电动汽车整车控制系统

电动汽车整车控制系统序号教学目标要求教学重点教学难点1掌握纯电动汽车整车控制系统的基本组成√

2掌握纯电动汽车整车控制系统的工作原理√√3掌握混合动力整车控制系统的结构原理√√4理解混合动力控制器主要功能

√5理解典型车型整车控制系统结构原理

√6能够现场识别整车控制系统主要零部件√

*1纯电动汽车整车控制系统1)动力性和经济性：整车控制器决定发动机和电机转矩的输出，直接关系到汽车动力性能，影响驾驶人的操纵感觉。2)安全性：燃料电池轿车和大巴上包括氢气瓶，动力电池等能量储存单元和动力总线，电动汽车电机及其控制器等强电环节。3)驾驶舒适性及整车的协调控制：采用整车控制器管理汽车上的各部件工作，可以整合汽车上各项功能。知识点1整车控制系统基本组成纯电动汽车整车控制系统主要分为集中式控制和分布式控制两种方案。集中式控制系统的基本思想是整车控制器独自完成对输入信号的采集，并根据控制策略对数据进行分析和处理，然后直接对各执行机构发出控制指令，驱动纯电动汽车的正常行驶。分布式控制系统的基本思想是整车控制器采集一些驾驶人信号，同时通过CAN总线与电机控制器和电池管理系统通信，电机控制器和电池管理系统分别将各自采集的整车信号通过CAN总线传递给整车控制器。1.整车控制器（VMS），即动力总成控制器。作为核心控制部件，它采集加速踏板信号、制动踏板信号及其他部件信号，并做出相应判断后，控制下层的各部件控制器的动作，驱动汽车正常行驶。2.控制器主要功能：驱动力矩控制、制动能量的优化控制、整车的能量管理、CAN网络的维护和管理、故障的诊断和处理、车辆状态监视等。3.控制器硬件组成：微处理器、CAN通信模块、BDM调试模块、串口通信模块、电源及保护电路模块等。4.控制器软件设计：采用模块化的设计方法，据不同功能的要求将软件细分为不同的模块。车辆行驶时采用分工况控制方式，针对不同的车辆行驶工况制定不同的控制策略,可以高效、准确的对车辆进行控制。针对性的改进控制策略,优化车辆各方面的性能。*整车控制系统组成6.整车控制器系统设计6.整车控制器实物图知识点2整车控制器功能1.蓄电池管理为确保电池安全、可靠地运行，需要确定蓄电池系统的多个特性参数，监控器各自的边界值，并同时保证其冷却系统正常工作。2.发动机管理①可变凸轮轴控制。②外部废气再循环。③涡轮增压。④燃油蒸汽回收系统。⑤运行数据采集。⑥运行数据处理。3.能量管理能量管理策略的控制目标是根据驾驶人的操作，如踩加速踏板、制动踏板等，判断驾驶人的意图，在满足车辆动力性能的前提下,最优的分配电机、发动机、动力电池等部件的输出功率，实现能量的最优分配,提高车辆的燃油经济性和排放性能。（1）串联式混合动力汽车的能量管理

由于串联式混合动力汽车的发动机与汽车行驶工况没有直接联系，因此其能量管理策略的主要目标是使发动机在最佳效率区和排放区工作。1)恒温器策略。当动力电池SOC低于设定的低门限值时，起动发动机在最低油耗或排放点按恒功率模式输出，其中一部分功率用于满足车轮驱动功率要求，另一部分功率给动力电池充电。2)功率跟踪式策略。由发动机全程跟踪车辆功率需求，只有当动力电池的SOC大于SOC设定上限，并且仅由动力电池提供的功率能满足车辆需求时,发动机才停机或怠速运行。3)基本规则型策略。该策略综合了恒温器策略与功率跟踪式策略两者的优点，根据发动机负荷特性图设定了高效率工作区，根据动力电池的充放电特性设定了高效率荷电状态范围。（2）并联式混合动力汽车的能量管理

并联式混合动力汽车的能量管理策略基本属于基于转矩的控制。1)静态逻辑门限策略。该策略通过设置车速、动力电池SOC上下限、发动机工作转矩等一组门限参数，限定动力系统各部件的工作区域，并根据车辆实时参数及预先设定的规则调整动力系统各部件的工作状态,以提高车辆整体性能。2)瞬时优化能量管理策略。针对静态逻辑门限策略的上述缺点，一些学者提出了瞬时优化能量管理策略。3)全局最优能量管理策略。全局最优能量管理策略是应用最优化方法和最优化控制理论开发出来的混合动力系统能量分配策略，目前主要有:基于多目标数学规划方法的能量管理策略、基于古典变分法的能量管理策略和基于Bellman动态规划理论的能量管理策略三种。4)模糊能量管理策略。该策略基于模糊控制方法来决策混合动力系统的工作模式和功率分配，将“专家”的知识以规则的形式输入模糊控制器中，模糊控制器将车速、电池SOC、需求功率等输入量模糊化，基于设定的控制规则完成决策，以实现对混合动力系统的合理控制，从而提高车辆整体性能。（3）混联式混合动力汽车的能量管理

