纯电动汽车整车控制策略研究及基于Simulink的建模仿真

密级：公开密级：公开纯电动汽车整车控制策略研究及基于长春大学硕士学位论文原创性声明立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本长春大学硕士学位论文版权使用授权书本学位论文作者及指导教师完全了解“长春大学研究生学位论文版权使用规定”,同意长春大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权长春大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)I影响纯电动汽车发展的三大关键技术，即电池技术，电机技术，整车控制技术，是各大汽车厂商急需攻克的难题，整车控制技术的优劣将直接影响到整车的性能，本文主要针对整车控制技术展开研究。首先，通过阅读相关文献，对整车控制策略进行了详尽的研究，把整车控制策略细分为了输入信号的采集及诊断策略、整车运行模式管理策略、上下电管理策略，整车扭矩管理策略，故障处理策略，附件控制策略，驱动平顺性处理策略，其中，整车扭矩管理策略是整车控制策略的重点，整车扭矩管理策略包含驱动扭矩管理策略和制动扭矩管理策略，制动扭矩管理策略还涉及到机械制动力矩与回收制动力矩的分配问题。其次，在MATLAB/SIMULINK环境下搭建了纯电动汽车整车控制策略模型，实现了整车控制策略的模型化表达，并通过输入不同的信号输入量对所搭建的模型进行了仿真调试；在AVL-CRUISE环境下搭建了纯电动汽车整车模型。整车模型的搭建内容包括：整车模型框架的构建，各车辆组件数据的输入，机械和电气连接，信号数据连接等，从而得到了不含整车控制功能的原始纯电动汽车CRUISE最后，针对所搭建的不含整车控制功能的原始纯电动汽车CRUISE模型，进行了整车动力性和经济性仿真，继而进行了原始纯电动汽车CRUISE模型与整车控制策略SIMULINK模型的联合仿真配置，并进行了联合仿真，仿真内容包括：NEDC循环下的整车性能分析，原地起步加速性能分析，超车加速性能分析。从两次仿真结果的对比分析中得出，所制定的整车控制策略有利于改善纯电动汽车整车动力性和经济性。Inresponsetotheincreasinglysevereproblemofenergyshortagesandenvironmentalpollution,mostcountriesarepromotingtechnologiesthataffectthedevelopmentofpureelectricvehiclesarebatterytechnology,motortechnologyandvehiclecontroltechnology.Thematurityofvehiclecontroltechnologywilldirectlyaffecttheperformanceofthevehicle.Thispapermainlystudiesofrelatedliteratures.Wesubdividedthevehrespectivelyare:theacquisitionanddiagnosticstrategyofinputsignal,operatingmodemanagementstrategy,poweronandpowerovehicletorquemanagementstrategy,faulthandlingstrategy,attachmentcontrolstrategthefocusofthevehiclecontrolstrategy.Thevehicletorquemanagementstrategybrakingtorquemanagementstrategyalsorelatestothedistributionofmechanicalbrakingtorqueandrecoverybrakingtorque.Secondly,webuiltthevehiclecontrolstrategymodeinputtingdifferentsignal.WebuiltthevehiclemodelofpureelectricvAVL-CRUISEsoftware.Theconstructionprocessofthevehiclemodelincludessignaldataconnection.Afterthat,theCRUISEmodeloftheoriginalpureelectricvehiclewithoutvehiclecontrolperformancesimulationarecarriedout.ThelectricvehicleCRUISEmodelandthevehiclecontrolstrategySIMULINKmodelwascarriedout.SimulationcontentNEDCcycle,andaccelwholevehiclecontrolstrategyishelpfeconomicperformanceofpureelectricvehicle.electricvehiclebyusingautomaticcodegenerationtechnologyofSIMULINKsoftware.Thus,theapplicationlayercodeofthevehiclecontrollersoftwareisformed. 11.1能源危机与环境污染 1 11.1.2环境污染 21.2纯电动汽车的三大关键技术 21.2.1电池技术 21.2.2电机技术 31.2.3整车控制技术 31.3纯电动汽车整车控制器技术发展现状 31.3.1国外纯电动汽车整车控制器技术发展现状 31.3.2国内纯电动汽车整车控制器技术发展现状 31.4课题的提出及本文的主要研究内容 41.4.1课题的提出 41.4.2本文的主要研究内容 4第2章纯电动汽车整车控制策略研究 62.1输入信号的采集及诊断 62.1.1数字输入信号处理 62.1.2模拟输入信号处理 62.1.3CAN总线输入信号处理 72.2整车运行模式管理 72.3上下电管理策略 92.3.1放电模式下的整车上下电逻辑 92.3.2充电模式下的上下电逻辑 2.3.3紧急故障模式的下电管理 2.4整车扭矩需求管理策略 2.4.1驾驶员扭矩需求解析 2.4.2电机允许扭矩计算策略 2.4.3传动系统传动能力计算 2.4.4整车扭矩计算 2.5故障处理策略 2.6附件控制策略 2.6.1冷却风扇控制 V2.6.2水泵继电器控制 2.6.3真空泵继电器控制 2.6.4PTC暖风控制 2.6.5空调控制 2.7驱动平顺性处理策略 2.8本章小结 第3章整车控制器软件开发流程及控制策略模型搭建 3.1整车控制器软件开发流程 203.1.1开发流程介绍 3.1.2MATLAB/Simulink软件介绍 203.2整车控制策略Simulink模型搭建 3.2.1整车运行模式管理策略模型 233.2.2整车扭矩需求管理策略模型 253.2.3故障处理策略模型 273.2.4附件控制策略模型 283.2.5驱动平顺性处理策略模型 3.3本章小结 29 4.1AVL-CRUISE软件简介 4.2纯电动汽车整车AVL-CRUISE模型搭建 4.2.1车辆模型框架的搭建 4.2.2车辆参数数据的输入 4.2.3能量连接和信息数据连接 4.3本章小结 第5章联合仿真及仿真结果分析 5.1纯电动汽车整车CRUISE模型仿真 5.1.1仿真计算前的模型配置内容 5.1.2仿真结果分析 5.2整车CRUISE模型与控制策略Simulink模型的联合仿真 5.2.1CRUISE模型与Simulink模型的联合配置 5.2.2联合仿真结果分析 5.3有无控制策略模型介入时整车性能的对比分析 415.4本章小结 44 45作者简介及科研成果 49 11.1能源危机与环境污染在可持续发展的道路上，能源危机与环境污染成为了我国所面临的的急需解决的两大问题。