CN202685982U - 一种纯电动汽车的整车控制器 - Google Patents

一种纯电动汽车的整车控制器 Download PDF

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马运凡
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Abstract

本实用新型涉及一种纯电动汽车的整车控制器,所述整车控制器由通过CAN总线信号连接的驾驶员意图解析模块、制动能量回收模块、动力系统管理模块、安全管理模块、高压系统管理模块、低压系统管理模块及制动系统管理模块组成。本实用新型通过驾驶员操纵加速踏板、制动踏板、离合器、空调、挡位等来判断驾驶员驾驶意图,计算出此时整车需要运行的驱动、制动功率、扭矩等,发送给电机控制模块、电池管理模块及将相应的信息显示在仪表上来显示整车状态;同时对各种故障状态进行检测和记录,以供驾驶员判断和维修人员维护工作。

Description

一种纯电动汽车的整车控制器
技术领域
[0001] 本实用新型涉及控制器技术领域,特别涉及一种纯电动汽车的整车控制器。
背景技术
[0002] 随着汽车工业的发展和进步,人们对汽车的动力性、经济性、安全性及排放方面的要求越来越高,而传统的机械式连接、点对点连线的控制方式己远远不能满足这些需求。
[0003] 为了解决上述问题,基于控制器局域网(Controller Area Network, CAN)总线的整车控制方式应运而生。由于纯电动汽车除了组合仪表等CAN总线节点之外,还增加了电池管理系统、电机控制器等高电压大电流的CAN总线节点,因而整车控制的安全可靠就显得更加重要,即如何使动力电池、电机控制器、电动空调、组合仪表、电动助力转向(Electric Power Steering, EPS)系统、及其它CAN节点之间彼此协作、优化匹配,各自功 能发挥最佳、利用率最高就成了整车控制器的首要任务。
[0004] 然而,现有整车控制器不但未能提供可靠的整车控制策率,而且均利用低端的单片机作为CPU,从而使得整车控制器的运算速度相对较慢,还使得CPU外围电路的元器件较多、结构复杂。
[0005] 全世界大量汽车的应用,已经产生并引发了严重的环境与人类生存问题。目前,人们致力于发展高效、清洁和安全的运输工具,电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车等新能源汽车己被代表性地提议为日后用以替代传统车辆的运输工具。
[0006] 为了更好的协调和控制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(V⑶)。
[0007] 而目前纯电动汽车的整车控制器或多或少都存在某些方面的不足,鉴于此,有必要对现有的纯电动汽车的整车控制器进一步完善。
发明内容
[0008] 本实用新型为了解决现有的整车控制器不能较好的控制汽车各个电器设备协调工作的问题,而提供了一种控制电动汽车中各部件协调运行的整车控制器。
[0009] 本实用新型是通过以下方案实现的:
[0010] 上述的纯电动汽车的整车控制器,所述整车控制器由通过CAN总线信号连接的驾驶员意图解析模块、制动能量回收模块、动力系统管理模块、安全管理模块、高压系统管理模块、低压系统管理模块及制动系统管理模块组成。
[0011] 所述整车控制器还包括驾驶员意图解析模块,所述驾驶员意图解析模块具有挡位管理单元和扭矩需求管理单元,分别通过信号判断换挡意图和扭矩需求意图。
[0012] 所述制动能量回收模块基于驾驶员制动意图后对电机工作模式和扭矩进行控制,将整车动能通过电机发电转化为化学能存储在高压电池中。
[0013] 所述动力系统管理模块包括电机控制模块、电池管理模块和其他动力系统设备包括永磁同步电机、离合器、变速器和减速器,均通过CAN总线与整车控制器信号连接。[0014] 所述电机控制模块具有电机超速保护单元。
[0015] 所述电池管理模块具有碰撞保护单元和电动空调控制单元。
[0016] 所述安全管理模块具有行人警示管理单元、车速传感器、挡位识别控制单元、故障检测记录单元、安全控制单元和倒车灯控制单元;所述挡位识别控制单元对车辆挡位识别并通过整车控制器进行控制,所述倒车灯控制单元通过整车控制器输出倒车信号。
[0017] 所述高压系统管理模块具有高压配电箱管理单元,所述高压配电箱管理单元包含对整车高压线路进行控制的继电器,包括主接触器、预充继电器、充电控制继电器、直流转直流电源和空调主继电器。
[0018] 所述低压系统管理模块具有低压电器控制单元,控制高低压电正常上下电。
[0019] 所述制动系统管理模块具有真空度传感器,通过CAN总线与整车控制器信号连接。·
[0020] 有益效果:
