CN113246735A - 一种纯电动汽车的控制系统及其控制方法 - Google Patents

一种纯电动汽车的控制系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种纯电动汽车的控制系统，所述的控制系统包括车身域、新能源域、网联域、智能域和底盘域；采用统一网络架构平台标准设计，各个域之间通过以太网进行信息传递。采用上述技术方案，通过重新定义整车的系统架构，采用全新的设计理念，对于整车系统功能进行新的划分，使新能源纯电动汽车的各个系统层次更加明显，使整车控制系统模块化，功能划分更加合理；通过新能源的两大控制器的整合，使车辆的控制系统响应和精准度大大提高；在新能源域中则采用控制和驱动分离的全新思想，从而使新能源汽车的控制系统更加智能，更加安全可靠，更加经济。

Description

一种纯电动汽车的控制系统及其控制方法
技术领域
本发明属于汽车控制的技术领域。更具体地，本发明涉及一种纯电动汽车的控制系统架构、新能源域架构及控制方法。
背景技术
近几年国家大力发展新能源纯电动汽车，越来越多的车企加入研发和生产新能源纯电动汽车的阵营中，新能源纯电动汽车的发展速度，车辆越来越智能，越来越网络化。
但是，随着技术的升级和扩展，车辆内部安装的控制器数量也随之增加，当前一辆新能源纯电动乘用车的控制器数量就达到了80～150个之多，各个控制器之间的交互信息量也随之增加，系统复杂程度越来越高；系统开发、集成难度也随之增大；开发费用增高，可靠性却有所降低。
随着新能源汽车的普及，新能源汽车产品出现大批量增长，在空调控制上大都沿用传统燃油车的控制策略与模式，在经济型和舒适性上有较大弊端。
发明内容
本发明提供一种纯电动汽车的控制系统，其目的是使纯电动汽车的控制架构和系统更加智能、可靠和更加经济。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
本发明的纯电动汽车的控制系统，包括车身域、新能源域、网联域、智能域和底盘域；采用统一网络架构平台标准设计，各个域之间通过以太网进行信息传递。
所述的车身域是与车身相关的控制系统的集合，其包括娱乐系统、灯光控制、内饰控制和中央控制器A。
所述的娱乐系统包括雷达控制、屏幕控制；所述的灯光控制包括转向灯控制、大灯控制、刹车灯控制；所述的内饰控制包括雨刮电机控制、门锁控制；所述的中央控制器A实现防盗认证、域故障诊断、车辆报警灯的控制。
所述的新能源域是与新能源相关控制系统的集合；其包括动力电池、中央控制器B和功率控制器。
所述的动力电池为车辆动力源，其包括电池组、电池组控制器；所述的中央控制器B为域控制核心，实现计算与分配控制方法；所述的功率控制器为域功率核心，分配高压及功率控制策略。
所述的网联域是与网联相关的控制系统的集合，其包括中央控制器C；所述的中央控制器C负责调度和控制5G、蓝牙信号以及传输车辆信息至云端平台。
所述的智能域是与智慧汽车相关的控制系统的集合，其包括自动泊车、生物识别、行为检测、中央控制器D。
所述的中央控制器D负责调度和控制自动泊车、生物识别、行为检测。
所述的底盘域是与底盘相关的控制系统的集合，其包括底盘控制、稳定系统、防抱死、中央控制器E。
所述的中央控制器E负责底盘的相关控制、车身稳定系统调度、防抱死系统控制以及驻车控制。
为了实现与上述技术方案相同的发明目的，本发明还提供了以上所述的纯电动汽车的控制系统的控制方法，其技术方案是：
所述的中央控制器B负责整个车辆的附件管理、故障诊断以及能量管理。
所述的中央控制器B在附件管理方面的控制策略为：
1)、对于加速踏板：
中央控制器B实时监测加速踏板的开度状态，根据加速踏板的不同开度值根据查表法进行驱动扭矩计算，并将扭矩命令下达给功率控制器；
