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新能源汽车整车控制系统的设计方法随着社会科技的不断发展，新能源汽车作为未来出行的主力军，受到越来越多消费者的青睐。
而新能源汽车的核心之一就是整车控制系统，它决定了车辆的性能稳定性和驾驶体验。
那么，如何设计出高效、可靠的新能源汽车整车控制系统呢？1.系统架构设计在设计新能源汽车整车控制系统时，首先需要明确系统的架构。
一般来说，整车控制系统包括动力电池管理系统（BMS）、动力总成控制系统、车载充电管理系统、车辆控制系统等模块。
合理的系统架构能够实现各个模块之间的有效通信和协作，提升整车性能。
2.控制算法设计控制算法是新能源汽车整车控制系统的灵魂所在。
针对不同类型的新能源汽车，需要设计相应的控制算法来实现动力分配、能量管理、节能减排等功能。
比如，针对混合动力车型，可以采用模糊逻辑控制算法来实现内燃机和电动机的协同工作，提高燃油利用率。
3.故障诊断与容错设计为提升新能源汽车整车控制系统的可靠性和安全性，故障诊断与容错设计显得尤为重要。
通过引入先进的故障检测技术和容错处理策略，能够在系统出现故障时及时发现问题并采取正确的应对措施，确保车辆运行安全稳定。
4.软硬件协同设计新能源汽车整车控制系统涉及到硬件电路设计和软件程序编写两大方面。
在设计过程中，需要实现软硬件的良好协同。
硬件设计要充分考虑软件的需求，确保硬件性能满足软件算法的要求；软件设计则需要充分理解硬件特性，以便实现对硬件的有效控制。
5.实验验证与优化设计新能源汽车整车控制系统后，需要进行实际实验验证和性能优化。
通过在实际路况下的测试，收集数据并分析结果，找出系统存在的问题并进行改进优化，最终使整车控制系统达到最佳状态。
设计新能源汽车整车控制系统需要充分考虑系统架构、控制算法、故障诊断与容错设计、软硬件协同设计以及实验验证与优化等方面。
只有在各个环节都做到精益求精，才能打造出高性能、高可靠性的新能源汽车整车控制系统。
设计出色的整车控制系统是新能源汽车发展的必然趋势，为实现新能源汽车产业的腾飞提供了有力支撑。
第4期2019年2月No.4February，2019随着社会的发展与科技的进步，各个城市的汽车使用户喷井式增加。
传统的内燃机汽车消耗石油，排出大量废气，使得城市的空气质量不断下降。
纯电动汽车由于不使用传统化石能源，对环境不造成污染，受到人们的青睐。
随着科技的进步，电动汽车的核心技术不断地革新与突破，逐渐完善的城市基础设施提供了有利的帮助，电动汽车已经成为潜力股，逐步取代传统汽车变为可能[1]。
本文从汽车结构出发，结合整车信息传输过程，设计了整车控制器的软硬件结构。
1 整车控制器方案1.1 纯电动汽车系统结构组成如图1所示，纯电动汽车结构主要由6个部分组成：整车控制器、电力驱动系统、动力管理系统、逆变器、传动系统和车载仪表[2-3]。
图1 纯电动汽车结构示意整车控制器（Vehicle Controller Unit，VCU）依据采集到的档位信号以及加速踏板信等，将控制信息发送给各类子系统；仪表显示系统实时显示汽车运行状态信息；电池管理系统为整车提供能量；电池组的输出电流随着电力驱动系统变换而变换从而驱动电机转动，进一步为整车提供能源；充电机为电池组进行充电。
1.2 通信网络整车控制器通过CAN总线与各子系统通迅，CAN总线网络如图2所示。
整车控制器通过CAN总线接收汽车运行时各子系统的任务状态信息，再结合从各类传感器收集的驾驶信息，由所对应的控制策略计算出各子系统所对应的控制信息，接着由CAN总线将对应的控制信息传输给电机控制器、电池管理器和车载充电机等组成部分当中，并向智能仪表发送实时的仪表显示信息以及告警信号，实现车辆的驱动控制，故障保护处理等。
