整车控制系统控制逻辑

整车控制系统对整车的控制主要通过整车控制器与CAN总线的连接来实现。整车控制器是整车控制系统的核心部件,相当于纯电动汽车的“大脑”,又称为动力总成控制器。整车控制器通过采集电机控制系统信号、加速踏板信号、制动踏板信号及其他部件信号,根据驾驶员的驾驶意图综合分析并作出响应判断后,监控下层的各部件控制器运行,来保证整车的行驶。

1.分层控制

整车控制系统采用分层控制方式,如图5-2-1所示,最底层是执行层,由部件控制器和一些执行单元组成,其任务是正确执行中间层发送的指令,这些指令通过CAN总线进行交互,并且有一定的自适应和极限保护功能。中间层是协调层,也就是VCU:一方面它根据驾驶员的各种操作和汽车当前的状态解释驾驶员的意图;另一方面根据执行层的当前状态,作出最优的协调控制。最高层是组织层,由驾驶员或者自动驾驶仪来实现车辆控制的闭环。各控制器之间通过CAN网络进行信息交互,共同实现整车的功能控制。

图5-2-1

2.局域网络控制

在整车的网络管理中,VCU是信息控制的中心,具有信息的组织与传输、网络状态的监控、网络节点的管理、网络优先权的动态分配以及网络故障的诊断与处理等功能。VCU的这些功能主要通过CAN总线协调其相应模块相互通信来实现。

3.整车控制模式判断和驱动控制

VCU通过各种状态信息如充电信号、启动开关信号、加速/制动踏板位置信号、当前车速和整车是否有故障信息等,来判断当前需要的整车工作模式是处于充电模式还是行驶模式,然后根据当前的参数和状态及前一段时间的参数及状态,计算出当前车辆的转矩能力,按当前车辆需要的转矩,计算出合理的最终实际输出的转矩。

4.电源控制

如图5-2-2所示,电源控制系统主要由4个继电器组成,分别为F/S RLY、M/C RLY、A/C RLY和F/S CHG RLY。根据不同模式,VCU操作不同的继电器吸合。

5.主继电器控制

如图5-2-3所示,车辆控制模块会因驾驶员的操作而启动,控制动力电池组中的系统主继电器以及充电电阻继电器。当系统主继电器处于“ON”挡时,从动力电池处向DC-DC转换器、空调系统以及动力电机逆变器提供电源。同时,车载充电机打开充电继电器,从车载继电机向动力电池DC-DC转换器、空调系统提供电源。

图5-2-2

图5-2-3

6.制动能量回收和优化控制

(1)制动能量回收的原理

纯电动汽车的驱动电机可以工作在再生制动状态,对制动能量进行回收是其与传统燃油汽车的重要区别。

VCU根据行驶速度、驾驶人制动意图和动力电池组状态(如电池的荷电状态SOC值)进行综合判断后,对制动能量回收进行控制,如图5-2-4所示。如果达到回收制动能量的条件,VCU向电机控制器发送控制指令,使电机工作在发电状态,将部分制动能量储存在动力电池组中,提高车辆能量利用效率。

图5-2-4

(2)制动能量回收的原则(www.xing528.com)

①能量回收制动不应该干预ABS(防抱死制动系统)的工作。

②当ABS进行制动力调解时,制动能量回收不应该工作。

③当ABS报警时,制动能量回收不应该工作。

④当驱动电机系统出现故障时,制动能量回收不应该工作。

(3)能量的优化控制

纯电动汽车有很多用电设备,包括驱动电机和空调设备等。VCU可以对能量进行合理优化来提高纯电动汽车的续航里程。例如,当动力电池组电量较低时,VCU发送控制指令关闭部分起辅助作用的电气设备,将电能优先保证车辆的安全行驶。

7.辅助系统控制

(1)HMI仪表控制

整车控制系统能够对车辆的状态进行监测并显示。当整车控制器在对自身及各子系统进行监测的过程中发现故障时,将会点亮仪表中相应的指示灯。

(2)DC-DC转换控制

①能够将直流360 V降为直流13～14 V,为辅助设备如灯具、音响等提供电源且给辅助低压电池充电。

②为了防止辅助低压电池长期不使用而出现功能下降的问题,当驱动和充电在一定时间不工作的情况下,系统将自动启动充电系统,控制辅助低压电池充电。

③当辅助低压电池电压降到电源开关可开启之下时,系统会自动启动充电系统,控制辅助低压电池充电。

8.保护控制

(1)故障诊断和处理

整车控制系统能够连续监视整车电控系统,进行故障诊断,并及时进行相应的安全保护处理。

根据传感器的输入及其他通过CAN总线通信得到的电机、电池、充电机等信息,对各种故障进行判断、等级分类、报警显示以及储存故障码等处理。对不太严重的故障,能做到“跛行回家”。

(2)失效保护控制

如图5-2-5所示,当VCU检测到故障时,根据故障的内容继续进行控制或者停止车辆系统。

整车控制系统的故障安全处理措施具体包括驱动力限制、充电停止、系统主继电器关闭等。当采取故障安全处理措施时,纯电动汽车系统故障警告灯在仪表上亮起。

图5-2-5

(3)碰撞切断控制

当VCU从安全气囊电脑探测到安全气囊弹开的信号时,会控制系统主继电器1、2(动力电池组内)断开,目的是关闭高压电路,保证驾乘人员及车辆的安全。