当加速踏板的双传感器信号的误差超过设定误差时，中央控制器B判断当前为动力基础故障状态，当前动力输出扭矩限制为45％；
2)、对于制动踏板：
中央控制器B实时监测制动踏板的开度状态：
如果车辆处于行驶状态，则根据加速踏板的不同开度值根据查表法进行回馈扭矩的计算，并将扭矩命令下达给功率控制器；
当制动踏板传感器检测值超出设定误差时，中央控制器B判断当前为动力高级故障状态，当前动力输出扭矩限制为0；
3)、对于空调控制：
在空调控制中，中央控制器B实时采集车辆室内温度传感器、空调温度传感器采集的温度数值，根据控制面板的温度设定，对压缩机及鼓风机转速进行闭环控制，从而实现自动空调功能；
4)、对于真空泵系统控制：
在真空泵系统控制中，中央控制器B实时采集真空泵系统管路的压力值以及环境大气压力值，跟进设定的控制策略进行真空泵的转速和运行时间控制，从而实现真空系统的压力控制。
所述的中央控制器B在故障诊断方面的控制策略为：
中央控制器B负责新能源域内所有控制器的故障检测及故障等级分配，以及对不同类别的故障进行快速的故障处理响应；
中央控制器B作为新能源域的统一诊断接口，对于功率控制器的诊断信息也由中央控制器作为统一的诊断接口进行信息交互，并符合UDS诊断标准。
所述的中央控制器B在能量管理方面的控制策略为：
所述的能量管理包括动力电池管理和动力输出分配；
中央控制器B通过采集电池包中的电池信息，对电池的SOC、可用功率等参数进行计算与矫正，通过计算低压电器、压缩机、辅热系统的功率消耗，进行动力输出功率的分配；
在充电过程中，中央控制器B进行快充枪和慢充枪的插枪识别，电池单体及整体充电允许及电量判断，以及在充电过程中的辅热及空调环流控制，从而实现充电过程中的能量管理。
所述的功率控制器作为新能源域的动力控制核心，主要进行驱动电机控制、压缩机控制以及蓄电池的充电控制；其控制策略为：
功率控制器进行驱动电机和压缩机相电流采集，跟进相电流的参数进行电机转子位置估算；
驱动电机部分根据中央控制器B给定的扭矩请求，进行电机的扭矩驱动力给定；
压缩机部分根据中央控制器B给定的转速请求，进行闭环的转速控制，进行压缩机的扭矩给定；
在DC/DC功率部分中，功率控制器为高压降压到12V的算法核心，进行该拓扑电路的采样、计算、以及功率控制；
在慢充的控制部分中，功率控制器集成了主动式的PFC功能，功率控制器进行主动式的PFC校验计算，从而提高慢充过程中的功率因数。
本发明采用上述技术方案，通过重新定义整车的系统架构，采用全新的设计理念，对于整车系统功能进行新的划分，使新能源纯电动汽车的各个系统层次更加明显，使整车控制系统模块化，功能划分更加合理；通过新能源的两大控制器的整合，使车辆的控制系统响应和精准度大大提高；在新能源域中则采用控制和驱动分离的全新思想，从而使新能源汽车的控制系统更加智能，更加安全可靠，更加经济。
附图说明
图1是本发明的纯电动汽车控制系统架构图；
图2是本发明的纯电动汽车新能源域架构图。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
如图1、图2所示，为本发明的纯电动汽车的控制系统。为了简化系统设计，降低系统设计难度以及降低开发成本，本发明采用一种全新的视角，对车辆控制系统布局，采用域控制理念对车辆控制系统进行系统划分和定义。
为了解决现有技术存在的问题并克服其缺陷，实现使纯电动汽车的控制架构和系统更加智能、可靠和更加经济的发明目的，本发明采取的技术方案为：
如图1所示，本发明的纯电动汽车的控制系统，包括车身域、新能源域、网联域、智能域和底盘域；采用统一网络架构平台标准设计，各个域之间通过以太网进行信息传递。
本发明提供了一种纯电动汽车的控制系统架构、新能源域架构及控制方法。包含如下部分：
1、车身域，其中包含娱乐系统、灯光控制、内饰控制、中央控制器A；
