整车控制器设计规范

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1、整车控制器设计规范 1-整车控制器控制功能和原理 整车控制器的存在必要性： 电动汽车是由多个子系统构成，主要包括电池、电机、制动 等动力系统，以及其它附件如空调、助力转向等。 各子系统几乎都通过自己的控制单元（ECU）来完成各自功 能。为了满足整车动力性、经济性、安全性和舒适性的目标，一方 面必须具有智能化的人车交互接口，另一方面，各系统还必须彼此 协作，优化匹配。因此，纯电动车需要整车控制器来协调和管理纯 电动汽车中的各个部件的共同工作。 整车控制器功能 纯电动车辆以整车控制器为主节点的、基于高速CAN总线的 分布式动力系统控制网络，通过该网络，整车控制器可以对纯电动 车辆动力链的各个环节进

2、行管理、协调和监控，提高整车能量利用 效率，确保车辆安全性和可靠性。 整车控制器功能 1）驾驶员的驾驶意图识别：驱动车辆行驶； 2）网络管理：通信网络、信息调度、网关； 3）仪表显示； 4）故障诊断与处理：诊断系统部件故障并相应的故障处理，按照 标准格式存储故障码。 5）参数标定：通过CAN总线，进行控制参数的修改、标定； 6）能量管理：通过控制驱动电机的转动和控制动力电源系统的能 量输出与关闭 2-电动汽车动力总成分布式基本网络架构 基于CAN总线的分布式控制网络，是实现各个子系统实现协 同控制的理想途径；采用CAN总线网络还可以大大减少个设备间的 连接线束，并提高系统监控水平； 采用拓扑网

3、络结构，其主要的优点是：电缆短，容易布线； 总线结构简单，又是无源元件，可靠性高；易于扩充，增加 新节点只需在总线的某点将其接入 电动汽车动力总成分布式基本网络架构 电动汽车动力总成分布式基本网络架构 整车控制器通过采集驾驶员的驾驶意图，通过CAN总线对网 络信息进行管理，调度，分析和运算，针对所配置的不同车型，进 行相应的能量管理，实现整车驱动控制、能量优化控制、制动回馈 控制和网络管理等功能。 3-标准的整车控制器开发流程V模式 现代的开发流程是采用计算机辅助工具来进行的，可以支持 从需求定义直到最终产品的全过程。 下图是简化模式V模式。自顶向下，开发逐渐细化最终形 成开发的ECU原型；从

4、下向上，通过测试形成与最初设想一致的产 品； 经过对国外汽车著名开发商如: Audi, AVL, BMW, Bosch, Ricardo Engineering, Siemens, Ford等的了解，他们普遍采用现代的 设计开发流程：离线功能仿真快速控制原型自动代码生成硬 件在回路仿真参数标定所构成的“V模式” 新的开发流程符合国际汽车行业标准(ASAM/ASAP) 标准的整车控制器开发流程V模式 3.1-整车及控制策略仿真 采用仿真为主，硬件在环测试和实车标定为辅的方式相结合 来研究整车的控制策略； 首先利用Cruise建立电动汽车的整车模型。在matlab/simulink 下建立整车的控

5、制策略模式，利用Cruise和matlab/simulink相互耦 合就可以在不同的工况下计算并评价车辆的经济性能、动力性能及 控制的平顺性等，从而可以评价控制策略的优劣和车辆的性能 整车及控制策略仿真 整车及控制策略仿真 CRUISE是由奥地利著名的发动机制造与咨询公司AVL公司开发 的，用于研究汽车动力性、燃油经济性、排放性能及制动性能的高 级模拟分析软件； 其灵活的模块化理念使得CRUISE可以对任意结构形式的汽车 传动系统进行建模和仿真。它可用于汽车开发过程中的动力系统、 传动系统的匹配、汽车性能预测和整车仿真计算； 通过仿真的研究，可以确定整车控制策略，对控制策略中的 参数进行初步的

6、设定。 3.2-整车控制器开发规范 整车控制器的软硬件的整体需求为： 1）适用于12V/24V的不同类型的电动汽车需求，电压的工作 范围为632V； 2）工作的温度范围-40 105； 3）软件和硬件架构标准化和模块化； 4）基于实时多任务调度的软件结构； 5）电源反接保护； 6）电源的浪涌，过压保护； 7）ESD保护(防静电)； 8）功率器件过压，过流，过温保护； 9）输入和输出管脚对地，对电源短接和开路保护及诊断； 10）所有的传感器都具有故障时的默认状态； 11）需要参考的标准 GB/T 2423.1电工电子产品基本环境试验规程试验A：低温试验方法 的规定； GT/T 2423.2电工电

