CN102167001A - 电动车辆的整车控制器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电动车辆的整车控制器，其通过CAN总线与电机控制器、电池管理系统、车载充电系统、电动助力转向系统、空调、仪表装置、显示终端、故障诊断接口、AMT控制器、自动离合器控制器和地面充电机之间互相通讯连接并可以发出相应的控制指令。通过将加速踏板行程信号、制动踏板行程信号、倒档开关信号、上装工作开关信号以及点火开关信号等指令输入至整车控制器，这样可以在行车过程中随时获取车辆的行驶状态，采集驾驶员的操作意图，分析整车各部件运行状况，从而分别对电池状态、电机转速、变速器档位、助力转向、制动、故障诊断、报警等操作进行协调控制。

Description

电动车辆的整车控制器

技术领域

本发明涉及一种汽车电控技术中的整车控制系统，尤其涉及一种电动车辆的整车控制装置。

背景技术

节能减排是全球趋势，各国在节能减排的政策下，都在研究相关政策向导，其中以交通工具所造成的污染占得比例最大。因此，各大汽车生产厂和相关汽车研发单位为了迎合大众需求与满足政府的环保法规限制，各种不同的“绿色”新能源概念车相继问世，以符合世界潮流。目前以电动车辆的投入厂商和研发单位最多，我国的汽车研发相对西方较为落后，但是在2009年上海国际汽车展上，具有自主品牌的国产纯电动车就有10款之多。可见未来的汽车将是电动汽车的天下，也是环保要求的大势所趋。

电动汽车分为三种形式，分别为纯电动车(PEV)、燃料电池车(FCEV)及混合动力车(HEV)。太阳能电动汽车整车控制器与混合动力的整车控制器有明显的区别：混合动力整车控制器是以控制两种或两种以上能源来驱动两种或两种以上汽车驱动系统；太阳能电动汽车整车控制系统则是以控制太阳能电池板和蓄电池两种能源分配来驱动同一种电机的整车管理系统，从而达到最优化和最大化的利用太阳能这个清洁的、取之不尽的天然能源。

CAN(ControllerAreaNetwork局域控制网)总线由Bosch、Benz研究试验，于1986年2月正式提出，至1933年11月Bosch CAN2.0成为国际标准(ISO11898)。由于采用了许多新技术及独特的设计，CAN总线与一般的通讯相比，它的数据通讯具有突出的可靠性、实时性和灵活性，是汽车局域网络控制的重要发展方向之一。因此，基于CAN(Controller Area Network局域控制网)总线设计出电动汽车整车控制装置是本发明的研究任务。

为了更好的平衡电动汽车中各个电器设备的工作，需要为电动汽车配置整车控制器(VCU)，该整车控制器(VCU)根据设定整车控制策略，实现合理的功率分配，以保证电动汽车正常、高效地运行。

发明内容

本发明提供了一种控制电动车辆中各部件协调运行的整车控制器。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以实现的：

本发明提供了一种电动车辆的整车控制器，其通过CAN总线与电机控制器、电池管理系统、车载充电系统、电动助力转向系统、空调、仪表装置、显示终端、故障诊断接口、自动离合器控制器、AMT控制器和地面充电机之间互相通讯连接并可以发出相应的控制指令。通过将加速踏板行程信号、制动踏板行程信号、倒档开关信号、上装工作开关信号以及点火开关信号等指令输入至整车控制器，从而分别对电池状态、电机转速、变速器档位、助力转向、制动、故障诊断、报警等操作进行协调控制。

