CN102320276A

CN102320276A - 基于can总线的纯电动汽车整车控制器标定系统及标定方法

Info

Publication number: CN102320276A
Application number: CN201110185699A
Authority: CN
Inventors: 张化锴; 张春峰; 狄艳军
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-07-05
Filing date: 2011-07-05
Publication date: 2012-01-18

Abstract

本发明公开一种基于CAN总线的纯电动汽车整车控制器标定系统，包括双向通信的上位机和下位机，所述上位机包括数据存储模块、MAP图优化模块、参数标定模块和CAN总线通信处理模块；所述下位机为纯电动汽车整车控制器(VCU)，包括CAN总线通信模块、数据采集模块、标定数据存储模块和控制算法模块；本发明还提供了一种基于CAN总线的纯电动汽车整车控制器(VCU)在线标定方法；本发明把CAN总线引入到电动汽车整车控制器标定系统的设计中，实现了纯电动汽车动力、响应速度及耗电等控制参数的在线优化，克服了现有开发方法中参数修改困难、开发周期长、可操作性差等问题，解决了因纯电动汽车种类多、工况不同、用途不同对动力性能及续航里程的要求不同所带来的对整车控制器控制参数需求不同的问题。

Description

基于CAN总线的纯电动汽车整车控制器标定系统及标定方法

技术领域

本发明涉及新能源汽车领域，具体说是一种用于纯电动汽车的整车控制器的在线标定系统及标定方法。

背景技术

今天，汽车工业已成为世界和各国经济发展的支柱产业。汽车是现代文明的重要组成部分。然而，人们在享受汽车文明的同时，也必须面对汽车带来的负面影响：环境污染问题和能源危机问题。为了解决这两个日益严峻的问题，自上个世纪后几十年起，许多国家和汽车企业纷纷投入巨额资金用于新能源汽车的研发，先后有诸如纯电动汽车(EV)，混合动力汽车(HEV)和燃料电池汽车(FEV)等新能源汽车问世并不断成熟。纵观各种新能源汽车，纯电动车是一种“零排放”和“低噪声”的汽车，所以人们普遍认为纯电动汽车是取代传统内燃机汽车的最终选择。但是，目前纯电动汽车由于应用场合不同，使用的电机、电池、车身等也是千差万别，采用同一种整车控制器根本无法协调不同种类应用的整车。因此，为了使纯电动汽车各部件协调工作，并达到最佳的综合性能，必须对整车控制器的控制参数进行相应的修改和优化，使系统按照最优的控制参数运行，这个过程称为标定。

对于任何一个电控系统的开发过程，标定都是不可或缺的环节。在电控系统的开发过程中，当电控单元的硬件、软件设计开发阶段结束以后，就进入标定的阶段。电控系统性能的发挥主要依赖于各种MAP、曲线和参数的质量，而这些控制参数的获取一般需要进行较为繁琐的标定工作，反复进行试验和数据修改。标定的工作内容是通过调整、优化控制参数将该电控单元与被控系统相匹配。主要包括实时监控电控单元运行过程中的重要变量数据，并且在电控单元的运行状态下，在线实时修改电控单元存储器中的MAP图、曲线及点参数，改变电控单元的的控制特性，还包括进行离线标定和数据处理等。

基于CAN总线的电子控制单元标定，现已在汽车行业的发动机、变速箱等领域得以广泛应用。目前全部公开的关于CAN总线标定的技术方案均无法实现对纯电动汽车整车控制器的标定，现有技术及文献中没有基于CAN总线的纯电动汽车整车控制器的标定方法。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提出了一种基于CAN总线的纯电动汽车整车控制器标定系统，可靠、快速地对纯电动汽车整车的控制参数进行标定。

本发明的为实现上述目的采用的技术方案是：

基于CAN总线的纯电动汽车整车控制器(VCU)在线标定系统，包括相互连接的上位机和下位机，所述上位机包括：数据存储模块，用于保存电动汽车整车控制器(VCU)上传的数据及历史标定数据；MAP图优化模块，对人工标定的数据进行自动优化和调整；参数标定模块，对控制参数进行标定；CAN总线通信处理模块，将下位机的数据上传并将标定的数据的下载到下位机；所述下位机为纯电动汽车整车控制器(VCU)，包括CAN总线通信模块、数据采集模块、标定数据存储模块和控制算法模块。

