純電動(dòng)汽車整車控制器(TAC)[沐風(fēng)書屋]

1、純電動(dòng)汽車整車控制器(TAC)項(xiàng)目介紹：純電動(dòng)汽車整車控制器對(duì)新能源汽車的動(dòng)力性、安全性、經(jīng)濟(jì)性、操縱穩(wěn)定性和舒適性等都有重要影響，它是新能源汽車上的一種關(guān)鍵裝置。在車輛行駛過程中，整車控制器通過開關(guān)輸入端口、模擬量轉(zhuǎn)換模塊、CAN總線等硬件線路采集路況信息、駕駛員意圖、車輛狀態(tài)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等參數(shù)，依托高速運(yùn)行的CPU和控制端口來執(zhí)行預(yù)設(shè)的控制算法和管理策略，再將指令和信息等通過CAN總線、開關(guān)輸出端口等對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)的執(zhí)行部件進(jìn)行實(shí)時(shí)的、可靠的、科學(xué)的控制，以實(shí)現(xiàn)車輛的動(dòng)力性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。其硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖一所示。整車控制器實(shí)物圖如圖二所示。性能指標(biāo)：1）工作環(huán)境溫度： -30+802）相

2、 對(duì)濕度： 5%93%3）海 拔高度： 不大于3000m4）工作電壓： 18VDC32VDC5）防護(hù)等級(jí)： IP65功能指標(biāo)：1）系統(tǒng)響應(yīng)快，實(shí)時(shí)性高2）采用雙路CAN總線（商用車SAE J1939協(xié)議）3）多路模擬量采樣(采樣精度10位)；2路模擬量輸出（精度12位)4）多路低/高端開關(guān)輸出5）多路I/O輸入6）關(guān)鍵信息存儲(chǔ)7）脈沖輸入捕捉8）低功耗，休眠喚醒功能該項(xiàng)目使用的INFINEON的物料清單：TC1782TLE7368-3ETLE6240GPBTS4880RIPG20N06S2L-65xxxxxx發(fā)表于 2012-5-23 11:27:45 | 只看該作者 |倒序?yàn)g覽 |閱讀模式

3、整車控制器（VMS，vehicle management Syetem），即動(dòng)力總成控制器。是整個(gè)汽車的核心控制部件，它采集加速踏板信號(hào)、制動(dòng)踏板信號(hào)及其他部件信號(hào)，并做出相應(yīng)判斷后，控制下層的各部件控制器的動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)汽車正常行駛。作為汽車的指揮管理中心，動(dòng)力總成控制器主要功能包括：驅(qū)動(dòng)力矩控制、制動(dòng)能量的優(yōu)化控制、整車的能量管理、CAN網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)和管理、故障的診斷和處理、車輛狀態(tài)監(jiān)視等，它起著控制車輛運(yùn)行的作用。因此VMS的優(yōu)劣直接影響著整車性能。純電動(dòng)汽車整車控制器(Vehicle Controller)是純電動(dòng)汽車整車控制系統(tǒng)的核心部件，它對(duì)汽車的正常行駛，再生能量回收，網(wǎng)絡(luò)管理，故障診

4、斷與處理，車輛的狀態(tài)與監(jiān)視等功能起著關(guān)鍵的作用。與各部件控制器的動(dòng)態(tài)控制相比，整車控制器屬于管理協(xié)調(diào)型控制。整個(gè)車輛系統(tǒng)采用一體化集成控制與分布式處理的車輛控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，各部件都有獨(dú)立的控制器，整車控制器對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行能量管理及各部件的協(xié)調(diào)控制。為滿足系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換量大，實(shí)時(shí)性、可靠性要求高的特點(diǎn)，整個(gè)分布式控制系統(tǒng)之間采用CAN總線進(jìn)行通訊。整車控制器主要由控制器主芯片，F(xiàn)lash存儲(chǔ)器和RAM存儲(chǔ)器及相關(guān)電路組成，控制器主芯片的輸出與Flash存儲(chǔ)器和RAM存儲(chǔ)器的輸入相連。整車控制器通過CAN總線接口連接到整車的CAN網(wǎng)絡(luò)上與整車其余控制節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息交換和控制?？刂破饔布ㄎ⑻幚砥?/p>

