CN105936269A - 纯电动汽车集成式控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纯电动汽车集成式控制系统，包括电池管理系统、电机控制器、整车控制器；所述整车控制器通过数据总线连接电池管理系统、电机控制器；所述整车控制器包括信号采集模块、通信检测模块、整车故障报警模块、整车系统监控模块、整车协调控制模块。本发明还公开了一种对应的纯电动汽车集成式控制方法。本发明将电池管理系统、电机控制器、整车控制器这三个系统集成到一个控制器内，这样所有的数据交互均在系统内部大大提升了数据的交互能力和控制的实时性，提高了安装的便捷性及空间利用率，增强了系统设计方面的灵活性，同时降低为了实现相同功能所需要的硬件成本。

Description

纯电动汽车集成式控制系统及控制方法

技术领域

本发明属于电动汽车技术领域，具体涉及一种纯电动汽车集成式控制系统及控制方法。

背景技术

在能源、环境形势日益严峻的今天，电动汽车因其清洁、节能的显著优势，成为世界各国与地区都倍加重视的新兴产业。我国是人口大国，也是资源消耗大国。在城市化和工业化进程加速的今天，能源问题已经成为限制我国快速健康发展的一个瓶颈。由于具有节能和环保的优点，电动汽车很符合我国目前秉持的可持续发展观和建设资源集约型、环境友好型社会的理念。目前我国政府加大了投入力度、扶持力度，不难预料，未来几年我国或将成为全球最大的电动汽车市场。

电池管理系统(BMS)是连接车载动力电池和电动汽车的重要纽带，其主要功能包括：电池物理参数实时监测；电池状态估计；在线诊断与预警；充、放电与预充控制；均衡管理和热管理等。电机控制器是用来控制电动汽车电机的启动、运行、进退、速度、停止等功能的核心控制器。整车控制器(VMS，vehicle management Syetem)，即动力总成控制器，是整个汽车的核心控制部件，它采集加速踏板信号、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，驱动汽车正常行驶。以上三个系统均是电动汽车的重要部件，而目前行业内是将三个系统独立开分别完成各自的任务，这样难免会造成系统间的沟通数据量大、控制时序迟滞等问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种纯电动汽车集成式控制系统，该集成式控制系统将电池管理系统、电机控制器和整车控制器集中于一体，大大提高了数据的交互能力和控制的实时性，提升了安装的便捷性及空间利用率，增强了系统设计方面的灵活性，进一步降低了整车的制造成本。

为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：一种纯电动汽车集成式控制系统，包括电池管理系统、电机控制器、整车控制器；所述整车控制器通过数据总线连接电池管理系统、电机控制器；所述整车控制器包括信号采集模块、通信检测模块、整车故障报警模块、整车系统监控模块、整车协调控制模块；所述信号采集模块用于从车辆各个部件采集信号；所述通信检测模块用于采集电机控制器、电池管理系统、AMT控制单元及车身主控制单元的生命信号，通过与上次生命值的比较，判断通信是否正常；所述整车故障报警模块，用于根据采集到的信号与预设值比较，判断车辆当前的状态；所述整车系统监控模块，用于对通信、执行器及控制器自身进行实时监控；所述整车协调控制模块，包括执行层、协调层、组织层。

在本发明所述的纯电动汽车集成式控制系统中，所述数据总线为CAN总线。

在本发明所述的纯电动汽车集成式控制系统中，所述控制系统还包括整车软件系统，所述整车软件系统能够实现实时数据显示、BMS数据显示及报警信息、绝缘检测及报警信息、电机数据显示及报警信息、整车控制器数据显示及报警信息、历史数据曲线及故障回放、参数标定、通信协议在线修改功能。

在本发明所述的纯电动汽车集成式控制系统中，所述控制系统还包括再生制动控制系统。

在本发明所述的纯电动汽车集成式控制系统中，所述电池管理系统包括显示模块、中央处理模块、终端模块，所述中央处理模块通过CAN总线连接显示模块、终端模块。

在本发明所述的纯电动汽车集成式控制系统中，所述信号采集模块采集的信号包括：驱动踏板有效信号、驱动踏板行程信号、制动踏板有效信号、制动踏板行程信号、D挡信号、N挡信号、R挡信号、强制空挡信号、自动挡信号、强制1挡信号、强制空挡信号、自动挡信号、强制1挡信号、强制2挡信号、高压接触器闭合命令信号、空气断路器闭合命令信号、空气断路器断开命令信号。

