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98彩彩票 汽车研发:整车控制器(VCU)策略及开发流程!

作者: admin 时间: 2021-02-23 23:12 点击: 174次

整车控制器是电动汽车各个子体系的调控中央,协和管理整车的运走状态,也是电动汽车的中央技术之一。就像真实的美女是必要聪慧与美貌并存,光有身材,哪怕前凸后翘,S型,xiong器逼人,也只能从肉体上感觉很诱人,可远不都雅却无法众疏导,这就是行家常说的胸大无脑,而VCU就是汽车的大脑,能够让汽车变得智能化,更懂你,可远不都雅也可亵玩焉!

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今天

座谈君就和行家聊一聊

整车控制器(VCU)开发的手段和流程

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一、VCU的作用与功能

在电动汽车中,VCU是中央控制部件,它根据添速踏板位置、档位、制动踏板力等驾驶员的操作意图和蓄电池的荷电状态计算出运走所必要的电机输出转矩等参数,从而协和各个动力部件的行动,保障电动汽车的平常走驶。此外,可经由过程走车充电和制动能量的回收等实现较高的能量效果。在完善能量和动力控制片面控制的同时,VCU还能够与智能化的车身系同一首控制车上的用电设备,以保证驾驶的及时性和坦然性。因此,VCU的设计直接影响着汽车的动力性、经济性、郑重性和其他性能。

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1、VCU主要功能

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1)整车能量分配及优化管理;

根据驾驶员的详细操作和实际工况对车辆进走管理、优化及调整,以实现优化能量供给,延迟车辆行使寿命,挑高车辆运走经济性。

2)故障处理及诊断功能;

对展现的变态情况进走诊断、挑示和主动修复做事。

3)体系状态仪外面现;

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       4)整车设备管理

监控各设备运走状态,及时进走动态调整。

5)体系控制

根据既定的操控程序对驾驶员的各项操作进走及时回响反映,实时与数据库进走比对,对各节点进走动态控制。

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二、VCU的组织

VCU为纯电动汽车的调度控制中央,负责与车辆其他部件进走通信,协和整车的运走。VCU体系组织,如下图所示。

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其主要包含电源电路、开关量输入/输出模块、模拟量输入模块及CAN通讯模块。

1)电源模块从车载12V蓄电池取电,开关量输入模块授与的信号主要有钥匙信号、挡位信号、制动开关信号等;

2)开关量输出信号主要是控制继电器,其在迥异整车体系中意义略有迥异,清淡情况下控制如水泵继电器及PTC继电器等;

3)模拟量输入模块采集添速踏板和制动踏板开度信号及蓄电池电压信号等;

4)CAN模块负责与整车其他设备通信,主要设备有电机控制器(MCU)、电池管理体系(BMS)及充电机等。

 

三、整车通信网络管理

整车体系经由过程CAN通信网络将各个子控制体系连接在一首。整车体系通讯网络组织如下图所示。VCU首到协和管理整个通信网络的功能,是各个子设备的通钦佩务端。

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四、整车做事模式控制

根据整车工况和动力总成状态迥异,划分为如下几栽做事模式:

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1、自检模式

倘若钥匙门信号处于ON档,则启动自检模式,闭相符主继电器,同时VCU进走自检,倘若自检战败进入故障处理模式,自检经由过程期待启动信号。

2、启动模式

驾驶员经由过程掀开钥匙等操作,使VCU上电,然后唤醒CAN网络上其他节点最先做事。当整车一切设备都平常启动后,体系进入READY状态,指使能够进走平常驾驶操作。

倘若钥匙门信号处于START挡,同时自检模式有效,挡位在P挡,异国不准启动故障则进走高压上电程序,同时VCU给电机体系、DC-DC及空调控制体系发送高压上电乞求命令,电机体系、DC-DC及空调控制体系检测异国高压故障则逆馈给VCU批准上高压指令,VCU经由过程控制高压预充电及主继电器实现高压上电过程,高压上电终结后仪外上EV-Ready灯亮,完善启动模式。

3、首步模式

如下图所示,当车辆由静止不踩添速踏板首步限车时,憧憬电机转矩以某可标定的汽车转矩Start-T为现在的值,当车速V<V1时以某个斜率上升,以克服车辆的静止摩擦阻力;

