純電動(dòng)汽車控制策略

1、學(xué)習(xí)任務(wù)3純電動(dòng)汽車的控制策略 任務(wù)目標(biāo) 任務(wù)目標(biāo)能夠正確的認(rèn)識(shí)純電動(dòng)汽車的控制策略的功用和設(shè)計(jì)思路。能夠掌握對(duì)加速轉(zhuǎn)矩控制策略、制動(dòng)能回饋控制策略、驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的功率限制策略的分析方法 學(xué)習(xí)重點(diǎn)對(duì)純電動(dòng)汽車控制策略的分析和設(shè)計(jì)。知識(shí)準(zhǔn)備一、電動(dòng)車控制系統(tǒng)概述1整車控制單元.汽車整車控制單元（VCU）是純電動(dòng)汽車整車控制系統(tǒng)的核心部件。純電動(dòng)汽車的正常行 駛、安全性、再生能量回饋、網(wǎng)絡(luò)管理、故障診斷與處理以及車輛狀態(tài)監(jiān)測(cè)等方面都需要 VCU的參與。對(duì)于加速度踏板、制動(dòng)踏板、電子換擋桿等傳感器數(shù) 據(jù)和駕駛員操作指令的 數(shù)據(jù)，控制指令將其發(fā)送至整車控制單元，整車控制單元按照既定的整車控制策略進(jìn)行數(shù) 據(jù)

2、處理，將處理結(jié)果發(fā)送給電機(jī)控制器、電池控制單元等，并實(shí)時(shí)監(jiān)控車輛運(yùn)行狀態(tài)。在 純電動(dòng)汽車制動(dòng)過(guò)程中，為了提高純電動(dòng)汽車的行駛里程，整車控制單元進(jìn)行制動(dòng)能量反 饋控制。整車控制單元直接或通過(guò)CAN總線和其他電子控制單元傳送數(shù)據(jù)和控制指令。 下圖是純電動(dòng)汽車控制單元的示意圖。2.整車控制系統(tǒng)可以根據(jù)駕駛員的意圖發(fā)出各種指令，電機(jī)控制器可實(shí)時(shí)響應(yīng)并調(diào)節(jié)驅(qū) 動(dòng)電機(jī)的輸出，實(shí)現(xiàn)怠速、前進(jìn)、倒車、停車、能量回收和停車等功能。整車控制系統(tǒng) 通過(guò)采集加速踏板信號(hào)、制動(dòng)踏板信號(hào)和檔位開(kāi)關(guān)等信息，一同接收CAN總線上的電機(jī)控 制器信號(hào)和電池管理系統(tǒng)發(fā)送的信號(hào)，并通過(guò)車輛控制策略對(duì)接收到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析判斷，獲取

3、駕駛員的駕駛意圖和車輛行駛狀態(tài)，最后利用 CAN總線發(fā)出指令，控制各部件控制器的工作，從而保證車輛正常行駛 3、整車控制策略的功用純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中主要有電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，傳動(dòng)系統(tǒng)，動(dòng)力電池等。必須有一個(gè)性能優(yōu)越、安 全可靠的整車控制策略，從各個(gè)環(huán)節(jié)上合理控制車輛的運(yùn)行狀態(tài)、能源分配和協(xié)調(diào)功能，以充分協(xié)調(diào)和發(fā)揮各部分的優(yōu)勢(shì)，使汽車整體獲得最佳運(yùn)行狀態(tài)。整車控制策略主要包括：（一）汽車驅(qū)動(dòng)控制。根據(jù)司機(jī)的駕駛要求、車輛狀態(tài)、道路及環(huán)境狀況，經(jīng)分析和處理，向電機(jī) 控制器發(fā)出相應(yīng)指令，滿足駕駛要求。（二）制動(dòng)能量回饋控制。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， 計(jì)算再生制動(dòng)力矩

4、，向電機(jī)控制器發(fā)出指令。（三）整車能量?jī)?yōu)化管理。通過(guò)對(duì)車載能源動(dòng)力系統(tǒng)的管理，提高整車能量利用效率，延長(zhǎng)純電動(dòng) 汽車的續(xù)駛里程。（四）車輛狀態(tài)顯示。對(duì)車輛某些信號(hào)進(jìn)行采集和轉(zhuǎn)換，由主控制器通過(guò)綜合數(shù)字儀表顯示出來(lái)。 二、純電動(dòng)汽車整車控制策略車輛需要在滿足駕駛員意圖，汽車的動(dòng)力性、平順性和其他基本技術(shù)性能以及成本控制等要求的 前提下選擇合適的控制策略。針對(duì)各部件的特性及汽車的運(yùn)行工況，控制策略要實(shí)現(xiàn)能量在電機(jī)、電池之間的合理而有效分配、使整車系統(tǒng)效率達(dá)到最高，獲得整車最大的經(jīng)濟(jì)性以及平穩(wěn)的駕駛性能。在設(shè)計(jì)純電動(dòng)汽車的時(shí)候，首先要在保證汽車基本性能的前提下降低汽 車的能量消耗，提高車輛的續(xù)駛里程