通过在车辆运行中整车控制器与各部件的协调控制，可以进行以下控制步骤：

优选地，当车辆需要启动时，首先将点火开关置于ACC挡，整车控制器完成上电自检，并向显示终端发送要求自检报文，如果显示终端显示自检没有通过，则整车控制器通过仪表装置提供声音或图像的报警，整车控制器停止工作，并将故障信息发送至故障诊断接口，直至显示终端和整车控制器的故障排除。在显示终端显示整车控制器的自检通过后，将点火开关置于ON挡，由整车控制器通过CAN总线向车辆中各部件发送报文，命令各部件进行分别自检，当整车控制器接收到各部件均自检通过的报文后，控制闭合电池箱后高压断路器，在接收到高压断路器闭合的反馈信号且AC/DC变换器状态正常时，闭合高压接触器，待整车控制器接收到高压接触器闭合反馈后，点亮仪表上的READY信号，在此过程中，如果任何环节出现中断情况，则整车控制器停止工作并通过仪表进行声音或者图像的报警。当需要断电时，首先断开高压闭合开关，整车控制器断开高压接触器，在收到断开反馈信号后，再断开高压断路器，并接收断开反馈信号，如果缺少上述任一路的反馈信号，则通过仪表装置报警。断开高电压后，点火开关从ON档旋至OFF档，整车控制器完全断电。在车辆行进过程中，当直流母线电流大于30A时，如断开高压闭合开关，则整车控制器认定此操作为误操作，不予执行。

优选地，整车控制器为加速踏板提供两路各5V/50mA电源，并接收加速踏板的行程变化反馈的电压信号，当上述两路电压可以保持1：2的比例关系（允许误差范围10%）时，加速踏板的电压信号有效，该信号被传送给电机控制器，控制电机根据加速踏板的开度按照一定转速运转。

优选地，整车控制器可以通过CAN总线接受AMT控制器的档位信息，针对车辆处于高档或者低档的行驶模式，整车控制器向电机控制器发出不同的扭矩需求指令，以适应驾驶员不同的行驶需求；当整车处于前进挡且整车高压闭合、上装工作开关断开，在油门踏板开度为零、制动踏板开度为零的情况下，整车控制器命令电机以100rpm低速运转。

优选地整车控制器还可用于采集制动踏板的行程从而发出低电平有效信号，并将制动指令传送给电机控制器，从而控制电机进行制动操作。当整车控制器既采集到加速踏板产生的非零电压信号，又采集到制动踏板电压信号时，只须向电机控制器发出制动指令。当车速低于5km/h时，该制动指令无效。

优选地，整车控制器1还可以采集倒档开关信号（低电平有效），并将倒车指令发送给电机控制器2，从而控制电机按照与踩下加速踏板时的旋转方向相反的方向进行旋转，实现倒车功能。倒车指令必须在驱动电机转速为零时方能发出，否则通过仪表发出声音或者图像报警，提醒驾驶员采取了错误的操作模式，如果不复位倒档开关，当电机转速为零时，整车控制器重新发出倒档指令，倒车车速不超过30km/h。

优选地，当整车控制器接收到上装工作开关的低有效信号时，且此时加速踏板行程为零并且变速器位于空档位置时，可向电机控制器发送1500rpm的恒转速运转指令，此时产生的加速和制动踏板信号无效。如果加速踏板行程不为零或者变速器不位于空档的位置时，同时按下了上装工作开关，则通过仪表发出声音或者图像报警，提醒驾驶员采取了错误的操作模式，如果不复位上装工作开关，当满足所有条件后，整车控制器重新发出恒转速运转指令。

优选地，在点火开关处于OFF状态下，在将地面充电机的充电插头与车辆充电端口连接或者将车载充电机与车外220VAC电源相连接后，将点火开关置于ACC档后开始进行供电，此时整车控制器和电池管理系统上电并开始工作。当接收到地面充电机或车载充电机发送的充电请求指令后，整车控制器首先根据该指令判断充电机类型，然后对充电机发送自检指令，自检通过后，由整车控制器闭合高压断路器，断开高压接触器，向电机控制器发送停机指令并给地面充电机或者车载充电机发送充电指令，充电时间、充电电流大小等充电控制量由整车控制器进行计算得到。当充电完成后或者充电插头拔出后，整车控制器给车载充电机或者地面充电机发送停止充电指令。如果当点火开关处于ACC档或者ON档时，且高压接触器断开的情况下，接到充电机的充电请求后，可以按照步骤进行充电，如高压接触器处于闭合状态，则不能进行充电，并发出报警。如果在充电过程中，整车控制器发现另外充电机的充电请求，则给此充电机发送停机指令。