5、、CAN通信模塊、BDM調(diào)試模塊、串口通信模塊、電源及保護(hù)電路模塊等。微處理器選用了Motorola公司專門為汽車電子開發(fā)的MCgS12，它具有運(yùn)算速度快和內(nèi)部資源與接口豐富的特點(diǎn)，適合實(shí)現(xiàn)整車復(fù)雜的控制策略和算法。CAN通信模塊符合CAN2.0B技術(shù)規(guī)范，采用了光電隔離、電源隔離等多項(xiàng)抗干擾設(shè)計(jì);BDM調(diào)試模塊用于實(shí)時(shí)對(duì)控制程序進(jìn)行調(diào)試、修改;串口通信模塊用于對(duì)控制系統(tǒng)的診斷和標(biāo)定; 電源模塊進(jìn)行了二級(jí)濾波的冗余設(shè)計(jì)，保證控制器在車載12V系統(tǒng)供電情況下正常工作，并具短路保護(hù)功能。CAN，全稱為“Controller Area Network”，即控制器局域網(wǎng)，是一種國際標(biāo)準(zhǔn)的，高性價(jià)的現(xiàn)場(chǎng)

6、總線，在自動(dòng)控制領(lǐng)域具有重要作用。CAN是一種多主方式的串行通訊總線，具有較高的實(shí)時(shí)性能，因此，廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)、航空工業(yè)、工業(yè)控制、安全防護(hù)等領(lǐng)域。決策層控制單元是車輛智能化的關(guān)鍵,其收集車輛運(yùn)行過程中的信息,并根據(jù)智能算法的決策向物理器件層控制單元發(fā)送命令;動(dòng)力源控制單元負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)動(dòng)力源系統(tǒng)部件以滿足決策層控制單元的命令要求;驅(qū)動(dòng)/制動(dòng)控制單元?jiǎng)t調(diào)節(jié)雙向變量電機(jī)和能耗制動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)車輛的各種工況,如驅(qū)動(dòng)控制、防抱制動(dòng)等。整車控制器功能需求：整車控制器在汽車行駛過程中執(zhí)行多項(xiàng)任務(wù)，具體功能包括：(1)接收、處理駕駛員的駕駛操作指令，并向各個(gè)部件控制器發(fā)送控制指令，使車輛按駕駛期望行駛。(2)與

7、電機(jī)、DC/DC、蓄電池組等進(jìn)行可靠通訊，通過CAN總線（以及關(guān)鍵信息的模擬量）進(jìn)行狀態(tài)的采集輸入及控制指令量的輸出。(3)接收處理各個(gè)零部件信息，結(jié)合能源管理單元提供當(dāng)前的能源狀況信息。(4)系統(tǒng)故障的判斷和存儲(chǔ)，動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)信息，記錄出現(xiàn)的故障。(5)對(duì)整車具有保護(hù)功能，視故障的類別對(duì)整車進(jìn)行分級(jí)保護(hù)，緊急情況下可以關(guān)掉發(fā)電機(jī)及切斷母線高壓系統(tǒng)。(6)協(xié)調(diào)管理車上其他電器設(shè)備。整車控制器是一個(gè)多輸入、多輸出、數(shù)模電路共存的復(fù)雜系統(tǒng)，其各個(gè)功能電路相對(duì)獨(dú)立。因此，按照模塊化思想設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)的各個(gè)模塊，主要包括：最小應(yīng)用系統(tǒng)模塊，電源模塊，CAN通訊模塊，串口通訊模塊，數(shù)模輸入輸出模塊。其中M