一种纯电动汽车集成式控制方法，其特征在于，当处于上电流程时，包括以下步骤：

A1：ACC档：启动自检程序，各部件将自检结果通过CAN通讯发送到整车控制器和仪表；整车控制器汇总判断是否有报警需要采用故障处理程序；仪表负责显示报警状态；

A2：自检结束后，整车控制器发出预充指令，等待预充完成信号；同时监视预充状态并计时，预充错误或超时，则停止预充并向仪表报警；

A3：电机控制器开始预充后向整车控制器发送预充进行状态，预充完成后发送预充完成信号；整车控制器接受到预充完成信号则闭合主放电接触器，并向仪表发送Ready信号，仪表点亮信号灯；

A4：ON档：主放电接触器闭合后，整车控制器没有监视到错误情况下，可以正常行车；主触未正常闭合前，拨到ON档则暂不响应ON档，直到自检完毕主放电接触器闭合后方可行车。

一种纯电动汽车集成式控制方法，其特征在于，当处于坡道起步时，包括以下步骤：

B1：激活条件判断：整车控制器检测驱动电机反转转速，并与初始反转转速比较，当反转转 速超过初始值时，整车控制器确认车辆发生溜坡，坡道起步辅助控制功能被激活；

B2：坡道辅助功能激活后，整车控制器重新计算驱动电机转矩目标值：

B21：转矩增加：坡道辅助功能被激活后，驱动电机转矩迅速增加，使车辆停止溜坡；

B22：转矩保持：整车控制器检测驱动电机正向转速，并与初始正向转速比较，当正向转速超过初始值时，驱动电机转矩不再增加，转矩保持；

B23：退出条件判断：在转矩保持状态下，如果驾驶员又踩下了制动踏板或加速踏板，或者进行了换档操作，坡道辅助控制会自动退出；如果没有进行其他操作，转矩保持超过1s后，坡道辅助控制功能也将退出；正常退出情况下，算上转矩增加和转矩保持两个步骤，松开制动踏板后的2s内，车辆不会溜坡，这段时间内驾驶员可以从容地将脚由制动踏板移到加速踏板；设置为当电机正向转速超过30rpm，认为车辆已经驶离坡道，不再需要加大转矩，坡道辅助功能自动退出。

在本发明所述的纯电动汽车集成式控制方法中，所述反转转速的初始值设置为2rpm，所述正向转速的初始值设置为3rpm。

一种纯电动汽车集成式控制方法，其特征在于，当处于换挡时，包括以下步骤：

C1：整车控制器采集车速、电机转速、不同挡位手柄信号信息；

C2：根据采集到的信息制定不同的处理措施，并发送给ATM控制器和电动汽车电机控制器，同时给电机控制器发送电机峰值功率值和最大再生制动功率值数据，最后返回主流程的CAN总线模块通信检测环节。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：本发明纯电动汽车集成式控制系统是将这三个系统集成到一个控制器内，这样所有的数据交互均在系统内部大大提升了数据的交互能力和控制的实时性，提高了安装的便捷性及空间利用率，增强了系统设计方面的灵活性，同时降低为了实现相同功能所需要的硬件成本。

附图说明

图1是本发明纯电动汽车集成式控制系统的结构示意图。

图2是电动汽车分层结构控制系统的结构示意图。

图3是再生制动控制系统结构图。

图4是电池管理系统的功能示意图。

图5是电机转矩·转速随电压变化的曲线特征图。

图6是电机转矩·转速随频率变化的曲线特征图。

图7是驱动系统的顶层框架结构示意图。

图8是感应电机的转矩、转速包络曲线图。

图9是整流电路的电路示意图。

图10是直流侧使用斩波器的电路示意图。

图11是直流调速系统在单位阶跃给定控制信号作用下的动态响应曲线图。

图12是系统在突加阶跃扰动作用下的动态响应曲线。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及有点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明做进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，是本发明纯电动汽车集成式控制系统实施例的结构示意图。本实施例中的纯电动汽车集成式控制系统包括电池管理系统、电机控制器、整车控制器；所述整车控制器通过数据总线连接电池管理系统、电机控制器；优选地，所述数据总线为CAN总线；所述电池管理系统和电机控制器将采集到的信号传输给整车控制器，整车控制器根据采集到的信号判断车辆状态，然后发送控制信号给电机控制器，电机控制器控制电机，用于驱动汽车；所述整车控制器包括信号采集模块、通信检测模块、整车故障报警模块、整车系统监控模块、整车协调控制模块。

