整車控制系統(tǒng)、整車控制器

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上整車控制系統(tǒng)電動汽車動力系統(tǒng)各零部件的工作都是由整車控制器統(tǒng)一協(xié)調(diào)。  對而言，電動機(jī)驅(qū)動和制動能量回收的最大功率都受到電池放電充電能力的制約。對混合燃料電池轎車和燃料電池大巴而言，由于其具有兩個或兩個以上的動力源，增加了系統(tǒng)設(shè)計和控制的靈活性，使汽車可以在多種模式下工作適應(yīng)不同工況下的需求，獲得比傳統(tǒng)汽車更好的燃料電池性能，降低了有害物的排放，減小對環(huán)境的污染和危害，從而達(dá)到環(huán)保和節(jié)能的雙重標(biāo)準(zhǔn)。 首先要針對給定的車輛和參數(shù)的條件，選擇合適的動力系統(tǒng)構(gòu)型，完成動力 系統(tǒng)的參數(shù)匹配和優(yōu)化。在此基礎(chǔ)上，建立整車控制系統(tǒng)來協(xié)調(diào)汽車工作模式的切換和多個動

2、力源能量源之間的功率能量流的在線優(yōu)化控制。 整車控制系統(tǒng)由整車控制器、通信系統(tǒng)、零部件控制器以及駕駛員操縱系統(tǒng)構(gòu)成，其主要功能是根據(jù)駕駛員的操作和當(dāng)前的整車和零部件工作狀況，在保證安全和動力性的前提下，選擇盡可能優(yōu)化的工作模式和能量分配比例，以達(dá)到最佳的燃料經(jīng)濟(jì)性和排放指標(biāo)。 (1)整車控制系統(tǒng)及功能分析 1)控制對象：電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)包括幾種不同的能量和儲能元件（燃料電池，內(nèi)燃機(jī)或其他熱機(jī)，動力電池和或超級電容），在實(shí)際工作過程中包括了化學(xué)能、電能和機(jī)械能之間的轉(zhuǎn)化。 電動汽車動力系統(tǒng)能流圖如圖56所示。 2)整車控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：電動汽車動力系統(tǒng)的部件都有自己的控制器，為分布式分層控制提供了基

3、礎(chǔ)。分布式分層控制可以實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的拓?fù)浞蛛x和功能分離。拓?fù)浞蛛x使得物理結(jié)構(gòu)上各個子系統(tǒng)控制系統(tǒng)分布在不同位置上，從而減少了電磁干擾，功能分離使得各個子部件完成相對獨(dú)立的功能，從而可以減少子部件的相互影響并提高了容錯能力。 電動汽車分層結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)如圖5-7所示。最底層是執(zhí)行層，由部件控制器和一些執(zhí)行單元組成，其任務(wù)是正確執(zhí)行中間層發(fā)送的指令，這些指令通過CAN總線進(jìn)行交互，并且有一定的自適應(yīng)和極限保護(hù)功能；中間層是協(xié)調(diào)層，也就是整車控制器(VMS)，它的主要任務(wù)一方面根據(jù)駕駛員的各種操作和汽車當(dāng)前的狀態(tài)解釋駕駛員的意圖，另一方面根據(jù)執(zhí)行層的當(dāng)前狀態(tài)，做出最優(yōu)的協(xié)調(diào)控制；最高層是組織層，由駕駛

4、員或者制動駕駛儀來實(shí)現(xiàn)車輛控制的閉環(huán)。 3)整車控制系統(tǒng)對車輛性能的影響主要有三個方面： 動力性和經(jīng)濟(jì)性：整車控制器決定發(fā)動機(jī)和電動機(jī)轉(zhuǎn)矩的輸出，直接關(guān)系到汽車動力性能，影響駕駛員的操縱感覺；燃料電池轎車和大巴有兩個或兩個以上的能量來源，在汽車實(shí)際行使過程中，整車控制器實(shí)施控制能量源之間的能量分配，從而實(shí)現(xiàn)整車能量的優(yōu)化，獲得較高的經(jīng)濟(jì)性。 安全性：燃料電池轎車和大巴上包括氫氣瓶，動力電池等能量儲存單元和動力總線，及其控制器等強(qiáng)電環(huán)節(jié)，除了原有的車輛安全性問題（如制動和操作穩(wěn)定性）之外，還增加了高壓電安全和氫安全等新的安全隱患。整車控制器必須從整車的角度及時檢測個部件的工作狀態(tài)，并對可能出現(xiàn)的