混联式混合动力汽车由于其特有的传动系统结构。1)发动机恒定工作点策略。2)发动机最优工作曲线策略。4.变速器管理传统自动变速器为了获得更好的油耗特性，必须充分利用发动机的最佳工作点，变速器挡位越多，发动机工作效率高的区域可以更多的利用；目前先进自动变速器已经达到8挡到10挡，这使得自动变速器变得非常复杂，技术门槛高，开发费用高昂，并且只有达到一定的产量才有好的经济效益。整车控制器整车状态的获取驾驶员的意愿识别和控制模式的判断整车故障的判别及处理外围相连驱动模块的管理电动汽车辅助系统控制整车控制器功能介绍1）整车状态的获取功能及组成：a、整车状态的获取：通过车速传感器、档位信号传感器等采用不同的采样周期时检测整车的运行状态b、通过CAN总线获得原车功能模块、动力电池系统、电机驱动系统等状态信息2）驾驶员的意愿识别和控制模式的判断：a、通过各种状态信息（加速/制动踏板位置、当前车速和整车是否有故障信息等）来判断出当前需要的整车工作模式（如起步、加速、减速、匀速行驶）。b、根据判断得出的整车工作模式、动力电池系统和电机驱动系统状态计算出当前车辆需要的扭矩。c、根据当前的参数和状态及前一段时间的参数及状态，算出当前车辆的扭矩能力，根据当前车辆需要的扭矩，最终计算出合理的最终需要实现的扭矩。整车控制器功能介绍3）整车故障的判别及处理：a、判断整车的各个传感器、执行机构的状态。b、置出相应的错误标志，协调在错误情况下各个模块的计算、执行。c、将错误状态记录、输出、消除。4）外围相连驱动模块的管理：a、根据各个功能模块的最终计算结果，通过总线控制各个外围功能模块（空调）。5）电动汽车辅助系统的控制：1、驾驶安全辅助设备助力转向。2、电器附件

DCDC、水泵、空调、暖风等；3、休闲娱乐辅助设备

DVD等。辅助系统娱乐辅助设备驾驶安全辅助设备电器附件整车控制器功能介绍驾驶员意图解释主要是对驾驶员操作信息及控制命令进行分析处理,也就是将驾驶员的油门信号和制动信号根据某种规则,转化成电机的需求转矩命令。因而驱动电机对驾驶员操作的响应性能完全取决于整车控制的油门解释结果,直接影响驾驶员的控制效果和操作感觉。驱动控制根据驾驶员对车辆的操纵输入(加速踏板、制动踏板以及选档开关)、车辆状态、道路及环境状况,经分析和处理,向VMS发出相应的指令,控制电机的驱动转矩来驱动车辆,以满足驾驶员对车辆驱动的动力性要求;同时根据车辆状态,向VMS发出相应指令,保证安全性、舒适性。制动能量回馈控制整车控制器根据加速踏板和制动踏板的开度、车辆行驶状态信息以及动力电池的状态信息(如SOC值)来判断某一时刻能否进行制动能量回馈,在满足安全性能、制动性能以及驾驶员舒适性的前提下,回收能部分能量。包括滑行制动和刹车制动过程中的电机制动转矩控制。整车控制器功能介绍根据加速踏板和制动踏板信号，制动能量回收可以分为两个阶段，简单的划分条件是：阶段一是在车辆行驶过程中驾驶员松开加速踏板但没有踩下制动踏板开始阶段二是在驾驶员踩下了制动踏板后开始。制动能量回馈的原则：能量回收制动不应该干预ABS的工作。当ABS进行制动力调节时，制动能量回收不应该工作。当ABS报警时，制动能量回收不应该工作。当电驱动系统具有故障时，制动能量回收不应该工作。如动力电池为磷酸铁锂则5℃以下能量回收不应该工作。EV200及绅宝EV能量回收可通过调节开关进行设置整车能量优化管理通过对电动汽车的电机驱动系统、电池管理系统、传动系统以及其它车载能源动力系统(如空调、电动泵等)的协调和管理,提高整车能量利用效率,延长续驶里程。充电过程控制与电池管理系统共同进行充电过程中的充电功率控制,整车控制器接收到充电信号后,应该禁止高压系统上电,保证车辆在充电状态下处于行驶锁止状态;并根据电池状态信息限制充电功率,保护电池。高压上下电控制根据驾驶员对行车钥匙开关的控制,进行动力电池的高压接触器开关控制,以完成高压设备的电源通断和预充电控制。上下电流程处理:协调各相关部件的上电与下电流程,包括电机控制器、电池管理系统等部件的供电,预充电继电器、主继电器的吸合和断开时间等。整车控制器功能介绍防溜车功能控制纯电动汽车在坡上起步时，驾驶员从松开制动踏板到踩油门踏板过程中，会出现整车向后溜车的现象。在坡上行驶过程中，如果驾驶员踩油门踏板的深度不够，整车会出现车速逐渐降到0然后向后溜车现象。为了防止纯电动车在坡上起步和运行时向后溜车现象，在整车控制策略中增加了防溜车功能。防溜车功能可以保证整车在坡上起步时，向后溜车小于10CM；在整车坡上运行过程中如果动力不足时，整车车速会慢慢降到0，然后保持0车速，不再向后溜车。整车控制器功能介绍电动化辅助系统管理电动化辅助系统包括电动空调、电制动、电动助力转向。整车控制器应该根据动力电池以及低压电池状态,对DC/DC、电动化辅助系统进行监控。车辆状态的实时监测和显示整车控制器应该对车辆的状态进行实时检测,并且将各个子系统的信息发送给车载信息显示系统,其过程是通过传感器和CAN总线,检测车辆状态及其动力系统及相关电器附件相关各子系统状态信息,驱动显示仪表,将状态信息和故障诊断信息通过数字仪表显示出来。整车控制器功能介绍故障分级及处理方式动力电池故障分级三级故障故障预警（上报不处理）