所述信号采集模块采集的信号包括：驱动踏板有效信号、驱动踏板行程信号、制动踏板有效信号、制动踏板行程信号、D挡信号、N挡信号、R挡信号、强制空挡信号、自动挡信号、强制1挡信号、强制空挡信号、自动挡信号、强制1挡信号、强制2挡信号、高压接触器闭合命令信号、空气断路器闭合命令信号、空气断路器断开命令信号。

所述通信检测模块采集电机控制器、电池管理系统、AMT控制单元及车身主控制单元的生命信号，通过与上次生命值的比较，判断CAN通信是否正常，如果通信异常，则发生通信异常报警信号；如果通信正常，再检测总线上节点的状态是否正常，若状态异常，则发生通信异常报警；节点状态正常时，进入故障诊断及处理环节。

所述整车故障报警模块，用于根据采集到的信号与预设值比较，判断车辆当前的状态，具体预设数值如下表。

所述整车系统监控模块的工作主要包括：对CAN通信、执行器及控制器自身实行实时监控。首先对系统失效模式和后果进行分析，评估完成后设计故障诊断算法实行实时监控并对数据进行判断。若发现故障，则根据内置的算法分离出故障信息，按照一定的格式和顺序对故障进行存储和管理，必要时进行输出控制。本控制器采用分层控制的结构，首先通过数据交换层交换数据，如若有异常信号，则由故障管理层进行故障的确认、管理和处理。故障处理完成后，解释驾驶员的操作意图，进入整车的能量管理层，最终控制车辆的运行。

所述整车协调控制模块，包括执行层、协调层、组织层。电动汽车动力系统的部件都有自己的控制器，为分布式分层控制提供了基础。分布式分层控制可以实现控制系统的拓扑分离和功能分离。拓扑分离使得物理结构上各个子系统控制系统分布在不同位置上，从而减 少了电磁干扰，功能分离使得各个子部件完成相对独立的功能，从而可以减少子部件的相互影响并提高了容错能力。

电动汽车分层结构控制系统如图2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，也就是整车控制器(VMS)，它的主要任务一方面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，做出最优的协调控制；最高层是组织层，由驾驶员或者制动驾驶仪来实现车辆控制的闭环。

作为本发明纯电动汽车集成式控制系统的一个补充，所述控制系统还包括整车软件系统。完善的上位机状态监控及故障诊断软件配合，可实时监控整车状态。上位机本地记录数据及数据记录仪记录数据，能够分析整套系统性能。历史状态回放可以再现故障现场。上述整车软件系统能够实现实时数据显示、BMS数据显示及报警信息、绝缘检测及报警信息、电机数据显示及报警信息、整车控制器数据显示及报警信息、历史数据曲线及故障回放、参数标定、通信协议在线修改等功能。

作为本发明纯电动汽车集成式控制系统的一个补充，所述控制系统还包括再生制动控制系统。新能源汽车再生制动控制系统可以节约能源，提高续驾里程，具有显著的经济价值和社会效益。再生制动还可以减少制动片的磨损，降低车辆故障率及使用成本。图3所示为电动汽车再生制动控制系统结构图。该系统由超级电容或飞轮及其控制器组成，利用超级电容或飞轮吸收再生制动能量，具有非常突出的优点。当车辆制动时，电机工作于发电机工况，将一部分动能或重力势能转化为电能储存在超级电容或飞轮中，由于超级电容或飞轮的功率密度大，可以更快速、高效地吸收电机回馈能量。在车辆起动和加速时，利用双向DC/DC将存储的能量释放出来，协助电池向电机供电，不但增加了新能源汽车一次充电的行驶里程，而且避免了蓄电池的大电流放电，达到了节约能源、降低制动片磨损和提高蓄电池寿命的目的。