5、危險進(jìn)行及時處理，以保證成員和車輛的安全。 駕駛舒適性及整車的協(xié)調(diào)控制：采用整車控制器管理汽車上的各部件工作，可以整合汽車上各項(xiàng)功能，如自動巡航、ABS、自動換檔等，實(shí)現(xiàn)信息共享   和全局控制，改善駕駛舒適性。整車控制器根據(jù)駕駛員操作信號進(jìn)行駕駛意圖解釋，根據(jù)各個部件和整車工作的狀態(tài)進(jìn)行整車安全管理和能量分配決策，通過CAN總線向部件ECU發(fā)送命令，并通過硬件資源驅(qū)動整車安全操作和儀表顯示。 電動汽車整車控制系統(tǒng)如圖5-8所示： (2)整車控制器 1)整車控制器功能：整車控制器是控制系統(tǒng)的核心，承擔(dān)了數(shù)據(jù)交換、安全管理和能量分配的任務(wù)。根據(jù)重要程度和實(shí)現(xiàn)次序，其

6、功能劃分如下。 數(shù)據(jù)交互管理：整車控制器要實(shí)時采集駕駛員的操作信息和其他各個部件的工作狀態(tài)信息，這是實(shí)現(xiàn)整車控制器其他功能的基礎(chǔ)和前提。該層接受CAN總線的信息，對直接饋入整車控制器的物理層進(jìn)行采樣處理，并且通過CAB發(fā)送控制命令，通過I/O、DA和PWM提供對顯示單元、繼電器等的驅(qū)動信號。 安全故障管理層：實(shí)車運(yùn)行中，任何部件都可能產(chǎn)生差錯，從而可能導(dǎo)致器件損壞甚至危及車輛安全。要能對汽車各種可能的故障進(jìn)行分析處理，這是保證汽車行駛安全的必備條件。對車輛而言，故障可能出現(xiàn)在任何地方，但對整車控制器而言，故障只體現(xiàn)在第一層中繼承的數(shù)據(jù)中。對繼承的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷將是該層的主要工作之一。在檢測出

7、錯誤后，該層會做出相應(yīng)的處理，在保證車輛足夠安全的條件下，給各部件提供可使用的工作范圍，以便盡可能地滿足駕駛員的駕駛意圖。 駕駛員意圖層：駕駛員的所有與驅(qū)動駕駛相關(guān)的操作信號都直接進(jìn)入整車控制器，整車控制器對采集的駕駛員操作信息進(jìn)行正確的分析處理，計算出驅(qū)動系統(tǒng)的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩和車輛的需求功率來實(shí)現(xiàn)駕駛員的意圖。 能量流管理層：該層的主要工作是在多個能量源之間進(jìn)行需求功率分配，這是提高燃料電池汽車經(jīng)濟(jì)性的必要途徑。 要實(shí)現(xiàn)整車控制器的上述功能，必須設(shè)計合理的硬件和軟件整車控制器功能劃分如圖5-9所示。 2)整車控制器硬件：現(xiàn)有的動力總成控制器一般為采用高性能單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)，有Cygnal公司的C

