純電動(dòng)客車整車控制策略主體架構(gòu)

丘東海

(中興智能汽車有限公司，廣東 珠海 519000)

整車控制器是汽車的核心部件之一，車輛的性能及穩(wěn)定性很大程度上取決于整車控制器控制策略的優(yōu)劣。整車控制器經(jīng)歷了從工業(yè)級到汽車級的發(fā)展過程，硬件的可靠性及運(yùn)算速度都有很大提高。目前主流的整車控制器控制策略的開發(fā)是基于Simulink的V型流程開發(fā)體系[1]，涵蓋需求分析、功能定義、架構(gòu)設(shè)計(jì)、策略開發(fā)、代碼生成、測試驗(yàn)證等。本文搭建純電動(dòng)客車整車控制策略的主體架構(gòu)。

1 整車控制策略架構(gòu)

根據(jù)整車控制策略的功能需求[2]，將整車控制策略架構(gòu)劃分為縱橫主體架構(gòu)，再根據(jù)縱橫主體架構(gòu)將純電動(dòng)客車的功能需求進(jìn)行拆分，最終得到純電動(dòng)客車的整車控制策略主體架構(gòu)。

1.1 縱橫主體架構(gòu)

整車控制策略縱橫主體架構(gòu)從上到下定義為橫架構(gòu)，從左到右定義為縱架構(gòu)，如圖1所示。通過對架構(gòu)內(nèi)容的組合，可以對整車控制策略有更深入的了解[3]。

圖1 整車控制策略的縱橫主體架構(gòu)

1) 縱架構(gòu)分為輸入層、控制層、輸出層。輸入層主要功能是對輸入信號進(jìn)行參數(shù)配置及數(shù)據(jù)解析處理；控制層主要功能是對控制功能進(jìn)行參數(shù)設(shè)置及功能邏輯開發(fā)；輸出層主要功能是對輸出信號進(jìn)行參數(shù)設(shè)置及數(shù)據(jù)打包處理。

2) 橫架構(gòu)分為參數(shù)層、應(yīng)用層。參數(shù)層主要功能是對整車控制相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置；應(yīng)用層主要功能是對整車控制進(jìn)行功能邏輯開發(fā)[4]。

1.2 縱橫主體架構(gòu)的拆分

圖1所示的整車控制策略縱橫主體架構(gòu)可拆分為13個(gè)模塊，每個(gè)模塊之間相互獨(dú)立又相互關(guān)聯(lián)。拆分后的架構(gòu)如圖2所示，其層與層之間通過BUS總線將每個(gè)模塊之間、每層之間的信號組合連接，實(shí)現(xiàn)模塊與模塊之間、層與層之間、層與模塊之間的相互通信[5-7]。拆分后的架構(gòu)定義了整車控制策略的主體功能模塊及其相互之間的關(guān)系。

圖2 整車控制策略主體架構(gòu)

2 參數(shù)層

2.1 輸入?yún)?shù)

輸入?yún)?shù)可分為CAN通道設(shè)置參數(shù)及輸入端口設(shè)置參數(shù)，主要是對輸入信號的屬性進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，如圖3所示。通過將輸入?yún)?shù)作為一個(gè)模塊來定義，可以便捷地對純電動(dòng)客車平臺不同的接口定義進(jìn)行快速配置，并且便于進(jìn)行復(fù)盤排查設(shè)置的準(zhǔn)確性。

圖3 輸入?yún)?shù)架構(gòu)

2.2 控制參數(shù)

控制參數(shù)分為整車控制設(shè)置參數(shù)和電機(jī)控制設(shè)置參數(shù)，主要是對控制策略應(yīng)用中的相關(guān)參數(shù)屬性進(jìn)行設(shè)置，如圖4所示。作為一個(gè)平臺化的產(chǎn)品，在設(shè)計(jì)開發(fā)過程中，整車控制相關(guān)參數(shù)應(yīng)保持一定的穩(wěn)定性，初始平臺設(shè)計(jì)完成后，整車控制參數(shù)將被固化。在后續(xù)平臺設(shè)計(jì)開發(fā)中，將通過調(diào)整電機(jī)控制參數(shù)去適配三電選型匹配的系統(tǒng)。

圖4 控制參數(shù)架構(gòu)

2.3 輸出參數(shù)

輸出參數(shù)分為輸出端口設(shè)置參數(shù)和刷寫標(biāo)定設(shè)置參數(shù)，主要是對輸出端口及監(jiān)控刷寫標(biāo)定的參數(shù)屬性進(jìn)行設(shè)置，如圖5所示。輸出參數(shù)與輸入?yún)?shù)類似，有利于便捷配置不同平臺的接口參數(shù)，并便于排查參數(shù)的正確性。輸出中使用的CAN通道設(shè)置與輸入CAN通道設(shè)置是相同的，不需要在輸出端進(jìn)行重新定義。