图2 CAN总线网络1.3 纯电动汽车工作模式分析整车控制器（Vehicle Controller Unit，VCU）的工作分为多个状态，总体可大致分为5个状态：上电状态、行车状态、停车状态、故障状态、充电状态[4-5]。
1.3.1 上电状态钥匙转动到上电位置，VCU通电启动，首先进行系统自检，若VCU工作正常，再给电池组管理子系统、电机控制子系统、仪表设备等上电。
纯电动汽车整车控制器的设计分析摘要：随着国家的发展，人们的生活逐步提高，绿色环保成为人们关注的焦点。
纯电动汽车是绿色环保的代表，所以纯电动汽车的质量是非常重要的。
纯电动汽车整车控制器是纯电动汽车整车控制系统的核心部件，在整车电控系统中属于上层控制器，承担着整车动力系统控制和能量管理等重要功能。
关键词：纯电动汽车；整车控制器；设计分析引言：纯电动汽车整车控制器（VehicleController）是纯电动汽车整车控制系统的核心部件，主要工作为根据不同运行工况协调控制下层控制器（电机控制器、电池管理系统、车身控制器、安全控制器等）工作，从而改善纯电动汽车的动力性和经济性，并且保证车辆运行安全。
整车控制策略包括驱动控制策略、再生制动控制策略、能量管理控制策略和安全控制策略。
驱动控制策略对整车动力总成进行控制，是整车控制策略的主要研究内容。
1纯电动汽车整车控制器发展概况汽车工业至今己经发展百年，作为推动人类文明向前飞跃的现代社会大工业的产物，汽车在给人类生活带来方便舒适的同时，对大自然生态环境恶化有着不可推卸的责任。
如何减少城市汽车尾气排放成为世界上每个国家面临的一个课题。
电动汽车由于所需能源仅为电能，在运行过程中不会排放汽车尾气，不会对城市空气造成污染，所以，电动汽车成为了现在代步工具的一个研究焦点。
电动汽车是指全部或部分使用电能驱动电动机作为动力系统的汽车，纯电动整车控制系统是纯电动汽车电控系统的上层控制部分。
是整个汽车的核心控制部件。
2纯电动车整车控制器功能与当前软件设计方案思路简述2.1纯电动车整车控制器功能整车控制器通过采集加速、制动踏板信号和档位切换信号等驾驶信息，同时接收CAN总线上电机控制器和电池管理系统发出的数据，结合整车控制策略对这些信息的分析和判断，提取司机的驾驶意图（方向盘的转动方向等）和车辆运行状态信息，最后通过CAN总线发出指令来控制各部件控制器的工作，保证车辆的正常行驶。
文献指出，对于纯电动车而言，整车控制器应该具有以下功能：（1）对汽车行驶功能的控制整车控制器通过对司机意图的识别和车辆状态的分析，包括加速踏板开度、制动踏板开度和档位开关等内容，在满足车辆安全性的基础上，对蓄电池放电电流和电机输出转矩进行控制，同时协调纯电动汽车各功能模块的正常工作，使得车辆各个部件能够协调的运行，这是整车控制器最基本的功能。
纯电动汽车整车控制器设计摘要：当今世界由于环境问题和能源问题日益突出，使用电动汽车已经成为了趋势，电动车行业轮毂电机的使用已经非常广泛，但是电动汽车控制器的研发和使用尚未完善，本课题设计内就是以轮毂电机为动力的电动汽车整车控制器。
本课题对纯电动汽车控制系统分析和研究，对整车控制器输入输出信号的类型和功能来明确整车控制器的设计要求及控制器的设计要求本课题首先选定MC9S08DZ60芯片为纯电动汽车控制器,使用软件Protl99SE对纯电动汽车的整车控制器的硬件进行设计。
然后结合分层设计思路和模块化设计思路，对纯电动汽车的整车控制器的软件架构、软件主程序进行构思设计，实现了纯电动汽车整车控制器各模块的功能和作用。
