浅谈纯电动汽车整车控制器设计

浅谈纯电动汽车整车控制器设计

洪伟

山东国金汽车制造有限公司 山东省淄博市  255000

【摘要】电动汽车行业在中国的发展前景非常光明。随着政府的大力支持和消费者对环保产品的需求不断增加，电动汽车行业市场需求不断扩大。政府对电动汽车的政策激励，以及越来越多的消费者对绿色出行的重视，使得电动汽车行业得到了蓬勃发展。随着中国汽车市场的不断壮大，电动汽车也将得到更多的关注。在技术方面，电动汽车的续航里程和充电时间不断提高，使得电动汽车在日常出行中的应用越来越广泛。纯电动汽车整车控制器的作用是负责车辆的正常行驶、制动能量回馈、电驱动系统及动力电池的能量管理、网络管理、车辆状态监控、故障诊断及处理等，从而保证车辆拥有良好的动力经济性、可靠性等指标。

【关键词】纯电动汽车整车控制器动力经济性  可靠性

1整车控制系统概述

整车控制器是电动汽车正常行驶的控制中枢，是整车控制系统的核心部件，是纯电动汽车的正常行驶、再生制动能量回收、故障诊断处理和车辆状态监视等功能的主要控制部件。

整车控制器包括硬件和软件两大组成部分，它的核心软件和程序一般由生产厂商研发，而汽车零部件供应商能够提供整车控制器硬件和底层驱动程序。现阶段国外对纯电动汽车整车控制器的研究主要集中在以轮毂电机驱动的纯电动汽车。

整车控制器通过收集驾驶员的驾驶行为及车辆设备的运行状态获悉驾驶员的操作意图，借助于控制车辆的运行模式以及车辆的动力组成与能量优化匹配策略，实现车辆运行的最高工作效率。同时还监管车辆的运行状态与异常故障，实现车辆运行的安全防护。

2整车控制系统的组成及原理

当前纯电动汽车整车控制系统主要有集中式控制和分布式控制两种。集中式控制系统的基本思想是整车控制器独自完成对输入信号的采集，并根据控制策略对数据进行分析和处理，然后直接对各执行机构发出控制指令，驱动纯电动汽车的正常行驶。分布式控制系统的基本思想是整车控制器采集一些驾驶员信号，同时通过CAN总线与电机控制器和电池管理系统通信，电机控制器和电池管理系统分别将各自采集的整车信号通过CAN总线传递给整车控制器。整车控制器根据整车信息，并结合控制策略对数据进行分析和处理，电机控制器和电池管理系统收到控制指令后，根据电机和电池当前的状态信息，控制电机运转和电池放电。整车控制器位于整车控制系统的顶层，通过CAN总线接收电机控制器和电池管理系统的信息，并对电机控制器、电池管理系统和车载信息显示系统发送控制指令。电机控制器和电池管理系统分别负责驱动电机和动力电池组的监控与管理，车载信息显示系统用于显示车辆当前的状态信息等。整车控制器的硬件电路包括微控制器、开关量调理、模拟量调理、继电器驱动、高速CAN总线接口、电源等模块。微控制器模块是整车控制器的核心，综合考虑纯电动汽车整车控制器的功能及其运行的外界环境，微控制器模块应该具有高速的数据处理性能、丰富的硬件接口、低成本和可靠性高的特点；开关量调理模块用于开关输入量的电平转换和整型，其一端与多个开关量传感器相连，另一端与微控制器相接；模拟量调理模块用于采集加速踏板和制动踏板的模拟信号，并输送至微控制器；继电器驱动模块用于驱动多个继电器，其一端通过光电隔离器与微控制器相连，另一端与多个继电器相接；高速CAN总线接口模块用于提供高速CAN总线接口，其一端通过光电隔离器与微控制器相连，另一端与系统高速CAN总线相接；电源模块为微处理器和各输入、输出模块提供隔离电源，并对蓄电池电压进行监控，与微控制器相连。

