CN201712599U

CN201712599U - 一种电动汽车控制系统

Info

Publication number: CN201712599U
Application number: CN2009202607121U
Authority: CN
Inventors: 徐国卿; 李卫民; 徐坤; 徐扬生; 罗全健
Original assignee: Shenzhen Institute of Advanced Technology of CAS
Current assignee: Shenzhen Institute of Advanced Technology of CAS
Priority date: 2009-11-20
Filing date: 2009-11-20
Publication date: 2011-01-19
Anticipated expiration: 2019-11-20

Abstract

本实用新型适用于电动汽车技术领域，提供了一种电动汽车控制系统，包括控制器，所述控制器包括有主控芯片，所述控制器包括有数字通信接口和模拟通信接口的双层接口结构；所述主控芯片通过所述数字通讯接口连接电动汽车的子系统，实现与电动汽车子系统的数字通信；所述主控芯片还通过所述模拟通讯接口连接电动汽车的子系统，实现与电动汽车子系统的模拟通信，本实用新型的控制器通过设置具有数字通信接口和模拟通信接口的双层接口结构，由主控芯片通过数字通信接口和模拟通信接口连接各个子系统，使得控制器与子系统之间的数据交换可靠性更高，抗干扰能力更强，实时性更好，提高了控制器的兼容性。

Description

一种电动汽车控制系统

技术领域

本实用新型属于电动汽车技术领域，尤其涉及一种电动汽车控制系统。

背景技术

随着电动汽车的不断普及发展，用户对汽车的性能的要求越来越高，尤其是在安全性能方面。

“十五”期间，科技部设立电动汽车重大专项支持电动汽车的研究，提出“三纵三横”研究开发布局。以纯电动汽车、混合电动汽车、燃料电池电动汽车三种整车研究为核心，开展多能源动力总成、电机驱动系统和电池及其管理系统等电动汽车共性技术开展研究工作，保证电动汽车重大专项产品化和产业化目标的实现。

电动汽车的控制系统包括电池、电机、助力转向、车身系统控制、组合仪表等部分，每个部分都有独立的控制单元，此外还可能有防抱死制动控制系统、安全气囊控制系统、巡航控制系统、驱动防滑控制系统、空调控制及其他控制等控制单元。如此多的子系统，就给汽车控制器与各个子系统之间的协调控制提出了很高的要求，需要汽车控制器负责各子系统的管理与协调，而且整车控制器与子系统之间的数据交换要求可靠性高、抗干扰能力强、实时性好。

如何实现以上要求，并提高控制器的兼容性，是电动汽车技术领域研究的方向之一。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种电动汽车控制系统，旨在提高汽车控制器与各个子系统之间的数据交换可靠性和是实时性，提高控制器的兼容性。

本实用新型实施例是这样实现的，一种电动汽车控制系统，包括控制器，所述控制器包括有主控芯片，所述控制器包括有数字通信接口和模拟通信接口的双层接口结构；

所述主控芯片通过所述数字通讯接口连接电动汽车的子系统，实现与电动汽车子系统的数字通信；所述主控芯片还通过所述模拟通讯接口连接电动汽车的子系统，实现与电动汽车子系统的模拟通信。

优选的，所述控制器还包括CAN总线通信接口，所述主控芯片通过所述CAN总线通信接口连接子系统。

优选的，所述控制器还包括主控芯片，所述主控芯片为DSP芯片TMS320LF2812，所述主控芯片通过Matlab接口连接经仿真处理的算法模块。

优选的，所述系统包括用于实现人机交互的仪表液晶显示屏和组合仪表，所述主控芯片通过RS232通讯接口和光电隔离电路接口分别连接所述仪表液晶显示屏和组合仪表。

本实用新型实施例的控制器通过设置具有数字通信接口和模拟通信接口的双层接口结构，由主控芯片通过数字通信接口和模拟通信接口连接各个子系统，使得控制器与子系统之间的数据交换可靠性更高，抗干扰能力更强，实时性更好，系统错误检测、隔离能力更强，提高了控制器的兼容性。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的电动汽车控制系统的结构图；

图2是本实用新型实施例提供的MATLAB/Simulink平台下DSP代码的自动生成示意图；

图3是本实用新型实施例提供的光耦输入端电路示意图；

图4是本实用新型实施例提供的车钥匙信号采集电路图；

图5是本实用新型实施例提供的汽车剩余里程算法示意图；

图6是本实用新型实施例提供的制动回馈控制示意图；

图7是本实用新型实施例提供的牵引力控制算法示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

图1示出了本实用新型实施例提供的电动汽车控制系统的结构。所述电动汽车控制系统包括控制器，所述控制器包括有主控芯片。

其中，本实用新型实施例的控制器采用了数字通信接口和模拟通信接口两种方式，数字通信接口包括16路数字输入接口以及8路数字输出接口；模拟通信接口包括8路模拟输入接口以及4路模拟输出接口。