关键词：纯电动；Protl99SE；轮毂电机；控制器Design of vehicle controller for electric vehicleAbstract：Due to the increasingly prominent environmental problems and energy problems, the use of electric vehicles has become a trend, the use of electric vehicle hub motor is very extensive, but the development and use of electric vehicle controller is not perfect, this paper design is a wheel motor as the power of electric vehicle controller. Through the analysis and research of the control system of pure electric vehicle, combined with the type and function of the vehicle controller input and output signal, the requirements of the pure electric vehicle controller design, determine the pure electric vehicle controller design. This paper first selects mc9s08dz60 chip as pure electric vehicle controller, using software protl99se to design the hardware of the vehicle controller of pure electric vehicle. Then combined with the layered design idea and modular design idea, the software architecture and software main program of pure electric vehicle controller are designed, the function and function of each module of pure electric vehicle controller.Key words: pure electric; Protl99se; Wheel hub motors; Controller目录摘要 (I)Abstract. (II)目录...................................................................................................................................... I II 1绪论 . (1)1.1纯电动汽车发展现状 (1)1.2纯电动汽车关键技术 (2)1.3纯电动汽车的电子控制系统的研究现状 (5)1.4本文的主要工作内容 (9)2 纯电动汽车控制系统的方案设计 (10)2.1 纯电动汽车行驶工况分析 (10)2.2各工况控制策略研究 (10)2.3纯电动汽车结构特点分析 (12)2.4纯电动汽车控制系统总体设计 (14)2.5纯电动汽车控制器设计方案 (16)3 纯电动汽车整车控制器硬件设计 (19)3.1整车控制器MCU选型设计 (19)3.2最小系统设计 (19)3.2.1 供电电路 (19)3.2.2时钟电路 (20)3.3信号处理电路 (21)3.3.1开关信号处理电路 (21)3.3.2踏板信号处理电路 (21)3.3.3通讯接口电路 (22)4 纯电动汽车整车控制器软件开发 (25)4.1控制器软件架构总体设计 (25)4.2控制器底层软件开发 (27)4.2.1初始化子程序 (27)4.2.2 信号采集处理子程序 (28)4.3 通讯接口子程序 (31)参考文献 (33)致谢 (34)1 绪论1.1纯电动汽车发展现状大家都知道，当今世界能源问题和环保问题的日益突出，随之而来的就是新能源的开发和利用，新能源中电能几乎是最清洁的燃料，因为它在使用过程中几乎没有污染，现在人们的正常生活离不开汽车，燃油汽车的如果能够被取缔，那么将大大的有利于能源的节约和环境的保护，因为纯电动汽车[1]的出现时必然的。