进一步，所述上位机还包括整车状态监测模块，用以读取纯电动汽车整车控制器(VCU)上传的整车数据，并实时显示。

所述上位机MAP图优化模块可根据预先设定的有关电机、电池等重要整车部件的参数对人工标定的数据进行限制，并发出告警，其他部件参数对人工标定的数据发出告警。

下位机CAN总线通信模块具有多路独立CAN总线接口，分别实现对整车控制器的标定及整车网络的通信功能。

所述下位机数据采集模块对油门开度、刹车、转向等涉及安全的关键重要参数均采用两路及两路以上独立硬件进行采集。

所述下位机标定数据存储模块具有不少于32KB的RAM和FLASH的标定数据存储空间，下位机在上电时将FLASH区的数据读出并存储于RAM区。

本发明还公开了一种基于CAN总线的纯电动汽车整车控制器(VCU)在线标定方法，其特征在于包括如下步骤：

1)上位机与纯电动汽车整车控制器(VCU)建立连接后，上位机与纯电动汽车整车控制器(VCU)进行绑定操作，并读取纯电动汽车整车控制器(VCU)FLASH中存储的控制参数；

2)对纯电动汽车整车控制器(VCU)纯电动汽车整车控制器(VCU)进行路试，纯电动汽车整车控制器(VCU)通过CAN总线通信模块将路试过程中的整车控制器及其他部件的状态参数上传至上位机；

3)上位机参数标定模块步骤2)保存的数据，对整车性能进行分析；

4)上位机MAP图优化模块依据步骤3)的分析结果及人工输入的对整车性能的要求计算出一组优化控制参数；

5)标定人员通过上位机参数标定模块将根据步骤4)所得的优化控制参数进行修正；

6)上位机CAN总线通信处理模块将步骤5)所得数据下载到下位机RAM中进行临时存储；

7)循环执行步骤2)-6)，直至标定工作完成；

8)将最后一次循环所得的优化控制参数保存到纯电动汽车整车控制器(VCU)的FLASH存储区进行固化，并解除绑定。

进一步，在步骤1)中，上位机与下位机进行相互绑定采用基于1DES的加密算法，在绑定前，不允许任何对下位机的标定操作。

在步骤2)中，将全部关于油门踏板位置、电机转速、电机扭矩、电压、电流、电量(SOC)等重要参数进行实时记录，并对制动工况下能量回收率进行实时记录，同时记录空调、车灯等电器负载的状态及电机温度、电池温度、各单体电池电压等参数。