当车速V>V2时采用经由过程控制电机功率,将车速控制在一个相符理的速度周围内,输出的电机扭矩进走一个滤波环节进走腻滑处理,实现稳定的电首步。

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4、走驶模式

走驶模式主要根据添速踏板位置及车辆走驶状态,实时控制电机扭矩指令,实现按驾驶员意图控制车辆运走。走驶控制过程中的控制手段分为恒转扭矩控制和恒功率控制,如下图所示,VCU的控制输出是转矩,功率是收敛条件。

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当电机输出功率异国达到憧憬功率时,VCU采用恒转扭矩控制策略,憧憬转矩T*(k),输出转矩T(k)=T*(k);

当电机输出功率达到憧憬功率后,VCU采用恒功率控制策略,憧憬输出功率为P*(k),倘若k时刻电机转速n(k)>nk,则采辛勤率控制,P(k)=P*(k),输出转矩T(k)=P(k)×9.55/n(k)。

VCU采集来自驾驶人员的控制信号(挡位信号、添速踏板信号、车辆模式等),并根据体系的局限条件,经算法运算向MCU输出驱动扭矩,控制汽车的运走。根据驾驶员的迥异必要,能够实现蠕走、提高、退守、巡航、清淡模式走驶、行动模式走驶、经济模式走驶等运走手段。

5、制动模式

相比传统燃油车,电动汽车的制动过程能够实现能量回收。当电动汽车处于制动状态时,VCU经由过程状态数据采集,推算所需的制动扭矩。此时驱动电机从做事模式转换为发电机模式向动力电池组充电。

6、新生模式

新生模式实现特定工况下控制电机发给电池充电,根据制动踏板状态分为滑走新生发电及制动新生两栽情况,下图为制动策略暗示图:

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滑走新生与制动新生采取的发电扭矩,当车速V大于车速V2的条件采取恒扭矩发电,制动新生扭矩为T2,滑走新生扭矩为T1,车速V大于车速V1幼于V2时,电机制动新生或滑走新生发电扭矩按比例逐渐较幼,车速幼于V1作废电机发电,同时电机发电扭矩取决于与现在车速及电机的发电能力。然后经过电池批准的功率局限后输出给电机。

7、停车模式

停车模式是整车运走过程中无故障展现,驾驶者平常关闭钥匙,此模式中VCU控制电机和电池体系下电,然后控制各个附件设备关闭,完善自下电过程。

8、故障模式

整车故障清淡分为2级(1级故障和2级故障)。故障来自于VCU,BMS,空调等终端设备或者添速踏板器等输入传感设备。这边定义1级故障为主要故障,2级故障为清淡故障。整车体系展现2级故障时,汽车进入跛走故障模式,主要以局限体系输出功率的手段实现。整车体系展现1级故障时,整车体系进入危险停留做事状态。

9、充电模式

充电时,插上充电枪,充电机最先做事,VCU被触发上电。在检测到充电连接信号后,VCU监控整车现在状态批准充电时启动BMS,然后BMS与充电机进走通信,启动充电过程,VCU不息监测BMS及充电机的状态新闻,倘若充电则仪外控制器表现充电灯充电状态。充电过程展现故障时VCU会及时堵截BMS继电器,以休止充电过程,防止发生危险事故。

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10、下电模式

倘若钥匙门信号在OFF挡,则启动下电模式,VCU根据电机、空调等高压体系的批准下高压信号来控制BMS体系断开高压继电器,同时VCU根据电机体系的温度来确认是否要延时下电,温度降到肯定周围内时,关闭电机冷却水泵和冷却风扇,关闭电源主继电器,下电完善。

 

五、整车驱动体系控制

纯电动车的整车驱动体系由电机和电机控制体系构成,并经由过程CAN总线手段与整车网络通信。

1)VCU经由过程采集到的踏板开度信号和挡位等信号,经过转矩计算,得出末了的扭矩新闻。扭矩新闻经由过程CAN总线由VCU发送到MCU,MCU收到相答的控制信号后,实走对答的行为。

2)根据汽车的运走状况,电机运转模式分为电动模式和发电模式。电动模式下整车运走在驱动状态,汽车属于走驶状态;发电模式下整车运走在滑走或制动状态,实现制动能量的回馈。

3)电机控制体系在运走状态下,MCU实时向VCU上报状态新闻和故障新闻,并在体系展现故障时做出及时处理。VCU授与到MCU的各项新闻后,会根据新闻的内容对整车体系做出相符理的控制。

