電動汽車整車控制器設(shè)計(jì)與應(yīng)用

李杰 萬凱

鄭州宇通客車股份有限公司海外產(chǎn)品事業(yè)部 河南省鄭州市 450000

1 引言

隨著汽車行業(yè)的不斷發(fā)展，我國電動汽車制造行業(yè)在不斷的進(jìn)行著技術(shù)的革新，這也是相應(yīng)我國節(jié)能減排，綠色環(huán)保的號召，電動汽車成為現(xiàn)代汽車發(fā)展的一個(gè)新的方向，通過自動化、智能化系統(tǒng)將人類操作與電動汽車結(jié)合在一起，而我們這篇文章說的是整車控制器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，整車控制器的功能就類似于人的大腦，負(fù)責(zé)接受命令和執(zhí)行命令、上下電控制、邏輯判斷輸出和故障模式執(zhí)行等，是通過接受各種開關(guān)、數(shù)字、模擬信號，后按照預(yù)先寫入的邏輯程序執(zhí)行相應(yīng)操作或給其他部件發(fā)送相應(yīng)的指令，后期在專用控制系統(tǒng)臺架上、整車道路運(yùn)行中完成調(diào)試定型，然后小批量上市后正式投入市場使用。

2 整車控制器系統(tǒng)的概述

2.1 整車控制系統(tǒng)

節(jié)能減排是當(dāng)前我國發(fā)展的主題，所以在研究汽車的制造過程中，節(jié)能減排是主流，電動汽車發(fā)展起來，整車控制器承擔(dān)了最為關(guān)鍵的整車控制技術(shù)，它收集駕駛員的駕駛行為與操作設(shè)備的狀態(tài)。分析預(yù)判駕駛員的行為意圖，控制車輛的上下電過程與運(yùn)行模式，決定系統(tǒng)的動力組成與能量優(yōu)化分配，控制部件之間最佳匹配，實(shí)現(xiàn)最高的工作效率，監(jiān)督系統(tǒng)的異常狀態(tài)與運(yùn)行故障，實(shí)現(xiàn)人-機(jī)-車的高效運(yùn)行與安全保護(hù)。隨著世界經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展企業(yè)與企業(yè)之間，國家與國家之間的緊密聯(lián)系，市場競爭日益激烈，電動車的開發(fā)百花齊發(fā)?？刂破鬈浖谠O(shè)計(jì)過程中的方法也是不一樣的，因?yàn)橛珊芏嘬浖δ苣K組成在一起，所以采用的是模塊化的設(shè)計(jì)方法，根據(jù)不同的內(nèi)容進(jìn)行分類，分類成不同的模塊。而車輛在行駛過程中會有各種工況，針對行駛過程中出現(xiàn)的不同情況，進(jìn)行制定不同的行駛控制策略和智能學(xué)習(xí)功能，可以進(jìn)行有效準(zhǔn)確的對汽車進(jìn)行相關(guān)的控制，在行駛過程中可以針對預(yù)定的設(shè)計(jì)要求參數(shù)完成自行矯正學(xué)習(xí)功能，持續(xù)改善預(yù)設(shè)參數(shù)使汽車運(yùn)行更舒適、節(jié)能和安全。

2.2 整車控制系統(tǒng)的組成

整車控制器控制協(xié)調(diào)這其他幾個(gè)控制系統(tǒng)包括電池管理系統(tǒng)BMS、電驅(qū)控制系統(tǒng)等同步進(jìn)行工作。整車控制器主要是包括這微處理器、供電電源模塊、CAN通信模塊、外部驅(qū)動模塊、高速開關(guān)模塊、傳感器信號輸入模塊、串口收發(fā)模塊以及信號輸出模塊組合而成。

2.3 整車控制器的控制模式

電動汽車整車控制器的仿真首先我們應(yīng)該建立仿真模型，主要包括IO口數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、模式轉(zhuǎn)換（啟動模式、制動模式、驅(qū)動模式）、整車控制系統(tǒng)、故障處理系統(tǒng)。