优选地，当出现下列情况之一时，整车控制器向电机控制器发送降低功率行驶指令并通过仪表发出声音或者图像报警：①动力电池的soc小于20%，②如果使用磷酸铁锂电池，则单体电压小于2.9V；如果使用锰酸锂电池，则单体电压小于3.6V，③电池的最高温度高于50℃。

优选地，当出现下列情况之一时，整车控制器向电机控制器发送停机指令并通过仪表发出声音或者图像报警：①动力电池的soc小于10%，②如果使用磷酸铁锂电池，则单体电压小于2V；如果使用锰酸锂电池，则单体电压小于3.2V，③电池的最高温度高于55℃。如果由于动力电池的soc突然下降或者动力电池的单体电压的突然下降造成了整车没有经过降功率行驶模式而直接进入整车停机模式，此时应通过仪表发出声音或者图像报警，并维持降功率模式1分钟，然后方能进入停机模式。整车控制器还可以控制在整车进入停车模式后能切换成降功率模式，从而可以在紧急情况时可以移动车辆。

由于上述技术方案的采用，本发明具有以下优点：本发明通过CAN总线电动车内的其他控制机构进行通信，具有接收、过滤、处理整车状态；其在行车过程中随时获取车辆的行驶状态，采集驾驶员的操作意图，分析整车各部件运行状况，协调与之相关的各控制系统更好的工作的职责，本控制器对整车进行协调与控制等突出的有益效果。

附图说明

图1是根据本发明的电动车辆整车控制器的控制方块图。

具体实施方式

本发明涉及了一种电动车辆的整车控制器，该整车控制器在当海拔为1200m以下，大气环境温度在-20℃～+50℃之间以及相对湿度不超过100%的环境条件下可以正常工作，并且整车控制器在其表面温度低于露点的情况下，即整车控制器表面产生冷凝也能安全工作，同时整车控制器的抗盐雾能力应能满足GB/T 2423.17-1993中的有关规定，以及其外壳防护等级为IP55，在GB/T18384. 3《电动汽车安全要求》规定的喷淋情况下，可以正常工作。此外，整车控制器的供电电压为12VDC，可以正常工作在8VDC~16VDC的范围内。

如图1所示，整车控制器1通过CAN总线与电机控制器2、电池管理系统3、车载充电系统4、电动助力转向系统5、空调6、仪表装置7、显示终端8、故障诊断接口9、自动离合器控制器10、AMT控制器11和地面充电机12之间互相通讯连接并可以发出相应的控制指令。通过将加速踏板行程信号、变速器档位信号、制动踏板行程信号、倒档开关信号、上装工作开关信号以及点火开关信号等指令输入至整车控制器1，从而分别对电池状态、电机转速、变速器档位、助力转向、制动、故障诊断、报警等操作进行协调控制。

通过在车辆运行中整车控制器与各部件的协调控制，可以进行以下控制步骤：

当车辆需要启动时，首先将点火开关置于ACC挡，整车控制器1完成上电自检，并向显示终端发送要求自检报文，如果显示终端8显示自检没有通过，则整车控制器通过仪表装置7提供声音或图像的报警，整车控制器1停止工作，并将故障信息发送至故障诊断接口9，直至显示终端8和整车控制器1的故障排除。在显示终端8显示整车控制器1的自检通过后，将点火开关置于ON挡，由整车控制器1通过CAN总线向车辆中各部件发送报文，命令各部件进行分别自检，当整车控制器1接收到各部件均自检通过的报文后，控制闭合电池箱后高压断路器，在接收到高压断路器闭合的反馈信号且AC/DC变换器状态正常时，闭合高压接触器，待整车控制器1接收到高压接触器闭合反馈后，点亮仪表上的READY信号，在此过程中，如果任何环节出现中断情况，则整车控制器1停止工作并通过仪表进行声音或者图像的报警。当需要断电时，首先断开高压闭合开关，整车控制器1断开高压接触器，在收到断开反馈信号后，再断开高压断路器，并接收断开反馈信号，如果缺少上述任一路的反馈信号，则通过仪表装置7报警。断开高电压后，点火开关从ON档旋至OFF档，整车控制器1完全断电。在车辆行进过程中，当直流母线电流大于30A时，如断开高压闭合开关，则整车控制器1认定此操作为误操作，不予执行。

