81-整车控制器设计规范

整车控制器设计规范1-整车控制器控制功能和原理整车控制器的存在必要性：电动汽车是由多个子系统构成，主要包括电池、电机、制动等动力系统，以及其它附件如空调、助力转向等。各子系统几乎都通过自己的控制单元（ECU）来完成各自功能。为了满足整车动力性、经济性、安全性和舒适性的目标，一方面必须具有智能化的人车交互接口，另一方面，各系统还必须彼此协作，优化匹配。因此，纯电动车需要整车控制器来协调和管理纯电动汽车中的各个部件的共同工作。整车控制器功能纯电动车辆以整车控制器为主节点的、基于高速CAN总线的分布式动力系统控制网络，通过该网络，整车控制器可以对纯电动车辆动力链的各个环节进行管理、协调和监控，提高整车能量利用效率，确保车辆安全性和可靠性。整车控制器功能1）驾驶员的驾驶意图识别：驱动车辆行驶；2）网络管理：通信网络、信息调度、网关；3）仪表显示；4）故障诊断与处理：诊断系统部件故障并相应的故障处理，按照标准格式存储故障码。5）参数标定：通过CAN总线，进行控制参数的修改、标定；6）能量管理：通过控制驱动电机的转动和控制动力电源系统的能量输出与关闭2-电动汽车动力总成分布式基本网络架构基于CAN总线的分布式控制网络，是实现各个子系统实现协同控制的理想途径；采用CAN总线网络还可以大大减少个设备间的连接线束，并提高系统监控水平；采用拓扑网络结构，其主要的优点是：电缆短，容易布线；总线结构简单，又是无源元件，可靠性高；易于扩充，增加新节点只需在总线的某点将其接入电动汽车动力总成分布式基本网络架构电动汽车动力总成分布式基本网络架构整车控制器通过采集驾驶员的驾驶意图，通过CAN总线对网络信息进行管理，调度，分析和运算，针对所配置的不同车型，进行相应的能量管理，实现整车驱动控制、能量优化控制、制动回馈控制和网络管理等功能。3-标准的整车控制器开发流程—V模式现代的开发流程是采用计算机辅助工具来进行的，可以支持从需求定义直到最终产品的全过程。下图是简化模式—V模式。自顶向下，开发逐渐细化最终形成开发的ECU原型；从下向上，通过测试形成与最初设想一致的产品；经过对国外汽车著名开发商如:Audi,AVL,BMW,Bosch,RicardoEngineering,Siemens,Ford等的了解，他们普遍采用现代的设计开发流程：离线功能仿真—快速控制原型—自动代码生成—硬件在回路仿真—参数标定所构成的“V模式”新的开发流程符合国际汽车行业标准(ASAM/ASAP)标准的整车控制器开发流程—V模式3.1-整车及控制策略仿真采用仿真为主，硬件在环测试和实车标定为辅的方式相结合来研究整车的控制策略；首先利用Cruise建立电动汽车的整车模型。在matlab/simulink下建立整车的控制策略模式，利用Cruise和matlab/simulink相互耦合就可以在不同的工况下计算并评价车辆的经济性能、动力性能及控制的平顺性等，从而可以评价控制策略的优劣和车辆的性能整车及控制策略仿真整车及控制策略仿真CRUISE是由奥地利著名的发动机制造与咨询公司AVL公司开发的，用于研究汽车动力性、燃油经济性、排放性能及制动性能的高级模拟分析软件；其灵活的模块化理念使得CRUISE可以对任意结构形式的汽车传动系统进行建模和仿真。它可用于汽车开发过程中的动力系统、传动系统的匹配、汽车性能预测和整车仿真计算；通过仿真的研究，可以确定整车控制策略，对控制策略中的参数进行初步的设定。3.2-整车控制器开发规范整车控制器的软硬件的整体需求为：1）适用于12V/24V的不同类型的电动汽车需求，电压的工作范围为6~32V；2）工作的温度范围-40~105℃；3）软件和硬件架构标准化和模块化；4）基于实时多任务调度的软件结构；5）电源反接保护；6）电源的浪涌，过压保护；7）ESD保护(防静电)；8）功率器件过压，过流，过温保护；9）输入和输出管脚对地，对电源短接和开路保护及诊断；10）所有的传感器都具有故障时的默认状态；11）需要参考的标准GB/T2423.1《电工电子产品基本环境试验规程试验A：低温试验方法》的规定；GT/T2423.2《电工电子产品基本环境试验规程试验B：高温试验方法》的规定；GB/T2423.10《电工电子产品环境试验第二部分：试验发放试验Fc和导则：振动（正弦）》的规定；GB/T4942.2《低压电器外壳防护等级》的要求；GB/T17619《机动车电子电器组件的电磁辐射抗扰性限值和测量方法》的规定3.3-整车控制器的硬件在环测试电控单元（ECU)的复杂程度快速增加，控制算法与功能不断增强，对整车而言还集成了各种总线通讯功能、在线故障诊断(OBD)等功能，所以传统的检测方法面对复杂的测试需求开始显得力不从心；硬件在环（HIL）测试是一套与电子控制器真实连接的测试系统，用于检测整车控制器控制功能及逻辑错误、故障等；整车控制器的测试采用了基于dSPACE的硬件在环测试。