圖5 輸出參數(shù)架構(gòu)

3 應(yīng)用層

3.1 輸入信號

應(yīng)用層輸入信號包含硬線信號和CAN信息，其主要功能是對輸入信號解包和解析。為了將輸入信號與控制層解耦，對輸入信號進(jìn)行重組預(yù)處理，得到控制層所需要的輸入信號，如圖6所示。

圖6 輸入信號架構(gòu)

對輸入信號進(jìn)行解析預(yù)處理，能夠確保輸入信號的有效性，便于在整車控制策略中進(jìn)行策略開發(fā)。另外，對輸入信號進(jìn)行重組預(yù)處理，可以確保整車控制策略輸入信號的一致性，保持平臺整車控制策略的完整性及穩(wěn)定性。便于進(jìn)行平臺整車控制策略的移植及復(fù)用。

3.2 整車控制策略

應(yīng)用層整車控制策略的主要功能是控制車輛實(shí)現(xiàn)輸入控制、時(shí)序邏輯控制、附件控制、驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制、數(shù)據(jù)處理等相關(guān)功能邏輯。其包含上下電管理、駕駛員意圖解析、擋位邏輯、電機(jī)模式控制、扭矩解析、高低壓附件控制、故障處理、能量管理、網(wǎng)絡(luò)管理、數(shù)據(jù)存儲等功能[8-9]，如圖7所示。

圖7 整車控制策略架構(gòu)

整車控制策略中的每個(gè)功能模塊都是一個(gè)獨(dú)立的功能策略，一方面便于解耦每個(gè)功能之間的邏輯關(guān)系，另一方面可以確保功能的完整性。在進(jìn)行功能復(fù)用時(shí)，只需要對功能模塊的輸入輸出信號進(jìn)行組合即可；在更新功能模塊時(shí)，只需要對功能內(nèi)部邏輯進(jìn)行調(diào)整即可，不會因此影響其他功能模塊的時(shí)序邏輯。因此，可以大大降低開發(fā)難度及提高開發(fā)效率。

3.3 輸出信號

應(yīng)用層輸出信號包含硬線信號和CAN信息，其主要功能是對輸出信號進(jìn)行打包及輸出控制。為了將輸出信號與控制層解耦，也需要對輸出信號進(jìn)行重組，如圖8所示。

圖8 輸出信號架構(gòu)

4 整車控制策略主體架構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)

以上整車控制策略主體架構(gòu)已在某純電動(dòng)客車樣車上應(yīng)用。在應(yīng)用過程中，對每個(gè)模塊還應(yīng)進(jìn)行子模塊拆分，并以總線形式進(jìn)行信號匯總，從而達(dá)到模塊與模塊、層與層、模塊與層之間的高度解耦[10]。

4.1 整車控制策略主體架構(gòu)優(yōu)點(diǎn)

從應(yīng)用情況看，有以下幾個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)：

1) 界限清晰，功能邏輯清晰。每個(gè)模塊的功能都是一個(gè)完整的功能邏輯，與別的模塊之間的關(guān)系只是信號的傳遞。

2) 模塊可移植，功能邏輯不受輸入/輸出信號的影響。每個(gè)模塊在移植過程中只需要將信號源的信號配置成模塊需要的輸入/輸出的信號即可，靈活性高。

3) 信號線簡潔，連接快捷方便。所有的信號最終匯總成一條或者幾條總線，在信號傳遞過程中，只需要將對應(yīng)總線進(jìn)行傳遞即可，查找信號方便。

4) 信號解耦，適應(yīng)性強(qiáng)。整車控制策略中應(yīng)用到的信號都經(jīng)過輸入/輸出信號處理模塊進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)了輸入/輸出信號與整車控制策略的解耦，提高了整車控制策略的適應(yīng)性。

4.2 整車控制策略主體架構(gòu)缺點(diǎn)

在應(yīng)用中也發(fā)現(xiàn)以下缺點(diǎn)：架構(gòu)中先將模塊的信號匯總成模塊總線信號，再將層的信號匯總成層的總線信號，最后把所有信號總線匯總成一條整體信號總線，造成整體信號總線內(nèi)涵蓋了整個(gè)控制策略架構(gòu)的所有信號，信號過多，傳遞過程中造成過多的控制器負(fù)載浪費(fèi)。

5 結(jié)束語

該整車控制策略架構(gòu)已在我司多款純電動(dòng)車型中應(yīng)用，大大提高了我司的軟件開發(fā)效率，并且開發(fā)的軟件應(yīng)用效果穩(wěn)定可靠，應(yīng)用車型運(yùn)行里程達(dá)10萬km以上，未出現(xiàn)大的軟件BUG，車輛運(yùn)行性能穩(wěn)定。