3整车控制器基本功能

整车控制器通过采集加速踏板信号、制动踏板信号和挡位开关信号等驾驶信息，同时接收CAN总线上电机控制器和电池管理系统发出的数据，并结合整车控制策略对这些信息进行分析和判断，提取驾驶员的驾驶意图和车辆运行状态信息，最后通过CAN总线发出指令来控制各部件控制器的工作，保证车辆的正常行驶。整车控制器应该具备以下对汽车行驶控制的功能、整车网络化管理、制动能量回收、整车能量管理和优化、对车辆状态的监测和显示、故障诊断与处理等功能

3.1对汽车行驶控制的功能

电动汽车的驱动电机必须按照驾驶员意图输出驱动或制动转矩。整车控制器要合理解释驾驶员操作；接收整车各子系统的反馈信息，为驾驶员提供决策反馈；对整车各子系统的发送控制指令，以实现车辆的正常行驶。

3.2 整车的网络化管理

整车控制器是电动汽车众多控制器中的一个，是CAN总线中的一个节点。在整车网络管理中，整车控制器是信息控制的中心，负责信息的组织与传输、网络状态的监控、网络节点的管理以及网络故障的诊断与处理。

3.3对制动能量的回收

整车控制器分析驾驶员制动意图、动力电池组状态和驱动电机状态等消息，并结合制动能量回收控制策略，在满足制动能量回收的条件下对电机控制器发送电机模式指令和转矩指令，使得驱动电机工作在发电模式，在不影响制动性能的前提下将电制动回收的能量储存在动力电池组中，从而实现制动能量回收。

3.4整车能量管理和优化

在纯电动汽车中，动力电池除了给驱动电机供电以外，还要给电动附件供电，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，整车控制器将对某些电动附件发出指令，限制电动附件的输出功率，来增加续驶里程。

3.5对车辆状态的监测和显示

整车控制器通过直接采集信号和接收CAN总线上的数据的方式获得车辆运行的实时数据，包括速度、电机的工作模式、转矩、转速、电池的剩余电量、总电压、单体电压、电池温度和故障等信息，然后通过CAN总线将这些实时信息发送到车载信息显示系统进行显示。

3.6故障诊断与处理

连续监测整车电控系统，进行故障诊断。故障指示灯指示出故障类别和部分故障码。根据故障内容，及时进行相应安全保护处理。对于不太严重的故障，能做到低速行驶到附近维修站进行检修。

4整车控制器设计要求

整车控制器通过向电机控制器、电池管理系统发送指令间接控制驱动电机运转和动力电池充放电，通过控制主继电器来实现车载模块的通断电。根据整车控制网络的构成以及对整车控制器输入和输出信号的分析，整车控制器应满足以下技术要求：

1）设计硬件电路时，应该充分考虑电动汽车的行驶环境，注重电磁兼容性，提高抗干扰能力。整车控制器在软硬件上都应该具备一定的自保护能力，以防止极端情况的发生。

2）整车控制器需要有足够多的I/O接口，能够快速、准确地采集各种输入信息，至少具备两路A/D转换通道用于采集加速踏板信号和制动踏板信号，应该具有多个开关量输入通道，用于采集汽车挡位信号，同时应该具有多个用于驱动车载继电器的功率驱动信号输出通道。

3）整车控制器应该具备多种通信接口，CAN通信接口用于与电机控制器、电池管理系统和车载信息显示系统通信。

4）不同路况条件下，汽车会遇到不同的冲击和振动，整车控制器应该具备良好的抗冲击性，才能保证汽车的可靠性和安全性。

5结语

本文在摘要部分简述了国内外纯电动汽车的发展现状，首先在正文中就整车控制系统进行概述，然后对整车控制系统的组成及原理进行简要说明，从而引申出整车控制系统的基本功能及设计要求。本文作者的主要目的为纯电动汽车行业的研发设计人员提供整车控制系统的设计参考资料。

参考文献

[1]GB18384-2020《电动汽车安全要求》