整车控制器1为加速踏板提供两路各5V/50mA电源，并接收加速踏板的行程变化反馈的电压信号，当上述两路电压可以保持1：2的比例关系（允许误差范围10%）时，加速踏板的电压信号有效，该信号被传送给电机控制器2，控制电机根据加速踏板的开度按照一定转速运转。

整车控制器1可以通过CAN总线接受AMT控制器的档位信息，针对车辆处于高档或者低档的行驶模式，整车控制器1向电机控制器2发出不同的扭矩需求指令，以适应驾驶员不同的行驶需求；当整车处于前进挡且整车高压闭合、上装工作开关断开，在油门踏板开度为零、制动踏板开度为零的情况下，整车控制器命令电机以100rpm低速运转。

整车控制器1还可用于采集制动踏板的行程从而发出低电平有效信号，并将制动指令传送给电机控制器2，从而控制电机进行制动操作。当整车控制器1既采集到加速踏板产生的非零电压信号，又采集到制动踏板电压信号时，只须向电机控制器2发出制动指令。当车速低于5km/h时，该制动指令无效。

整车控制器1还可以采集倒档开关信号（低电平有效），并将倒车指令发送给电机控制器2，从而控制电机按照与踩下加速踏板时的旋转方向相反的方向进行旋转，实现倒车功能。倒车指令必须在驱动电机转速为零时方能发出，否则通过仪表发出声音或者图像报警，提醒驾驶员采取了错误的操作模式，如果不复位倒档开关，当电机转速为零时，整车控制器1重新发出倒档指令，倒车车速不超过30km/h。

当整车控制器1接收到上装工作开关的低有效信号时，且此时加速踏板行程为零并且变速器位于空档位置时，可向电机控制器2发送1500rpm的恒转速运转指令，此时产生的加速和制动踏板信号无效。如果加速踏板行程不为零或者变速器不位于空档的位置时，同时按下了上装工作开关，则通过仪表发出声音或者图像报警，提醒驾驶员采取了错误的操作模式，如果不复位上装工作开关，当满足所有条件后，整车控制器1重新发出恒转速运转指令。

在点火开关处于OFF状态下，在将地面充电机12的充电插头与车辆充电端口连接或者将车载充电机与车外220VAC电源相连接后，将点火开关置于ACC档后开始进行供电，此时整车控制器1和电池管理系统3上电并开始工作。当接收到地面充电机或车载充电机发送的充电请求指令后，整车控制器1首先根据该指令判断充电机类型，然后对充电机发送自检指令，自检通过后，由整车控制器1闭合高压断路器，断开高压接触器，向电机控制器2发送停机指令并给地面充电机或者车载充电机发送充电指令，充电时间、充电电流大小等充电控制量由整车控制器1进行计算得到。当充电完成后或者充电插头拔出后，整车控制器1给车载充电机或者地面充电机发送停止充电指令。如果当点火开关处于ACC档或者ON档时，且高压接触器断开的情况下，接到充电机的充电请求后，可以按照步骤进行充电，如高压接触器处于闭合状态，则不能进行充电，并发出报警。如果在充电过程中，整车控制器1发现另外充电机的充电请求，则给此充电机发送停机指令。