在步骤3)中，可分析出当前工况下不同SOC的状态下的续驶里程、续驶时间、加速性能、刹车性能等重要参数。

在步骤5)中，对涉及安全的人工输入参数进行限制并警告，并对最终形成的参数预估出权利要求10中涉及的全部参数。

在步骤6)中，下位机始终执行RAM区的标定参数。

所述下位机标定模块的处理流程为：

首先系统上电初始化，在RAM载入标定数据；

判断是否有标定请求；若否，则进入正常操作模式，返回判断是否有标定请求；

若为是，则判断是否绑定；若否，则开始绑定，判断是否绑定成功；

若否，则进入绑定失败，返回判断是否有标定请求；

若为是，则进行上传历史标定数据；进行上传整车数据；

判断是否下载临时数据；若为否，则返回上传整车数据；

若为是，则下载至RAM区；进行数据固化；

判断是否数据固化；若为是，则固化到FLASH；

若为否，则进行是否解除绑定判断；

若为否，则返回判断是否有标定请求；

若为是，则解除绑定，然后返回判断是否有标定请求。

本发明的优点是：

1、本发明提供基于CAN总线的纯电动汽车整车控制器(VCU)在线标定系统对电动汽车整车的参数标定。

2、本发明对纯电动汽车整车的控制参数进行标定，标定速度快、运行可靠。

附图说明

图1是本发明的总体架构示意图。

图2是本发明上位机功能模块图。

图3是本发明标定参数示意图。

图4是本发明下位机总线标定流程图。

图5是本发明下位机功能模块图。

具体实施方式

参照附图图1-5对本发明进行详细的描述。如图1所示，本发明的系统架构包括一个基于WINDOWS系统的上位机，通过其USB接口连接一个USB转CAN的设备，该USB转CAN的设备具有一路符合CAN2.0B规范的CAN总线接口，该接口与下位机的一个专供标定用的CAN总线接口相连，因考虑标定CAN总线较短，标定采用的CAN转USB设备的通用性，CAN总线的两个120Ω的终端电阻全部内置在下位机中，标定过程的通信协议符合CCP规范。

如图2所示，基于CAN总线的纯电动汽车整车控制器(VCU)标定系统，包括相互连接的上位机和下位机，所述上位机包括：数据存储模块，用于保存电动汽车整车控制器(VCU)上传的数据及历史标定数据；MAP图优化模块，对人工标定的数据进行自动优化和调整；参数标定模块，对控制参数进行标定；CAN总线通信处理模块，将下位机的数据上传并将标定的数据的下载到下位机；所述下位机为纯电动汽车整车控制器(VCU)，包括CAN总线通信模块、数据采集模块、标定数据存储模块和控制算法模块。

本发明还公开了一种基于CAN总线的纯电动汽车整车控制器(VCU)在线标定方法，包括如下步骤：

7)循环执行步骤2)-6)，直至标定工作完成；

在步骤6)中，下位机始终执行RAM区的标定参数。

所述下位机标定模块的处理流程为：

首先系统上电初始化，在RAM载入标定数据；

若否，则进入绑定失败，返回判断是否有标定请求；

若为是，则进行上传历史标定数据；进行上传整车数据；

判断是否下载临时数据；若为否，则返回上传整车数据；

若为是，则下载至RAM区；进行数据固化；

判断是否数据固化；若为是，则固化到FLASH；

若为否，则进行是否解除绑定判断；

若为否，则返回判断是否有标定请求；

若为是，则解除绑定，然后返回判断是否有标定请求。

如图3所示，针对纯电动汽车标定的主要参数标定逻辑简化后的示意图，对于不同类型的纯电动汽车，电器负载类型有一定区别，控制逻辑也不完全一样，但其主要的控制方式符合图3所示，本发明涉及的控制逻辑及MAP包含示意图所示的内容，但不局限于此。

如图3所示，126为油门踏板输入的模拟量信号，127为下位机从动力CAN总线上获取的当前电机转速信号。126、127为本发明的标定方式的基础信号，126、127经过滤波处理后所生成的数据分别对时间取微分，由此得到扭矩需求、扭矩需求变化率、电机转速、电机转速变化率这四个关键参数，并通过112、113、114、115、116、117这六个二维MAP得出响应的主参数中间输出变量。同时，12 1、122、123为从动力CAN总线获取的电池SOC参数、电池温度参数、高压电压参数，经过101、102、103、104、105、106这六个一维MAP进行滤波及关联处理后，结合125制动踏板位置确定采用主参数控制或采用预先给定的参数124进行控制，以上输出的校正中间变量对主参数的中间变量进行校正，最终运算出132对电动机输出的扭矩需求，并通过动力CAN总线发送给电动机控制器。另外，由112、117这两个MAP计算得出需求的电动机转速也通过动力CAN总线发送给电动机。以上为本发明的主要控制逻辑，与制动及能量回收相关逻辑、对于与其他电器负载相关的校正逻辑、各种异常情况下的处理逻辑及不同工况下的处理逻辑没有在图3中体现。