请参阅图1，所述的数字输入接口可以为光电隔离接口，数字输入接口用于监测钥匙、开关传感器等信号输入，数字输出接口用于对继电器、电机等执行器进行控制；模拟输入接口用于对加速踏板、制动踏板等模拟量传感器进行监测，模拟输出接口用于对电机等执行器进行控制。

本实用新型实施例的控制器还包括两路CAN总线通信接口，其中，CAN总线用于对驱动系统、电池系统、车身系统等子系统控制器进行通信连接。

本实用新型实施例控制器采用了数字通信和模拟通信两种通信接口，数字通信可以采用高速CAN总线，模拟通信接口采用4-20mA电流通信或0-5V通信，使得控制器对关键驱动系统同时具有高速CAN数字通信接口和模拟量接口，可以实现对电机、电池、转向、制动等关键系统的快速控制，提高数字通信系统的传输可靠性，实现了控制器与各子系统的管理与协调。

由于CAN总线具有造价低廉、传输速率高、安全性可靠性高、纠错能力强和实时性好等优点，已逐渐成为汽车业界的通用标准。采用CAN总线可大大减少各设备间的连接信号线束，并提高系统监控水平。另外，在不减少其可靠性的前提下，可以很方便地增加新的控制单元，拓展网络系统的功能。

譬如，控制器通过低速CAN总线接口，并通过电动空调控制接口(图未示出)对电动空调进行状态采集和节能控制。

本实用新型实施例的主控芯片采用高性能DSP芯片TMS320LF2812的动力总成控制器，由于TMS320LF2812芯片集微控制器和高性能DSP的特点于一身，可以在较短的时间内完成诸如牵引力控制，回馈制动等复杂算法。

譬如，请参阅图2，图2示出了在MATLAB/Simulink平台下DSP代码的自动生成。诸如牵引力控制，回馈制动等复杂算法经过计算机仿真的验证之后，可以通过Matlab自动代码生成功能直接下载到控制器中直接运行，实现了从设计理念的提出，到快速原型设计，再到ECU产品的无缝连接，加速和简化了开发流程，及时消除错误，大大减轻了工程师的工作量。

其中，Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点；Real-Time Workshop从Simulink模型生成优化的，可移植的和可定制的ANSI C代码。利用它可以针对某种目标机来创建整个系统或是部分子系统可下载执行的C代码，以开展硬件在回路仿真；compiler target language为目标语言编译器，Code Composer Studio为代码调式器。

作为本实用新型的实施例，控制器外围电路接口开关量输入调理电路采用光耦隔离和去抖电路。请参阅图3，图3为本实用新型实施例提供的光耦输入端电路。

由于电阻R2可以分流一部分电流，提高了发光二极管导通的门槛电流，提高了对数字输入口的抗干扰能力。而且干扰信号的幅值越大，分流的效果越明显，实现了硬件滤波的功效。使用图3所示电路的光电耦合器实现了整车控制器和外部功率电路(如电机)的隔离，起到电气绝缘的保护作用。

请继续参阅图1，本实用新型实施例的控制器还设置了断电延时电路、FLSAH存储电路。主控芯片把主要参数和故障参数等都保持在FLASH存储电路中。在系统运行过程中，将当前系统运行时的重要数据(如电池SOC、电机电压电流转矩、故障代码等)写入FLASH存储电路中进行存储，在系统掉电的时候这些重要信息不会丢失，可用于识别故障发生时的系统状态，快速找到故障源。

请参阅图4，该图4为车钥匙信号采集电路图，本实用新型实施例的电动汽车在断电时采取延时关机的策略：

先关断高压电，然后让电机控制器充分放电至安全范围内后再断开低压电。这时，电动汽车的12V系统就不能随着车钥匙打到key_off档而立刻关闭。通过上述方式，解决了车钥匙key-on信号的采集问题，使得控制器中的电容在高压电断开后不存在剩余电量，提高了电机和电机控制器的使用安全与寿命。请参阅图4，继电器KM1实现了电源自保持功能；利用二极管D1反向截止的功能实现了key_on/key_off信号的可靠采集。

本实用新型实施例的控制器还可以根据动力电池组的荷电状态(SOC)预测电动汽车剩余里程数据，根据剩余里程决定下一阶段的经济行车策略。请参阅图5，图5为剩余里程算法的流程。