当出现下列情况之一时，整车控制器1向电机控制器2发送降低功率行驶指令并通过仪表发出声音或者图像报警：①动力电池的soc小于20%，②如果使用磷酸铁锂电池，则单体电压小于2.9V；如果使用锰酸锂电池，则单体电压小于3.6V，③电池的最高温度高于50℃。

当出现下列情况之一时，整车控制器1向电机控制器2发送停机指令并通过仪表发出声音或者图像报警：①动力电池的soc小于10%，②如果使用磷酸铁锂电池，则单体电压小于2V；如果使用锰酸锂电池，则单体电压小于3.2V，③电池的最高温度高于55℃。如果由于动力电池的soc突然下降或者动力电池的单体电压的突然下降造成了整车没有经过降功率行驶模式而直接进入整车停机模式，此时应通过仪表发出声音或者图像报警，并维持降功率模式1分钟，然后方能进入停机模式。整车控制器1还可以控制在整车进入停车模式后能切换成降功率模式，从而可以在紧急情况时可以移动车辆。

Claims (10)

1.一种电动车辆的整车控制器，其特征在于所述整车控制器(1)通过CAN总线与电机控制器(2)、电池管理系统(3)、车载充电系统(4)、电动助力转向系统(5)、空调(6)、仪表装置(7)、显示终端(8)、故障诊断接口(9)、自动离合器控制器（10）、AMT控制器（11）和地面充电机（12）之间互相通讯连接并可以发出相应的控制指令；通过将加速踏板行程信号、制动踏板行程信号、倒档开关信号、上装工作开关信号以及点火开关信号这些指令输入至整车控制器(1)，从而分别对电池状态、电机转速、变速器档位、助力转向、制动、故障诊断、报警的操作进行协调控制。

2.根据权利要求1所述的电动车辆的整车控制器，其特征在于当车辆需要启动时，首先将点火开关置于ACC挡，整车控制器(1)完成上电自检，并向显示终端(8)发送要求自检报文，如果显示终端(8)显示自检没有通过，则整车控制器通过仪表装置(7)提供声音或图像的报警，此时整车控制器(1)停止工作，并将故障信息发送至故障诊断接口(9)，直至显示终端(8)和整车控制器(1)的故障排除；在显示终端(8)显示整车控制器(1)的自检通过后，将点火开关置于ON挡，由整车控制器(1)通过CAN总线向车辆中各部件发送报文，命令各部件进行分别自检，当整车控制器(1)接收到各部件均自检通过的报文后，控制闭合电池箱后高压断路器，在接收到高压断路器闭合的反馈信号且AC/DC变换器状态正常时，闭合高压接触器，待整车控制器(1)接收到高压接触器闭合反馈后，点亮仪表上的READY信号，在此过程中，如果任何环节出现中断情况，则整车控制器(1)停止工作并通过仪表装置(7)进行声音或者图像的报警；当需要断电时，首先断开高压闭合开关，整车控制器(1)断开高压接触器，在收到断开反馈信号后，再断开高压断路器，并接收断开反馈信号，如果缺少上述任一路的反馈信号，则通过仪表装置(7)报警；断开高电压后，点火开关从ON档旋至OFF档，整车控制器(1)完全断电；在车辆行驶过程中，当直流母线电流大于30A时，如断开高压闭合开关，则整车控制器(1)认定此操作为误操作，不予执行。

3.根据权利要求1所述的电动车辆的整车控制器，其特征在于整车控制器为加速踏板提供两路各5V/50mA电源，并接收加速踏板的行程变化反馈的电压信号，当该两路电压保持1：2的比例关系并允许误差范围在10%以内时，加速踏板的电压信号有效，该信号被传送给电机控制器(2)，从而控制电机根据加速踏板的开度按照一定转速运转。

4.根据权利要求1所述的电动车辆的整车控制器，其特征在于整车控制器(1)可以通过CAN总线接受AMT控制器（11）的档位信息，针对车辆处于高档或者低档的行驶模式，整车控制器(1)向电机控制器(2)发出不同的扭矩需求指令，以适应驾驶员不同的行驶需求；当整车处于前进挡且整车高压闭合、上装工作开关断开，在油门踏板开度为零、制动踏板开度为零的情况下，整车控制器命令电机以100rpm低速运转。