5、。同時(shí)還要兼顧電池的壽命，并充分考慮駕駛員的駕駛意 圖、汽車的平順性以及安全性?；谏鲜鲈瓌t，制定控制策略的思路為：實(shí)時(shí)考慮行駛工況，電池SOC值等影響因素，根據(jù)規(guī)則 將轉(zhuǎn)矩合理地分配給電機(jī)。同時(shí)限定電機(jī)的工作區(qū)域和SOC值的范圍，確保電機(jī)和動(dòng)力電池能夠長(zhǎng)時(shí)間保持高效的狀態(tài)。若出現(xiàn)問(wèn)題，系統(tǒng)可根據(jù)預(yù)先設(shè)定的規(guī)則對(duì)純電動(dòng)車 輛系統(tǒng)的工作模式進(jìn)行判斷和選擇。最終，在整車控制器與電機(jī)控制器中形成一個(gè)實(shí)時(shí)控制 的閉環(huán)系統(tǒng)。這樣既能保證駕駛員駕駛意圖能夠得到充分滿足，也能夠?qū)囕v狀態(tài)進(jìn)行控制，保證安全性和舒適性。1駕駛員意圖解析對(duì)于純電動(dòng)汽車，駕駛員最簡(jiǎn)單的意圖分析是加速踏板與驅(qū)動(dòng)電機(jī)的期望輸出功率之

6、間的開(kāi)度曲線關(guān)系。以加速踏板開(kāi)度平衡曲線為基準(zhǔn)，判斷駕駛員的操作意圖，當(dāng)電動(dòng) 車輛在直道上勻速行駛時(shí)，電動(dòng)汽車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)點(diǎn)落在油門(mén)踏板的開(kāi)度平衡曲線上，如 圖100 ；1 1 功 4$o 胡 )06fi2、整車驅(qū)動(dòng)控制車輛驅(qū)動(dòng)控制策略主要控制輸出車輛的驅(qū)動(dòng)力矩，并確定車輛的性能。車輛驅(qū)動(dòng)策略的主 要目的是基于駕駛員的制動(dòng)踏板信號(hào)、加速踏板信號(hào)以及檔位信號(hào)和當(dāng)前的車輛運(yùn)行狀態(tài)， 經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)運(yùn)行和處理，計(jì)算出電機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，從而改變車輛的行駛狀態(tài)，達(dá)到駕 駛員的預(yù)期車速。純電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)控制策略可分為4個(gè)部分，即加速踏板信號(hào)采集、駕駛員意圖分析、車身驅(qū)動(dòng)控制和校正輸出轉(zhuǎn)矩，其中起 步模式控制

7、、正常行駛模式控制和加速驅(qū)動(dòng)控制就屬于車身驅(qū)動(dòng)控制模式。3、充電控制純電動(dòng)汽車進(jìn)入充電狀態(tài)，整車高壓負(fù)極接觸器和充電器高壓正接觸器被吸合，充電高 壓電路連接，開(kāi)始對(duì)動(dòng)力電池充電。此時(shí)DC/DC開(kāi)始工作，并輸出低壓直流到輔助電池。在充電狀態(tài)下，車輛控制器接收充電信息，點(diǎn)火開(kāi)關(guān)無(wú)論在哪個(gè)檔位，車 輛的任何系統(tǒng)無(wú)法獲得高壓電，以確保車輛處于鎖定狀態(tài)，不能行駛，并根據(jù)BMS提供的 信息，充電功率將時(shí)時(shí)受到限制，使電池受到保護(hù)。在充電過(guò)程中，如果電池管理系統(tǒng)檢 測(cè)到過(guò)充電信號(hào)，則將停止充電機(jī)的工作，在3s延遲后，VCU切斷充電器高壓正接觸器和 整車高壓負(fù)接觸器，從而切斷整車充電高壓電路。4、能量回收控制

