一種純電動汽車用整車控制器的製作方法
2023-04-27 02:51:06 2
專利名稱：一種純電動汽車用整車控制器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種汽車整車控制器，特別是一種純電動汽車用整車控制器。
背景技術：
人類為了生產和生活的需要，1886年發明了汽車。然而汽車給人類帶來了方便、舒適和快捷的現代生活，卻也帶來了日益嚴重的環境汙染和能源危機。特別是近十年，環境汙染和能源危機已經成為世界各國發展所面臨的兩大難題。純電動汽車是一種節約石油能源、無汙染的「零排放」汽車。電動汽車包括燃料電池車、混合動力車和純電動車三大類，它們是國際上最主流的新能源技術。電動汽車與傳統相比，具有高效、節能、低噪聲、零排放的優點，充分體現了未來汽車能源和環保趨勢，世界各大汽車公司紛紛投入巨資對電動汽車進行研究開發，競相推出自己的電動汽車。電動汽車的研發和開發是目前汽車產業的一個國際性「熱點」。我國在「十五」期間，設立了「863」電動汽車重大科技專項，取得了一些成果。我省也將電動汽車開發作為我省「十一五」期間的重大戰略開發產品。但一些關鍵技術如電池及管理技術、整車控制、可靠性等技術仍然制約純電動汽車產業化進程。而電池管理系統及整車控制器是尤其作為純電動汽車的關鍵技術核心。整車控制器是電動汽車的中樞神經，是現代電子控制技術、信息技術以及車輛工程技術的集成。整車控制器由各功能部件電子控制單元(如整車控制ECU，安全控制ECU，電池控制ECU,電機驅動ECU，智能儀表ECU等電子控制單元組成)，數字通訊網絡以及本應的控制策略組成。因此，加大對純電動汽車整車設計及控制等關鍵技術的研究具有重大的理論價值和重要的現實意義。目前，有關純電動汽車整車控制器研發的相關文獻比較少，可提供的技術理論知識也比較有限。現有的文獻主要是從宏觀上給出相應技術路線的建議而並非給出具體關鍵技術，對整車控制器的研發缺乏實際、可行的方案。
發明內容
本發明的目的是針對現有技術的不足，提供一種電動汽車用整車控制器。整車控制器是電動汽車最高層次的能量管理與控制層，該控制器綜合加速踏板、制動踏板、車載能源、驅動電機等各零部件的狀態信息，決策出當前應採取的控制策略；對車輛運動過程中故障進行預警預報；在車輛減速和制動時，通過控制指令使整個動力、儲能系統工作在能量回饋狀態。同時使用多現場CAN總線技術，使整個控制器穩定性大幅提高，並有效節約了成本。本發明是通過以下技術方案實現的
所述整車控制器採用配有ARM9 S3C2440主控模塊的整車控制板，採用多現場CAN總線通訊，結合電源管理系統和電機控制器，組成整車CAN控制通訊網絡；實現車身狀態監控、駕駛員意圖分析、能量狀態監測、故障報警診斷、汽車運行保障等功能；
所述純電動汽車整車控制器帶有3路獨立的CAN總線，分別為250Kbps低速CAN，負責與車載顯示屏、駕駛室儀表和電源管理系統等狀態量模塊交互信息；500Kbps高速CAN，負責與油門電子踏板採集模塊和電機控制器等動力模塊交互信息；可配置位速率CAN，負責外接在線診斷終端模塊，用於在線調試，車載診斷使用；
所述油門電子踏板採集模塊採用Freescale的MC9S12XS128單片機為主控晶片，12V汽車用電壓供電，實現汽車驅動信號、制動信號、車速信號和車身傾角信號的採集預處理功能；採用SAE J1939協議的CAN接口將數位化的數據呈遞給整車控制器，支持CAN方式設定模塊工作模式；採用Sg加速度傾角傳感器，測量前後傾角和左右傾角，14位解析度；現有的驅動加速策略大多集成在整車控制器或者電機控制器中，在一定程度上增加系統工作量及複雜性，本發明提出了一種將加速踏板信號處理模塊化和獨立化的方法，以改善汽車的動力性和舒適性，減輕整車控制器或電機控制器的負擔。並通過有效利用動力電池組的能量，達到了延長續駛裡程的目的；
