整车控制器

之五兆芳芳创作

整车控制器（VMS，vehicle management System），即动力总成控制器.是整个汽车的焦点控制部件，它收集加快踏板信号、制动踏板信号及其他部件信号，并做出相应判断后，控制下层的各部件控制器的动作，驱动汽整车控制器通过收集司机驾驶信号和车辆状态，通过CAN总线对网络信息进行办理，调度，阐发和运算，针对车型的不合配置，进行相应的能量办理，实现整车驱动控制、能量优化控制、制动回馈控制和网络办理等功效.

介绍

纯电动汽车整车控制器(Vehicle Controller)是纯电动汽车整车控制系统的焦点部件，它对汽车的正常行驶，再生能量收受接管，网络办理，毛病诊断与处理，车辆的状态与监督等功效起着关头的作用.与各部件控制器的动态控制相比，整车控制器属于办理协调型控制.

体系结构

整个车辆系统采取一体化集成控制与散布式处理的车辆控制系统的体系结构，各部件都有独立的控制器，整车控制器对整个系统进行能量办理及各部件的协调控制.为满足系统数据互换量大，实时性、可靠性要求高的特点，整个散布式控制系统之间采取CAN总线进行通讯.整车控制器主要由控制器主芯片，Flash存储器和RAM存储器及相关电路组成，控制器主芯片的输出与Flash存储器和RAM存储器的输入相连.

组成

控制器硬件包含微处理器、CAN通信模块、BDM调试模块、串口通信模块、电源及庇护电路模块等.微处理器选用了Motorola公司专门为汽车电子开发的MCgS12，它具有运算速度快和内部资源与接口丰厚的特点，适合实现整车庞杂的控制战略和算法.CAN通信模块合适CAN2.0B技巧标准，采取了光电隔离、电源隔离等多项抗搅扰设计;BDM调试模块用于实时对控制程序进行调试、修改;串口通信模块用于对控制系统的诊断和标定; 电源模块进行了二级滤波的冗余设计，包管控制器在车载12V系统供电情况下正常任务，并具短路庇护功效.

CAN，全称为“Controller Area Network”，即控制器局域网，是一种国际尺度的，高性价的现场总线，在自动控制领域具有重要作用.CAN是一种多主方法的串行通讯总线，具有较高的实时性能，因此，普遍应用于汽车产业、航空产业、产业控制、平安防护等领域.

决策层控制单元是车辆智能化的关头,其收集车辆运行进程中的信息,并按照智能算法的决策向物理器件层控制单元发送命令;动力源控制单元担任调节动力源系统部件以满足决策层控制单元的命令要求;驱动/制动控制单元则调节双向变量电机和能耗制动系统实现车辆的各类工况,如驱动控制、防抱制动等.

功效需求

整车控制器在汽车行驶进程中执行多项任务，具体功效包含：

(1)接收、处理驾驶员的驾驶操纵指令，并向各个部件控制器发送控制指令，使车辆按驾驶期望行驶.

(2)与电机、DC/DC、蓄电池组等进行可靠通讯，通过CAN总线（以及关头信息的模拟量）进行状态的收集输入及控制指令量的输出. (3)接收处理各个零部件信息，结合能源办理单元提供当前的能源状况信息.

(4)系统毛病的判断和存储，动态检测系统信息，记实出现的毛病.

(5)对整车具有庇护功效，视毛病的类别对整车进行分级庇护，紧急情况下可以关掉发电机及切断母线高压系统.

(6)协调办理车上其他电器设备.

任务模式

一共有9个任务模式：停车状态、充电状态、启动状态（也可以称为自检状态）、运行状态、车辆前进/撤退退却状态、回馈制动状态、机械制动状态、一般毛病状态、重大毛病状态.每个状态的具体寄义如下：

整车控制器系统 1、停车状态：纯电动客车处于停车状态，此时系统的主继电器断电，系统中各个节点停止运行.

