行。 为了解决这一问题，
现在的 ECU 开发多采用 V 模式开发流程。软硬件技术的不断发展，为并行开发提供了强有力的工具。并
行开发流程包括从系统定义到系统标定的完整过程。先进软硬件工具的使用，使得开发的重点可以集中
到控制策略的构思，不必在程序编写、硬件调试上花费大量时间，从而可以大大加速实际控制单元 ECU
的研究和开发。 2.开发平台 为了满足并行开发的要求，常借助于一定的开发平台，该开发平台应该具
有如下的一些功能: (1)整车及关键部件的实时前向仿真 为了充分模拟被控对象的特性，平台的仿真过
程必须与汽车行驶时各部件的实际工作过程一致，并且其计算速度能够满足控制的需要。驾驶人模型作
为仿真的起点，由其感知系统和环境的各项参数并跟随给定的行驶工况，输出加速踏板和制动踏板信号，
仿真循环的数据流方向与实际系统的能量流动方向相同。 前向仿真模型还应该可以集成硬件在环仿真
和驾驶人在环仿真，从而更真实地模拟系统运行状态和逻辑结构，方便整车控制器的开发和调试。 (2)
整车控制器在环仿真 平台应该提供接口以支持快速控制器原型和目标 VCU 的开发和调试。平台的数据
交换方式包括 VCU 所有输入、输出的模拟量和开关量信号的物理特性，网络环境和通信协议，以及执行
部件的控制方式都应该和实车一致。 (3)部分在环仿真 控制策略的研究，需要各个部件的精确特性。
但是某些部件比较复杂，难以建立精确的模型，比如动力电池就具有强时变的非线性特性。对于此类部
件，平台应该采用硬件在环的仿真方法以获得部件的实时特性。 (4)驾驶人在环仿真 汽车处于人-车-
路的闭环系统之中，驾驶人行为对整车控制器的运行与操作影响很大，但是每个驾驶人的驾驶习惯都不
一样，难以建立统一的模型来描述，因此有必要采用驾驶人在环仿真的方法。这样可以在真实驾驶过程
中对控制策略进行验证，也可以研究驾驶人操作习惯对控制策略的影响。 (5)模块化和可扩展 平台应
该具有模块化和可扩展的能力，以便根据研究和开发的需要接入不同的真实部件，比如 ABS，对局部的
控制算法做深入研究。 与部件 ECU 相比，整车控制器的被控对象更为复杂，而且有些部件的特性难以
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