所述純電動汽車整車控制器帶4路大功率繼電器，負責控制整個汽車上、下電流程，在汽車啟動、停車過程中合理斷電，上電流程要點為先上低壓電(12V)，再上高壓電，先給整車控制器供電；完成上電自檢，再給其它控制器供電。下電流程要點為先斷高壓電再斷低壓電，通過控制上下電流程，實現電動汽車高低壓優化分配，保證整車安全可靠性，能夠實現自動關機策略；
所述整車控制器配有溫度傳感器、蜂鳴器、USB主口和SD卡插槽，實現監測整車控制器箱體溫度、故障報警提示和存儲汽車運行數據等功能；
所述整車控制器可採用智能加密式整車一鍵啟動控制功能，搭載uC/OS-1I作業系統。上述提出的控制策略方案中，電動汽車根據汽車的當前行駛車況、加速踏板開度值、電池組SOC值以及電機轉速等得出電機轉矩控制信號對電機轉矩進行控制。整車上電自檢正常後，動態採集加速踏板電壓信號並進行調理和A/D轉換，將電壓信號換算為踏板開度值，同時整車控制器持續將電池組SOC值以及車速、轉速等通過CAN發給加速踏板控制板，再根據接收到的數據確定踏板開度值修正係數，計算出踏板開度修正值，並將該修正值通過CAN總線發送給整車控制器，再由整車控制器發送給電機控制器。電機控制器將接收到的修正值根據當前的車輛運行模式換算為電機驅動轉矩係數，再得出駕駛員的需求轉矩並驅動電機。而當前的車輛運行模式可以根據檔位信號、加速踏板開度以及加速踏板電壓信號的變化率(即加速踏板踩下的速度)等信號來判斷。本發明的另一個突出功能就是實現對整車的電氣絕緣、高壓保護、數字儀表顯示以及故障診斷。通過整體設計網絡化整車控制系統、可以通過穩定的通訊網絡實現整車的全數位化信息傳遞與處理，這樣就能大大地方便對整車運行狀態的監控和故障診斷。本發明具有以下優點
採用ARM9 S3C2440主控模塊研製控制板，系統穩定可靠，可開發性強。採用獨立的電子加速踏板採集模塊，採用12V汽車用電壓供電，實現汽車驅動信號、制動信號、車速信號和車身傾角信號的採集預處理功能，分擔整車控制器任務。Sg加速度傾角傳感器，測量靜止狀態下前後傾角和左右傾角，14位解析度。採集數據精度高，響應速度快。採用多現場CAN總線通訊，結合電源管理系統和電機控制器，組成整車CAN控制通訊網絡。數據傳輸可靠、實時性高，傳輸速率高、誤碼率低；系統的可靠性高，即當節點或總線出現故障時對整車性能的影響小；系統的魯棒性好，允許多主網絡存在。獨立CAN數量為3路，最大傳輸速度為IMbps,最大傳輸距離為IOkm ；CAN報文具有CRC檢驗機制,可單次發送或正常發送；具有網關功能，管理250Kbps子網絡、500Kbps子網絡和可配置位速率(預設250Kbps)子網絡3條CAN網絡，支持網絡間數據共享。優化了整車系統高低壓分配，編制整車上下電策略，通過整車控制上下電流程，使整車系統安全、穩定、可靠。能夠實現自動關機策略。系統搭載uC/OS-1I作業系統，加入智能加密式整車一鍵啟動控制功能，可方便實現用戶設定或取消密碼，實現一定的防盜功能。整車檢測到故障，可以快速有效的做出相應處理。
圖1為本發明控制系統簡 圖2為純電動汽車工作原理 圖3為整車CAN網絡拓撲結構 圖4為整車上電流程 圖5為整車下電流程 圖6為整車轉矩控制流程圖。
具體實施例方式本發明所述整車控制器包括整車CAN網絡拓撲結構優化、車身狀態監控、駕駛員意圖分析、能量狀態監測、故障報警診斷、汽車運行保障；
結合附圖具體說明如下
在圖1中，介紹了整車控制器與一些外圍器件的通訊。在圖2中，電動車整車控制系統採用CAN總線通訊方式，整車控制器作為控制策略實現的控制器同時也作為CAN通訊網關，連接電池管理系統、電機控制器及其它電控單元。在圖3中，整車CAN網絡由3條獨立CAN總線構成，分別定於為CANl整車狀態總線，通訊速率250Kbps，通信節點主要有整車控制器、電池管理系統、車載顯示屏以及在線診斷模塊I ;CAN2整車動力總線，通訊速率500Kbps，通信節點主要有整車控制器、電機控制器、電子加速踏板採集模塊以及總線診斷模塊2 ；CAN3整車調試CAN，可連結到CANl或CAN2或獨立工作，為整車調試提供便利。