2、新能源域，其中包含动力电池、驱动电机、功率控制器、中央控制器B；
3、网联域，包含5G、蓝牙、中央控制器C；
4、智能域，包含自动泊车、生物识别、行为侦测、中央控制器D；
5、底盘域，底盘控制、稳定系统、防抱死、中央控制器E。
整个控制系统中的五个域采用统一网络架构平台标准设计，包含但不限于AutoSar，各个域之间通过以太网进行信息传递。
一、系统架构中的各个模块作用介绍如下：
1、车身域：
所述的车身域是与车身相关的控制系统的集合，其包括娱乐系统、灯光控制、内饰控制和中央控制器A。
所述的娱乐系统包括雷达控制、屏幕控制；所述的灯光控制包括转向灯控制、大灯控制、刹车灯控制；所述的内饰控制包括雨刮电机控制、门锁控制；所述的中央控制器A实现防盗认证、域故障诊断、车辆报警灯的控制。
2、新能源域：
所述的新能源域是与新能源相关控制系统的集合；其包括动力电池、中央控制器B和功率控制器。
所述的动力电池为车辆动力源，其包括电池组、电池组控制器；所述的中央控制器B为域控制核心，实现计算与分配控制方法；所述的功率控制器为域功率核心，分配高压及功率控制策略。
新能源架构及控制方法包含：
中央控制器B作为新能源域的控制核心，包含电池控制单元、整车控制单元、网络控制单元、逻辑控制单元，主要负责加速踏板行程值的采集，制动踏板行程值的采集、大气压力传感器、室内温度传感器、空调温度传感器、档位传感器的信号处理，低压继电器的控制，其他控制器的唤醒控制，对外统一诊断接口以及对功率控制器的指令输入和反馈信息监测。
功率控制器作为新能源域的功率输出核心，包含全桥功率单元，核心计算单元、位置检测器、DC/DC转换器、PFC单元、整流器单元。主要负责驱动电机控制、压缩机控制、蓄电池充电控制、慢充控制等。
3、网联域：
所述的网联域是与网联相关的控制系统的集合，其包括中央控制器C；所述的中央控制器C负责调度和控制5G、蓝牙信号以及传输车辆信息至云端平台。
4、智能域：
所述的智能域是与智慧汽车相关的控制系统的集合，其包括自动泊车、生物识别、行为检测、中央控制器D。
所述的中央控制器D负责调度和控制自动泊车、生物识别、行为检测。
5、底盘域：
所述的底盘域是与底盘相关的控制系统的集合，其包括底盘控制、稳定系统、防抱死、中央控制器E。
所述的中央控制器E负责底盘的相关控制、车身稳定系统调度、防抱死系统控制以及驻车控制。
二、本发明涉及的新能源域及控制方法具体如下：
为了实现与上述技术方案相同的发明目的，本发明还提供了以上所述的纯电动汽车的控制系统的控制方法，其技术方案是：
1、中央控制器B控制策略：
所述的中央控制器B负责整个车辆的附件管理、故障诊断以及能量管理。
所述的中央控制器B在附件管理方面的控制策略为：
1)、对于加速踏板：
中央控制器B实时监测加速踏板的开度状态，根据加速踏板的不同开度值根据查表法进行驱动扭矩计算，并将扭矩命令下达给功率控制器；
当加速踏板的双传感器信号的误差超过设定误差时，中央控制器B判断当前为动力基础故障状态，当前动力输出扭矩限制为45％；
2)、对于制动踏板：
中央控制器B实时监测制动踏板的开度状态：
如果车辆处于行驶状态，则根据加速踏板的不同开度值根据查表法进行回馈扭矩的计算，并将扭矩命令下达给功率控制器；
当制动踏板传感器检测值超出设定误差时，中央控制器B判断当前为动力高级故障状态，当前动力输出扭矩限制为0；
3)、对于空调控制：
在空调控制中，中央控制器B实时采集车辆室内温度传感器、空调温度传感器采集的温度数值，根据控制面板的温度设定，对压缩机及鼓风机转速进行闭环控制，从而实现自动空调功能；
4)、对于真空泵系统控制：
在真空泵系统控制中，中央控制器B实时采集真空泵系统管路的压力值以及环境大气压力值，跟进设定的控制策略进行真空泵的转速和运行时间控制，从而实现真空系统的压力控制。
