纯电动汽车整车控制器研究

纯电动汽车整车控制器研究摘要：伴随科技革命和产业变革的深入发展，新能源汽车目前已经成为汽车行业内的主流发展方向，而纯电动汽车则是站在新能源汽车领先地位的重要汽车产品类型。整车控制器是电动汽车的“指挥官”，用于控制汽车的行为，其性能将直接决定汽车的舒适性、安全性，需要技术人员加强对纯电动汽车整车控制器的深入研究。鉴于此，本文围绕纯电动汽车的实际情况，简述了整车控制器的工作原理，从四个角度出发，详细分析了纯电动汽车整车控制器的设计方案。关键词：纯电动汽车；整车控制器；设计方案；工作原理引言：整车控制器相当于纯电动汽车的“大脑”，具有通信管理、电源能量管理、故障诊断等多项功能，对于维持汽车的安全运行具有重要价值。因此，技术人员应当加强对纯电动汽车整车控制器的探索，开发和设计出功能完善、通用性强、成本投入相对较低、应用价值较高的整车控制器产品。1纯电动汽车整车控制器的工作原理纯电动汽车主要由整车控制器、车载电源、电力主驱动、辅助控制等模块构成，经过整车控制器收集电机控制器、复合电源能量管理系统的信号，以及制动踏板、加速踏板的档位信号，具有即时获得信息和进行交换的功能。按照驾驶员的意图与汽车的行驶状态，发送控制指令后传输至电机控制系统、电源管理系统，再通过对应的控制单元反馈，保障纯电动汽车运行的稳定性和安全性。2纯电动汽车整车控制器设计方案2.1功能要求①数据交换：属于整车控制器的基础功能，经过CAN通讯后，便可对其他控制器的信息加以接收，把握汽车整体的行驶状态，按照驾驶员的操作对汽车各动力部件发送指令，驱动汽车行驶。②安全故障管理：在汽车行驶中，难免容易发生影响正常运行的故障，整车控制器则应当具备监控汽车各元件工作情况的能力，确保元件处于正常工作状态。在汽车发生故障之时，整车控制器应该做到精确分析故障等级，将故障代码显示于仪表盘上，让驾驶员可以在维持汽车安全的条件下跛行至维修站，但在遇到严重故障后，汽车便要立即停止运行。③分析驾驶员意图：纯电动汽车通常在具有振动、噪音、电磁干扰等因素的环境下运行，决定了整车控制器应该具备在复杂环境中精准采集信号的能力，除了上文提到的基础性信号以外，还要包括CAN状态报文等，按照信号内容判断出驾驶员的操作意图。④能量管理：能量管理的本质是统筹规划、科学分配汽车的能量，确保动力电池、制动回收能量得到高效运用，增加汽车的续驶里程。比如，在低电量下关闭无需开启的辅助设备，于存在制动信号时尽量多回收制动能量等[1]。2.2技术要求①计算能力优良：汽车的行驶属于即时变化的复杂汽车动力学环境，同外界环境产生关联、互相影响的活动，说明整车控制器要在工作中具备较强的计算和分析能力，完成四则运算、微积分、逻辑运算等，以防因计算速度较慢的缘故而造成控制指令下达延迟，从而对汽车的正常运行产生负面影响。②硬件接口丰富：由于整车控制器需要处理各类模数信号、开关量信号、来自其他控制器的通讯信号等，接口上便要具有较高的集成度，接口相对丰富。③电磁兼容性、工作温度范围适合：纯电动汽车的运行环境中存在诸多外界干扰，整车控制器便要具备在恶劣环境下正常运转的能力，符合GB18655的标准。外加地域、季节差异的影响，使得汽车存在气温变化幅度较大环境中行驶的可能性。整车控制器在工作时间较长的情况下还容易产生较多热量，则整车控制器还要具备在多种温度条件下运行的能力，满足GB/T2423.34-2012中提出的温度、湿度组合循环变化指标[2]。2.3控制模式①启动模式：钥匙开关位于“开”的位置后，系统在自检充电任务完成后，进入至启动状态。②行驶模式：整车控制器经由对驾驶员操作指令、汽车状态信息的分析，对驾驶意图进行识别，判断汽车的驱动和制动模式。在汽车位于驱动或制动模式下，能够按照指定的控制策略MAP表，获得所需要的力矩参数。