在中国的“十三五”规划纲要草案中也对“大气十条”、“水十条”等计划提出了更高的标准[1]。汽车行业的技术水平也代表着世界科学技术水平的发展标志，该行业跟各行各业都存在着紧密的联系。1.1.1能源危机根据中国汽车工业协会近日发布的数据显示，2017年1至11月期间，国内汽车产销分别完成2599.9万辆和2584.5万辆，同比分别增长3.9%和3.6%,中国已经成为了世界上汽车产销第一大国[2]。公安部交管局公布，至2017年年底，全国机动车保有量达3.10亿辆，其中汽车2.17亿辆，与2016年相比，全年增加2304万辆，增长11.85%。2016年全球石油消费增长160万桶/日，上升1.6%3,根据世界能源的展望统计和预测中国目前和将来相当长一段时间都将是最大的能源消费和增长市场。时间截止到2016年的年底世界已探明的总的石油储量为1.7067万亿桶，按照目前的石油消费速度全球已经探明石油储量只够使用46.67年。按照常规发展中国来自能源使用的碳排放量到2035年将增长大约13%,这将远超国际能源署4%情景的预测，为了巴黎协议制定的排放目标能够顺利实现，预计到2035全球碳排放需要下降30%左右。随着各国经济繁荣发展对石油需求更加多，特别是新兴市场国家，其中一半的增长是中国带来的，中国的能源消耗量占全球的23%,依然是全球最大的能源消费国，毋庸置疑，中国已经成为了世界石油消耗大国，但是中国已经探明的可开采石油资源量却不容乐观，中国已经探明的可开采石油储量仅仅排在第十一名，与世界第一的国家沙特阿拉伯相比，中国石油存储量不足沙特阿拉伯的百分之十。中国作为汽车产销量第一大国，对石油的消耗日趋攀升，但中国已经探明可开采石油储量却很少，这将势必会造成中国对外石油进口的日益增加，中国已经成为了石油进口第一大国，对外石油依赖度日趋增加，中国所面临的能源危机问21.1.2环境污染我国是世界最大的汽车生产和消费市场，随着经济的发展特别是近几年来，汽车产销量和保有量都提高了很多，目前市场上使用的内燃机主要以消耗化石燃料为主，内燃机在作功的过程中消耗化石燃料并排出废气，燃料在完全燃烧的情况下会有CO₂和H₂O生成，因为燃料主要成分是碳和氢，随着CO₂排放增多大自然无法完全自我调节导致大气内的碳循环失衡，形成了“温室效应”等问题。研究表明从工业发展之前大气中的CO₂为280ppm,到2013年上升到400ppm,导致全球地表平均温度持续升高，预计2016-2035年期间和1986-2005年时间段温度将升高0.3℃至0.7℃。发动机排放的污染物已经对环境产生了严重影响，汽车用汽柴油主要生成一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氮氧化合物(NOx)和微粒(PM)四种排放污染物L⁵1,这四种污染物对我们的日常环境自身身体健康危害很大，随着工业的发展，雾霾出现在人民的生活环境中，而PM2.5是形成雾霾的主要因素。加州大学伯克利分校的有关物理学家估计在中国每年有大约160万人死于因空气的严重污染特别是雾霾中的细小颗粒而导致的肺、心脏及中风等疾病，发动机排放问题倍1.2纯电动汽车的三大关键技术纯电动汽车不会直接产生尾气排放污染物，对环境不会造成直接污染[6],其次，从国家能源结构上看，中国作为一个对外石油依赖度超过百分之五十而煤炭储存量丰富的国家，大力发展纯电动汽车能有效缓解国家的石油能源紧缺的问题[7]。但是，纯电动汽车的发展需要亟待解决的技术难题也不容忽视，现阶段，制约纯电动汽车发展的技术难题有三个，即电池技术、电机技术、整车控制技术[8-11]。动力电池为纯电动汽车提供其运行期间所需的全部能量，动力电池及电池管理技术是制约纯电动汽车发展的关键因素[12]。纯电动汽车所使用的动力电池有三类，分别是：铅酸电池、碱性电池和燃料电池[13]。铅酸电池比能量较高、价格低廉[14];碱性电池主要包括镍镉、锂离子等多种电池[15]。燃料电池能将燃料的化学能转变为电能，比能量较前两种高，但是燃料电池目前仍处在科研阶段，关键性3现如今，纯电动汽车所面临的技术难题是充电时间过长和电池循环寿命太短，这两个问题也恰恰是制约纯电动汽车发展的关键性因素。目前应用在纯电动汽车较多的是永磁同步电动机。随着电机驱动技术与控制科学的交互不断加深，并且控制技术又在趋于数字化和智能化，智能控制技术将更多的应用于电动汽车的电机控制中[17]。当前国内的电机技术以及电机控制技术已相对成熟，国内很多电机生产企业可以开发并生产纯电动汽车用电机以及电机1.2.3整车控制技术整车控制器(VCU)是纯电动汽车的大脑，整车控制器性能的优劣将会直接影响整个控制系统的控制效果。VCU首先采集加速踏板信号，制动踏板开度信号以及其他部件信号，根据控制策略作出相应的计算与决策，并向其他下层的各部件控制器发送控制命令，从而使车辆按照驾驶员的意图正常运行[21-26]。整车控制器中所采用的MCU是影响整车控制器(VCU)性能的核心因素，是衡量整车控制1.3纯电动汽车整车控制器技术发展现状1.3.1国外纯电动汽车整车控制器技术发展现状国外一些车企及科研单位的研究重点为以轮毂电机为动力来源的纯电动汽车129,30],对整车控制器的研究也主要是针对与此种电动车所匹配的整车控制器，有些车企生产的仅搭载一个电机的纯电动汽车是不配备整车控制器的，而是将整车控制功能分配给其他控制器，比如电机控制器，电池管理系统等[31]。国外很多汽车零部件供应商已经具备了整车控制器的开发能力。汽车整车生产厂商、软件公司和汽车零部件供应商共同建立了汽车开放系统架构联盟，尽量简化系统开发周1.3.2国内纯电动汽车整车控制器技术发展现状当今世界各国对新能源汽车的发展越来越重视，国内各汽车生产厂商，科研4院所和高校也把研究重点逐步转向新能源汽车，中国政府也十分重视新能源汽车为了响应国家号召，传统汽车制造公司也都开始了自己的新能源布局，亚迪公司作为传统汽车制造企业，其对新能源汽车的重视度非常大，该公司已有很多新能源车型上市，并具有很强的市场竞争性。除了传统汽车企业正逐步开始新能源汽车的布局，在近几年，国内开始出现专门研发、生产和销售纯电动汽车的公司，比如山东国金、河南速达电动汽车有限公司等等。许多高校和科研院，如清华大学、吉林大学等，已经初步具备了整车控制器的研发能力。