如图4所示，为下位机标定模块的处理流程，在系统正常上电自检成功后，首先完成系统的初始化，然后从固定的FLASH区域读取历史标定的数据至RAM区，开始按RAM区的标定数据执行相关功能。当检查到上位机发出的标定请求后，首先进行绑定，下位机发送4个字节的随机数据，上位机按照1DES算法进行运算后发至下位机，下位机用预存的密钥验证通过后，完成绑定。将历史标定数据上传，并开始不断的上传整车数据，其中包括：START、当前挡位、手刹、脚刹、整车车速、油门踏板、制动踏板、附件状态、Life信号、电机目标转矩、电机目标转速、行车模式、电压选择、电机输入电压、电机输入电流、MCU模式、诊断状态(相过流故障、逆变器故障、传感器供电故障、母线过流故障、门极驱动不饱和故障、电机位置传感器故障、母线过压故障、母线欠压故障、电机过温故障、逆变器过温故障、电机超速故障、低压直流供电故障、MCU故障、门极驱动电压供电故障、相电流过流告警、电机温度告警、逆变器温度告警、CAN总线断开、点火钥匙状态、高压电池连接状态、VCU对MCU的控制状态、电机控制器模式错误)、极限转矩、电机转速、控制器转矩、电机温度、电机控制器温度、电池组电压、电池组电流、电池SOC、I级故障、II级故障、BMS状态、预充电继电器状态、充电继电器状态、负端继电器状态、高压正端继电器状态、最高单体电压、最低单体电压、最高电池温度、最低电池温度、动力母线电压、绝缘电阻值、单体过压报警、整组过压报警、单体欠压报警、整体欠压报警、单体过温报警、整组过温报警、高压回路电流报警、绝缘阻值报警、单体压差报警、充电机通信报警、预充电失败告警、平均单体电压、平均电池温度、最大可放电功率、最大可充电功率等。当收到上位机发送的标定数据后，存入临时存储区，如为可立即修改的参数且上位机发送立即修改指令，则修正RAM区标定参数，否则需等待车速为零时再修改RAM区标定参数。当收到数据固化指令且电机转速及车速为零时将数据固化至FLASH区，当收到绑定解除命令解除绑定，至此完成一个完整的标定过程。

如图5所示，下位机硬件由MCU模块、功率输出模块、电源模块、数据采集模块、1路CAN总线通信处理模块、2路CAN总线通信处理模块、3路CAN总线通信处理模块组成。MCU模块包括MCU、外部看门狗、复位电路、时钟电路、外部EEPROM组成，完成整车控制器的核心功能。1路CAN总线模块为标定专用的独立CAN总线接口，与整车其他控制单元无物理上的连接；2路CAN总线模块与整车其他控制单元如电机、电池、仪表、远程监控等相连接，完成整车控制，3路CAN总线模块为备用CAN总线模块，为在混合动力车或增加其他控制单元时预留，并可与2路CAN总线模块配合，实现网关功能。全部CAN总线模块的物理层均具有ESD保护，CAN控制器则集成在MCU内部。电源模块采用非隔离的开关电源，输出12V、5V、3.3V电压，分别给整车控制器本身及一些外部传感器和其他相关设备供电、并具有过压、欠压、过流、短路、反接等保护功能。数据采集模块可采集24路高低电平可配置的开关量，6路模拟量及2路脉冲量，主要用于采集门开关、充电插头插入、ACC开关、DCDC工作信号、Start开关、高档、空挡、制热请求、高压接触器及断路器状态、高压闭合开关、ON开关、倒档、低档、制冷请求、制动开关、制动信号、油门信号等。功率输出模块可输出12V、5V电源、3路PWM信号、8路开关量信号，全部输出均具有过流、短路等保护功能。

