純電動汽車整車控制器軟件設計

楊凡

摘 要：整車控制器作為電動汽車的控制核心部件之一，對電動汽車的動力經濟性、平順性和安全性都有很大的影響。本文以某純電動汽車為對象，針對其整車控制需求進行分析，采用基于模型的開發方式，對其整車控制策略進行設計，實現了整車控制軟件所需的功能。

關鍵詞：電動汽車 整車控制器 控制軟件

近年來，隨著國內消費者對電動汽車的認可度不斷提升，電動汽車市場不斷擴容，各整車企業紛紛加大電動汽車的研發投入。整車控制器作為電動汽車的核心控制部件之一，是電動汽車的控制中樞，其功能包括根據駕駛員操作對電動汽車進行有效控制，同時保證電動汽車的動力經濟性、平順性和安全性，所以整車企業都期望掌握整車控制器的核心技術。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件。

1 整車控制需求

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。

整車控制器通過采集加速踏板、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。

2 控制軟件架構

整車控制器軟件采用基于模型的開發方式，在MATLAB/Simulink中建立整車控制策略模型，進行相應的仿真測試后，通過MATLAB/Embedded Coder自動生成代碼，與基礎軟件集成編譯下載到整車控制器中，經過硬件在環測試、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件開發。整車控制器軟件分為應用層和基礎軟件層，軟件架構如圖2所示。應用層是整個控制器軟件的核心層，包含高壓上下電、驅動控制、故障診斷等整車控制策略，采用MATLAB/Simulink開發;基礎軟件層包括：CCP服務、UDS服務、BOOTLOADER和網絡管理等模塊以及硬件驅動模塊，硬件驅動模塊為控制器IO、AD、CAN和FLASH等硬件資源驅動函數，基礎軟件層采用C語言編寫。

3 整車控制器軟件策略設計

3.1 高壓上下電管理

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后，電池管理系統執行并反饋主正、主負接觸器處于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于停止工作狀態。特別是壓縮機、PTC和DC/DC，在確認高壓系統完成上電后，才可以進入到工作狀態。

3.2 驅動控制

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：

3.2.1 蠕動工況的判斷條件

（a）無制動信號;（b）加速踏板開度不大于某定值;（c）車速不大于某定值。

3.2.2 加速工況的判斷條件

（a）無制動信號;（b）加速踏板開度大于某定值。

3.2.3 滑行工況的判斷條件

（a）無制動信號;（b）加速踏板開度不大于某定值;（c）車速大于某定值。

3.2.4 制動工況的判斷條件

（a）有制動信號。

扭矩計算模塊根據驅動工況采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，對于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，因該車型可以采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。

3.3 附件控制

3.3.1 DC/DC控制

在驅動模式或慢充模式下，確認高壓系統完成上電后，整車控制器使能DC/DC。高壓系統下電時，關閉DC/DC。整車控制器通過采集蓄電池電壓識別DC/DC故障，當整車控制器使能DC/DC后，如蓄電池電壓連續一段時間內小于某定值，則判定DC/DC出現故障。

3.3.2 散熱控制

電動汽車動力系統的散熱由電子水泵和高低速風扇實現。高壓系統上電后，整車控制器將首先控制電子水泵工作在低轉速狀態，然后根據驅動電機、電機控制器、DC/DC和OBC的溫度情況，依次采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。高低速風扇采用滯環控制，防止風扇頻繁啟停。

3.3.3 空調控制

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。

4 結語

本文以某電動汽車為對象，根據其整車控制需求，采用基于模型的方式進行整車控制器軟件開發，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。

參考文獻：

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