纯电动汽车整车控制器（VCU）详细介绍一、国外产品介绍：（1）丰田公司整车控制器丰田公司整车控制器的原理图如下图所示。
该车是后轮驱动，左后轮和右后轮分别由2个轮毂电机驱动。
其整车控制器接收驾驶员的操作信号和汽车的运动传感器信号，其中驾驶员的操作信号包括加速踏板信号、制动踏板信号、换档位置信号和转向角度信号，汽车的运动传感器信号包括横摆角速度信号、纵向加速信号、横向加速信号和4个车轮的转速信号。
整车控制器将这些信号经过控制策略计算，通过左右2组电机控制器和逆变器分别驱动左后轮和右后轮。
（2）日立公司整车控制器日立公司纯电动汽车整车控制器的原理图如下图所示。
图中电动汽车是四轮驱动结构，其中前轮由低速永磁同步电机通过差速器驱动，后轮由高速感应电机通过差速器驱动。
整车控制器的控制策略是在不同的工况下使用不同的电机驱动电动汽车，或者按照一定的扭矩分配比例，联合使用2台电机驱动电动汽车，使系统动力传动效率最大。
当电动汽车起步或爬坡时，由低速、大扭矩永磁同步电机驱动前轮。
当电动汽车高速行驶时，由高速感应电机驱动后轮。
（3）日产公司整车控制器日产聆风LEAF是5门5座纯电动轿车，搭载锂离子电池，续驶里程是160km。
采用200V家用交流电，大约需要8h可以将电池充满；快速充电需要10min，可提供其行驶50km的用电量。
日产聆风LEAF的整车控制器原理图如下图所示，它接收来自组合仪表的车速传感器和加速踏板位置传感器的电子信号，通过子控制器控制直流电压变换器DC／DC、车灯、除霜系统、空调、电机、发电机、动力电池、太阳能电池、再生制动系统。
（4）英飞凌新能源汽车VCU & HCU解决方案该控制器可兼容12V及24V两种供电环境，可用于新能源乘用车、商用车电控系统，作为整车控制器或混合动力控制器。
该控制器对新能源汽车动力链的各个环节进行管理、协调和监控，以提高整车能量利用效率，确保安全性和可靠性。
该整车控制器采集司机驾驶信号，通过CAN总线获得电机和电池系统的相关信息，进行分析和运算，通过CAN总线给出电机控制和电池管理指令，实现整车驱动控制、能量优化控制和制动回馈控制。
纯电动汽车的设计与开发纯电动汽车，正是基于电能储存与利用的绿色出行方式。
设计与开发这种汽车，主要有以下几个方面的考虑。
1. 电能储存系统。
纯电动汽车的电能储存系统是最重要的组成部分，决定了其续航里程和搭载能力。
由于电能密度和安全性等因素的制约，利用锂离子电池是目前最广泛的选择。
设计时需考虑电芯的型号、布局、控制电路等，以达到更高的能量密度和更安全、稳定、均衡的性能。
2. 电机驱动系统。
电机是纯电动汽车的核心，转换电能为运动能力。
针对不同用途需求，选择不同类型和规格的电机，包括永磁同步电机、异步电机等。
另外，还需考虑电机与电能储存系统的匹配，保证输出功率、效率和响应速度等性能优良。
3. 能量管理系统。
由于电池容量和续航路程有限，需要精细的能量管理系统进行监测和控制。
包括电池容量估算、充电状态监测、动力和制动能量回收等方面。
目前主流系统采用BMS电池管理系统、电机控制器管理系统等，以便于实时、准确的对能量进行监控和处理。
4. 车身结构。
纯电动车为了达到更高的续航里程和安全性，需要重点优化车身结构。
包括车身重量控制、空气动力学设计、减少阻力等方面。
此外，还需考虑空间布局、悬挂系统等，保证驾乘舒适性和安全性。
根据上述考虑，纯电动汽车的开发流程主要包括以下几个环节。
1. 需求分析。
确定开发的纯电动汽车类型和用途，制定技术指标和性能要求。
2. 方案设计。