8、CU 是整車控制器的核心, 它負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集和處理、邏輯運(yùn)算以及控制的實(shí)現(xiàn)等, MCU 的選取是整個(gè)硬件設(shè)計(jì)過程中最重要的任務(wù)。天津清源電動(dòng)汽車在整車開發(fā)方面，天津清源電動(dòng)車輛有限責(zé)任公司和一汽天津夏利股份有限公司牽頭，中國汽車技術(shù)研究中心、天津大學(xué)、天津和平海灣公司和天津藍(lán)天高科公司等十幾個(gè)單位共同參與合作開發(fā)出XL2000型純電動(dòng)轎車。純電動(dòng)汽車一共有9個(gè)工作模式：停車狀態(tài)、充電狀態(tài)、啟動(dòng)狀態(tài)（也可以稱為自檢狀態(tài)）、運(yùn)行狀態(tài)、車輛前進(jìn)/后退狀態(tài)、回饋制動(dòng)狀態(tài)、機(jī)械制動(dòng)狀態(tài)、一般故障狀態(tài)、重大故障狀態(tài)。每個(gè)狀態(tài)的具體含義如下：1、停車狀態(tài)：純電動(dòng)客車處于停車狀態(tài)，此時(shí)系統(tǒng)的主繼電器斷電，系統(tǒng)

9、中各個(gè)節(jié)點(diǎn)停止運(yùn)行。2、充電狀態(tài)：當(dāng)純電動(dòng)客車在停車狀態(tài)下，插上充電插頭或者按下充電按鈕時(shí)，整車控制器控制組合儀表顯示電池充電狀態(tài)，并對(duì)電池工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；電池ECU進(jìn)入充電程序，并強(qiáng)制切斷動(dòng)力電機(jī)繼電器的回路電源。3、啟動(dòng)狀態(tài)：在整車控制器確認(rèn)拔掉充電插頭時(shí)，撥動(dòng)汽車鑰匙位置，這時(shí)系統(tǒng)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)入自檢狀態(tài)。4、運(yùn)行狀態(tài)：撥動(dòng)汽車鑰匙到指定位置，整車控制器向電機(jī)ECU發(fā)送準(zhǔn)備開車指令；整車控制器收到就緒指令后，閉合主繼電器，進(jìn)入行車程序。同時(shí)，電池ECU進(jìn)入電池管理程序。5、車輛前進(jìn)、后退狀態(tài)：整車控制器通過對(duì)當(dāng)前車輛功率的要求和蓄電池當(dāng)前的狀態(tài)計(jì)算并向電機(jī)控制器發(fā)出信號(hào)，動(dòng)力電機(jī)控制

10、器接收到方向信號(hào)和驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩給定值信號(hào)后，控制動(dòng)力電機(jī)進(jìn)入運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，并根據(jù)方向信號(hào)確定動(dòng)力電機(jī)的轉(zhuǎn)向，以及根據(jù)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩給定值信號(hào)確定動(dòng)力電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的大小，控制電機(jī)的輸出功率以實(shí)現(xiàn)動(dòng)力性目標(biāo)。6、回饋制動(dòng)狀態(tài)：當(dāng)加速踏板回零而且制動(dòng)踏板處于回饋制動(dòng)區(qū)時(shí)，整車控制器發(fā)送符合回饋制動(dòng)要求的負(fù)扭矩給電機(jī)ECU；電機(jī)ECU進(jìn)入發(fā)電程序，電池ECU進(jìn)入電池回饋管理程序。7、機(jī)械制動(dòng)狀態(tài)：制動(dòng)踏板離開回饋制動(dòng)區(qū)，電機(jī)ECU停止發(fā)電程序，整車控制器進(jìn)入機(jī)械制動(dòng)程序，電池ECU停止回饋。8、一般故障狀態(tài)：ECU檢測(cè)到一般故障，整車控制器報(bào)警（報(bào)警燈閃爍、通過CAN總線發(fā)送相關(guān)的報(bào)警信息，通知其他的節(jié)點(diǎn)），整個(gè)系