故障如电压较低、充电电流较大等二级故障紧急故障（限功率、待机等）故障如绝缘电阻低、温度不均衡等一级故障危急故障（立即断高压等）故障如电池温度过高、绝缘电阻过低等故障处理方式上报不处理限功率待机禁止上高压禁止充电禁止行车制动能量回收立即断高压整车控制器架构图整车控制器功能介绍二、整车控制器功能介绍

整车CAN总线网关及网络化管理在整车的网络管理中,整车控制器是信息控制的中心,负责信息的组织与传输,网络状态的监控,网络节点的管理,信息优先权的动态分配以及网络故障的诊断与处理等功能。通过CAN(EVBUS)线协调电池管理系统、电机控制器、空调系统等模块相互通信。基于CCP的在线匹配标定主要作用是监控ECU工作变量、在线调整ECU的控制参数(包括MAP、曲线及点参数)、保存标定数据结果以及处理离线数据等。完整的标定系统包括上位机PC标定程序、PC与ECU通讯硬件连接及ECU标定驱动程序三个部分。整车控制器功能介绍换挡控制档位管理心系驾驶员的驾驶安全，正确理解驾驶员意图，以及识别车辆合理的档位，在基于模型开发的档位管理模块中得到很好的优化。能在出现故障时作出相应处理保证整车安全，在驾驶员出现档位误操作时通过仪表等提示驾驶员，使驾驶员能迅速做出纠正。整车控制器功能介绍远程控制远程查询功能用户可以通过手机APP实时查询车辆状态，实时了解自己爱车的状况包括剩余SOC值、续驶里程等。远程空调控制无论是在炎热的夏季还是在寒冷的冬季，用户在出门前就可以通过手机指令实现远程的空调制冷、空调暖风和除霜功能，尤其对于带宝宝出门的用户，提前开启远程暖风或远程制冷，用户和宝宝一上车就可以进入一个舒适的环境和温度。远程充电控制用户离开车辆时将充电枪插入充电桩，并不进行立即充电，可以利用电价波谷并在家里实时查询SOC值，需要充电时通过手机APP发送远程充电指令，进行充电操作。整车控制器上下电控制E150EV纯电动车的点火钥匙只采用OFF、ACC、ON、

Start四个状态；上电顺序：1)低压上电当点火钥匙由OFF-ACC时，VCU低压上电；当点火钥匙由ACC-ON时，BMS、MCU低压上电；当点火钥匙由ON-Start松开时，仪表显示Ready灯点亮2)高压上电点火钥匙ON档，BMS、MCU当前状态正常、且在之前一次上下电过程中整车无严重故障。a）BMS、MCU初始化完成，VCU确认状态；b）闭合电池继电器；C）闭合主继电器；d）MCU高压上电；e）如档位在N档，仪表显示Ready灯点亮。知识点3整车控制系统基本原理知识点4典型车型整车控制系统1.比亚迪e5整车控制系统（1）起动网