8、策略普通電動(dòng)汽車主要以前輪驅(qū)動(dòng)形式使用，因此相應(yīng)制動(dòng)能量回收的控制策略主要關(guān)注 前、后輪制動(dòng)器提供的制動(dòng)力與再生三部分之間的關(guān)系?；陔妱?dòng)機(jī)再生制動(dòng)的能量回收 策略主要包括前后軸動(dòng)力理想分配控制策略、前后軸動(dòng)力比例分配控制策略以及最優(yōu)能量 回收控制策略。以四輪驅(qū)動(dòng)制動(dòng)能量回收策略為例，單電機(jī)前輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車的能量回收 集中在由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的前輪上。汽車由汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)，前輪和后輪由輪轂電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，因此 前輪和后輪同時(shí)可以進(jìn)行制動(dòng)能量回收。5、能量管理策略在純電動(dòng)車的能量管理系統(tǒng)中，最主要的內(nèi)容是動(dòng)力電池的管理和整車的能量流動(dòng)控制 。能源管理戰(zhàn)略的目標(biāo)是使能源得到有效和合理的利用，電池的安全也應(yīng)得到考

9、慮。在 正常運(yùn)行期間，動(dòng)力電池的電量通過(guò)電機(jī)控制器輸送給電機(jī)，使得電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。減速制動(dòng)期 間是不需要電池供電的，此時(shí)電機(jī)反轉(zhuǎn)以產(chǎn)生再生扭矩對(duì)動(dòng)力電池充電。能源管理的原理 如下圖所示，當(dāng)車輛啟動(dòng)時(shí)，動(dòng)力電池供電給電機(jī)和其他部件。當(dāng)車輛正常行駛時(shí)，電機(jī) 在相對(duì)較高的效率區(qū)域工作。如果電池的SOC很低，車輛會(huì)發(fā)出警報(bào)并提示確保車輛的安 全。在減速和制動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)可以將一些動(dòng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能給電池充電。 下圖電池能量管理示 意圖6、輔助系統(tǒng)控制策略任務(wù)實(shí)施1.駛的動(dòng)力性和舒適性。在車輛顯示準(zhǔn)備好后，電機(jī)液壓轉(zhuǎn)向輔助泵。真空泵工作，無(wú)論是充電還是運(yùn)行狀態(tài)， 只要接通ON擋，空調(diào)器和PTC就可以工作；控制器在

10、故障發(fā)生時(shí)停止運(yùn)行，故障解除 后，控制器可以通過(guò)故障復(fù)位開(kāi)關(guān)復(fù)位。任務(wù)實(shí)施1.駛的動(dòng)力性和舒適性。加速轉(zhuǎn)矩控制策略直接影響整車駕 加速踏板開(kāi)度與加速轉(zhuǎn)矩函數(shù)關(guān)系形成不同的加速轉(zhuǎn)矩控制策略。如圖2所示，曲線1、2和3分別表示3種加速踏板處理策略。全開(kāi)加速踏板開(kāi)度圖加速轉(zhuǎn)矩控制策略示意圖曲線i反映了一種硬踏板策略，能夠滿足駕駛員中高負(fù)荷的駕駛感覺(jué)，但低負(fù)荷時(shí)操控性曲線不好。曲線3反映了一種軟踏板策略，車輛加速感覺(jué)整體偏軟，但低負(fù)荷操控性較好。曲線2是一種線性踏板策略，能夠反映踏板實(shí)際位置，控制效果介于曲線1和3之間。2. 制動(dòng)能回饋控制策略制動(dòng)能量回饋是電動(dòng)汽車（包括純電動(dòng)車、混合動(dòng)力車和插電式燃

11、料電池車）的標(biāo)志性功能。制動(dòng)能量回饋控制的原則是在最大程度提高能量回饋的同時(shí)，確保電制動(dòng)與機(jī)械制動(dòng)的協(xié)調(diào)控制，以保證汽車制動(dòng)力的要求?？紤]到本項(xiàng)目車機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)不可調(diào)整，而且只有制動(dòng)踏板開(kāi)關(guān)傳感器，實(shí)施了純軟件的輕度制 動(dòng)能量回饋控制策略。制動(dòng)踏板踩下時(shí)，回饋制動(dòng)功能激活，回饋制動(dòng)轉(zhuǎn)矩與車速的函數(shù)關(guān)系如圖4 所示。圖4同饋制動(dòng)轉(zhuǎn)矩控制示欣圖在車速很低的爬行區(qū)，回饋能量與回饋路徑能量損耗基本相抵，回饋效率很低且會(huì)明顯影響駕駛員制動(dòng)感覺(jué)，故不進(jìn)行制動(dòng)能量回饋。在低速區(qū)，電機(jī)具有一定轉(zhuǎn)速，施以較低制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，盡量回收制動(dòng)能量。高速區(qū)時(shí)車輛慣性動(dòng)能很高，可以施加較高制動(dòng)轉(zhuǎn)矩而不影響駕駛員制動(dòng) 感覺(jué)。但由