8、8051F020單片機(jī)，Intel的80C196，TI的TMS320LF2407數(shù)字信號處理器，F(xiàn)reescale的MC68376系列單片等方案，此外還有支持Simulink自動代碼生成的微處理器有Freescale公司的HC12、MPC555，Infineon公司的C166,TI公司的DSP C2000、C6000等。以上這些控制器都具有高速高精度，存儲器容量較大的特點(diǎn)，能滿足實(shí)時控制算法對計算能力的需求。同時還具有豐富的片內(nèi)IO接口，網(wǎng)絡(luò)總線通信接口，為分布式網(wǎng)絡(luò)控制和集中控制提供了可能。為了能在芯片上移植諸如OSEKVDX之類的實(shí)時操作系統(tǒng)，對中斷和定時器等硬件資源也有較為特殊的要求。其

9、中一些控制器在傳統(tǒng)汽車的發(fā)動機(jī)和傳動系統(tǒng)的控制中已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，其可靠性也得充分的驗(yàn)證。這其中以工作頻率為40MHz且具有64位浮點(diǎn)運(yùn)算PowerPC內(nèi)核的3 2位RISC構(gòu)架的MPC555處理器運(yùn)算能力最為強(qiáng)大，集成的片內(nèi)RAM和Flash容量較大，片內(nèi)外圍設(shè)備接口最為豐富，Simulink對其所提供的驅(qū)動程序模塊庫支持也最完善。故選擇其作為VMS控制器的嵌入式硬件平臺基礎(chǔ)。MPC555模塊示意圖如圖5-10所示： 3)整車控制器開發(fā)：在傳統(tǒng)的控制單元開發(fā)流程中，通常采用串行開發(fā)模式，即首先根據(jù)應(yīng)用需要，提出系統(tǒng)需求并進(jìn)行相應(yīng)的功能定義，然后進(jìn)行硬件設(shè)計，使用匯編語言或C語言進(jìn)行面向硬件

10、的代碼編寫，隨后完成軟硬件和外部接口集成最后對系統(tǒng)進(jìn)行測試標(biāo)定。  現(xiàn)在的ECU開發(fā)多采用V模式開發(fā)流程(圖5-11)。軟硬件技術(shù)的不斷發(fā)畏，為并行開發(fā)提供了強(qiáng)有力的工具。例如德國dSPACE公司開發(fā)了基于PowerPC和MatlabSimulink的實(shí)時系統(tǒng)仿真，為控制器開發(fā)及半實(shí)物仿真提供了很好的軟硬件工作基礎(chǔ)。 第一步，功能定義和離線仿真。首先根據(jù)應(yīng)用需要明確控制器應(yīng)該具有的功能，為硬件設(shè)計提供基礎(chǔ)；然后借助MATLAB建立整個控制系統(tǒng)（包括控制器和被控對象）的仿真模型，并進(jìn)行離線仿真，運(yùn)用軟件仿真的方法設(shè)計和驗(yàn)證控制策略。 第二步，快速控制器原型和硬件開發(fā)。從控制系統(tǒng)的Mat

11、lab仿真模型中取出控制器模型，并且結(jié)合dSPACE的物理接口模塊(AD、DA、I/O、RS232、CAN)來實(shí)現(xiàn)與被控對象的物理連接，然后運(yùn)用dSPACE提供編譯工具生成可執(zhí)行程序，并下載到dSPACE中。DSPACE此時作為目標(biāo)控制器的替代物，可以方便地實(shí)現(xiàn)控制參數(shù)在線調(diào)試和控制邏輯調(diào)節(jié)。 在進(jìn)行離線仿真和快速控制其原型的同時，根據(jù)的功能設(shè)計，同步完成硬件的功能分析并進(jìn)行相應(yīng)硬件設(shè)計，制作，并且根據(jù)軟件仿真的結(jié)果對硬件進(jìn)行完善和修改。 第三步，目標(biāo)代碼生成。前述的快速控制原型基本生成了滿意的控制策略，硬件設(shè)計也形成了最終物理載體ECU，此時運(yùn)用dSPACE的輔助工具TargetLink生成目標(biāo)代碼，然后編寫目標(biāo)ECU的底層驅(qū)動軟件，兩者集成后生成目標(biāo)代碼下載到ECU中。  第四