图4是本发明纯电动汽车集成式控制系统中电池管理系统(BMS)功能示意图。所述电池管理系统包括显示模块、中央处理模块、终端模块，所述中央处理模块通过CAN总线连接显示模块、终端模块；所述电池管理系统具有的功能如下。

1.1采集功能

1.1.1电池组单体电压采集，总电压计算

采集所有单体电池电压，计算单体最高电压并得出序号和单体最低电压并得出序号，通过采 集的单体电压计算电池总电压。通过显示屏将所有单体电压、单体最高电压及序号、单体最低电压及序号、电池总电压显示出来。

1.1.2电池箱内温度采集

本模块具备6路温度采集，可以采集电池箱体内上部、中部、下部温度和进出风口温度，并且将温度发送到屏幕进行显示。

1.1.3总电流采集

对电池母线电流进行采集，并控制屏幕显示总电流，测量电流范围-300A～+300A(可以根据客户需求选配不同量程电流传感器)。

1.2电池荷电状态(SOC)估算

采用更高的采样频率进行全程实时计算整组电池容量，并在屏幕主页显示(更精准的显示电池电量)。

1.3绝缘检测

将高压回路与低压回路彻底隔离，低压回路沿用传统做法，汽车大梁为公共地。裸露在外的技术部件都和大梁相连。按照电动汽车标准规定，绝缘电阻必须大于100Ω/V才算合格。只要所测绝缘电阻在国家规定的报警门槛周围保持一定的精度即可，其他范围没必要做精度要求。

1.4控制充电器功能

灵活控制外接充电器的通断，防止电池过充电。

1.5保护控制

电池过充、过放、过流、过热的时候，对控制器或者充电器通断进行控制。

1.6温度控制

将温度探头置于电压采集线的接线鼻上，当电池温度超过安全温度范围，启动风扇或者加热系统。

1.7均衡控制功能

均衡条件满足，开启均衡。采用放电均衡的方式，对电压过高的单体放电，均衡结束关闭延时继电器。

1.8系统报警

通过显示屏对单体低压、单体高压、总电压高压、总电压低压、低温、高温、过流等进行分级报警。

1.9屏幕参数录入

可以通过触摸屏对系统参数进行设置，分为三大类：屏幕报警参数设置、安全控制参数设置、单体电池均衡参数设置。其中屏幕报警参数设置的参数包括：总电压过高、总电压过低、单体电压过高、单体电压过低、放电电流过高、充电电流过高、温度过高、温度过低这些参数的设置。安全控制参数设置的参数包括：控制充电器参数设置、控制风扇参数设置、控制控制器参数设置。单体均衡参数设置包括：单体补电参数设置、单体放电参数设置。屏幕主页显示系统时钟。

所述电机控制器根据车辆所处的状态可以采取不同的应对策略，分别为：过载能力策略、转矩响应策略、调速范围策略、高效工作策略。

2.1过载能力策略

为保证车辆动力性好，要求电机具有较好的转矩过载和功率过载能力，峰值转矩一般为额定转矩的2倍以上，且峰值功率一般为额定功率的1.5倍以上，且峰值转矩和峰值功率的工作时间一般要求5min以上。在电动汽车输出特性一定时，电动汽车传动比的选择依赖于整车的动力性能指标要求，即应该满足汽车最高期望车速、最大爬坡度以及对加速时间的要求。