在圖4和圖5中，充分考慮了整車的安全和穩定性來制定上下電控制策略。主要是當車輛的鑰匙開關從「0N」檔轉向「OFF」檔時，整車控制器開啟延時斷電電路。VCS只發送油門開度為零的信號給MCS，判斷電機控制器斷電條件是否滿足，如果滿足由整車控制器發送斷電指令給BMS，高壓電斷完成後BMS將「完成信號」發送VCS，VCS將MCS和BMS低壓斷電，VCS關機。 在圖6中，整車上電自檢正常後，動態採集加速踏板電壓信號並進行調理和A/D轉換，將電壓信號換算為踏板開度值，同時整車控制器持續將電池組SOC值以及車速、轉速等通過CAN發給加速踏板控制板，再根據接收到的數據確定踏板開度值修正係數，計算出踏板開度修正值，並將該修正值通過CAN總線發送給整車控制器，再由整車控制器發送給電機控制器。電機控制器將接收到的修正值根據當前的車輛運行模式換算為電機驅動轉矩係數，再得出駕駛員的需求轉矩並驅動電機。而當前的車輛運行模式可以根據檔位信號、加速踏板開度以及加速踏板電壓信號的變化率(即加速踏板踩下的速度)等信號來判斷。經過實際測試和應用，本發明實施的電動汽車整車控制器在純電動汽車上穩定可靠運行，尤其適合在工況較為複雜的環境中，本發明更能體現其優勢所在。
權利要求
1.一種純電動汽車用整車控制器，其特徵是所述整車控制器採用配有ARM9 S3C2440主控模塊的整車控制板，採用多現場CAN總線通訊，結合電源管理系統和電機控制器，組成整車CAN控制通訊網絡；實現車身狀態監控、 駕駛員意圖分析、能量狀態監測、故障報警診斷、汽車運行保障等功能；所述純電動汽車整車控制器帶有3路獨立的CAN總線，分別為250Kbps低速CAN，負責與車載顯示屏、駕駛室儀表和電源管理系統等狀態量模塊交互信息；500Kbps高速CAN，負責與油門電子踏板採集模塊和電機控制器等動力模塊交互信息；可配置位速率CAN，負責外接在線診斷終端模塊，用於在線調試，車載診斷使用；所述油門電子踏板採集模塊採用Freescale的MC9S12XS128單片機為主控晶片，12V 汽車用電壓供電，實現汽車驅動信號、制動信號、車速信號和車身傾角信號的採集預處理功能；採用SAE J1939協議的CAN接口將數位化的數據呈遞給整車控制器，支持CAN方式設定模塊工作模式；採用Sg加速度傾角傳感器，測量前後傾角和左右傾角，14位解析度；所述純電動汽車整車控制器帶4路大功率繼電器，負責控制整個汽車上、下電流程，在汽車啟動、停車過程中合理斷電，上電流程要點為先上低壓電12V，再上高壓電，先給整車控制器供電；完成上電自檢，再給其它控制器供電；下電流程要點為先斷高壓電再斷低壓電， 通過控制上下電流程，實現電動汽車高低壓優化分配；所述整車控制器配有溫度傳感器、蜂鳴器、USB主口和SD卡插槽，實現監測整車控制器箱體溫度、故障報警提示和存儲汽車運行數據等功能；所述整車控制器採用智能加密式整車一鍵啟動控制功能，搭載uC/OS-1I作業系統。
全文摘要
一種純電動汽車用整車控制器，採用配有ARM9S3C2440主控模塊的整車控制板，採用多現場CAN總線通訊，結合電源管理系統和電機控制器，組成整車CAN控制通訊網絡；實現車身狀態監控、駕駛員意圖分析、能量狀態監測、故障報警診斷、汽車運行保障等功能；該控制器綜合加速踏板、制動踏板、車載能源、驅動電機等各零部件的狀態信息，決策出當前應採取的控制策略；對車輛運動過程中故障進行預警預報；在車輛減速和制動時，通過控制指令使整個動力、儲能系統工作在能量回饋狀態。同時使用多現場CAN總線技術，使整個控制器穩定性大幅提高，並有效節約了成本。
文檔編號B60R16/02GK103010123SQ20121052673
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月10日 優先權日2012年12月10日
發明者黃菊花, 於永飛, 曹銘 申請人:南昌大學