IO口主要負(fù)責(zé)采集開關(guān)、檔位等數(shù)字信號以及加速踏板、制動踏板等模擬信號，根據(jù)采集的信號判斷電動汽車處于何種模式，整車控制器主要負(fù)責(zé)監(jiān)測電機(jī)扭矩、溫度，電池荷電狀態(tài)、溫度等變化，如果發(fā)生故障則顯示故障并由故障處理系統(tǒng)處理返回正常數(shù)值。

啟動模式：駕駛員未踩下加速踏板和制動踏板，電機(jī)根據(jù)整車控制器提出的需求扭矩命令輸出力矩是電動汽車保持靜止?fàn)顟B(tài)或維持在某一低車速狀態(tài)。

驅(qū)動模式：在電動汽車正常行駛中，如果駕駛員踩下了加速踏板，車輛就會進(jìn)入正常行駛驅(qū)動模式。駕駛員對車輛驅(qū)動力矩的需求體現(xiàn)在加速踏板的操作上。

制動模式：一般制動踏板開度不為0會進(jìn)入制動能量回收模式，制動能量回收只是一個(gè)補(bǔ)充，用于回收部分制動能量。

3 控制器

3.1 邏輯程序和參數(shù)設(shè)計(jì)

邏輯程序和參數(shù)設(shè)計(jì)是整車控制器的最初的階段，也是最基礎(chǔ)的階段，但是這個(gè)最簡單的階段往往是最不能夠忽視的。因?yàn)檫壿嫵绦蚴钦囋O(shè)計(jì)的命脈，參數(shù)設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)效果最優(yōu)化的必要條件，當(dāng)整車設(shè)計(jì)的邏輯程序和參數(shù)設(shè)計(jì)確定之后就可以來進(jìn)行整車控制器的研究，同時(shí)參數(shù)不光是一個(gè)數(shù)據(jù)，同時(shí)還包括著制動性參數(shù)，動力參數(shù)以及一系列復(fù)雜的公式及運(yùn)算因子等數(shù)據(jù)，甚至在不同的運(yùn)行模式或溫度下，參數(shù)是可以根據(jù)預(yù)設(shè)定進(jìn)行修正。

通過邏輯程序和參數(shù)設(shè)計(jì)可以反應(yīng)出整車的各項(xiàng)實(shí)際運(yùn)行數(shù)值，動力數(shù)據(jù)、爬坡數(shù)據(jù)、剎車距離等多項(xiàng)重要數(shù)據(jù)都可以在其中反映出來后再進(jìn)行不斷調(diào)試。

3.2 系統(tǒng)仿真

第二部就是將前面提到的參數(shù)數(shù)據(jù)來整合建立運(yùn)行模型，例如對溫度、速度車輛態(tài)勢等因素，都會對電動汽車的運(yùn)行、充放電有一定的影響，降低汽車產(chǎn)品的使用效率。仿真在這方面都有其應(yīng)用，可以盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)的不足之處并加以優(yōu)化，縮短開發(fā)進(jìn)程發(fā)，給后期物理各項(xiàng)試驗(yàn)，剎車性能試驗(yàn)，百公里加速試驗(yàn)，爬坡測試留出更多的調(diào)試時(shí)間。

邏輯控制仿真、道路工況仿真、加速度仿真、爬坡仿真等動力學(xué)仿真功能可以預(yù)測車輛性能：三組從初速度加速到末速度所需要的最短時(shí)間、某一時(shí)間段內(nèi)車輛行駛的最大距離、行駛某一段距離所需要的最短時(shí)間、最大加速度和最大速度。