所述的中央控制器B在故障诊断方面的控制策略为：
中央控制器B负责新能源域内所有控制器的故障检测及故障等级分配，以及对不同类别的故障进行快速的故障处理响应；
中央控制器B作为新能源域的统一诊断接口，对于功率控制器的诊断信息也由中央控制器作为统一的诊断接口进行信息交互，并符合UDS诊断标准。
所述的中央控制器B在能量管理方面的控制策略为：
所述的能量管理包括动力电池管理和动力输出分配；
中央控制器B通过采集电池包中的电池信息，对电池的SOC、可用功率等参数进行计算与矫正，通过计算低压电器、压缩机、辅热系统的功率消耗，进行动力输出功率的分配；
在充电过程中，中央控制器B进行快充枪和慢充枪的插枪识别，电池单体及整体充电允许及电量判断，以及在充电过程中的辅热及空调环流控制，从而实现充电过程中的能量管理。
2、功率控制器控制策略：
所述的功率控制器作为新能源域的动力控制核心，主要进行驱动电机控制、压缩机控制以及蓄电池的充电控制；其控制策略为：
功率控制器进行驱动电机和压缩机相电流采集，跟进相电流的参数进行电机转子位置估算；
驱动电机部分根据中央控制器B给定的扭矩请求，进行电机的扭矩驱动力给定；
压缩机部分根据中央控制器B给定的转速请求，进行闭环的转速控制，进行压缩机的扭矩给定；
在DC/DC功率部分中，功率控制器为高压降压到12V的算法核心，进行该拓扑电路的采样、计算、以及功率控制；
在慢充的控制部分中，功率控制器集成了主动式的PFC功能，功率控制器进行主动式的PFC校验计算，从而提高慢充过程中的功率因数。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种纯电动汽车的控制系统，其特征在于：所述的控制系统包括车身域、新能源域、网联域、智能域和底盘域；采用统一网络架构平台标准设计，各个域之间通过以太网进行信息传递。
2.按照权利要求1所述的纯电动汽车的控制系统，其特征在于：所述的车身域是与车身相关的控制系统的集合，其包括娱乐系统、灯光控制、内饰控制和中央控制器A。
3.按照权利要求2所述的纯电动汽车的控制系统，其特征在于：所述的娱乐系统包括雷达控制、屏幕控制；所述的灯光控制包括转向灯控制、大灯控制、刹车灯控制；所述的内饰控制包括雨刮电机控制、门锁控制；所述的中央控制器A实现防盗认证、域故障诊断、车辆报警灯的控制。
4.按照权利要求1所述的纯电动汽车的控制系统，其特征在于：所述的新能源域是与新能源相关控制系统的集合；其包括动力电池、中央控制器B和功率控制器。
5.按照权利要求4所述的纯电动汽车的控制系统，其特征在于：所述的动力电池为车辆动力源，其包括电池组、电池组控制器；所述的中央控制器B为域控制核心，实现计算与分配控制方法；所述的功率控制器为域功率核心，分配高压及功率控制策略。
6.按照权利要求1所述的纯电动汽车的控制系统，其特征在于：所述的网联域是与网联相关的控制系统的集合，其包括中央控制器C；所述的中央控制器C负责调度和控制5G、蓝牙信号以及传输车辆信息至云端平台。
7.按照权利要求1所述的纯电动汽车的控制系统，其特征在于：所述的智能域是与智慧汽车相关的控制系统的集合，其包括自动泊车、生物识别、行为检测、中央控制器D。
8.按照权利要求7所述的纯电动汽车的控制系统，其特征在于：所述的中央控制器D负责调度和控制自动泊车、生物识别、行为检测。
9.按照权利要求1所述的纯电动汽车的控制系统，其特征在于：所述的底盘域是与底盘相关的控制系统的集合，其包括底盘控制、稳定系统、防抱死、中央控制器E。
10.按照权利要求4或5所述的纯电动汽车的控制系统的控制方法，其特征在于：所述的中央控制器B负责整个车辆的附件管理、故障诊断以及能量管理。
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