1)传动系速比的上限：传动系速比的上限由电机最高转速和最高行驶车速确定。

$i=\frac{0.377n_{\max }{r}_d}{v_{\max }}$

i＝i₀i_g

式中，io为主减速器传动比；ig为变速器传动比；nmax为电机的最高转速；vmax为最高车速；rd为车轮有效半径。

传动系速比的下限：传动系速比的下限由下述两种方法算出的传递系统速比的最大值确定。

由电动汽车电机最高转速对应的最大输出转矩和最大行驶车速对应的行驶阻力确定传动系速比下限为

$i\≥\frac{F_{v\max }{r}_d}{{\mathrm{\ηM}}_{v\max }}$

式中，Fvmax为最高车速下对应的行驶阻力；Mvmax为电机最高转速对应的输出转矩；η为系统的传动效率。

由电机的最大输出转矩和最大爬坡度对应的行驶阻力确定传动系的速比下限为

$i\≥\frac{F_{i\max }{r}_d}{{\mathrm{\ηM}}_{i\max }}$

式中，Fimax为最大爬坡度对应的行驶阻力；Mimax为电机最大输出转矩。

2.2转矩响应策略

电机一般采用低速恒转矩和高速恒功率控制方式，要求转矩响应快、波动小、稳定性好。可以通过以下两种方法来改变感应电机的转速：

(1)改变定子的端电压；

(2)改变定子的频率。电动车电机的输出转矩可随定子的端电压变化而变化。注意，电压的变化不会改变电机最大转矩所对应的转速差。

通过改变其工作频率来控制电机转速，其原理是基于频率和同步转速的关系式：ωe＝4π/p，ωe随f而变化。图5和图6分别表示随着电压和频率的变化，电机转矩·转速曲线特征图。电力电气变换器驱动感应电机转动，该转换装置根据电机转矩和转速的要求，将外界提供的恒定电压转换成幅值、频率不同的可变电压。

该驱动系统的顶层框架如图7所示。电动汽车用第一代感应电机驱动控制器通过参照转速差·转矩表来控制转速差(恒压频比控制)，来进行电机控制。由于恒压频比控制理论是基于电机的稳态等效电路得来，所以车辆采用此控制方法效果欠佳。采用矢量控制法，电机的动态性能效果提高明显。

图8所示为感应电机的转矩，转速包络曲线。通过使用电力电子控制器，可以实现感应电机恒定高转速的动力特性，该性能可满足电动汽车用驱动电机的特性要求。

2.3调速范围策略

电机具有较宽的调速范围，最高转矩是基速的2倍以上，电机要能四象限工作。交流电动机由逆变器供电运转时，通常要控制逆变器输出电压U1与输出频率f的比值大体为一定值，即保持电动机的磁通不变，从而使变频调速时电动汽车电机的最大转矩大体不变。

对输出电压的控制可分为两大类，即PAM(Pulse Amplitude Modulation)控制与PWM(PulseWidth Modulation)控制。PAM为脉幅调制，即通过改变逆变器输出电压的幅值来改变输出电压；PWM为脉宽调制，即输出电压的幅值不变，通过改变其时间宽度来调节平均电压的大小。当然，也有同时采用PAM与PWM两种方法来调节电压的。

在变频调速系统中，常用的变频器均为间接变频器，即由整流器、滤波器和逆变器三大部分所组成的变频器。PAM是一种在整流电路部分对输出电压的幅值进行控制，而在逆变电路部分对输出频率进行控制的控制方式。在这种控制方式中，逆变器中换流器件的开关频率即为变频器的输出频率，这是一种同步调速方式。

整流电路中对输出电压幅值进行控制，大多采用晶闸管整流器的相位控制。平滑直流 电源使用直流电抗器和大容量电解电容器，如图9所示。

PAM方式中的逆变器常采用120°导通制和180°导通制的六拍逆变器。关于三相逆变器的相关电路及工作原理，可参考电力电子技术中的有关内容。

PAM控制方式由于控制回路简单、易于大容量化，长期以来占主流地位。其缺点是由于有大容量电容，电压控制响应慢，不适于要求加、减速快的系统。另外，由于采用变流器的相位控制来调节电压，交流输入侧的功率因数变坏，特别是在电压低的范围内尤为严重。为了改善功率因数，可采取将交流电源以二极管整流器桥进行全波整流，在直流侧采用斩波器调节电压的方法，如图10所示，这时输入功率因数将变得相当好。

PWM控制是在逆变电路部分同时对输出电压的幅值及频率进行控制的控制方式。在这种控制方式中，以较高频率对逆变电路的半导体开关元器件进行开/闭，并通过改变输出脉冲的宽度来达到控制电压的目的。为了使异步电动机在进行调速运转时能够更加平滑，目前在变频器中多采用正弦波PWM控制方式。所谓正弦波PWM控制方式，是指通过改变PWM输出的脉冲宽度，使输出电压的平均值近于正弦波。正弦波PWM也称为SPVVM控制。