11、統(tǒng)降級(jí)運(yùn)行。9、重大故障狀態(tài)：ECU報(bào)警（緊急情況采用緊急呼叫指令通知其他節(jié)點(diǎn)），必要時(shí)切斷主繼電器電源，系統(tǒng)停車。 整車CAN網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)從實(shí)時(shí)性和安全性的角度出發(fā)，該整車控制器可直接采集部分控制信號(hào)，這些信號(hào)包括制動(dòng)踏板、油門踏板等模擬信號(hào)以及其它一些數(shù)字量信號(hào)。整車控制器具有對(duì)動(dòng)力總成部件進(jìn)行直接控制的信號(hào)通道，包括PWM和數(shù)字量輸出等。電動(dòng)汽車控制器 高爾夫車控制器 電動(dòng)游覽車控制器 特點(diǎn)：*強(qiáng)大智能的微處理器*高速低損耗同步整流PWM調(diào)制*嚴(yán)格的電流限制和轉(zhuǎn)矩控制*低電磁干擾，抗干擾、抗震動(dòng)性能強(qiáng)*故障指示燈指示各種故障,方便用戶檢測(cè)和維護(hù)*設(shè)有電池保護(hù)功能：當(dāng)電池電壓較低時(shí)會(huì)及時(shí)進(jìn)

12、行報(bào)警并進(jìn)行電流衰減，過低時(shí)停止輸出以保護(hù)電池*美觀并能快速散熱的鋁制帶散熱刺外殼 *鍍了多層金屬的銅制連接器，插拔式接頭，防銹導(dǎo)電性能強(qiáng)*設(shè)有過溫保護(hù)功能：當(dāng)溫度過高或過低時(shí)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行電流衰減，以保護(hù)控制器和電池*倒車時(shí)速度限制為全速的一半，以確保安全*設(shè)有油門、剎車信號(hào)傳感器開路檢測(cè)及保護(hù)*油門保護(hù)：當(dāng)打開鑰匙時(shí)將檢測(cè)油門信號(hào)，如果信號(hào)較高將不輸出以保證安全*電流倍增：在絕大多情況下電機(jī)電流遠(yuǎn)大于電池電流*安裝簡(jiǎn)易：使用一個(gè)2線0-5K油門電位器即可工作*連接計(jì)算機(jī)串口可以對(duì)控制器進(jìn)行配置，控制器配置程序可運(yùn)行所有的Windows版本之上(僅能使用我們提供的專用電纜)附加功能(在背面板)：

13、*可選主繼電器PWM輸出，省電并可保護(hù)繼電器*可選倒車?yán)取④囁僦甘颈鞵WM信號(hào)輸出*剎車開關(guān)信號(hào)用于控制發(fā)電*剎車模擬信號(hào)用于可調(diào)發(fā)電功能*油門開關(guān)提供更佳的安全*第二個(gè)油門信號(hào)(5K-0K)提供更佳的安全特性*高端驅(qū)動(dòng)方式提供了最佳的電磁兼容性及更好的安全特性 (推薦使用，免費(fèi)升級(jí)！) 規(guī)格：*工作頻率：16.6KHz*待機(jī)電流：小于15mA*標(biāo)準(zhǔn)踏板輸入：0-5K電阻10%(也可用其它方式) *全功率工作溫度范圍： -30C 至 90 C，100C關(guān)機(jī)(控制器環(huán)境溫度)*1分鐘工作電流：200A/300A/400A/500A/600A*3分鐘工作電流：150A/220A/300A/360