3.3 半實(shí)物在環(huán)系統(tǒng)仿真

不得不說仿真技術(shù)是研究整車控制器的一個(gè)必不可少的手段，因?yàn)闆]有那么多資金和資源進(jìn)行真正的試驗(yàn)，仿真技術(shù)不但解決了這一問題還可以更加直觀的反映出各項(xiàng)數(shù)據(jù)以及程程控制器的不足之處。混合仿真技術(shù)也成為制造汽車控制器的最為有力的手段之一。模擬進(jìn)行這一系列試驗(yàn)已經(jīng)可以使找那個(gè)整車控制器完善。

3.4 臺架及道路試驗(yàn)

上面的一系列虛擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行完成之后，就開始需要進(jìn)行真正的道路試驗(yàn)，因?yàn)榧词棺鲈诙嗟奶摂M數(shù)據(jù)試驗(yàn)也只是紙上談兵，因?yàn)樵S多數(shù)據(jù)是無法被模擬出來的，比如說風(fēng)速需要一個(gè)適宜的形狀來使模型達(dá)到最為適宜的空氣動力學(xué)。掌握先進(jìn)技術(shù)對我國的發(fā)展十分有利，所以在此過程中，我國企業(yè)與相關(guān)部門積極進(jìn)行技術(shù)的研發(fā)，對技術(shù)進(jìn)行開發(fā)與研究，投入資金與時(shí)間進(jìn)行培養(yǎng)科技人員，能夠培養(yǎng)出我國科研、設(shè)計(jì)的先進(jìn)人才，為我國新能源汽車技術(shù)的發(fā)展奠定了人才的基礎(chǔ)，促進(jìn)該行業(yè)的健康發(fā)展。臺架試驗(yàn)、道路試驗(yàn)、車載監(jiān)控及道路系統(tǒng)都是最后的真實(shí)試驗(yàn)中步驟。

（1）整車控制器是整車設(shè)計(jì)的一部分，必須根據(jù)整車性能要求和選用的各總成單元性能進(jìn)行參數(shù)匹配，使整車整體性能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

（2）為滿足國標(biāo)/行標(biāo)，整車需進(jìn)行道路試驗(yàn)。道路試驗(yàn)需要消耗大量的時(shí)間和費(fèi)用，因此為加快研發(fā)速度、規(guī)避研發(fā)風(fēng)險(xiǎn)及降低研發(fā)費(fèi)用，有必要采取系統(tǒng)仿真技術(shù)、半實(shí)物仿真或臺架試驗(yàn)。根據(jù)實(shí)際條件，可選擇不同的試驗(yàn)手段。應(yīng)在道路試驗(yàn)前，盡量做出完備的測試。

（3）整車道路試驗(yàn)需要一套車載監(jiān)控及標(biāo)定系統(tǒng)。在道路試驗(yàn)中需對控制參數(shù)和策略進(jìn)行優(yōu)化。

（4）對于同款電動汽車，可能需要根據(jù)路況特點(diǎn)及應(yīng)用特點(diǎn)，來優(yōu)化整車控制器控制參數(shù)和策略。

4 結(jié)語

隨著全球環(huán)境的污染，生態(tài)的惡化是我們生活的環(huán)境越來越惡劣，電動汽車行業(yè)開始異軍突起，因?yàn)殡妱悠嚥坏?jié)能環(huán)保還噪音小節(jié)約石油資源等多個(gè)優(yōu)點(diǎn)，以上就是對于電動汽車整車控制器的介紹，有文章可見這個(gè)控制器的作用不可謂不大所以這種新型的技術(shù)我們一定要大力發(fā)展，爭取做這種高新產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)國家。首先積極引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行二次創(chuàng)新，并且進(jìn)行與各個(gè)企業(yè)進(jìn)行長期的合作與交流，分享科研成果，并且企業(yè)應(yīng)該與高校進(jìn)行合作與交流，培養(yǎng)人才與對人才的歷練，這對該行業(yè)的發(fā)展十分有利，這不僅能使企業(yè)在激烈的市場競爭中獲得優(yōu)勢地位，而且促進(jìn)了該行業(yè)的健康發(fā)展，進(jìn)一步促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)的轉(zhuǎn)型與發(fā)展。