2.4高效工作策略

电机驱动系统要求有宽转速范围高效工作区，系统效率大于80％的转速区大于75％。

动态性能指标是指在给定控制信号和扰动信号作用下，控制系统输出在动态响应中的各项指标。理想的控制系统应该对给定控制信号的变化能够不失真地准确跟踪，具有很好的跟随性；同时对扰动信号具有很强的抗扰性，不受扰动的影响。因此，动态性能指标分成给定控制信号和扰动信号作用下这两类性能指标。

(1)给定控制信号作用下的动态主要性能指标。对直流调速系统来说，一般采用单位阶跃给定控制信号作用下系统输出响应的上升时间tr、调节时间tT(也称过渡过程时间)和超调量σ来衡量系统对给定控制信号作用下的动态性能指标。系统在单位阶跃给定控制信号作用下的动态响应曲线如图11所示。

①上升时间tr。上升时间又称为响应时间，是从加上阶跃给定的时刻起到系统输出量第一次达到稳态值所需的时间。

②调节时间tT。调节时间也称为过渡过程时间，是从加上阶跃给定的时刻起到系统输出量进入(并且不再超出)其稳态值的±(2％～5％)允许误差范围之内所需的最短时间。

③超调量σ。超调量σ是指在动态过程中系统输出量超过其稳态值的最大偏差与稳态值之比，通常用百分数表示：

$\mathrm{\σ}=\frac{Y\left(t_m\right)-Y\left(\mathrm{\∞}\right)}{Y\left(\mathrm{\∞}\right)}\×100\%$

超调量σ用于表征系统的相对稳定性，超调量σ小就表示系统的稳定性好。tr用于表征系统动态过程的快速性，tr越小表示系统快速性越好。这两者往往是互相矛盾的，减少了超调量σ，就导致tr增加，也就延长了过渡过程时间。反之，加快过渡过程，减小tr时间，却又增加了超调量σ。在实际应用中，应根据工艺的要求选择合适参数指标。

(2)扰动信号作用下的动态主要性能指标。对直流调速系统来说，一般采用突加阶跃扰动作用下的系统输出响应的最大动态速降、恢复时间ts来衡量系统对扰动响应的动态性能指标。系统在突加阶跃扰动作用下的动态响应曲线如图12所示。

①最大动态速降。最大动态速降是在突加阶跃扰动作用下，系统的输出响应的最大动态速降，常用百分数表示

②恢复时间ts。恢复时间ts是从加上突加阶跃扰动的时刻起到系统输出量进入原稳态值的Y(0)的95％～98％范围内[即与稳态值之差±(2％～5％)]所需的最短时间。

最大动态速降越小，恢复时间ts越小，说明系统的抗扰能力越强。

所述整车控制器根据车辆所处的状态可以采取不同的应对策略，分别为：上电流程策略、坡道起步策略、换挡策略。

3.1上电流程策略

a.ACC档：整车控制器、BMS、仪表等设备上低压电，开始启动自检程序，整车控制器确定油门、手柄、刹车等部件信号是否正常；BMS确定电池电量，单体电压等电池数据是否正常；绝缘检测仪确保高压部分是否可靠绝缘；仪表确定组合开关、真空泵等是否工作正常；电机控制器确定电机及控制器本身是否工作正常；各部件将自检结果通过CAN通讯发送到整车控制器和仪表；整车控制器汇总判断是否有报警需要采用故障处理程序；仪表负责显示报警状态；

b.自检结束后，整车控制器发出预充指令，等待预充完成信号；同时监视预充状态并计时,预充错误或超时，则停止预充并向仪表报警；

c.电机控制器开始预充后向整车控制器发送预充进行状态，预充完成后发送预充完成信号；整车控制器接受到预充完成信号则闭合主放电接触器，并向仪表发送Ready信号，仪表点亮信号灯；

d.ON档：主放电接触器闭合后，整车控制器没有监视到错误情况下，可以正常行车；主触未正常闭合前，拨到ON档则暂不响应ON档，直到自检完毕主放电接触器闭合后方可行车。