2、充电状态：当纯电动客车在停车状态下，插上充电插头或按下充电按钮时，整车控制器控制组合仪表显示电池充电状态，并对电池任务状态进行实时监测；电池ECU进入充电程序，并强制切断动力电机继电器的回路电源.

3、启动状态：在整车控制器确认拔掉充电插头时，拨动汽车钥匙位置，这时系统中各个节点进入自检状态.

4、运行状态：拨动汽车钥匙到指定位置，整车控制器向电机ECU发送准备开车指令；整车控制器收到就绪指令后，闭合主继电器，进入行车程序.同时，电池ECU进入电池办理程序.

5、车辆前进、撤退退却状态：整车控制器通过对当前车辆功率的要求和蓄电池当前的状态计较并向电机控制器收回信号，动力电机控制器接收到标的目的信号和驱动转矩给定值信号后，控制动力电机进入运转状态，并按照标的目的信号确定动力电机的转向，以及按照驱动转矩给定值信号确定动力电机输出转矩的大小，控制电机的输出功率以实现动力性目标.

6、回馈制动状态：当加快踏板回零并且制动踏板处于回馈制动区时，整车控制器发送合适回馈制动要求的负扭矩给电机ECU；电机ECU进入发电程序，电池ECU进入电池回馈办理程序.

7、机械制动状态：制动踏板离开回馈制动区，电机ECU停止发电程序，整车控制器进入机械制动程序，电池ECU停止回馈.

8、一般毛病状态：ECU检测到一般毛病，整车控制器报警（报警灯闪烁、通过CAN总线发送相关的报警信息，通知其他的节点），整个系统升级运行.

9、重大毛病状态：ECU报警（紧急情况采取紧急呼唤指令通知其他节点），需要时切断主继电器电源，系统停车.

特点

*强大智能的微处理器

*高速低损耗同步整流PWM调制

*严格的电流限制和转矩控制[1]

*低电磁搅扰，抗搅扰、抗震动性能强

*毛病指示灯指示各类毛病,便利用户检测和维护

*设有电池庇护功效：当电池电压较低时会实时进行报警并进行电流衰减，太低时停止输出以庇护电池

*美不雅并能快速散热的铝制带散热刺外壳

*镀了多层金属的铜制连接器，插拔式接头，防锈导电性能强

*设有过温庇护功效：当温度太高或太低时会自动进行电流衰减，以庇护控制器和电池

*倒车时速度限制为全速的一半，以确保平安 *设有油门、刹车信号传感器开路检测及庇护

*油门庇护：当打开钥匙时将检测油门信号，如果信号较高将不输出以包管平安

*电流倍增：在绝大多情况下电电机流远大于电池电流

*装置简略单纯：使用一个2线0-5K油门电位器便可任务

*连接计较机串口可以对控制器进行配置，控制器配置程序可运行所有的Windows版本之上

规格

*任务频率

*待电机流：小于15mA

*尺度踏板输入：0-5K电阻±10%(也可用其它方法) *全功率任务温度规模： -30°C 至 90 °C，100°C关机(控制器情况温度)

*1分钟任务电流：200A/300A/400A/500A/600A

*3分钟任务电流：150A/220A/300A/360A/420A

*连续任务电流：120A/160A/200A/250A/300A

*主继电器驱动能力：3A峰值及1A保持驱动

*电流指示表或喇叭输出：200mA

多能源动力总成控制器的软件系统分为以下5个主要模块:

(1)系统初始化模块,主要完成CAN、定时器、系统状态参数的初始化任务,系统初始化是启动HCU正常运行的前提; (2) CAN通迅模块,完成总线上各信息的接收,作为HCU制定控制战略的输入条件,同时将HCU的功率分派和系统控制战略发送到CAN总线上.其它控制器接收到HCU控制信息后执行控制目标;

(3)定时器模块,依照通讯协议定时启动CAN信息的发送,同时给系统提供时间参量,用于总线毛病监测模块中毛病判断的时间参考,和在控制算法中的积分运算的时间基准;

(4)总线毛病监测模块,依照通讯协议定时启动CAN信息的发送,同时担任定时查抄线上各模块的通讯状况,一旦总线上同时由节点不克不及正常介入总线通讯则向系统收回报警信息;

(5)控制算法模块,控制算法模块担任制动整车的控制战略,它是整个HCU控制程序的焦点.控制算法模块主要包含系统任务模式判断、当前状态下的ISG功率需求阐发、系统毛病诊断,基于毛病的ISG能量衰减控制和系统输出预备.