根据需求分析，设计电能储存和驱动系统，并结合车身结构和能量管理系统进行配合，形成整体方案。
3. 初步验证。
制作样车对方案进行初步验证，检验是否达到设计要求。
4. 系统集成。
结合多个子系统，完成相应系统集成，尤其是电能储存、电机驱动和能量管理之间的集成。
5. 车型测试。
对整车进行大型测试，包括行驶性能、安全性能等方面的测试。
最后，如何实现纯电动汽车的可靠性、安全性、经济性和便利性，是需要不断探索和研发的重要课题。
在纯电动汽车的设计与开发过程中，还需要考虑以下几个方面的问题。
纯电动汽车整车控制器硬件电路开发与设计
摘要：纯电动汽车整车控制器作为纯电动汽车控制系统的核心部件，直接影响
着整车的动力性、经济性和可靠性。
关键词：纯电动汽车；整车控制器硬件；电路开发；设计
引言：纯电动汽车是由多个子系统构成的一个复杂系统，各子系统几乎都通
过其控制单元（ECU）来完成各自功能和目标。
为了满足整车动力性、经济性、
安全性和舒适性的目标，各系统还必须彼此协作，优化匹配。
因此，必须要有一
个整车控制器来管理协调电动汽车中的各个部件。
整车控制器通过采集驾驶员的
操作信息与汽车状态，进行分析与运算，通过 CAN 总线对网络信息进行管理和调度，并针对车型的不同配置，进行相应的能量管理，实现整车驱动控制、能量优
化控制、制动回馈控制和网络管理等。
1纯电动汽车电控系统组成及工作原理
1.1 电控系统组成
纯电动汽车电控系统主要由整车控制器（VCU）、驱动电机及其控制器、动
力电池及BMS、电转向助力及其控制器、电空压机及其控制器、DC/DC、操控面
板等组成。
1.2 工作原理
纯电动汽车以动力电池作为全车的动力源，为各个高压用电设备提供动力。
其中：电空压机为整车提供气源；转向助力泵为整车提供转向助力；DC/DC将动
力电池的高压电转化为低压电，提供给车载低压设备使用；整车控制器负责采集
和处理信号，控制驱动电机工作，实现整车正常行驶与制动。
2 整车控制器的功能模块组成及工作原理
2.1 工作原理
整车控制器（VCU）作为纯电动汽车的核心部件，通过读取和处理驾驶员的
驾驶操作指令，与电机驱动系统、电池管理系统（BMS）及其它控制单元进行交互，使车辆按驾驶期望行驶。
另外，还可动态监测系统故障，根据故障的紧急程
度作出相应的保护，例如紧急情况下可切断高压系统以保证车辆行驶安全等。
2.2功能模块组成
整车控制器主要由微控制器模块、电源模块、开关量输入和输出模块、模拟
量输入和输出模块、频率量的输入和输出模块、CAN总线模块、存储模块等组成。
2.2.1 微控制器模块
微控制器（MCU）是整车控制器的核心，它负责信号的采集和处理、逻辑运
算以及控制的实现等。
本文选用的是DSP芯片TMS320F28335，该芯片在性价比、功耗、运算能力、存储空间、CAN通讯方面等均有很好的表现，完全可以满足整
车控制器的需要。
微控制器模块主要包括：电源电路、时钟电路、复位电路、存
储电路，JTAG接口电路等。
1）电源电路：选用的是TPS767D301-Q1，该芯片是
专业的汽车级芯片，其输入电压为2.7～10 V，一路输出固定电压3.3 V，另一路
输出可调电压，每路最大输出电流为1 A [3] 。
本文通过降压电路将24 V转换为5 V，再通过TPS767D301-Q1将5 V转为DSP芯片所需的3.3 V和1.9 V。
2）时钟电路：TMS320F28335 时钟频率为150MHz，由外部时钟信号通过DSP内部的PLL倍
频得到。
3）复位电路：为方便调试，增加了复位按钮，当按下复位按钮后，会
产生一个低电平脉冲输入到DSP的复位引脚中。
4）JTAG接口电路：
TMS320F28335通过JTAG接口与仿真器连接，实现DSP的在线编程和调试。
2.2.2信号处理模块
信号处理模块是整车控制器对外的模拟量与数字量接口，是对于整车进行控
制的基础，没有正确与可靠的信号输入，再复杂和有效的控制策略也不可能得到