3.2坡道起步策略

3.2.1激活条件判断

坡道起步辅助控制功能默认处于关闭状态，如果驾驶员踩下制动踏板车辆完全静止后，没有拉启手刹且档位处于前进档，整车控制器会“认为”车辆有可能出现溜坡，从而进入到“等待状态”，在此状态中整车控制器并不会修正驱动电机转矩目标值，驱动电机照常输出“爬行转矩”。如果此时车辆位于陡坡上，当驾驶员松开制动踏板后，由于“爬行转矩”过小，车辆开始溜坡，驱动电机被车轮倒拖反向旋转。为了避免由于驱动电机转速信号测量误差，当反转转速超过2rpm时，整车控制器确认车辆发生溜坡，坡道起步辅助控制功能被激活。以2rpm作为激活坡道辅助控制功能的电机倒转转速阀值，是在考虑了电动汽车的单级减速器传动速比以及驱动电机转速测量精度的情况下，通过车辆实际标定得到的，该阀值应根据不同车辆的具体情况进行重新标定，2rpm可作为初始值使用。

3.2.2坡道辅助功能激活后，整车控制器重新计算驱动电机转矩目标值

a.转矩增加:车辆在陡坡起步时所需要的正向驱动转矩，要远大于平地上驱动车辆前进的“爬行转矩”。因此坡道辅助功能被激活后，迅速增加驱动电机转矩，使车辆停止溜坡；但如果驱动电机转矩瞬间增大，车辆容易前冲，因此要限制转矩增加的变化率，同时考虑到驱动电机所能实现的转矩最大变化率，需设置转矩上升变化率的限值。另外考虑到驱动电机输出外特性及驾驶安全性，设定电机转矩最大限值为3倍的爬行转矩。

b.转矩保持:随着驱动电机转矩以最大限值的速度迅速增加，车辆会停止溜坡，处于短暂的静止状态，并开始出现前进趋势。此时如果继续快速增加电机驱动转矩，车辆就会加速前进，容易引发事故，因此当车辆出现前进趋势，但还没开始移动时，要停止增加驱动电机转矩，并维持当前转矩一段时间，使车辆维持静止状态。当电机正向转速超过3rpm时，整车控制器“认为”车辆将要起步前进，转矩不再增加。3rpm作为判断车辆开始前进的电机转速阀值，是在考虑了电动汽车的单级减速器传动速比以及驱动电机转速测量精度的情况下，通过车辆实际标定得到的，该阀值应根据不同车辆的具体情况进行重新标定，3rpm可作为初始值使用。

c.退出条件判断:在转矩保持状态下，如果驾驶员又踩下了制动踏板或加速踏板，或者进行了换档操作，坡道辅助控制会自动退出。如果没有进行其他操作，转矩保持超过1s后，坡道辅助控制功能也将退出。正常退出情况下，算上转矩增加和转矩保持两个步骤，松开制 动踏板后的2s内，车辆不会溜坡，这段时间内驾驶员可以从容地将脚由制动踏板移到加速踏板。此外为了车辆行驶安全，可设置为当电机正向转速超过30rpm，认为车辆已经驶离坡道，不再需要加大转矩，坡道辅助功能自动退出。退出后，驱动电机转矩目标值恢复到“爬行转矩”。

3.3换挡策略

该模块通过采集车速、电机转速、不同挡位手柄信号等信息，制定不同的处理措施并发送给AMT控制器和电动汽车电机控制器，同时给电机控制器发送电机峰值功率值和最大再生制动功率值数据，最后返回主流程的CAN总线模块通信检测环节。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种纯电动汽车集成式控制系统，其特征在于：包括电池管理系统、电机控制器、整车控制器；所述整车控制器通过数据总线连接电池管理系统、电机控制器；所述整车控制器包括信号采集模块、通信检测模块、整车故障报警模块、整车系统监控模块、整车协调控制模块；所述信号采集模块用于从车辆各个部件采集信号；所述通信检测模块用于采集电机控制器、电池管理系统、AMT控制单元及车身主控制单元的生命信号，通过与上次生命值的比较，判断通信是否正常；所述整车故障报警模块，用于根据采集到的信号与预设值比较，判断车辆当前的状态；所述整车系统监控模块，用于对通信、执行器及控制器自身进行实时监控；所述整车协调控制模块，包括执行层、协调层、组织层。