虽然国内各汽车生产厂商，科研院所和高校对整车控制器的研究取得了许多的成果，但与国外还存在一定差距，国内开发的整车控制器仅仅是能完成比如整车模式的管理，整车基本扭矩需求的解析等的基本车辆控制功能，在制动能量回馈控制方面国内企业与国外还存在很大差距[38-40],除此之外，在整车能量管理，驱动平顺性的实现，续航里程的提高等方面与国外也存在着较大差距。1.4课题的提出及本文的主要研究内容1.4.1课题的提出当今中国乃至全世界的汽车保有量逐年增加，传统燃油汽车在给人们的生活带来便利的同时，其排放污染物也对环境造成了越来越大的威胁[41],石油作为不可再生能源也在日益枯竭，基于环境污染和能源短缺的考虑，世界各国正在大力推广纯电动汽车，影响纯电动汽车发展的三大关键技术，即电池技术，电机技术，整车控制技术，也是各大汽车厂商急需攻克的难题[42],对纯电动车辆进行有效控制是通过整车控制器来实现的，整车控制器作为车辆的大脑，负责对整车的所有行为进行有效控制。本文主要针对整车控制技术做详细的研究。1.4.2本文的主要研究内容(1)通过阅读研究相关文献，初步制定出比较完善的整车控制策略。(2)在Matlab/Simulink环境下搭建纯电动汽车整车控制策略模型，搭建完成后在Matlab/Simulink环境下进行仿真，给定相应的输入观察是否能得到预期的输(3)利用AVLCRUISE软件进行纯电动汽车整车模型的搭建，得到不含整车控制功能的纯电动汽车原始CRUISE模型。5(4)将所搭建的整车控制策略Simulink模型与纯电动汽车整车CRUISE模型进行联合配置，并进行纯电动汽车整车CRUISE模型与整车控制策略Simulink模型的联合仿真，分析所制定的整车控制策略对整车动力性和经济性的影响。6第2章纯电动汽车整车控制策略研究整车控制技术是纯电动汽车的三大关键技术之一，整车控制器作为整车的大脑对车辆运行过程中的所有行为进行控制，整车控制策略的优劣直接影响到整车的性能。本文将整车控制策略细分为输入信号的采集及诊断、整车运行模式管理、上下电管理策略，整车扭矩需求管理策略，整车能量管理策略，故障处理策略，附件控制策略，驱动平顺性处理策略，下面分别对各策略进行详细描述。2.1输入信号的采集及诊断根据信号性质可以将整车输入信号分为数字信号，模拟信号和CAN总线输入信号，数字信号主要有制动开关信号，空调请求信号等，模拟信号主要有加速踏板信号、制动踏板信号、真空压力信号等。CAN信号主要是来自于电机控制单元(MCU),电池管理系统(BMS)以及其他控制单元的报文信息。2.1.1数字输入信号处理对采集的数字信号首先进行延时滤波，所谓延时滤波是指将窄脉宽以及一些外界干扰脉冲波掉，防止信号毛刺对整车控制的影响，滤波后的数字信号能真实反映外界信号的变化，给整车控制提供有效的信号依据。在对于数字信号的延时滤波处理中，延时时间是一个关键因素，延时时间过长，会使该有的数字信号丢失，影响整车控制的实时性及有效性，延时时间过短，对信号毛刺的过滤作用减弱，不能反映真实的数字信号原貌。2.1.2模拟输入信号处理对采集的模拟信号首先进行平均值滤波，平均值滤波是指将采集的连续N个A/D采样值进行累加，然后求算术平方根，采样累加个数N是影响平均值滤波效果的关键因素，当采样累加个数较多时，信号的灵敏度会降低，但这样会提高信号的平滑度，当采样累加个数较少时，信号的灵敏度会提高，但这样会降低信号的平滑度，对信号进行平均值滤波的优点是可以提高信号的平滑度，但其缺点是不适用于测量速度较慢的情况，且会占用较多的RAM资源。对采集的模拟信号进行平均值滤波后，要对某些较为重要的信号(如加速踏板开度信号，制动踏板开度信号，真空压力信号等)进行初步故障诊断，判断采7集的信号电压值是否落在有效值区间之内。以加速踏板开度信号为例，加速踏板信号采用两路信号的冗余设计，加速踏板信号的诊断包括对两路模拟信号AD值分别进行诊断，两路模拟信号同步性进行诊断，对两路模拟信号AD值分别进行诊断是指判断采集的信号是否处在有效区间之内，如果采集的模拟信号值不在有效区间内，则形成故障代码和故障等级，然后根据相应的故障等级和代码采取相应的故障保护策略。对输入的模拟信号进行诊断后，对于处在有效值区间的有效信号，要将采集到的电压值转化为具有实际物理意义的值，还是以加速踏板信号为例，要把采集到的电压值转化为百分数，0表示不踩加速踏板，100%表示加速踏板踩到底。2.1.3CAN总线输入信号处理对于输入的CAN信号，首先要根据预定的应用层CAN协议，将CAN报文的数据域分解为个物理信号，比如BMS发来的某个CAN信息帧的数据域内可能要包含单体最高电压，单体最低电压，单体最高电压编号，单体最低电压编号，动力电池系统当前运行状态等等，这些信息是整体融合在CAN信息帧数据域内的8个字节里面的，所以要将各个物理信号分离开来单独处理。把各个物理信号分离出来以后要对各个信号进行初步诊断处理，判断其信号值是否处在正常范围之内，如果超出正常范围，则产生故障代码和故障等级，然后根据相应的故障等级和代码采取相应的故障保护策略。2.2整车运行模式管理纯电动汽车的运行模式可以分为充电模式、放电模式和紧急下电模式三种模式，整车控制器根据输入信号，依据预设的整车控制策略进行整车模式切换管理，具体的管理策略可祥见下图。8任务开始NYVCU初始化，BMS上低压电BMS放电模式&&充电信号无效整车进入放电模式N系统故障大于3级YNBMS充电模式&&充电信号有效Y系统故障大于3级Y紧急下电模式NBMS为故障模式||超时YBMS下低压电NVCU唤醒信号是否无效YVCU下电完成N图2.1整车控制模式管理逻辑根据上图所示，可以将模式管理分为以下几个阶段：初始化：当驾驶员将钥匙拧到ON档或者充电机12V低压辅助电源有效时，VCU发出控制信号给BMS上低压电从而唤醒BMS。模式判断：VCU唤醒BMS后，等待与BMS的CAN通讯，根据总线上BMS充电模式：当BMS上报为充电模式且VCU采集的充电信号有效时，VCU控制整车进入充电模式，充电模式下的任务有高低压的上下电和充电过程中对电池放电模式：当BMS上报为充电模式且VCU采集的充电信号无效时，VCU控制整车进入放电模式，放电模式下的任务包括车辆在行驶和停车过程中的所有控制，包括高压电上下电管理，驾驶员意图解析，驱动电机控制管理，故障识别、故障等级和故障模式处理，以及车辆其他附件的控制等。紧急下电模式：当BMS上报为故障模式或CAN通信超时，VCU控制整车进入紧急下电模式，才模式下VCU控制关闭BMS的供电电源。9在放电模式下，不能直接切换为充电模式，只有下电后重新上电，且BMS为充电模式时才能进入充电模式；当在充电模式下运行后，需要再上电后才能切换到放电模式下运行；无论运行在充电模式还是在放电模式下，当有紧急停止情况发生时，无条件切换到紧急情况模式下运行。2.3上下电管理策略整车上电下电管理逻辑包括充电模式下的上下电逻辑、放电模式下的上下电逻辑和紧急状况下的下电管理。2.3.1放电模式下的整车上下电逻辑(1)放电模式下的整车上电逻辑放电模式下的整车上电策略流程主要包含以下几个阶段：唤醒MCU:VCU控制整车进入放电模式后，首先控制使能MCU,MCU被控制器上报故障信息，如果MCU无故障且为允许上电状态，则进入高压电上电控上高压：VCU通过CAN总线给BMS发送高压上电命令，由BMS来执行预充继电器，总正继电器和总负继电器的闭合控制，完成高压上电过程，VCU实时的通过CAN信息监控电池状态，高压电状态为连接且继电器两端低压无异常条件满足后进入下一个状态，高压电准备完毕。