在制动状态下，若满足了能量回收的条件，将自动切换至制动能量回收状态。汽车的SOC参数不足0.2时，汽车将切换至跛行状态，让行驶速度被限制在15km/h以内，同时关闭辅助用电设备。③充电模式：此时的整车控制器将开展充电连接信号检测工作，在收集允许充电状态相关信号后，判断汽车可否充电。发现电池管理系统不存在问题后，将关闭电机控制器的主接触器，整车控制器向电池管理系统传送充电信号，切换至高压充电模式中，但在出现充电故障后立即中断。④停车模式：在汽车停止行驶后，驾驶员拉紧手闸，使钥匙开关位于“关”的位置，汽车进入停车状态后，整合控制器将控制下电工作的完成。⑤故障模式：当汽车在运行中遇到故障问题后，整车控制器将按照故障等级，适当限制驱动电机的输出转矩。低级别故障在控制面板内显示警报信号，中级别故障降低电机转矩的输出，使汽车切换至跛行状态，高级别故障则切换至紧急停车状态。2.4模块设计①主控芯片：该模块是纯电动汽车整车控制器的核心，可对整车控制器的性能产生直接影响。作为三电系统的重要元件，除了要和汽车内多个控制器进行通信以外，还要控制各类附件工作，决定了主控芯片应当具备丰富的外设资源和扩展性，便于在未来达到功能拓展的目的。考虑到整车控制器负责监测汽车的运行状态，主控芯片便要具有稳定、高速的数据处理能力，同时顾及成本控制方面，则要优选性价比最佳的芯片类型。②单片机最小系统：该模块是确保主控芯片正常运转的最小独立单元，其芯片同其他芯片的外部供电电压通常为5V，但现阶段市面上的纯电动汽车蓄电池电压主要为12V、24V，则电源电路应当具备将车载蓄电池电压转换为主控芯片可以承受电压的能力。电源芯片通过外围电路处理后，能够将外部的7V～40V供电电压转化为5V输出；各种类型的电容可组成LC滤波电路，用于稳定输出电压；时钟电路在运行时可产生节拍，使该模块按照既定的节拍加以运转。为了向信息下载、程序调试提供便捷，还要设计出背景调试电路、复位电路。在复位开关未按下时，重启引脚位于高电平状态，而在按下复位开关后，重启引脚则切换为低电平状态，使单片机复位恢复至初始状态。③数字开关信号输出模块：该模块的功能为检查钥匙、空调、档位开关的闭合性。单片机内部滞回比较电路可以判断数字开关信号输出电路的电压值，在高于上限值之时，寄存器状态值为1，反之则为0。由于电路中存在上拉电阻，断开外部开关后，主控芯片端口引脚电压不超过1.75V，闭合外部开关后，则电压超过3.25V，说明经过读取端口寄存器的值，便可以掌握外部电路开关状态的信息。④功率驱动模块：该模块的功能为控制外部附件开关电路的运行状态，通常可以设计为低边或高边驱动。采用低边驱动模式后，电机控制单元可经由脉宽调制波输出的方式，转变外部电路有效电流。而采用高边驱动模式后，则容易让数字电路输出高电压导通外部附件电路进行开关⑤模拟信号输入模块：由于单片机不具备直接利用电压等模拟信号的能力，决定了要将模拟信号转化为数字信号。通用运算放大器芯片具有使用1.8V～5V电压单电源供电的能力，双路采集的转换速率可达到0.1V/μs，具备能耗较低、噪音较小、输入偏置电流较低等明显优势，还具备模拟信号单路采集，或双路同时采集的能力。比如，在加速踏板信号经过RC串并联电路滤波分压后，输入到通用运算放大器芯片后，信号将被放大处理后经过其他电路传输至单片机模拟量端口，再通过单片机模数转换模块处理后，达成加速踏板模拟信号转化为数字信号的目标。结束语：综上所述，整车控制器是纯电动汽车的重要电子单元，可以协调多个动力元件的动作，设计和开发出优良的整车控制器，对汽车的经济性、动力性等的提高，以及纯电动汽车在世界范围内的推广和普及具有现实意义。因此，在环境污染、能源短缺等现实问题越发突出的今天，技术人员需要做好纯电动汽车的开发工作，重视对整车控制器的研究，通过精确把握功能要求、技术要求、控