14、A/420A*連續(xù)工作電流：120A/160A/200A/250A/300A*主繼電器驅(qū)動(dòng)能力：3A峰值及1A保持驅(qū)動(dòng)*電流指示表或喇叭輸出：200mA多能源動(dòng)力總成控制器的軟件系統(tǒng)分為以下5個(gè)主要模塊: (1)系統(tǒng)初始化模塊,主要完成CAN、定時(shí)器、系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)的初始化工作,系統(tǒng)初始化是啟動(dòng)HCU正常運(yùn)行的前提; (2) CAN通迅模塊,完成總線上各信息的接收,作為HCU制定控制策略的輸入條件,同時(shí)將HCU的功率分配和系統(tǒng)控制策略發(fā)送到CAN總線上。其它控制器接收到HCU控制信息后執(zhí)行控制目標(biāo); (3)定時(shí)器模塊,按照通訊協(xié)議定時(shí)啟動(dòng)CAN信息的發(fā)送,同時(shí)給系統(tǒng)提供時(shí)間參量,用于總線故障監(jiān)測(cè)

15、模塊中故障判斷的時(shí)間參考,和在控制算法中的積分運(yùn)算的時(shí)間基準(zhǔn);(4)總線故障監(jiān)測(cè)模塊,按照通訊協(xié)議定時(shí)啟動(dòng)CAN信息的發(fā)送,同時(shí)負(fù)責(zé)定時(shí)檢查線上各模塊的通訊狀況,一旦總線上同時(shí)由節(jié)點(diǎn)不能正常參與總線通訊則向系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信息; (5)控制算法模塊,控制算法模塊負(fù)責(zé)制動(dòng)整車的控制策略,它是整個(gè)HCU控制程序的核心。控制算法模塊主要包括系統(tǒng)工作模式判斷、當(dāng)前狀態(tài)下的ISG功率需求分析、系統(tǒng)故障診斷,基于故障的ISG能量衰減控制和系統(tǒng)輸出預(yù)備。純電動(dòng)轎車的主控制器的主要功能包括：驅(qū)動(dòng)力矩控制、制動(dòng)能量的優(yōu)化控制、整車的能量管理、CAN網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)和管理、故障的診斷和處理、車輛狀態(tài)監(jiān)視等。某研究機(jī)構(gòu)開發(fā)的

16、主控制器照片如圖2-9所示。（1）汽車驅(qū)動(dòng)控制根據(jù)司機(jī)的駕駛要求、車輛狀態(tài)等狀況，經(jīng)分析和處理，向電機(jī)控制器發(fā)出指令，滿足駕駛工況要求。包括啟動(dòng)、前進(jìn)、倒退、回饋制動(dòng)、故障檢測(cè)和處理等工況。（2）整車能量?jī)?yōu)化管理通過對(duì)電動(dòng)汽車的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)以及其它車載能源動(dòng)力系統(tǒng)（如空調(diào)）的協(xié)調(diào)和管理，以獲得最佳的能量利用率。（3）網(wǎng)絡(luò)管理整車控制器作為信息控制中心，負(fù)責(zé)組織信息傳輸，網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)控，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)管理等功能，網(wǎng)絡(luò)故障診斷和處理。（4）回饋制動(dòng)控制根據(jù)制動(dòng)踏板和加速踏板信息、車輛行駛狀態(tài)信息、蓄電池狀態(tài)信息，向電機(jī)控制器發(fā)出制動(dòng)指令，在不影響原車制動(dòng)性能的前提下，回收部分能量。（5）故障診斷和處理連續(xù)監(jiān)視整車電控系統(tǒng)，進(jìn)行故障診斷。存儲(chǔ)故障碼，供維修時(shí)查看。故障指示燈指示出故障類別和部分故障碼。根據(jù)故障內(nèi)容，及時(shí)進(jìn)行相應(yīng)安全保護(hù)處理。對(duì)于不太嚴(yán)重的故障，能做到“跛行回家”。（6）車輛狀態(tài)監(jiān)測(cè)和顯示主控制器通過傳感器和CAN總線，檢測(cè)車輛狀態(tài)及其各子系統(tǒng)狀態(tài)信息，驅(qū)動(dòng)顯示