DCDC使能：高压上电完成后，VCU使能DCDC,DCDC被使能后，VCU检测DCDC反馈状态，若无故障则进入下一个状态。唤醒MCU:VCU控制整车进入放电模式后，首先控制使能MCU,MCU被控制器上传故障信息，如果MCU无故障且为允许上电状态，进入高压上电控制阶上高压：VCU通过CAN总线给BMS发送高压上电命令，由BMS来执行预充继电器，总正继电器和总负继电器的闭合控制，完成高压上电过程，VCU实时的通过CAN信息监控电池状态，高压电状态为连接且继电器两端低压无异常条件满足后进入下一个状态，高压电准备完毕。测DCDC反馈状态，若无故障则进入下一个状态。整车Ready:当同时满足钥匙转到Start档，刹车信号有效、档位为空挡、系统无故障条件时，VCU控制车辆进入车辆正常运行模式，完成整车上电过程。如果在上电过程中检测到VCU唤醒信号无效，则直接跳转到下电控制。若上电过程中进入故障状态，系统将停留在该状态，等待VCU下电，直至完成下电流(2)放电模式下的整车下电逻辑放电模式下的下电控制包括对低压电的下电控制和对高压电的下电控制，具体的下电逻辑流程如下图所示，主要分为以下几个阶段：车辆正常车辆正常N信号无效YNYBMS下高压电高压连接状态为断开Y下电完成图2.2放电模式下的下电控制逻辑流程图降负载：VCU首先关闭MCU使能和DCDC使能，当驱动电机转速小于50rpm且直流电流小于5A时，整车状态进入高压下电状态；高压下电：VCU监控判断满足条件之后，通过CAN总线给BMS发送高压下电命令，由BMS来执行预充继电器，总正继电器和总负继电器的断开控制，当MCU反馈直流母线电压小于36V之后，整车状态进入低压下电状态；低压下电：VCU控制切断BMS和MCU的低压电，然后VCU自主进行下电过程，VCU进入休眠状态，下电完成。2.3.2充电模式下的上下电逻辑(1)充电模式下的上电逻辑充电时，由充电机12V低压辅助电源唤醒VCU。当VCU被唤醒后，VCU给BMS、MCU上低压电，BMS、MCU被唤醒后，MCU通过CAN总线上报故障信息，判断MCU是否有故障，若无故障，VCU给BMS发送上电指令，由BMS来执行预充继电器，总正继电器和总负继电器的闭合控制，完成高压上电过程，当BMS完成高压上电过程后，VCU使能DCDC,以给充电过程中运行的低压电器供电。当BMS检测到高压上电完成后，闭合充电继电器，并给充电机发送指令，进(2)充电模式下的下电逻辑充电模式下的下电控制逻辑流程如图2.3所示：充电过程中，当VCU未检测到充电信号、或者BMS上报充电完成指令、或者VCU唤醒信号无效，VCU先关闭DCDC,然后等待BMS关闭充电机且直流母线电流小于一定值，当直流母线电流小于某值时，给BMS发送高压下电指令，当高压电断开且MCU电压小于某值后，VCU控制关闭BMS、MCU低压电，完成2.3.3紧急故障模式的下电管理在纯电动车辆遇到紧急故障时，要迅速完成高压下电操作，并迅速完成相关低压电的处理工作，如图2.4所示为紧急故障情况下的下电流程：进入紧急下电模式后，VCU关闭MCU使能、DCDC关闭、延时一段时间后给BMS发送高压下电指令，若检测到VCU唤醒信号无效，则继续完成低压下电过程。NY关闭DCDCNYBMS下高压电高压连接状态为断开YVCU下电下电完成图2.3充电模式下的下电控制逻辑流程图MCU使能关闭N超时YBMS下高压电N<VCU唤醒信号无效YVCU下电下电完成图2.4紧急故障下电流程2.4整车扭矩需求管理策略整车扭矩需求管理策略涵盖对驾驶员加速踏板和制动踏板开度的扭矩解析，电池的输出能力计算，以及传动系统和电机的输出能力计算等，对上述计算结果取最小值作为最终的整车需求扭矩，内容主要包括以下几个部分：驾驶员扭矩需求解析，驱动电机的驱动能力计算，电池输出功率计算[45]。2.4.1驾驶员扭矩需求解析驾驶员扭矩需求分为两部分，即驱动扭矩需求和制动扭矩需求[46],对驾驶员扭矩需求进行解析时采用制动优先策略，即当制动踏板有效时，系统只响应驾驶员的制动扭矩需求。(1)驱动扭矩需求对驾驶员驱动扭矩需求的解析是这样进行的，由驾驶员当前的踏板开度和车速查表得到车辆当前车速下加速踏板开度下驾驶员的基本需求扭矩，如果车速低于某个预设值，则在基本扭矩的基础上叠加一个低速蠕行扭矩，然后对扭矩进行滤波处理，限制扭矩增大或减小的幅度，提高驱动平顺性，驾驶员驱动力表需要进行标定而获得。(2)制动扭矩需求整车制动扭矩包括机械制动扭矩和制动回馈扭矩(电机制动),其中VCU主要控制电机制动部分，由驾驶员当前的制动踏板开度和车速查表得到车辆当前车制动踏板信号有效车速>10&&SOC<90%&&制动踏板开度<60%开启回馈制动禁止回馈制动图2.5电机再生制动控制逻辑电机回收制动能量受电池组SOC的约束，当SOC高于90%时不进行制动能量回收。当车速低于某个值时，制动能量有限，此时不进行制定能量回收；当制动踏板开度大于60%时，属于紧急制动的情况，此时不进行制动能量回收[49],电机制动逻辑如上图2.5所示。整车制动时，为了保证制动稳定性和制动效能，前后轮的制动力分配点应处于制动力理想分配线I线(下图蓝色)、ECE法规线(下图红色)、前轮抱死时制动力分配线f线(下图橙色)以及横坐标围成的区域50。f线组FmI/kN,Fin/kN图2.6前后轮制动力分配图当电机再生制动时，根据当前的制动强度，确定前轮的最大制动力Fmax(制动强度z与ECE法规线交点或f线的交点)和Fmin(制动强度z与I线交点),电机再生制动力与前轮摩擦制动力之和应介于Fmax和Fmin之间，综合考虑电机的最大回收扭矩，可以标定出不同制动踏板开度和车速下的再生制动力，电机再生制动力矩可以根据再生制动力、车轮半径以及当前传动比计算得到。2.4.2电机允许扭矩计算策略电池输出能力确定为了保证电池正常使用，需根据电池的状态信息进行电池输出能力冗余估算。电池管理系统BMS会进行一个关于允许充放电功率的计算，电池的输出能力由BMS允许充放电功率、动力电池的当前单体电压、动力电池的单体温度、动力电池当前SOC、动力电池当前电流信号等信息确定。由动力电池的当前单体电压和当前电流计算得到一个数值；由动力电池的单体温度和动力电池当前SOC查表获得一个数值；电池管理系统BMS会得到一个关于允许充放电功率的数值；此三个数值比较，取最小值作为电池最大输出能力。放电模式下通过上述策略得到的数值为动力电池最大允许放电功率，充电模式下通过上述策略得到的数值为动力电池最大允许充电功率。整车能量管理是指对驱动电机，空调压缩机，DCDC等能量消耗部件进行能量分配，计算出当前能量存储水平下，整车能够分配给电机的最大能量，这也是影响扭矩输出的制约因素，动力电池输出的电能能量的流向可以分为两部分，一部件。驱动模式下，驱动电机的最大允许驱动功率为电池最大允许输出功率与整车附件消耗功率的差值；制动模式下，驱动电机的最大允许制动回馈功率为电池最大允许发电功率与整车附件消耗功率的加和。电机的允许驱动和制动扭矩是由电池最大输出能力、整车能量分配、电机当前的一些状态信息(如电机和电机控制器温度、电机的实际转速等)以及电机控制器MCU计算出的电机允许驱动扭矩及回收扭矩决定的。