用于汽车的起动控制与信息采集，数据传输速度为125kbit/s。（2）舒适网

舒适系统网络，应用于整车多媒体系统，数据传输速度为125kbit/s，由多功能显示屏、组合开关、CD、多媒体、RCM（RelayControlModule，继电器控制模块）、SRS(SupplementRestraintSystem,安全气囊系统)、倒车雷达和空调子网(空调ECU、电动压缩机控制器、PTC水加热总成控制器)等组成。（3）动力网动力系统网络，数据传输速度为250kbit/s，属于中速传输网。比亚迪e5动力网的ECU包括：挡位控制器、组合仪表、VTOG.车载充电机、DC/DC、主动泄放模块、漏电传感器、主控制器、动力电池冷却控制ECU、车载终端和电池管理模块(BMC、动力电池信息采集器)。（4）ESC网

汽车电子稳定控制系统网络，数据传输速度为500kbit/s，是比亚迪汽车新型的主动安全系统的信息传递网络，属于高速传输网。它由四个模块组成：EPB(ElectricalParkBrake，电子驻车制动)模块、REPS(RackElectricPowerSteering,齿条式电动助力转向)模块、ABS/ESP和诊断口。2.北汽EV200整车控制系统整车控制器功能介绍远程控制远程查询功能用户可以通过手机APP实时查询车辆状态，实时了解自己爱车的状况包括剩余SOC值、续驶里程等。远程空调控制无论是在炎热的夏季还是在寒冷的冬季，用户在出门前就可以通过手机指令实现远程的空调制冷、空调暖风和除霜功能，尤其对于带宝宝出门的用户，提前开启远程暖风或远程制冷，用户和宝宝一上车就可以进入一个舒适的环境和温度。远程充电控制用户离开车辆时将充电枪插入充电桩，并不进行立即充电，可以利用电价波谷并在家里实时查询SOC值，需要充电时通过手机APP发送远程充电指令，进行充电操作。整车控制器上下电控制E150EV纯电动车的点火钥匙只采用OFF、ACC、ON、

Start四个状态；上电顺序：1)低压上电当点火钥匙由OFF-ACC时，VCU低压上电；当点火钥匙由ACC-ON时，BMS、MCU低压上电；当点火钥匙由ON-Start松开时，仪表显示Ready灯点亮2)高压上电点火钥匙ON档，BMS、MCU当前状态正常、且在之前一次上下电过程中整车无严重故障。a）BMS、MCU初始化完成，VCU确认状态；b）闭合电池继电器；C）闭合主继电器；d）MCU高压上电；e）如档位在N档，仪表显示Ready灯点亮。整车控制器上下电控制E150EV整车控制器上下电控制E150EV上电注意事项：档位处于N档上电，踩下制动踏板；点火钥匙旋转至Start

档，松开后回到ON挡；上电异常情况：点火钥匙ON档时，高压不能正常上电，需注意观察仪表信息：1）充电指示灯亮——关好充电门板，重新ON上电；2）动力电池故障灯亮——重新ON上电后，如仍亮，表明电池有故障；3）动力电池绝缘电阻低——检查动力电池的高压线连接情况；4）档位显示状态闪烁——档位换到N档；5）系统故障灯亮、且无以上情况——需先检查蓄电池电量，VCU、MCU、BMS低压供电情况，用诊断仪读取当前故障码；整车控制器上下电控制E150EV下电顺序：纯电动车下电只需点火钥匙打到OFF档，即可实现高压、低压电的正常下电；1）点火钥匙到OFF档，主继电器断开、MCU低压下电；2）辅助系统停止工作，包括DC/DC、水泵、空调、暖风；3）BMS断开电池继电器；4）整车控制器下电；整车控制器在下电前会存储行车过程中发生的故障信息；整车控制器上下电控制C70GB C70GB采用一键启停按钮，目前定义车辆模式为OFF、ACC、ON，START四种模式电源模式切换关系：