12、于缺少制動(dòng)踏板開(kāi)度信號(hào)，該策略的再生制動(dòng)所占總制動(dòng)比例較小，具體數(shù)值通過(guò)實(shí)車標(biāo)定得到。為了保護(hù)動(dòng)力蓄電池，回饋電流不能超過(guò)蓄電池最大充電電流，SOC過(guò)高時(shí) 取消電機(jī)再生制動(dòng)，因?yàn)楹苋菀讓?dǎo)致電池電壓過(guò)高而且電池充電難度也增加。同時(shí)，ABS功能啟動(dòng)時(shí), 必須取消電機(jī)再生制動(dòng)。| 二制勁才空制流和3.驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的功率限制策略該策略是為了保護(hù)能源系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及整車安全運(yùn)行。極易引起能源系統(tǒng)自保在能源系統(tǒng)能量不足時(shí)，若整車控制器強(qiáng)制按照駕駛員期望轉(zhuǎn)矩，極易引起能源系統(tǒng)自保高壓斷電或損壞能源系統(tǒng)，造成事故，因此在這種情況下必須限制電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩。驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的功率限 制策略實(shí)時(shí)根據(jù)三大高壓子系統(tǒng)狀態(tài)，計(jì)算蓄

13、電池功率、電機(jī)功率及高壓輔助系統(tǒng)消耗功率，上策是通過(guò)減少高壓輔助系統(tǒng)能量供給來(lái)最大可能滿足駕駛員動(dòng)力需求，若仍然能量供需不平衡，下策就是限制電機(jī)功率需求。Rrrersysbad N 磅.tP max dis ）式中：Poversysload為動(dòng)力系統(tǒng)過(guò)載限制的駕駛員期望功率；Pexp為駕駛員期望功率（n為電 機(jī)轉(zhuǎn)速）；Pbatmaxdis為蓄電池最大放電功率，與SOC成正向關(guān)系；Paux為高壓輔助系統(tǒng)消耗功包括 冷卻系統(tǒng)及空調(diào)系統(tǒng)等。驅(qū)動(dòng)電機(jī)過(guò)載，發(fā)熱量增加，引起溫升過(guò)大，從而導(dǎo)致電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)自保而清除轉(zhuǎn)矩需求或燒毀電 機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，造成事故。因此驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的功率限制策略從過(guò)載倍數(shù)和過(guò)載時(shí)間兩個(gè)

14、方面加以控制。過(guò) 載倍數(shù)與加速踏板開(kāi)度呈線性關(guān)系，當(dāng)加速踏板開(kāi)度超過(guò)設(shè)定開(kāi)度閾值電機(jī)過(guò)載運(yùn)行，滿足駕駛員急 加速需求，過(guò)載倍數(shù)可以從圖3加速轉(zhuǎn)矩MAP得到。過(guò)載時(shí)間根據(jù)電機(jī)溫度特性確定，整車控制器接收電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)反饋的電機(jī)溫度，并根據(jù)設(shè)定的電機(jī)溫度過(guò)高閾值限制過(guò)載轉(zhuǎn)矩。任務(wù)小結(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速gy E加速轉(zhuǎn)知 踏板升及.控制策略控制策略加速踏板一電機(jī)轉(zhuǎn)速gy E加速轉(zhuǎn)知 踏板升及.控制策略控制策略加速踏板一蓄電池狀況補(bǔ)償控制菠略電機(jī)人薄.怠速杷行 和駐坡控制策略需求轉(zhuǎn)矩指父純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中主要有電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，傳動(dòng)系統(tǒng)，動(dòng)力電池等。對(duì)于同一種電動(dòng)汽車來(lái)說(shuō)，采用不同的控制策略可以得到不同的整車性能，能耗情況和電池的SOC狀態(tài)值。在設(shè)計(jì)純電動(dòng)汽車的時(shí)候，要明確開(kāi)發(fā)目的，在保證汽車基本性能的