來源 | 《湖南獵豹汽車股份有限公司》
來源 | 電動學堂
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本文以某純電動汽車為研究對象，分析其整車控制需求，設計滿足控制要求的整車控制器軟體。某電動汽車為前置前驅的純電動車型，整車控制系統原理如圖1所示。與整車控制相關的高壓系統包括電池管理系統（動力電池）、驅動電機控制器、三合一控制器（PDU/OBC/DCDC）和壓縮機等，低壓系統部分主要有電動真空泵、電子水泵、高低速風扇和儀表等。整車控制器通過採集加速踏板、制動踏板、換擋機構、驅動電機和動力電池等部件的狀態信息，判斷駕駛員操作意圖，根據相應的控制策略和算法，得到整車所需的驅動扭矩或部件控制狀態，將相應指令發送給驅動電機、動力電池等，以實現駕駛員對車輛的有效控制，同時保證車輛的動力經濟性、平順性和安全性。整車控制器軟體採用基於模型的開發方式，在MATLAB/Simulink中建立整車控制策略模型，進行相應的仿真測試後，通過MATLAB/EmbeddedCoder自動生成代碼，與基礎軟體集成編譯下載到整車控制器中，經過硬體在環測試、實車道路標定和整車試驗等一系列測試驗證，最終完成整車控制器軟體開發。整車控制器軟體分為應用層和基礎軟體層，軟體架構如圖2所示。應用層是整個控制器軟體的核心層，包含高壓上下電、驅動控制、故障診斷等整車控制策略，採用MATLAB/Simulink開發；基礎軟體層包括：CCP服務、UDS服務、BOOTLOADER和網絡管理等模塊以及硬體驅動模塊，硬體驅動模塊為控制器IO、AD、CAN和FLASH等硬體資源驅動函數，基礎軟體層採用C語言編寫。電動汽車高壓系統上下電管理分三種模式：驅動模式、慢充模式（交流充電）和快充模式（直流充電），如圖3所示。驅動模式是指由用戶通過車輛啟動按鍵觸發，BCM執行喚醒整車控制器動作，整車控制器主導控制高壓系統上下電流程。慢充模式是指由用戶通過插入交流充電槍觸發，電池管理系統執行喚醒整車控制器動作，整車控制器配合完成交流充電過程。快充模式是指由用戶通過插入直流充電槍觸發，直流充電流程由電池管理系統和直流充電樁交互完成，整車控制器可對充電過程進行監控。驅動模式和慢充模式下高壓系統上電完成狀態的判定條件為：整車控制器發出主正接觸器閉合的指令後，電池管理系統執行並反饋主正、主負接觸器處於閉合狀態且預充接觸器斷開，整車控制器才會認定高壓系統完成上電。為保證高壓系統上電安全，在高壓系統上電前和預充過程中，整車控制器需控制所有高壓用電部件處於停止工作狀態。特別是壓縮機、PTC和DC/DC，在確認高壓系統完成上電後，才可以進入到工作狀態。驅動控制策略被分為驅動工況、扭矩計算、扭矩濾波和扭矩限制等模塊，如圖4所示。驅動工況分為蠕動，加速，滑行和制動工況，通常定義條件如下：（a）無制動信號；（b）加速踏板開度不大於某定值；（c）車速不大於某定值。（a）無制動信號；（b）加速踏板開度不大於某定值；（c）車速大於某定值。（a）有制動信號。扭矩計算模塊根據驅動工況採用不同的輸入信號進行需求扭矩計算。蠕動工況下以車速作為輸入信號進行查表得到需求扭矩，對於車輛溜坡的情況還需要進行特殊控制。在加速工況下，根據加速踏板開度和車速查詢扭矩MAP來得到需求扭矩，因為車輛設置有經濟模式和動力模式，則分為兩個不同的扭矩MAP，滿足動力模式、經濟模式下不同的加速性、能耗等要求。滑行工況和制動工況可以根據當前車速計算需求扭矩，因該車型可以採集制動踏板開度信號，則將制動開度引入作為制動工況扭矩計算的輸入，可以提高制動工況下的能量回收率。在驅動模式或慢充模式下，確認高壓系統完成上電後，整車控制器使能DC/DC。高壓系統下電時，關閉DC/DC。整車控制器通過採集蓄電池電壓識別DC/DC故障，當整車控制器使能DC/DC後，如蓄電池電壓連續一段時間內小於某定值，則判定DC/DC出現故障。電動汽車動力系統的散熱由電子水泵和高低速風扇實現。高壓系統上電後，整車控制器將首先控制電子水泵工作在低轉速狀態，然後根據驅動電機、電機控制器、DC/DC和OBC的溫度情況，依次採取提高電子水泵工作轉速、打開低速風扇、打開高速風扇的措施對動力系統進行散熱。高低速風扇採用滯環控制，防止風扇頻繁啟停。整車控制器根據空調控制器的輸入信息進行空調壓縮機和PTC工作控制。當壓縮機工作時，還需結合三態壓力開關信號，對高低速風扇進行控制。壓縮機啟動時，低速風扇開始工作；中壓開關閉合時，高速風扇開始工作。本文以某電動汽車為對象，根據其整車控制需求，採用基於模型的方式進行整車控制器軟體開發，對高壓上下電、驅動控制和附件控制模塊進行控制策略設計，實現了整車控制目標。