整车控制器上下电控制C70GB C70GB采用一键启停按钮，目前定义车辆模式为OFF、ACC、ON，START四种模式电源模式对应电器设备状态： ON状态：

部分低压用电设备工作：

真空助力泵工作，EPS工作，整车控制器上电，组合仪表点亮；

日行灯点亮，组合大灯可用。 START状态：

高压用电设备工作：

驱动电机工作，动力电池工作，DC/DC工作，冷却水泵工作，空调压缩

机可用，PTC可用。

整车控制器上下电控制C70GB上电顺序：整车控制器确认按下启动按钮的同时，制动踏板踩下并且档位在P/N档；整车控制器检测电池，电机等设备初始化状态正常，闭合主继电器及空调主继电器；命令电池进行预充电；电池闭合负端继电器，预充电继电器进行预充电；预充电完成后，电池闭合正端继电器，断开预充电继电器，发送预充电完成标志；整车控制器接收到电池发送的预充电完成标志后，闭合DC/DC使能水泵使能继电器。整车控制器上下电控制C70GB上电注意事项：

档位处于P/N档，踩刹车上电；上电异常情况：

一键启动按下时，高压不能正常上电，需注意观察仪表信息：

1）充电指示灯亮——关好充电门板，重新ON上电； 2）显示请在P/N档上电——档位换到P/N档； 3）显示请踩制动踏板上电——踩制动踏板上电； 4）系统故障灯亮、且无以上情况——需先检查蓄电池电量，VCU、MCU、BMS低压供电情况，用诊断仪读取当前故障码；整车控制器上下电控制C70GB下电顺序：

在高压上电状态下，按下一键启动按钮，即可实现高压、低压电的正常下电； 1）主继电器断开、MCU低压下电； 2）辅助系统停止工作，包括DC/DC、水泵、空调、暖风； 3）BMS断开电池继电器； 4）整车控制器下电；

整车控制器在下电前会存储行车过程中发生的故障信息；*2混合动力整车控制系统知识点1混合动力整车控制系统结构原理混合动力电动汽车（HEV）控制系统主要由HCU、DC-DC转换器、空调用逆变器、电动压缩机、冷却扇、电池检测单元、系统主继电器、电流传感器、发动机ECU、制动防滑ECU等组成。知识点2典型车型混合动力控制系统丰田混合动力汽车的动力中枢是丰田混合动力系统（ToyotahybridSystem，THS），它使用汽油机和电机两种动力，通过串联与并联相结合的方式进行工作，达到了低排放的效果，也实现了动力性，并具有舒畅的驾驶乐趣和良好的静谧性。（1）混合动力系统ECU的控制根据请求扭矩、再生制动控制和HV蓄电池的SOC（充电状态）控制发电机（MG1）、电机（MG2）和发动机。（2）发动机ECU的控制发动机ECU接收HVECU发送的目标发动机转速和所需的发动机动力，来控制ETCS-i系统、燃油喷射量、点火正时和VVT-i系统。（3）变频器的控制根据HVECU提供的信号，变频器将HV蓄电池的直流电转换为交流电来驱动发电机（MG1）、电机（MG2），同样也可进行逆向过程。（4）增压转换器的控制根据HVECU提供的信号，增压转换器将额定电压DC201.6V升高到最高电压DC500V。（5）转换器的控制将额定电压DC201.6V转化为DC12V，为车身电气组件供电，并为备用蓄电池充电（DC12V），转换器将备用蓄电池控制在恒定电压。（6）空调变频器的控制将HV蓄电池的额定电压DC201.6V转换为AC201.6V，为空调系统的电动变频压缩机供电。（7）发电机（MG1）和电机（MG2）的控制（8）制动防滑控制ECU的控制制动时，制动防滑控制ECU计算所需的再生制动力并将信号发送到HVECU。（9）蓄电池ECU的控制蓄电池ECU实施监视控制，监视HV蓄电池和冷却风扇控制的状态，使HV蓄电池保持在预定的温度。（10）换挡的控制HVECU根据挡位传感器提供的信号检测挡位（“R"；“N"；“D”或“B"），控制发电机（MG1）、电机（MG2）和发动机，调整车辆行驶状态以适应所选挡位。（11）碰撞时的控制发生碰撞时，如果HVECU收到空气囊传感器总成发出的空气囊张开信号，或变频器中断路器传感器发出的执行信号，则关闭SMR（系统主继电器）以切断整个电源。（12）电机驱动模式的控制仪表板上的EV模式开关被驾驶人手动打开时，如果所需条件满足，则HVECU使车辆只由电机（MG2）驱动运行。（13）巡航控制系统操作的控制HVECU中的巡航控制ECU收到巡航控制开关信号时，按照驾驶人的要求，将发动机、发电机（MG1）和电机（MG2）的动力调节到最佳的组合，获得目标车速。（14）指示灯和警告灯点亮的控制使灯点亮或闪烁，通知驾驶人车辆状态或系统故障。（15）诊断HVECU检测到故障时，进行诊断并存储故障的相应数据。（16）安全保护HVECU检测到故障时，HVECU根据存储在