Claims

1.基于CAN总线的纯电动汽车整车控制器标定系统，包括相互连接的上位机和下位机，其特征在于：

所述上位机包括：数据存储模块、MAP图优化模块、参数标定模块、CAN总线通信处理模块；

所述数据存储模块用于保存电动汽车整车控制器上传的数据及历史标定数据；

所述MAP图优化模块对人工标定的数据进行自动优化和调整；

所述参数标定模块对控制参数进行标定；

所述CAN总线通信处理模块将下位机的数据上传至上位机，并将上位机中的标定数据下载到下位机。

2.根据权利要求1所述的基于CAN总线的纯电动汽车整车控制器标定系统，其特征在于：

所述下位机为纯电动汽车的整车控制器(VCU)；

所述下位机包括CAN总线通信模块、数据采集模块、标定数据存储模块和控制算法模块。

所述CAN总线通信模块通过多路独立CAN总线接口，对整车控制器的标定，及通过CAN总线接口实现对整车网络的通信连接；

所述数据采集模块通过两路及两路以上独立硬件对油门开度、刹车、转向涉及安全的重要参数；

所述标定数据存储模块具有大于32KB的RAM区和FLASH区的数据存储空间，下位机在上电时将FLASH区的数据读出并存储于RAM区上。

3.根据权利要求1所述的基于CAN总线的纯电动汽车整车控制器标定系统，其特征在于：

所述上位机还包括整车状态监测模块，所述整车状态监测模块读取下位机上传的整车数据，并在上位机进行实时显示。

4.根据权利要求1所述的基于CAN总线的纯电动汽车整车控制器标定系统，其特征在于：

所述上位机MAP图优化模块根据预先设定的电机、电池及空调、车身控制器、ABS、助力转向的参数对人工标定的数据进行限制，并发出告警。

5.基于CAN总线的纯电动汽车整车控制器标定方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1上位机与整车控制器(VCU)建立连接后，上位机与整车控制器(VCU)进行绑定操作，并读取整车控制器(VCU)的FLASH区中存储的控制参数；

步骤2对整车控制器(VCU)进行路试，整车控制器(VCU)通过CAN总线通信模块将路试过程中的整车控制器(VCU)及电机、电池、空调、车身控制器、ABS、助力转向的状态参数上传至上位机；

步骤3上位机参数标定模块根据步骤2中保存的数据，对整车性能进行分析；

步骤4上位机MAP图优化模块根据步骤3的分析结果和人工输入的对整车性能的要求从而计算出一组优化控制参数；

步骤5标定人员通过上位机的参数标定模块将根据步骤4所得的优化控制参数进行修正；

步骤6上位机CAN总线通信处理模块将步骤5所得数据临时存储到下位机RAM区中；

步骤7循环执行步骤2～步骤6，直至标定工作完成；

步骤8将最后一次循环所得的优化控制参数保存到整车控制器(VCU)的FLASH区进行存储固化，并解除绑定。

6.根据权利要求5所述基于CAN总线的纯电动汽车整车控制器在线标定方法，其特征在于：包括如下步骤：

所述步骤1中，上位机与下位机进行相互绑定采用基于DES的加密算法，在绑定前，不允许对下位机的标定操作。

7.根据权利要求5所述的基于CAN总线的纯电动汽车整车控制器标定方法，其特征在于：步骤2中，将全部关于油门踏板位置、电机转速、电机扭矩、电压、电流、电量(SOC)重要参数进行实时记录，并对制动工况下能量回收率进行实时记录，同时记录空调、车灯电器负载的状态及电机温度、电池温度、各单体电池电压的参数。

8.根据权利要求5所述的基于CAN总线的纯电动汽车整车控制器标定方法，其特征在于：步骤3)中，可分析出当前工况下不同SOC的状态下的续驶里程、续驶时间、加速性能、刹车性能等重要参数。

步骤5)中，对涉及安全的人工输入参数进行限制并警告，并对最终形成的参数预估出涉及的全部参数。

9.根据权利要求5所述的基于CAN总线的纯电动汽车整车控制器标定方法，其特征在于：步骤6)中，下位机始终执行RAM区的标定参数。

10.根据权利要求6所述的基于CAN总线的纯电动汽车整车控制器标定方法，其特征在于：

所述下位机标定模块的处理流程为：

首先系统上电初始化，在RAM载入标定数据；

若否，则进入绑定失败，返回判断是否有标定请求；

若为是，则进行上传历史标定数据；进行上传整车数据；

判断是否下载临时数据；若为否，则返回上传整车数据；

若为是，则下载至RAM区；进行数据固化；

判断是否数据固化；若为是，则固化到FLASH；

若为否，则进行是否解除绑定判断；

若为否，则返回判断是否有标定请求；

若为是，则解除绑定，然后返回判断是否有标定请求。