基于D2P平臺純電動汽車行車上下電控制策略研究

中圖分類號：U469.72 收稿日期：2025-02-13 DOI： 10.19999/j.cnki.1004-0226.2025.05.017

Research on the Driving Power-on and Power-off Control Strategy of Pure Electric Vehicles Based on the D2P Platform

Tang Zhibo Qiao YangyangGao Yan Henan Branch of Shanghai Motor Vehicle Inspection Certificationand Technology Research Center Co，Ltd.， Zhengzhou 451450，China

Abstract：Aimingattheproblemsexistinginthedevelopmentoftraditionalelectricvehiclecontrolstrategies，suchaslongdevelopmentcycle，porreliabilityandstability，andpotentialsafetyhazardsofthewholevehicle，asedontheDPrapiddevelopntplat formandusingtheVshapedprocessdevelopmentmodelsetofcontrolstrategiesforghvoltagepoweroandoffofpureelctric vehicleshasbeendesigned.Withthehelpofthemodel-baseddevelopmentenvironmentofMatlab/Simulink，MotoHawkisusedtoestablishteconnectionbetweenthevehicleproduct-levelVCUandthecontrolstrategyTheconclusionoftheHLtestshowsthatthis controlstrategycanquicklyrespndtotediver'soperationintention，fectivelysurethesfetyandstablityfteholeehicle control，and meet the design requirements at the application level.

Key words：Electricvehicle;D2Prapiddevelopment platform;Poweronandoffcontrolstrategy;Hardware intheLop（HIL）

1前言

常規(guī)燃油車產(chǎn)生的排放尾氣污染占全球總大氣污染的 42%[1] ，在此背景下，全球\"禁油令\"的呼聲隨之高漲，各國也相繼推出禁油時間。因此具有零排放、清潔、高效、可持續(xù)等優(yōu)勢的純電動汽車孕育而生2]。構(gòu)成純電動汽車動力系統(tǒng)的動力電池、驅(qū)動電機和高壓附件在工作時電壓可高達幾百伏[3]，一旦出現(xiàn)故障將會直接威脅到車內(nèi)人員的生命安全，因此，整車電控控制策略的優(yōu)劣直接或間接地影響了整車的安全與性能[4]。

綜上所述，本文以純電動汽車行車安全性及可靠性為研究重點，基于D2P（Developmentto Production，D2P）快速原型開發(fā)系統(tǒng)的軟硬件平臺，設(shè)計了一套行車上下電控制策略，最終以該策略的穩(wěn)定性和有效性為測試要求，并通過了HIL仿真試驗驗證，進而保證了純電動汽車的行車安全。

2D2P開發(fā)平臺

2.1理論介紹

D2P快速原型開發(fā)系統(tǒng)具備產(chǎn)品層級的硬件設(shè)施與極為強勁的軟件系統(tǒng)。此系統(tǒng)對研發(fā)生產(chǎn)一體化的開發(fā)模式予以支持，在開發(fā)過程、樣車制造以及批量生產(chǎn)環(huán)節(jié)均運用統(tǒng)一的軟硬件開發(fā)平臺?；诖?，該平臺能夠極大地加快控制器的開發(fā)進程，切實降低開發(fā)工作的難度系數(shù)，削減研發(fā)成本。此外，它還具備硬件可信度高、軟件性能穩(wěn)定、可支持多種協(xié)議等長處。

2.2概述介紹

2.2.1D2P軟件開發(fā)平臺

D2P軟件部分主要包括MotoHawk（建模）、Green-Hill（編譯）MotoTune（刷寫，標定），如圖1所示[5]。

2.2.2D2P硬件開發(fā)平臺

本文選用車規(guī)級別的WOODWARD旗下112PIN控制器，其具體型號為ECM-5554-112-0904-C/F，此控制器能夠支持多次控制策略的刷寫與標定操作。微控制器運用的是Free-Scale公司的MPC系列32位芯片。該控制器所封裝的底層軟件庫涵蓋了OS操作系統(tǒng)、I/ODrivers、CAN通信、CCP協(xié)議以及Diagnostics診斷等功能模塊[6]。同時，該控制器的接口資源極為豐富，擁有3路頻率信號輸入通道、33路模擬信號輸人通道（這些模擬信號輸入可復用為開關(guān)信號）14路低端驅(qū)動輸出通道、1路主繼電器控制輸出通道、2路H橋驅(qū)動輸出通道、3路高速CAN總線接口以及1路RS485接口。

3上下電控制設(shè)計規(guī)則

本文遵循軟件工程“高內(nèi)聚，低耦合\"的原則，將純電動汽車行車上下電控制策略劃分為高壓上電控制、Ready狀態(tài)燈控制、MCU（電機控制器）使能及下電控制三個部分，并分別予以實現(xiàn)。

a.高壓上電控制是根據(jù)鑰匙開關(guān)信號、點火開關(guān)信號、擋位信號、系統(tǒng)故障信號等來判斷系統(tǒng)是否滿足發(fā)送上高壓指令，若條件滿足則高壓上電。

b.Ready狀態(tài)燈控制是根據(jù)輸人的MCU使能狀態(tài)、系統(tǒng)故障等級信號、MCU工作狀態(tài)等信號來實現(xiàn)對Ready狀態(tài)燈的不同控制。

c.MCU使能及下電控制是根據(jù)系統(tǒng)的上電高壓信號以及系統(tǒng)故障等級信號來判斷MCU是否使能、主繼電器是否吸合以及是否發(fā)送系統(tǒng)下電命令。