2.根据权利要求1所述的纯电动汽车集成式控制系统，其特征在于：所述数据总线为CAN总线。

3.根据权利要求1或2所述的纯电动汽车集成式控制系统，其特征在于：所述控制系统还包括整车软件系统，所述整车软件系统能够实现实时数据显示、BMS数据显示及报警信息、绝缘检测及报警信息、电机数据显示及报警信息、整车控制器数据显示及报警信息、历史数据曲线及故障回放、参数标定、通信协议在线修改功能。

4.根据权利要求1或2所述的纯电动汽车集成式控制系统，其特征在于：所述控制系统还包括再生制动控制系统。

5.根据权利要求1或2所述的纯电动汽车集成式控制系统，其特征在于：所述电池管理系统包括显示模块、中央处理模块、终端模块，所述中央处理模块通过CAN总线连接显示模块、终端模块。

6.根据权利要求1或2所述的纯电动汽车集成式控制系统，其特征在于：所述信号采集模块采集的信号包括：驱动踏板有效信号、驱动踏板行程信号、制动踏板有效信号、制动踏板行程信号、D挡信号、N挡信号、R挡信号、强制空挡信号、自动挡信号、强制1挡信号、强制空挡信号、自动挡信号、强制1挡信号、强制2挡信号、高压接触器闭合命令信号、空气断路器闭合命令信号、空气断路器断开命令信号。

7.一种纯电动汽车集成式控制方法，其特征在于，当处于上电流程时，包括以下步骤：

A1：ACC档：启动自检程序，各部件将自检结果通过CAN通讯发送到整车控制器和仪表；整车控制器汇总判断是否有报警需要采用故障处理程序；仪表负责显示报警状态；

A2：自检结束后，整车控制器发出预充指令，等待预充完成信号；同时监视预充状态并计时,预充错误或超时，则停止预充并向仪表报警；

A3：电机控制器开始预充后向整车控制器发送预充进行状态，预充完成后发送预充完成信号；整车控制器接受到预充完成信号则闭合主放电接触器，并向仪表发送Ready信号，仪表点亮信号灯；

A4：ON档：主放电接触器闭合后，整车控制器没有监视到错误情况下，可以正常行车；主触未正常闭合前，拨到ON档则暂不响应ON档，直到自检完毕主放电接触器闭合后方可行车。

8.一种纯电动汽车集成式控制方法，其特征在于，当处于坡道起步时，包括以下步骤：

B1：激活条件判断：整车控制器检测驱动电机反转转速，并与初始反转转速比较，当反转转速超过初始值时，整车控制器确认车辆发生溜坡，坡道起步辅助控制功能被激活；

B2：坡道辅助功能激活后，整车控制器重新计算驱动电机转矩目标值：

B21：转矩增加：坡道辅助功能被激活后，驱动电机转矩迅速增加，使车辆停止溜坡；

B22：转矩保持：整车控制器检测驱动电机正向转速，并与初始正向转速比较，当正向转速超过初始值时，驱动电机转矩不再增加，转矩保持；

B23：退出条件判断：在转矩保持状态下，如果驾驶员又踩下了制动踏板或加速踏板，或者进行了换档操作，坡道辅助控制会自动退出；如果没有进行其他操作，转矩保持超过1s后，坡道辅助控制功能也将退出；正常退出情况下，算上转矩增加和转矩保持两个步骤，松开制动踏板后的2s内，车辆不会溜坡，这段时间内驾驶员可以从容地将脚由制动踏板移到加速踏板；设置为当电机正向转速超过30rpm，认为车辆已经驶离坡道，不再需要加大转矩，坡道辅助功能自动退出。

9.根据权利要求7所述的纯电动汽车集成式控制方法，其特征在于：所述反转转速的初始值设置为2rpm，所述正向转速的初始值设置为3rpm。

10.一种纯电动汽车集成式控制方法，其特征在于，当处于换挡时，包括以下步骤：

C1：整车控制器采集车速、电机转速、不同挡位手柄信号信息；

C2：根据采集到的信息制定不同的处理措施，并发送给AMT控制器和电动汽车电机控制器，同时给电机控制器发送电机峰值功率值和最大再生制动功率值数据，最后返回主流程的CAN总线模块通信检测环节。