首先通过Matlab/Simulink建立除整车控制器外的其他电动汽车实时仿真模型，建立的模式可以通过RTW接口下载到dSPACE中通过硬件在环测试系统就可以模拟除整车控制器外的整个电动系统，能够在上车之前对整车控制器的控制功能及控制策略进行全面的测试通过实时仿真模型dSPACE具有以下的功能：产生加速踏板、制动踏板和钥匙等控制信号；产生档位信号；实现与控制器的CAN通信设置总成部件的状态参数，改变边界条件；设置各种传感器故障；实时将车辆运行状态参数传给控制器；捕捉ECU的控制参数。整车控制器在硬件在环测试系统中需要测试的功能1---整车控制器硬件测试功能序号测试内容1CAN总线收发功能2CAN总线数据接受和发送的时间和正确性测试3IO输入功能4AD输入功能5IO输出功能6其他驱动测试2---整车控制器基本控制策略功能测试序号测试内容1驾驶员驾驶意图功能测试2与电机控制器和电池管理系统等的通讯功能测试3仪表驱动显示测试3驱动控制策略测试4开关高压控制策略测试5真空泵、空调和暖风等附件控制策略测试6坡道制动辅助等功能测试3---整车控制器故障处理功能测试序号测试内容1上电初始化READY保护功能测试2电池管理系统各等级故障保护功能测试3电驱动系统各故障保护功能测试4-整车控制器标定系统整车控制器采用国际上标准的CCP来实现整车控制器的标定。CCP(CANCalibratI/OnProtocol)是一种基于CAN总线的应用协议，该协议为标定系统开发提供了标准平台。CCP主要用于电控单元数据标定及测量，最初由Audi、BMW、Mercedes-Benz、Volkswagen等欧洲汽车公司成立的标准化组织ASAP(StandardizatI/OnofApplicatI/OnCalibratI/OnSystemsTaskForce)发展而来，由于该系统在电控系统开发方面的强大优势，因此已逐渐为世界各大汽车公司所采用4.1-基于CCP的整车控制器标定协议框图整车控制器的标定框图如下所示，CCP的标定工具从符合ASAP2标准的A2L文件中读取ECU内部变量的描述，再根据CCP协议的规定发送命令，从而获取或标定整车控制器的变量。4.2-CCP主从模式的通信配置示意图监控及标定界面通过整车控制器站地址的配置实时地建立监控及标定界面和整车控制器之间的逻辑连接。该连接在其他ECU的地址被选中或当前连接通过指令被明确断开之前一直有效。4.3-电动汽车整车控制器的标定流程1）传感器校正整车控制器的传感器的校正主要包括油门踏板传感器及制动压力传感器。利用在线监控及标定软件对其范围进行校正。2）开关状态的验证为了确保整个车辆控制策略的运行状态，需要确定钥匙开关状态、挡位的开关状态、空调、暖风的开关状态、运行模式的开关状态是否与设计的一致。3）执行器的状态确定为了确保整个车辆控制策略的运行状态，需要确定指示灯、继电器控制状态是否正常4.3-电动汽车整车控制器的标定流程4）指令接收的确定利用在线监控及标定软件调用整车控制器的调试软件，查看整车控制器对电机控制器和电池管理系统等部件发送的信息接收的正确性5）整车辅助部件控制参数的标定空调管理的参数标定：空调开启时电池的SOC状态，空调关闭的SOC条件；暖风管理的参数标定：暖风开启时电池的SOC状态，暖风关闭的SOC条件4.3-电动汽车整车控制器的标定流程6）驱动工况试验驱动工况的标定主要参考每个控制策略的参数，比如电机驱动模式的策略参数的MAP;7）故障与预警情况下控制策略参数标定电池的最大充电电压和最低放电电压MAP；电机控制器直流侧的最高和最低电压MAP；电池单体的最高和最低电压值MAP；电池的最高和最低温度限制MAP；电机和电机控制器的最高温度限制MAP；电池不同SOC下的最大充放电功率的限制MAP；