7、子产品基本环境试验规程 试验B：高温试验方 法的规定； GB/T 2423.10电工电子产品环境试验 第二部分：试验发放 试验Fc和 导则：振动（正弦）的规定； GB/T 4942.2低压电器外壳防护等级的要求； GB/T 17619机动车电子电器组件的电磁辐射抗扰性限值和测量方法 的规定 3.3-整车控制器的硬件在环测试 电控单元（ECU)的复杂程度快速增加，控制算法与功能不断 增强，对整车而言还集成了各种总线通讯功能、在线故障诊断 (OBD)等功能，所以传统的检测方法面对复杂的测试需求开始显得 力不从心； 硬件在环（HIL）测试是一套与电子控制器真实连接的测试系 统，用于检测整车控制器控制

8、功能及逻辑错误、故障等； 整车控制器的测试采用了基于dSPACE的硬件在环测试。 首先通过Matlab/Simulink建立除整车控制器外的其他电动汽 车实时仿真模型，建立的模式可以通过RTW接口下载到dSPACE中 通过硬件在环测试系统就可以模拟除整车控制器外的整个电 动系统，能够在上车之前对整车控制器的控制功能及控制策略进行 全面的测试 通过实时仿真模型dSPACE具有以下的功能： 产生加速踏板、制动踏板和钥匙等控制信号； 产生档位信号； 实现与控制器的CAN通信 设置总成部件的状态参数，改变边界条件； 设置各种传感器故障； 实时将车辆运行状态参数传给控制器； 捕捉ECU的控制参数。 整车

9、控制器在硬件在环测试系统中需要测试的功能 1-整车控制器硬件测试功能 序号测试测试 内容 1CAN总线 收发功能 2CAN总线 数据接受和发送的时间 和正确性测试 3IO输入功能 4AD输入功能 5IO输出功能 6其他驱动测试 2-整车控制器基本控制策略功能测试 序号测试测试 内容 1 驾驶员驾驶 意图功能测试 2 与电机控制器和电池管理系统等的通讯功能测试 3 仪表驱动显 示测试 3 驱动 控制策略测试 4 开关高压控制策略测试 5 真空泵、空调和暖风等附件控制策略测试 6 坡道制动辅 助等功能测试 3-整车控制器故障处理功能测试 序号测试内容 1 上电初始化READY保护功能测试 2 电池

10、管理系统各等级故障保护功能测试 3 电驱动 系统各故障保护功能测试 4-整车控制器标定系统 整车控制器采用国际上标准的CCP来实现整车控制器的标 定。CCP(CAN CalibratI/On Protocol)是一种基于CAN总线的应用协议 ，该协议为标定系统开发提供了标准平台。 CCP主要用于电控单元数据标定及测量，最初由Audi、BMW 、Mercedes-Benz、Volkswagen等欧洲汽车公司成立的标准化组织 ASAP(StandardizatI/On of ApplicatI/On CalibratI/On Systems Task Force)发展而来，由于该系统在电控系统开发

11、方面的强大优势，因 此已逐渐为世界各大汽车公司所采用 4.1-基于CCP的整车控制器标定协议框图 整车控制器的标定框图如下所示，CCP的标定工具从符合 ASAP2标准的A2L文件中读取ECU内部变量的描述，再根据CCP协议 的规定发送命令，从而获取或标定整车控制器的变量。 4.2-CCP主从模式的通信配置示意图 监控及标定界面通过整车控制器站地址的配置实时地建立监 控及标定界面和整车控制器之间的逻辑连接。该连接在其他ECU的 地址被选中或当前连接通过指令被明确断开之前一直有效。 4.3-电动汽车整车控制器的标定流程 1）传感器校正 整车控制器的传感器的校正主要包括油门踏板传感器及制动 压力传感

12、器。利用在线监控及标定软件对其范围进行校正。 2）开关状态的验证 为了确保整个车辆控制策略的运行状态，需要确定钥匙开关 状态、挡位的开关状态、空调、暖风的开关状态、运行模式的开关 状态是否与设计的一致。 3）执行器的状态确定 为了确保整个车辆控制策略的运行状态，需要确定指示灯、 继电器控制状态是否正常 4.3-电动汽车整车控制器的标定流程 4）指令接收的确定 利用在线监控及标定软件调用整车控制器的调试软件，查看整车控制 器对电机控制器和电池管理系统等部件发送的信息接收的正确性 5）整车辅助部件控制参数的标定 空调管理的参数标定：空调开启时电池的SOC状态，空调关闭的SOC条 件；暖风管理的参数标定：暖风开启时电池的SOC状态，暖风关闭的SOC条件 4.3-电动汽车整车控制器的标定流程 6）驱动工况试验 驱动工况的标定主要参考每个控制策略的参数，比如电机驱动模式的 策略参数的MAP; 7）故障与预警情况下控制策略参数标定 电池的最大充电电压和最低放电电压MAP； 电机控制器直流侧的最高和最低电压MAP； 电池单体的最高和最低电压值MAP； 电池的最高和最低温度限制MAP； 电机和电机控制器的最高温度限制MAP； 电池不同SOC下的最大充放电功率的限制MAP；