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六、整车能量优化管理

纯电动汽车整车能量的唯一来源为动力电池组,经由过程BMS有序管理。VCU经由过程总线与BMS通信。

1)BMS能够向VCU上报盈余电量新闻、电池箱总电压和总电流、电池体系温度新闻、电池输出继电器状态等。

2)VCU根据汽车控制策略以及来自总线上的电池状态和电机状态新闻以闭相符或者断开BMS的总正/负继电器,完善高压回路的闭相符和断开功能。

3)与传统燃油车相比,电动汽车能够实现制动能量回馈功能。当整车处于减速滑走或制动状态时,VCU控制汽车产生新生制动力矩,使电机发电,并将电机发出的电能回充到动力电池中,以实现有效的制动能量回收。

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七、监测和协和管理车上电器

在纯电动汽车上除了动力体系有关的主要零部件外,还有添炎PTC、电动空调(AC)、电动真空泵等诸众用电器,VCU必要采集和监控这些用电器的信号状态,结相符整车状态判定是否批准这些用电器平常以及处于什么状态。

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八、故障检测处理及诊断功能

故障处理及诊断功能也是VCU控制策略的主要构成片面,在VCU的代码量中甚至到达60%以上的。

1、整车故障检测处理

VCU的故障主要分为传感器(添速踏板传感器)故障、继电器(空调继电器等)故障以及CAN总线故障。传感器故障可从硬件和柔件两方面来检测处理。CAN总线故障主要有总线节点脱离和负载过高等。依据故障的主要水平,将故障分为2个等级,即2栽故障模式。发生某栽故障,就整车运走进入相答故障模式。

2、诊断功能

电动汽车上电子单元诸众,当某些器件展现故障时就难以迅速的检测出来。为了修补人员能够迅速、实在地确定故障的位置,电动汽车上VCU清淡采用基于UDSISO15765制定)的诊断服务功能。

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九、汽车状态的表现

VCU对汽车的状态新闻进走采集和处理,将主要的状态和故障新闻发送给仪外进走表现,其表现的主要内容有:

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十、VCU的设计思路

为了实现VCU的主要功能,必须经由过程VCU的硬件和柔件两个方面来实现。柔件控制策略是实现预期功能的关键,必须倚赖硬件来实现有关功能,但硬件有其固有的弱点:一旦硬件体系设计成型后,不易于修改;柔件程序能够上万次地输入单片机,有利于体系的升级。原形上,在正确配置硬件的基础上,相符理行使已有的硬件,可大大削减柔件做事量;同时,完善柔件也可填补硬件的不能,给研发、维护和检修带来很时兴便,因此柔件是中央,硬件是基础,缺一不能遵命体系的功能以及工况情况分析,该VCU的设计思路如下:

1)起码2路以上的CAN总线,提出3路。

2)郑重做事时间长度保证大于车辆行使周期。

3)鉴于设备必要极高的郑重性,因此请求双体系自力并协同做事,在展现一个体系故障时,另一个体系能够保证整车体系做事。

4)能够盛开给驾驶员选择电机、储能体系、外接充能设备的各类工况选择。

5)拥有外接诊断接口,能够经由过程外接设备进走在线诊断。

6)众路信号采集和众路功率控制输出。

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十一、VCU开发

VCU开发主要采用“V”模式,一切控制策略与仿真模型都是行使框图化的基本模块竖立首来的,主要包括控制方案的设计、离线仿真、迅速控制原型、产品主动代码生成及集成、硬件在环仿真测试和标定(台架及道路实车测试标定),如图所示。

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1、离线仿真阶段

1)竖立对象数学模型。

2)设计控制方案。

3)以Matlab或者RTC为平台竖立模型并进走仿真分析、测试,如图所示。

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2、迅速控制原型阶段

1)保留必要下载到dSPACE或者Motoron等迅速原型的模块中。

2)用硬件接口有关代替正本的逻辑连接。

3)对I/O进走配置。

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3、主动代码生成及集成阶段

1)行使Matlab自带的RTW或者商业的Target Link工具将整车控制策略模型主动生成C代码。

2)行使code warrir或者GNU等柔件集成工具,将控制策略生成的C代码答与VCU硬件底层程序集成。

3)经由过程bootloader主动下载到VCU硬件体系中。

4、硬件在环(HIL)仿真

硬件在环(Hardware-in-loop,HIL)即指由硬件控制器与模拟器之间形成一个以数据、信号进走交流的闭环测试体系。经由过程虚拟的整车驾驶环境、道路环境的竖立,与实际的控制器硬件之间竖立循环体系,测试该控制器在虚拟环境下的各栽功能。如下图所示。