5.根据权利要求1所述的电动车辆的整车控制器，其特征在于整车控制器(1)还可用于采集制动踏板的行程从而发出低电平有效信号，并将制动指令传送给电机控制器(2)，从而控制电机进行制动操作；当整车控制器(1)既采集到加速踏板产生的非零电压信号，又采集到制动踏板电压信号时，只须向电机控制器(2)发出制动指令；当车速低于5km/h时，该制动指令无效。

6.根据权利要求1所述的电动车辆的整车控制器，其特征在于整车控制器(1)还可以采集倒档开关信号，其中倒档开关信号为低电平有效，并将倒车指令发送给电机控制器(2)，从而控制电机按照与踩下加速踏板时的旋转方向相反的方向进行旋转，实现倒车功能；倒车指令必须在驱动电机转速为零时方能发出，否则通过仪表发出声音或图像报警，提醒驾驶员采取了错误的操作模式，如果不复位倒档开关，当电机转速为零时，整车控制器(1)重新发出倒档指令，控制倒车车速不超过30km/h。

7.根据权利要求1所述的电动车辆的整车控制器，其特征在于当整车控制器(1)接收到上装工作开关的低有效信号时，且此时加速踏板行程为零并且变速器位于空档位置时，可向电机控制器(2)发送1500rpm的恒转速运转指令，此时产生的加速和制动踏板信号无效；如果加速踏板行程不为零或者变速器不位于空档的位置时，若同时按下了上装工作开关，则通过仪表发出声音或者图像报警，提醒驾驶员采取了错误的操作模式，如果不复位上装工作开关，当满足所有条件后，整车控制器(1)重新发出恒转速运转指令。

8.根据权利要求1所述的电动车辆的整车控制器，其特征在于在点火开关处于OFF状态下，在将地面充电机（12）的充电插头与车辆充电端口连接或者将车载充电机与车外220VAC电源相连接后，将点火开关置于ACC档后开始进行供电；当接收到地面充电机或车载充电机发送的充电请求指令后，整车控制器(1)首先根据该指令判断充电机类型，然后对充电机发送自检指令，自检通过后，由整车控制器(1)闭合高压断路器，断开高压接触器，向电机控制器(2)发送停机指令并给地面充电机或者车载充电机发送充电指令；当充电完成后或者充电插头拔出后，整车控制器(1)给车载充电机或者地面充电机发送停止充电指令；如果当点火开关处于ACC档或者ON档时，且高压接触器断开的情况下，接到充电机的充电请求后，可以按照步骤进行充电，如高压接触器处于闭合状态，则不能进行充电，并发出报警。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的电动车辆的整车控制器，其特征在于当出现下列情况之一时，整车控制器(1)向电机控制器(2)发送降低功率行驶指令并通过仪表发出声音或者图像报警：①动力电池的soc小于20%，②如果使用磷酸铁锂电池，则单体电压小于2.9V；如果使用锰酸锂电池，则单体电压小于3.6V，③电池的最高温度高于50℃。

10.根据权利要求1-8中任一项所述的电动车辆的整车控制器，其特征在于当出现下列情况之一时，整车控制器(1)向电机控制器(2)发送停机指令并通过仪表发出声音或者图像报警：①动力电池的soc小于10%，②如果使用磷酸铁锂电池，则单体电压小于2V；如果使用锰酸锂电池，则单体电压小于3.2V，③电池的最高温度高于55℃；如果由于动力电池的soc突然下降或者动力电池的单体电压的突然下降造成了整车没有经过降功率行驶模式而直接进入整车停机模式，此时应通过仪表发出声音或者图像报警，并维持降功率模式1分钟，然后方能进入停机模式；整车控制器(1)还可以控制在整车进入停车模式后能切换成降功率模式，从而可以在紧急情况时可以移动车辆。

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