电机的输出能力计算的外在表现为电机能够输出扭矩大小的计算，主要分为最大的输出扭矩和最大的制动回馈扭矩两部分。最大允许输出扭矩计算过程如下：首先由最大允许驱动功率(最大允许驱动功率是由当前整车能量水平决定的，由整车能量管理策略计算获得)和电机当前转速计算得出当前转速下允许的最大驱动扭矩；然后根据电机和电机控制器温度得到电机当前温度允许的最大驱动扭矩；此外，电机控制器也会计算出一个电机最大允许驱动扭矩；最后，将此三个扭矩值比较，取最小值作为电机最大允许驱最大允许制动回馈扭矩计算过程如下：首先由最大允许制动回馈功率(最大允许驱动功率是由当前整车能量水平决定的，由整车能量管理策略计算获得)和当前转速计算得出当前转速下允许的最大制动回馈扭矩；然后由电机和电机控制器温度查表得到电机当前温度允许的最大回收扭矩；此外，电机控制器也会计算出一个电机最大允许制动回馈扭矩；最后，将此三个扭矩值比较，取最小值作为电机最大允许制动回馈扭矩。2.4.3传动系统传动能力计算传动系统的传递能力为定值，就是传动系统的正反向能够传递的最大扭矩。传动系统的传递能力为主减速器前面的轴的传递能力。2.4.4整车扭矩计算为了保证系统整车运行，整车控制器VCU发送给电机控制器MCU的驱动和回收扭矩不允许超过电机的允许扭矩及传动系统的传动能力限制值，最终VCU通的电机扭矩控制命令值由以下策略获得：整车控制器VCU将前文介绍的驾驶员扭矩解析值，电机允许扭矩值，传动系统的传动能力扭矩限制值进行比较，取最小值作为最终的整车扭矩。上述驱动和制动扭矩值计算完成之后，对扭矩值的变化速率进行限制，即进行扭矩平顺性滤波处理，允许的扭矩变化最大值根据不同的扭矩需求而不同，需根据驾驶性能进行标定，最终，将滤波后的该扭矩值通过CAN总线发送给电机控制器MCU,由MCU控制电机输出此扭矩值。当整车处于在档时，给MCU发送使能指令，并根据驾驶员需求发送前进模式、制动模式、后退模式等工作模式指令，由MCU控制驱动电机驱动整车运行。2.5故障处理策略整车控制器所处理的故障信息主要来自于各其他控制器上报的故障信息以及各传感器输入信号的故障诊断，VCU对所有的故障信息根据故障所可能造成后果的严重程度做统一的故障等级划分，故障等级和故障代码最高的故障作为整车故障，此故障的故障等级作为整车故障等级，然后根据整车故障等级进行相应的处理，整车故障等级可以划分为以下4级：0级：正常；1级：轻微故障，车辆在此故障等级下，不影响车辆的正常行驶，VCU所做的处理是仅在仪表上显示故障信息。2级：可恢复故障，车辆存在比如过流，过温等可恢复故障时，VCU所做的处理是限值电机最大的输出功率以恢复故障。使车辆仅能低速运行。4级：紧急故障，车辆出现紧急故障时，仪表上显示故障，并在关闭扭矩后自动切断高压电，VCU立即下电关闭。2.6附件控制策略纯电动汽车的附件主要包括冷气风扇，水泵，真空泵，空调，PTC加热等，对这些附件的控制主要是通过控制相关继电器来实现的。2.6.1冷却风扇控制主要是对驱动电机、MCU冷却，由MCU温度、驱动电机温度决定是否开启风扇。VCU通过控制风扇继电器来实现风扇的开启与关闭。以电机控制器温度为例：当电机控制器温度高于45℃时，需求开启低速风扇；高于65℃时，需求开启高速风扇，当温度低于55℃时，允许关闭高速风扇，低于35℃时，允许关闭低速风扇。当电机控制器、驱动电机任一个需求开启时风扇时就风扇才开启，都允许关闭风扇时才关闭。以上具体数值需根据具体情况进行标2.6.2水泵继电器控制VCU通过控制水泵继电器的开闭来实现水泵的开启与关闭。当同时满足钥匙转到Start档，刹车信号有效、档位为空挡、系统无故障条件时，VCU控制车辆进入车辆正常运行模式，同时VCU控制水泵继电器闭合，水泵开始工作，当MCU下低压电时，VCU控制水泵继电器断开，水泵停止工作。2.6.3真空泵继电器控制VCU通过控制真空继电器的开闭来实现真空的开启与关闭。当VCU检测到真空压力大于某值A时，VCU控制真空泵继电器闭合，开启真空泵；当真空压力小于某值B时，VCU控制真空泵继电器断开，关闭真空泵。A,B的具体数值需根据具体情况进行标定。2.6.4PTC暖风控制由于纯电动汽车没有了发动机，无法利用发动机冷却水的余热来供暖，所以纯电动汽车的供暖方案主要采用PTC热电阻实现，利用电流经过PTC后产生的焦耳热来实现对车内空气的加热，VCU通过控制PTC继电器的开闭来实现PTC加热的开启与关闭。当驾驶员有暖风需求时，打开鼓风机，当鼓风机正常工作时，按下加热除霜开关给VCU发出加热请求指令，当整车SOC高于20%时，VCU发出加热使能信号，控制PTC继电器吸合。VCU通过温度传感器采集环境温度和PTC温度，当采集到的PTC温度高于C1或环境温度高于C2时，VCU控制PTC继电器断开；当采集到的PTC温度低于C3或环境温度低于C4时，VCU控制PTC继电器吸合。C1,C2,C3,C4的具体数值需根据具体情况进行标定。2.6.5空调控制当驾驶员有空调需求时，打开鼓风机，当鼓风机正常工作时，按下AC开关给VCU发出空调需求指令，VCU根据当前车辆的能量水平来控制空调是否开启，当整车SOC高于20%时，VCU控制空调压缩机继电器吸合，发出压缩机使能信号，同时控制冷凝器风扇继电器闭合，使冷凝器风扇工作，并根据蒸发器温度输出空调压缩机调速信号，使空调系统正常运行。2.7驱动平顺性处理策略整车驱动平顺性处理策略是指VCU时刻通过CAN总线采集电机的输出扭矩变化率以及加速踏板和制动踏板信号，进而解析驾驶员加减速意图，当电机的输出扭矩变化率或加速踏板信号变化率或制动踏板信号变化率超过某个预设值时，VCU可以判断出车辆处于急加速或急减速工况，此时，进入滤波模式，利用驱动扭矩滤波控制方法控制扭矩输出的变化率，从而提高驱动平顺性。2.8本章小结本章对纯电动汽车整车控制策略进行了研究，把整车控制策略分为了输入信号的采集及诊断策略、整车运行模式管理策略、上下电管理策略，整车扭矩需求管理策略，故障处理策略，附件控制策略，驱动平顺性处理策略。输入信号的采集及诊断策略是指对整车控制器所需要的数字信号、模拟信号和CAN信号进行有效采集并做必要的诊断处理；纯电动汽车的运行模式可以分为充电模式、放电模式和紧急下电模式三种模式，整车运行模式管理策略是指根据驾驶员指令和车辆状态信息控制车辆运行在上述三种模式之一；整车上下电管理逻辑包括充电模式下的上下电逻辑、放电模式下的上下电逻辑和紧急模式下的下电管理。整车扭矩需求管理策略涵盖对驾驶员加速踏板和制动踏板开度的扭矩解析，电池的输出能力计算，以及传动系统和电机的输出能力计算等，对上述各计算结果取最小值作为最终的整车需求扭矩；整车控制器VCU所处理的故障信息主要来自于各其他控制器上报的故障信息以及各传感器输入信号的故障诊断，故障处理策略是指整车控制器VCU对所有的故障信息根据故障所可能造成后果的严重程度做统一的故障等级划分，并生成相应的故障代码，并将各故障等级和故障代码作取最大值处理，将数值最大的故障等级和故障代码作为整车故障等级和故障代码，然后根据整车故障等级和故障代码进行相应的处理；纯电动汽车的附件主要包括冷气风扇，水泵，真空泵，空调，PTC加热等，附件控制策略是指通过控制相关继电器的开断来实现对这些附件的控制；整车驱动平顺性处理策略是指对整车的扭矩变化值作滤波处理，使整车驱动更加平顺。