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5、标定

基于CAN总线的标定制定CAN Calibration Protocol,(CCP)是一个连接开发工具和VCU的柔件接口制定,该制定定义了模块标定、数据采集和存取flash中运走数据的手段,在整车控制策略中,能够行使CCP实现以下功能:

①实时在线测试;

②各传感器检测和标定;

③报警或出错值的调整;

④程序下载。

V字型开发流程大大缩幼了VCU的开发周期,撙节了开发成本,并能保证代码的高质量和控制体系的郑重性,同时为异日新的控制功能设计挑供了图形化的接口平台。

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十二、柔件设计 1、设计院原则

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1)正当性

VCU柔件体系组织要正当于VCU柔件的“功能性需求”和“非功能性需求”。

2)组织安详性

详细设计阶段的做事如用户界面设计、数据库设计、模块设计、数据组织与算法设计等等,都必须在体系组织确定之后开展的,而编程和测试则是更后面的做事,因此体系组织答在肯定的时间内保持安详。偏重柔件体系组织的设计,当整车控制需求发生转折时,要保证只能对柔件做些程序代码自己片面内容进走修改,不转折柔件的体系组织,不得往修改柔件的体系组织。

3)可扩展性

可扩展性是指柔件扩展新功能的容易水平。VCU的柔件可扩展性越益,外示VCU适宜“转折”的能力越强,越容易柔件升级换代。

4)可复用性

为使VCU能在迥异类型的纯电动车辆及众能源体系车辆的兼容,VCU的体系组织需具有良益的可复用性,柔件工程要设计出一栽通用的体系组织模式,只有云云体系组织才能够被复用。

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2、设计流程

VCU柔件由表层控制策略和底层驱动程序构成,用C说话编写。表层控制策略主要负责根据车辆状态和驾驶员意图实时控制能量流向和分配比例;基层柔件主要负责单片机初首化竖立、CAN总线信号的实时收发和其他输入、输出信号的实时处理与诊断。底层与表层的接口经由过程若干变量来实现。下图为设计的一个最浅易的柔件机制模型,从“上电唤醒”最先到“下电停机”的标准流程。

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经由过程“信号处理、故障诊断”完善体系做事前的自检和故障诊断做事;经由过程“高压管理、计算需求转矩、控制策略”完善控制功能的计算和处理。

 

十三、硬件体系

需根据整车的底盘、车身有关部件的数目和控制内容计算,请求VCU的硬件必须已足以下接口数目、栽类和驱动能力:

1)10路高有效和10路矮有效开关量采集。能够对车身上开关情况进走采集,VCU根据详细的开关量状态进走判定或作相答的处理。

2)3路高速CAN(CAN2.0B)。电动汽车网络总线通讯制定主要参考SAEJ1939来制定,也就是在J1939的基础上制定出已足各栽电动车辆控制必要的通讯制定。VCU与外界的有关就是经由过程CAN网络来实现,包括数据的搜集、传递。

3)8路AD采集(其中定义4路为电压采集,4路为电阻采集)。电压为0—30V采集周围,电阻为0—10kΩ。能够对踏板信号、制动信号等模拟信号进走采集,采集数据经过相答处理,并遵命详细制定发送给外部设备。

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4)10路功率输出(最大2A输出)。每路功率最大可输出2A旁边电流,共10路,可带40W的负载。在行使过程中,答避免满负荷做事。

5)2路+5V电源输出。+5V电源输出(ImAx=0.5A),可供给踏板或其他设备。

6)1路K-LINE。经由过程K线能够对VCU进走诊断和标定,也可对单个设备进走数据查询。

7)声援双电源、双体系做事(选举采用)。采用主从控制手段,平常情况下,由主机来处理整车的新闻。当遇到主机无法做事(出主要故障,发送故障指令)时,从机马上作出回响反映接替主机做事,使整个体系能平常运走。

 

十四、VCU性能请求

为已足VCU在整车环境下的行使需求,必要对控制器的各方面性能有所请求。VCU的主要性能请求如下外所示,详细性能请求可参考《VCU技术条件》。

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该控制器采用已足汽车行使环境温度和振动请求的高度集成汽车级微处理器,该控制器具有较宽9~36V的电源输入周围,已足整车的矮压体系电源电压震荡请求,同时具有较益的通用性,适宜12V和24V电动汽车体系行使。控制器采用标准的ECU接口,具有良益的防水防尘性能。

 

十五、结论

纯电动汽车整车控制体系以VCU为中央,电池、电机及充电体系为外围辅助系的一套完善的电控体系。随着汽车纯电动汽车的发展,异日对VCU的请求会越来越高。

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