车速系统设计为每隔30米计算一次当前瞬时电量消耗；累计一段后综合计算当前平均电量消耗；路程越长平均电量消耗的计算越稳定准确。而剩余可行驶里程即根据上述计算显示，并随当前车速的变化而变化。该功能可以以智能的方式提醒驾驶员在有限的剩余能量的情况下以何种驾驶方式可以达到目的地。能充分的利用有限的能量，增加剩余里程。

本实用新型的实施例的控制器还具有能量管理与优化功能：

整车驱动控制和能量优化管理需要根据电池组的SOC(剩余荷电状态)信息，运行能量优化算法，修正驾驶员的转矩需求命令，通过CAN总线向电机发出运行模式指令、转矩指令或转速指令，并向电池管理系统发布充电控制指令以及成组继电器控制指令等。控制器还可以接收来自监控标定设备向总线发布的标定指令，在线修改内部的控制参数。提高纯电动汽车动力系统的能量利用率，有效地延长续驶里程。

本实用新型的实施例的控制器具有能量回馈功能。请参阅图6，根据制动踏板传感器的输入信号和整车状态将整个电制动过程分为3个阶段，所述的制动回馈控制包括：对制动过程进行判断阶段；将制动过程分软切入、深度回馈和软撤出3个阶段；

在软切入阶段中，当控制器根据制动踏板开关传感器检测到制动踏板刚踩下时，电机制动力矩随时间增加而逐渐增加，以消除因电机制动突然加入而造成整车制动感觉的不适。当电池的SOC过高时电机制动力矩应减小到零。在这个阶段，电机制动力矩是时间和电池SOC的函数；

在深度回馈阶段中，随着制动踏板的下移，机械制动力也在增大，司机的制动需求增大，这个期间加入大的电机制动力可以改善整车的制动效果，也是制动回馈能量的关键时期。在这个期间，电机制动力矩从一个由制动踏板位置和电机转速确定的二维MAP表中查出；

而在软撤出阶段中，即在汽车制动的后期，车速和电机转速都变得很低，电机发电效率很低。这时机械制动力主要参与作用，电制动力应当减除，但消除电制动力不应该有突变，所以此时的电机制动力矩随时间增加而逐渐减到零；将计算出的电机制动力矩经过电池最大允许充电电流修正及电池SOC修正阶段。在尽量不改变整车制动性能的前提下进行有限回馈制动，回收了部分的能量。

本实用新型的实施例的控制器还具有牵引力控制功能。请参阅图7，本控制器利用刹车防抱死系统(Anti-Lock Brake System，ABS)模块中的轮速传感器采集4个车轮的转速信号，经过与IO输入同样的滤波电路进入控制器，可以得到准确地轮速信号。

整车控制器设计有小型直流电机控制电路，采用PWM控制，经过H桥驱动对直流电机进行控制，同时具有电机状态监测功能(电压、电流、速度)，用于故障诊断。该直流电机控制电路可不经过通信线路直接控制电动汽车某些关键执行器(例如自动变速器、电控离合器)，提高控制的实时性。

本实用新型实施例的汽车控制系统还包括用于实现人机交互的仪表液晶显示屏和组合仪表，所述控制器还包括有两路RS232通信接口，所述主控芯片通过RS232通讯接口和光电隔离电路接口分别连接所述仪表液晶显示屏和组合仪表。其中，控制器还包括有PRND档位信号采集接口，通过数字输入接口采集PRND的档位信号，通过控制器与智能仪表进行通信，并在智能仪表上进行图形化档位显示，驾驶员可以通过仪表液晶显示屏实现对控制器的控制，从而有效的实现了人机交互。

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

Claims

1.一种电动汽车控制系统，包括控制器，所述控制器包括有主控芯片，其特征在于，所述控制器包括有数字通信接口和模拟通信接口的双层接口结构；

2.如权利要求1所述的电动汽车控制系统，其特征在于，所述控制器还包括CAN总线通信接口，所述主控芯片通过所述CAN总线通信接口连接子系统。

3.如权利要求1所述的电动汽车控制系统，其特征在于，所述控制器还包括主控芯片，所述主控芯片为DSP芯片TMS320LF2812，所述主控芯片通过Matlab下载连接经仿真处理的算法。

4.如权利要求1所述的电动汽车控制系统，其特征在于，所述系统包括用于实现人机交互的仪表液晶显示屏和组合仪表，所述主控芯片通过RS232通讯接口和光电隔离电路接口分别连接所述仪表液晶显示屏和组合仪表。