第3章整车控制器软件开发流程及控制策略模型搭建3.1整车控制器软件开发流程3.1.1开发流程介绍对整车控制器(VCU)的开发包含硬件开发和软件开发，其中对于软件开发来说，一般基于分层思想，将整个软件分为底层，中间层和应用层，软件应用层实现对被控对象的控制功能，是开发者所设计控制策略的代码化表达；软件底层是应用层与硬件之间的桥梁，主要作用是对MCU各模块的初始化配置以及任务调度的实现等；中间层实现应用层与底层之间的信息交互，软件底层所采集的数字信号，模拟信号和CAN信号通过中间层传递至应用层，经应用层计算所得的结果及控制命令再通过中间层传至底层，由底层软件控制MCU实现相应的操作。对于整车控制器底层软件的开发，由于不同厂家芯片之间的底层代码通用性较差，并且底层软件的代码量不大，所以底层往往由开发人员通过手写获得。中间层一般是通过全局变量实现的一些赋值语句，也由开发人员通过手写获得。软件应用层的主流开发模式是基于模型的开发，即首先根据项目目标及要求确定控制策略，然后在MATLAB/SIMULINK软件环境下，根据所制定的控制策略搭建整车控制策略模型，并进行模型的仿真调试，调试完成后，利用SIMULINK软件的嵌入式代码自动生成功能将控制策略模型转化为C代码，从而得到整车控制器软件的应用层。3.1.2MATLAB/Simulink软件介绍Simulink是MATLAB最重要的组件之一，是一个模块图形化环境，其特点在于提供一个图形化的设计界面，供用户自定义模块库，广泛运用于生物、图像、音频、航空航天和嵌入式设计等方面。这些模块的运行依托于Simulink的解算器，融合了多种经典的数值分析思想和算法。Simulink完全无缝的融合到MATLAB大环境中，使用M语言即可进行模型的创建和仿真，属性的设置、不同工作空间之间的数据传递。Simulink应用不仅限于学术研究，对抽象的数学系统、具体的物理对象都可进行模型化表示，并能够进行基于模型设计的控制系统嵌入式开发。Simulink是一个动态系统建模工具，不仅可以进行数学模型和物理模型的仿真及综合性能分析，而且可针对嵌入式硬件生成产品级代码并为用户提供自定义工具链模块是构成Simulink模型的基本元素，利用信号线将各种模块依据控制策略连接起来，便可将控制逻辑转化为用模型语言描述的控制策略模型。Simulink工具箱里的模块是建模时最常用的，另外，工具箱EmbeddedCoder提供嵌入式代码生成及优化功能模块，在自动代码生成过程中将会大量用到。此模块为信号的输入端口，当它存放于子系统模型中时，为子系统模型增加一个输入端口，是连接上层模型与当前层次模型的接口，将父层模型的信号传递到当前层次模型中来。另外，结合ConfigurationParameter对话框中的数据导入功能，还可以预设In模块的输出值。(2)Out模块此模块作为信号的输出端口，当它存放于子系统模型中时，为子系统模型增加一个输出端口，是连接上层模型与当前层次模型的桥梁，将当前层次模型中的数据传递到父层模型中去。(3)常数模块常数模块在仿真的过程中通常输出恒定的数值。(4)四则运算模块四则运算模块包括Sum、Product和Gain模块。分别能能够实现多个数的加减，乘除和单个数的增益运算。(5)逻辑运算模块逻辑运算模块集合了各种逻辑操作功能于一体，根据用户选择的逻辑关系不同，会显示为一个或多个输入端口，输出端口只有一个。逻辑关系操作包括七个，分别是：与、或、非、与非、或非、异或、异或非。(6)信号合并和分解模块Simulink的信号可以通过信号合并模块Mux组成多维信号，合并之后的信号线上将显示维数，Mux模块是一个虚拟模块，虽然视觉上将多个信号合并为一个信号，但是实际上并没有改变其内部数据结构，只是视觉上看起来线的条数减少并可以同于管理。Demux模块能将多维信号分解为单维或维数较少的组合。(6)数据类型转换模块Simulink支持多种数据类型，利用该数据类型转换模块可以将模块的数据类型进行统一。(8)子系统模块子系统模块就是将一些基本模块及其信号连接组合成一个大的模块，屏蔽内部结构，仅仅将输入输出个数表现在外的层次性划分。子系统分为虚拟子系统和非虚拟子系统，虚拟子系统和非虚拟子系统的评判依据是整个系统的所有模块的采样时间是否统一，非虚拟子系统的所有模块的采样时间被统一，虚拟子系统的内部所有模块的采样时间不统一。上述一些模块是模型搭建过程中较为常用的模块，但是还有很多模块也是非常有用的，此外我们还可以在Simulink环境下创建自定义模块，用于特殊情况下的模型搭建。3.2整车控制策略Simulink模型搭建在Simulink环境下搭建纯电动汽车整车控制策略模型，实际就是用各Simulink模块将文字语言描述的整车控制策略用另一种形式表达出来，是整车控制策略的模型化表达，下面对所搭建的整车控制策略模型做简单的介绍。整车控制策略模型如下图3.1所示，包括Input子系统、Limit子系统、Output子系统和Control子SystemmitOutputControl图3.1整车控制策略Simulink模型Input子系统的作用是数字输入信号、模拟输入信号和CAN输入信号的采集及诊断，对采集的数字信号进行延时滤波处理；对模拟输入信号进行平均值滤波处理，并进行初步信号范围的诊断处理；对于输入的CAN信号，据CAN应用层协议进行CAN报文的解析，然后做初步诊断处理。Limit子系统的作用是将一些输入信号进行归类整理，如果将传感器及CAN报文信号作为整车控制器的初级输入信号，那么Limit子系统将某些初级输入信号进行整合，形成整车控制所需的一些二级变量信号。例如，对于档位的处理时，所需对的输入信号包括P、R、N、D各档位的数字信号，车速模拟信号，制动信号等，在Limit子系统内将这些信号统一处理，形成整车控制所需的全局变量信号GearLevel。Output子系统的作用是将Control子系统形成的整车控制命令输出至各执行器，输出形式有数字信号输出，PWM信号输出，CAN报文输出，与整车控制器进行CAN数据交互的其他车载控制器主要有电池管理系统BMS,电机控制器MCU,车身控制单元以及娱乐控制单元等。Control子系统是整车控制策略的关键，所有的控制策略通过该子系统实现，主要控制策略有整车运行模式管理策略，整车上下电管理策略，整车扭矩需求管理策略，故障处理策略，附件控制策略，驱动平顺性控制策略等，如图3.2所示，这些分控制策略分别构成Control子系统下一级的子系统，各子系统的输出信号又利用总线生成模块生成CBus总线。接下来主要介绍Control子系统内包含的控制BsBsBsBsBFD.BsB_6sRnecomf 图3.2Control子系统所包括的控制策略子系统3.2.1整车运行模式管理策略模型整车运行模式管理策略模型是图3.2中的Mode_Management子系统，此部分24控制策略模型的搭建是用Simulink内含的Stateflow工具完成的。如图3.3所示，模型共包含四个状态，分别是：初始化状态模式，充电模式，放电模式和VCU关闭模式，状态迁移依据是充电请求信号和钥匙状态信号两个全局变量。