3.1高壓上電控制規(guī)則

當 KeyOn=1 （鑰匙On）有效時，系統(tǒng)上低壓，整車控制器啟動故障檢測功能，若無系統(tǒng)故障，VCU通過CAN網(wǎng)絡(luò)向BMS（電池管理系統(tǒng)）發(fā)出主負接觸器閉合請求，BMS閉合主負接觸器之后再通過CAN網(wǎng)絡(luò)反饋給VCU。當VCU接收到KeyStar ：=1 （鑰匙Start）的有效信號時，VCU再向BMS發(fā)出主正接觸閉合請求，BMS主正接觸器閉合后，再通過CAN網(wǎng)絡(luò)反饋給VCU，當VCU接收到反饋信號后再與MCU通信，把指令下達給MCU讓電機處于工作狀態(tài)，隨后MCU再進行故障檢測，如果無故障就進入等待正常工作狀態(tài)，上電流程如圖2所示[7]。

3.2MCU使能及下電控制規(guī)則

當 KeyOn=0 信號發(fā)出后，此時VCU退出Ready狀態(tài)。MCU將使能無效的信號通過整車CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)反饋給VCU，VCU接收到信號后，向BMS發(fā)出主正、負接觸器斷開請求，BMS執(zhí)行完斷開請求之后，通過整車CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)再向VCU反饋主正負接觸器斷開信號，當VCU獲取到BMS反饋信號后，整車下電過程完成，下電流程圖如圖3所示。

4上下電控制策略模型設(shè)計

高低壓上電控制模塊的主要工作流程是首先判斷鑰匙開關(guān)位置， 有效時，系統(tǒng)上低壓電，然后VCU開始自檢和故障診斷，B_KeySwStart有效時，如果檢測系統(tǒng)當前沒有故障，滿足上高壓的條件后，開始控制上高壓電，然后使能電機控制器，電機開始準備工作；下電過程和上電過程相反，需要先下高壓電，然后在下低壓電，控制策略模型如圖4所示。

4.1上電控制策略模型設(shè)計

當B_KeySwOn信號有效，系統(tǒng)上低壓完成，且系統(tǒng)自我診斷沒有二級故障，擋位狀態(tài) S_-Gear=2 時系統(tǒng)上高壓準備完成。點火開關(guān)信號B_KeySwStart有效，且信號時間持續(xù)0.2s以上，系統(tǒng)完成上高壓。如果系統(tǒng)出現(xiàn)二級故障、低壓上電無效或者擋位狀態(tài)不為2，系統(tǒng)高壓下電，控制策略模型如圖5所示。

4.2MCU使能及下電控制策略模型設(shè)計

當 信號有效時，系統(tǒng)上低壓電完成。當 時，且信號持續(xù)時間超過5s系統(tǒng)完成低壓下電。當系統(tǒng)低壓上電完成，高壓上電完成且系統(tǒng)沒有二級故障，MCU使能有效。當系統(tǒng)有二級故障、低壓上電無效或者高壓上電無效任何一種情況，MCU退 出使能，控制策略模型如圖6所示。

4.3Ready燈控制策略設(shè)計

當系統(tǒng)沒有一級故障也沒有二級故障，Ready狀態(tài)燈信號值為1，當系統(tǒng)有一級故障，Ready狀態(tài)燈信號值為2，當系統(tǒng)二級故障沒有一級故障，Ready狀態(tài)燈信號值為0，控制策略模型如圖7所示。

4.4硬件在環(huán)驗證

硬件在環(huán)（Hardware-in-the-Loop，HIL）實時仿真測試運用真實的控制器，而對于被控對象與系統(tǒng)運行環(huán)境則借助仿真模型予以模擬，以此達成整個系統(tǒng)的仿真測試工作。這種方式縮減了VCU控制策略的開發(fā)時長，在削減成本之際還能夠切實提升軟件品質(zhì)，減少VCU控制功能方面的潛在隱患。通過TestStand編寫并執(zhí)行上電控制策略的測試用例。隨后調(diào)用VeriStand仿真環(huán)境，最后生成測試報告。經(jīng)HIL驗證該上電控制策略滿足設(shè)計需求[8]。

5結(jié)語

采用D2P快速開發(fā)平臺搭建的控制策略有效地降低了開發(fā)周期，減少了研發(fā)費用。通過MotoHawk建立了產(chǎn)品級VCU與控制策略之間的連接，有效增加了軟件的穩(wěn)定性及可靠性。最后通過HIL編寫測試用例，完成控制策略的驗證，保證策略能夠快速響應(yīng)駕駛員意圖，以提升整車的安全性、穩(wěn)定性和可靠性。

參考文獻：

[1]劉靈，王月雷，黃智.純電動汽車整車控制器的硬件在環(huán)技術(shù)建模研究[J].內(nèi)燃機與配件，2023（14）：13-15.

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[3]鄒慶勇，龔元明.基于嵌入式Linux的整車控制器硬件在環(huán)遠程測試系統(tǒng)的設(shè)計[J].智能計算機與應(yīng)用，2022，12（7）：210-215

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[6]范晶明.基于MotoHawk平臺H16氫內(nèi)燃機控制策略研究D」.北京：中國地質(zhì)大學（北京），2018.

[7]吳源波.純電動車整車電控系統(tǒng)的設(shè)計及可靠性研究[D].武漢：武漢理工大學，2019.

[8]華富根.基于MotoTron混合動力客車離合器控制策略仿真研究[D].長春：吉林大學，2014.

作者簡介：唐智博，男，1994年生，助理工程師，研究方向為汽車整車檢測認證。