良好的控制结果，同时所有的输入信号都有可能会引入各种的故障和干扰，为了
保护控制单元，模拟量和数字量接口还必须具有故障保护和诊断功能。
因此本次
模拟量和数字量接口的设计指标是：1）对地、对电源短接保护；2）开路、对地、对电源短接诊断；3）所有的传感器都具有故障时的默认状态；4）ESD 保护；5）低通滤波。
为了使控制系统简单且可靠，整车控制器采用 RC对模拟量和数字量
进行滤波。
当电压超过设定值时，通过二极管进行嵌位，从而保护 TC1782 不受
损害。
CAN 总线（2.0A/B）以其极高的可靠性和稳定性在汽车上得到广泛应用。
本设计中使用的 TC1782 带有 3 个CAN 通讯模块且使用方便，故只需添加必要的
外围收发接口电路就能完成相应设计。
由于单片机采用 3.3 V系统，所以用
TLE6250GV33 作为 CAN 总线的收发接口，采用完善的共模及差模滤波电路设计，
并利用D200 进行 ESD 保护。
整车控制器中有一路 CAN 通讯采取隔离设计，通过
光耦实现并依靠 DC/DC 电源供电。
2.2.3功率驱动模块
功率驱动主要是继电器的驱动，本设计中整车控制器需要 18 路的驱动输出，
均采用低端控制形式。
本设计使用芯片 TLE8110 实现低端驱动功能。
TLE8110 具
有 10 路输入管脚的直接控制及与 SPI组合的并行控制的功能，利用 TC1782 上的
通用 IO，能轻松实现整车的电磁阀和继电器的控制功能。
当有故障时，芯片会自
动检测相应的故障，并保持在故障寄存器中，再利用 TC1782 上的 SPI总线能读取
每个通道的故障内容，有利于整个控制系统的故障诊断，利用其 reset管脚和 SPI
指令也能清除故障内容和禁止所有通道的输出芯片 TLE7244 具有 4 路输入管脚的
直接控制及与SPI组合的并行控制的功能，在本设计中被用来实现PW M 驱动功能。
利用 TC1782 上的通用 IO 和 SPI通信，能实现整车的 PW M 输出和继电器的
控制功能。
当有故障时，芯片会自动检测相应的故障，并保持在故障寄存器中，
再利用 TC1782 上的 SPI总线能读取每个通道的故障内容，有利于整个控制系统的
故障诊断，利用其 reset管脚和 SPI指令也能清除故障内容和禁止所有通道的输出。
2.2.4开关量输出模块
开关量输出模块主要用于继电器驱动。
本设计低边驱动芯片具有钳位、防短
路和防过载功能和故障反馈功能；高边驱动芯片具有短路、过载、过压、过流等
保护和故障诊断反馈功能。
2.2.5频率量输出模块
DSP的增强型脉宽调整器（ePWM），通过低边控制开关TLE6220GP，实现PWM输出。
在低边开关 TLE6220GP 中，DSP 输出的 PWM 信号输出到TLE6220GP
的IN1～IN4通道，通过OUT1～OUT4输出外围电路所需的PWM信号。
2.2.6电平转换模块
由于DSP芯片的IO口电压为3.3 V，而很多的外部接口电路的输入电压为5 V，因此需要电平转换电路来实现两个不同电压之间的转换。
本文选择的是 TI 公司的SN74LVC8T245-Q1；该芯片是一款汽车级芯片，具有8路电平转换通道，驱动能
力强，并且可根据DIR引脚和OE引脚来设置信号的传输方向。
结语：
开发的电动汽车整车控制器不但符合电动汽车的每种功能要求，并且具备优
质的安全性与可靠性。
提高了整车的性能与能量的利用效率，具有广阔的使用空
间。
参考文献：
[1] 童志刚. 电动汽车整车控制器设计与应用[J]. 客车技术与研究，2013（3）：
1.
[2] 马宇坤，郭艳萍，翟世欢，等. 纯电动汽车整车控制器硬件设计[J]. 汽车工
程师，2014（12）：30-33.
[3] 邱静，汤峰. 纯电动客车整车控制器设计及测试[J]. 合肥学院学报：自然科
学版，2015（2）：54-57.。