首先进入初始化状态模式，当充电请求信号有效时，整车进入充电模式，当充电请求信号无效，且钥匙状态信号值大于1时，整车进入放电模式，从充电状态下也可以转移到放电状态，状态迁移条件是充电请求信号无效且钥匙状态子信号值大于1,当记时变量值大于某个值或充电完成或钥匙状态信号值为0时，进入VCU关闭状态。liChageReqliChageReq==0)8&(StKe>=1)充电模式(ChargeRStkey==088/CUShutof图3.3整车运行模式管理策略子系统ChargModeChargMode(CommunicationTimer=0;r+1;Timer=Timer+1;2en:StMode=18;Timer=0;VheMode=18Timer=0;C=1StMode=29;Timer=0;VheMode=27;Timer=0;Timer=Timer+1;Trimer1000]hargs==12图3.4充电模式子系统下的部分模型图当整车状态进入放电模式后，VCU首先使能其他控制器，然后进行通信检查，如果没有错误故障报告，则进入高压上电阶段，此时VCU给BMS发送高压上电命令，BMS控制主正继电器，主负继电器，预充继电器的闭合与断开，完成高压上电操作，随后整车进入行驶准备阶段，当VCU检测到档位信号和加速踏板信号后，根据信号值与电机控制器进行相应的CAN通信，结合扭矩管理策略由电机控25制器控制电机输出相应扭矩，控制车辆正常行驶。当整车状态进入充电模式后，VCU首先会给其他控制器上低压电，唤醒BMS,MCU等控制器，然后经过通讯检测正常后，VCU给BMS发送高压上电命令，高压上电完成后，VCU使能DCDC,然后BMS完成充电继电器的闭合控制，整车进入充电状态，如图3.4所示为所搭建的充电模式子系统下的部分模型图，此部分模型的搭建也是由Simulink内含的Stateflow工具完成的。3.2.2整车扭矩需求管理策略模型对车辆行驶的控制追根究底是对整车扭矩的控制，整车控制器根据驾驶员的行驶意图，电池即时的SOC状况及温度状况，电机的即时状态，以及整车的能量水平，综合计算出整车扭矩，并与电机控制器通过CAN通信传递扭矩控制命令。整车扭矩需求管理策略主要包括驾驶员扭矩解析，电池输出能力计算，整车能量分配计算，电机输出能力计算，传动系统传动能力限制计算，整车扭矩需求计算43VehSpdaleJACCTavspdf图3.5驾驶员扭矩解析部分模型图驾驶员扭矩需求解析是指根据驾驶员的制动踏板信号、加速踏板信号、车速信号以及坡度信号等经过查表计算，最终获得驾驶员需求扭矩，所搭建的部分模型图如图3.5所示。电池输出能力计算是根据BMS上报的动力电池的SOC信息和电池温度信息经过查表获得的在当时环境和整车状况下电池所能允许的最大放电功率和最大充电功率，此外还要根据系统故障等级形成一个小于1的限制因数，查表获得的数值与此值相乘获得最终的充电和放电功率。电机输出能力计算指的是电机在当前环境和自身条件下所能输出的最大功率的计算，限制电机输出能力的因素主要是电机温度、电机控制器温度和电机实际转速，上述三个因素对电机最大输出扭矩的影响规律不一样，针对电机温度、电机控制器温度对电机输出扭矩的影响前期会做大量的实验及标定工作，最终标定形成一张最大限制扭矩值表格，横坐标是影响因素(电机温度、电机控制器温度)的值，纵坐标是最大限制扭矩值，如图3.6所搭建的电机最大输出能力计算模型所示，分别根据电机温度值、电机控制器温度值查表获得各自决定的最大输出扭矩限制值，然后取最小值作为扭矩待输出值，电机转速也会影响电机的扭矩输出，根据当前电机转速值查表得到一个限制因子(0—1),用扭矩待输出值与此影响因子相乘便得到电机输出扭矩限制值。X看2Tabie13MaxTg>02图3.6电机最大输出能力限制计算传动系统传动能力限制是指传动系统自身材料和结构所决定的能传递的最大扭矩，为一定值，模型搭建中用常数模块来表示。整车能量分配计算是指整车控制器根据当前车况下电池所能输出的最大功率，在满足车辆的其他用电设备用电要求下计算出能够分配给电机的最大功率。整车扭矩需求计算是将以上计算获得的驾驶员扭矩需求，电池输出能力限值，电机输出能力限值、整车能量分配结果、传动系统最大允许扭矩值做比较取最小值，将此最小值作为整车需求扭矩，并通过CAN通讯发送扭矩需求命令至电机控制器。3.2.3故障处理策略模型整车控制器收集各控制器(BMS、MCU等)和各传感器发送来的整车状态信息，根据这些信号值的大小来判断此值是否处于正常范围之内，如果超出正常范围则根据严重程度生成相应的故障等级和故障代码，例如对电池温度的故障诊断如图3.7所示。Temp_Max分份[EnCode]1[EmLev]22图3.7关于电池温度的故障诊断对产生的全部故障代码和故障等级进行取最大值，作为整车的故障等级和整车的故障代码，整车故障处理策略的模型搭建如图3.8所示。7718G45InputD_Code3Veh_ErLvl2图3.8整车故障等级和故障代码的形成整车控制器针对产生的整车的故障等级要做出相应的处理，根据故障等级的大小产生四个相应的变量，然后通过CAN总线将变量值发送至相应的控制器产生具体的反应动作。3.2.4附件控制策略模型对各个附件(如真空泵，水泵，风扇，空调等)的控制实际上是对与个附件相对应的继电器的控制，所搭建的控制策略模型见图3.9所示，从图中可知，根据驾驶员意图和各整车状态信号产生相应的控制变量(值为1或0),然后实现对各1122Relay_main34ANDuint83Relsy_AC6Powe_distribute_AC①Press_Vaccum5Requre_ACVeh_Mode70~85图3.9部分附件控制策略模型图3.2.5驱动平顺性处理策略模型n1n1Outn2Out212图3.10驱动平顺性处理策略模型图驱动平顺性处理策略模型的搭建如图3.10所示，主要作用是防止扭矩大范围的突变，对扭矩变化进行滤波，增加驱动平顺性。3.3本章小结在Simulink环境下搭建了纯电动汽车整车控制策略模型，整车控制策略模型包括Input子系统、Limit子系统、Output子系统和Control子系统。Input子系统实现对数字输入信号、模拟输入信号和CAN输入信号的采集及诊断。Limit子系统的作用是将一些输入信号进行归类整理，形成整车控制所需的一些二级变量信号。Output子系统的作用是将Control子系统形成的整车控制命令输出至各执行器及其他控制器。Control子系统是整车控制策略的关键，所有的控制策略通过该子系统实现，主要包含的控制策略模型有整车运行模式管理策略模型，整车扭矩需求管理策略模型，故障处理策略模型，附件控制策略模型，驱动平顺性控制策略模型。第4章纯电动汽车整车AVL-CRUISE模型搭建AVL-CRUISE软件是奥地利AVL公司开发的汽车仿真软件，主要用于车辆经济性、动力性、排放性等的仿真，可以与MATLAB/Simulink进行联合仿真，由于其强大的仿真计算功能，已成为广大汽车生产厂商、科研院所以及高校的常用在纯电动汽车整车控制策略的建模过程中常用到的组件包括：车辆组件、电池组模快、电机组件、DCDC、电器能耗组件、驾驶室组件、轮胎组件、主减速器组件、驾驶员组件等[54]。整车模型的搭建实际上就是将这些组件按照车辆实际状况进行组合搭配，并对各部件进行单独定义，然后进行部件的相互连接。