主要功效

主要功效包含：驱动力矩控制、制动能量的优化控制、整车的能量办理、CAN网络的维护和办理、毛病的诊断和处理、车辆状态监督等.某研究机构开发的主控制器照片如图2-9所示.

（1）汽车驱动控制

按照司机的驾驶要求、车辆状态等状况，经阐发和处理，向电机控制器收回指令，满足驾驶工况要求.包含启动、前进、倒退、回馈制动、毛病检测和处理等工况.

（2）整车能量优化办理

通过对电动汽车的电机驱动系统、电池办理系统、传动系统以及其它车载能源动力系统（如空调）的协调和办理，以取得最佳的能量利用率.[1]

（3）网络办理 整车控制器作为信息控制中心，担任组织信息传输，网络状态监控，网络节点办理等功效，网络毛病诊断和处理.

（4）回馈制动控制

按照制动踏板和加快踏板信息、车辆行驶状态信息、蓄电池状态信息，向电机控制器收回制动指令，在不影响原车制动性能的前提下，收受接管部分能量.

（5）毛病诊断和处理

连续监督整车电控系统，进行毛病诊断.存储毛病码，供维修时查抄.毛病指示灯指示出毛病类别和部分毛病码.按照毛病内容，实时进行相应平安庇护处理.对于不太严重的毛病，能做到“跛行回家”.

（6）车辆状态监测和显示 主控制器通过传感器和CAN总线，检测车辆状态及其各子系统状态信息，驱动显示仪表，将状态信息和毛病诊断信息经过显示仪表显示出来.显示内容包含：车速，里程，电机的转速、温度，电池的电量、电压、电流，毛病信息等.

在纯电动轿车主控制器功效阐发的根本上，选定微控制器作为处理器，并按功效把主控制器分为如下几个模块：微控制器模块、数据收集模块（模拟和数字量）、功率驱动及庇护模块、电源模块、通讯模块（CAN总线和RS－232接口）、仪表驱动和显示模块等.

启动钥匙、充电开关、空调开关、车辆模式、档位和制动位置等开关量信号经过防抖、隔离、电平转换和整型处理后，进入SIM的E口和F口由CPU定时读入.

应用

能源短缺、石油危机和情况污染愈演愈烈,给人们的生活带来巨大影响,直接关系到国度经济和社会的可持续成长.因此,世界列都城在积极开发新能源技巧.电动汽车作为一种下降石油消耗、低污染、低噪声的新能源汽车,被认为是解决能源危机和情况好转的重要途径.混杂动力汽车同时统筹纯电动汽车和传统内燃机汽车的优势,在满足汽车动力性要求和续驶里程要求的前提下,有效地提高了燃油经济性,下降了排放,被认为是当前节能和减排的有效路径之一.

第二章针对我国城市公交车的驾驶循环特点,研制采取串联式结构的混杂动力城市客车;按照汽车动力性要求和燃油经济性目标,对动力总成系统的关头部件参数进行匹配;同时研究了整车控制系统的网络结构和任务原理,阐发了基于CAN(Controller Area

Network)总线的通信机制和CAN总线节点的交互接口;研究了整车的运行状态逻辑和整车控制系统的任务步调.

第三章以HFF6120GSHEV串联混杂动力城市客车为对象,研制了焦点控制部件——整车控制器.从设计目标出发,详细地阐发了整车控制器硬件电路的功效需求和性能要求,并按照设计需求,设计和实现了模块化的电路,同时统筹工程性和系列化的需求,进行了EMC设计和可靠性设计.