4.2纯电动汽车整车AVL-CRUISE模型搭建利用AVL-CRUISE进行纯电动汽车整车模型的搭建与用Simulink进行整车控制策略建模一样，采用模块化的建模思想，从AVL-CRUISE软件模块库中将相应的模块拖拽至建模界面中，生成车辆模型框架，然后把相应的车辆参数，如整车质量、风阻系数、车轮半径、以及电机转速、效率、转矩、电池充放电曲线等，一一导入至各模块中，然后根据整车原型的实际情况在各组件之间建立起它们的能量连接和信号数据连接。4.2.1车辆模型框架的搭建将纯电动汽车整车模型搭建所需要的全部组件拖至建模窗口，本模型中用到的组件包括车辆组件(vehicles)、电池组模快、电机组件、电器能耗组件、驾驶室组件、轮胎组件、主减速器组件、差速器组件、驾驶员组件、制动器组件、防滑控制组件、控制器和函数组件和常值组件，然后将这些组件按照其连接关系合理排布，以便能方便的进行能量连接，所搭建的纯电动汽车整车模型框架如图4.1所图4.1纯电动汽车整车模型框架4.2.2车辆参数数据的输入车辆参数的输入是指将纯电动汽车各部件的相关参数输入到对应的组件，包括结构尺寸参数和性能参数，比如车辆的轴距，迎风面积，车重，电机扭矩-转速特性等，这些参数由车辆的实际情况决定，所输入的参数越准确，越全面，车辆模型与原始车辆原型的匹配度越高，即模型的准确度越高，以此为基础进行的仿真结果也越可信。车辆参数的输入方式可以分为：手动输入数据，从已有模型中调入数据，从已有数据文件中导入数据，拷贝与粘贴方式输入输出数据四种，本文采取的数据输入方式是手动输入和拷贝、粘贴方式输入。4.2.3能量连接和信息数据连接纯电动汽车整车模型框架搭建完成后，各组件之间是孤立的，还不能有效的表达车辆原型，所以要进行各组件之间的连接，连接关系可以分为能量连接和信息数据连接连接，能量连接又可分为机械连接，排气系统连接和电气系统连接，各连接方式在模型中的代表符号如图4.2所示。信息-数据线连接图4.2各连接方式的代表符号能量连接中的机械连接和电气连接较为简单，按照车辆原型中各部件的连接关系进行连接即可，难点在与信息数据连接，此连接反映了车辆各组件之间的信号通信，是各个组件协调工作的保证。如图4.3反映了防滑控制组件与驾驶室之间component…requresactiveSub-SystemsAnti-SlipControl-ASC,LoadSignal[Sub-System001]>Cockpit.LoadSignal[Sub-System001]ConstantsEectricMachine-eDriveFunction-eDriveControlSystemFunction-eBrake&mBrakeUnitVehide-ElectricVehideAccelerationPedalTravelClutchPedalWayCoursecomponent…deliveringoutputinformation…Aindows图4.3防滑控制组件与驾驶室之间的负荷信号传输表4.1展示出了驾驶室组件向其他组件所发送的信号，所发送的信号包括负荷信号、车速信号、制动压力信号、加速踏板开度信号、环境温度信号等。接收这些信号的组件包括防滑控制组件，在线监测组件等。表4.1驾驶室组件向其他组件所发送的信号发送的信号接受信号的组件LoadSignalAnti-SlipControl-ASCLoadSignalFunction-eDriveControlSystemLoadSignalMonitor-OnlinemonitorBrakePressureFunction-eDriveControlSystemBrakePressureFunction-eBrake&mBrakeUnitVelocityFunction-eDriveControlSystemVelocityMonitor-OnlinemonitorAccelerationFunction-eDriveControlSystemAmbientTemperatureElectricMachine-eDriveAmbientTemperatureBatteryH-Li-lonBatterie320VAmbientTemperatureBatteryH-Li-lonBatterie320VElectncVehirElectncVehirVehVel图4.5纯电动汽车整车Cruise模型如图4.5所示为搭建完成的纯电动汽车整车Cruise模型，此整车模型中没有整车控制器(即整车控制策略模型),对于整车的控制是由eDriveControl组件，Constant组件和eBrake&mBrake组件三个组件完成的。eDriveControl组件完成对电机驱动扭矩的控制，该组件根据驾驶员加速踏板开度信号，控制电机的扭矩输出值为扭矩最大值Tmax的相应占比，比如加速踏板开度信号为50%,则扭矩输出值为扭矩最大值Tmax的一半；eBrake&mBrake组件应用在制动过程中，其作用是控制电机制动和机械制动的制动比例；Constant的作用是为eDriveControl组件和eBrake&mBrake组件提供它们所需的常值，比如最大制动压力等等。上述三个组件仅仅完成了对车辆的基本控制功能，控制策略简单，未能体现出较为优化的控制策略。4.3本章小结本章进行了纯电动汽车整车Cruise模型的搭建，首先对模型搭建过程中经常用到的组件进行了简单介绍，然后完成了整车模型框架的构建，继而将各组件的车辆数据输入至模型中，数据的输入是通过手动输入的方式进行的，上述工作完成后，根据车辆原型中各组件的实际能量和信号数据连接关系，对各车辆组件进行了能量连接和信号数据连接，连接完成后，纯电动汽车整车Cruise模型便搭建第5章联合仿真及仿真结果分析本文第3章中利用AVL-CRUISE软件，通过输出整车质量、风阻系数、车轮半径、以及电机转速、效率、转矩、电池充放电曲线等大量的数据，完成了对纯电动汽车的整车模型搭建，但是所搭建的整车模型中未嵌入整车控制策略模型。第4章中通过Simulink软件进行纯电动汽车整车控制策略的模型搭建。本章中我们所做的工作如下：首先，进行纯电动汽车整车CRUISE模型(未嵌入整车控制策略模型)的仿真研究，并记录仿真结果；其次，然后将所搭建的整车控制策略Simulink模型与纯电动汽车整车CRUISE模型进行联合配置；最后，进行纯电动汽车整车CRUISE模型与整车控制策略Simulink模型的联合仿真，并以两次仿真结果的对比分析为依据，分析所制定的整车控制策略对纯电动汽车整车性能的改善作用。5.1纯电动汽车整车CRUISE模型仿真本小节将对第4章所搭建的纯电动汽车整车模型(未嵌入整车控制策略模型)进行仿真研究。vehiclemodel生成车辆模型informationalConnections插入信息链接Calculation运行计算图5.1仿真流程图如图5.1所示为利用AVL-CRUISE软件进行汽车性能仿真的流程图，由图中可知，一个完整的仿真流出包括：生成项目方/案、简历车辆模型框架、输入整车incomponents在模型中输入数据taskfoldersaddtasks生成任务文件夹并添加任务Viewandevaluateresu