[0021] 本实用新型的纯电动汽车的整车控制器,具有驾驶员意图解析模块、制动能量回收模块、动力系统管理模块、安全管理模块、高压系统管理模块、低压系统管理模块及制动系统管理模块;通过驾驶员操纵加速踏板、制动踏板、离合器、空调、挡位等来判断驾驶员驾驶意图,进而计算出此时整车需要运行的驱动、制动功率、扭矩等,发送给电机控制模块、电池管理模块以及将相应的需要警示驾驶员的信息显示在仪表上来显示整车状态;同时对各种故障状态进行检测和记录,以供驾驶员判断和维修人员维护工作。
附图说明
[0022] 图I是本实用新型纯电动汽车的整车控制器的系统结构框图;
[0023]图2是本实用新型纯电动汽车的整车控制器的动力系统管理模块结构框图。
具体实施方式
[0024] 如图I至图2所示,本实用新型的纯电动汽车的整车控制器,由通过CAN总线信号连接的驾驶员意图解析模块I、制动能量回收模块2、动力系统管理模块3、安全管理模块4、高压系统管理模块5、低压系统管理模块6、制动系统管理模块7组成。
[0025] 驾驶员意图解析模块I具有挡位管理单元11和扭矩需求管理单元12,均由信号连接;
[0026] 整车控制器通过采集加速踏板输出电压值变化,判断扭矩需求意图;输入信号为加速踏板深度变化,深度变化反映出电压值变化,通过采集加速踏板的信号,控制整车加速;控制模式是基于扭矩的控制模式;
[0027] 整车控制器通过车速信号、挡位输入信号、整车故障状态信号、扭矩请求信号对换挡意图进行管理,确保整车行驶安全;
[0028] 驾驶员意图解析模块I是基于整车控制器通过判断点火钥匙的位置来判断,对车辆的钥匙位置、低压上电时序、高压上电的过程进行定义,钥匙位置依据传统车设计,有四种位置状态,包括:0FF、ACC、ON、START ;
[0029] LOCK :钥匙不在点火锁内时整车控制器检测不到钥匙;
[0030] ACC :此位置时低压电源给某些附件系统、辅助电器等供电,如收音机;[0031] ON:此位置时对所有控制单元进行供电,如整车控制器、电池管理系统、微控制单元;
[0032] START :驾驶员将钥匙从ON挡位打到START挡位,整车控制器判断整车高压电系统是否可以上强电,此位置时会进行高压系统上电动作。
[0033] 制动能量回收模块2通过对加速踏板信号、制动踏板信号、挡位信号、车速信号、整车故障状态信号解释出驾驶员制动意图;对电机工作模式和扭矩进行控制,将整车动能通过电机发电转化为化学能存储在高压电池中,以提高能量利用率和续驶里程。
[0034] 动力系统管理模块3包括电机控制模块31、电池管理模块32和其他动力系统设备包括永磁同步电机33、离合器34、变速器35和减速器36。通过CAN总线与电机控制模块31、电池管理模块32、永磁同步电机33、离合器34、变速器35和减速器36之间互相通讯连接并可以发出相应的控制指令;通过将加速踏板信号、变速器挡位信号、制动踏板信号、倒挡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、变速器挡位、助力转向、制动、故障诊断、报警等操作进行协调控制;·
[0035] 电机控制模块31具有电机超速保护单元311,电机超速保护单元311接收到电机转速值和电机当前最大许用驱动扭矩值,依据转速查找超速保护限制扭矩一维表,得到超速保护修正系数;电机超速扭矩限制为超速保护修正系数与电机最大扭矩之积;
[0036] 电池管理模块22具有碰撞保护单元221和电动空调控制单元222,均由信号连接;
[0037] 当车辆收到碰撞信号后,电池管理模块22会主动切断主接触器或整车控制器向电池管理模块22发送切断主接触器的指令,此时高压电会被切断;
[0038] 应注意,当动力系统管理模块2主动切断动力电池高压电时,系统具备可以通过驾驶员的有意识的操作使整车能够重新上电的功能;
[0039] 电动空调控制单元222控制电动空调的开关,电动空调的开关信号为高低电平,高电平为开启,低电平为关闭。因电动空调消耗的是动力电池包的电能,而且功率较大,其对整车的续驶里程影响比价大,因此在制定整车能量管理控制策略时应充分考虑到电动空调的影响因素。
[0040] 安全管理模块4具有行人警示管理单元41、车速传感器42、挡位识别控制单元43、故障检测记录单元44、安全控制单元45和倒车灯控制单元46,均由信号连接;
[0041] 行人警示管理单元41在车速O < V < 20km/h时,发出报警信号(低电平有效),即车速低于设定值,输出警告信号,因纯电动汽车的低噪声特性,为增加车辆行驶过程中的安全性,增加行人警示功能,达到警示行人的目的;
[0042] 车速传感器42加装在车上,车速传感器42将车速信号直接输入到整车控制器中;
[0043] 挡位识别控制单元43对车辆挡位识别并通过整车控制器进行控制,车辆满足前进的条件包括:离合器闭合、整车向行驶方向运动或倒车车速小于2km ;满足车辆倒车的条件需保证车辆在非空挡状态下,当前工况下车速为O或车速小于2km及较小的驱动力矩;
[0044] 空挡情况下保证车辆的驱动电机转速不瞬间爬升至很高;
[0045] 倒车情况下保证车辆倒车车速不超过设定值,不在车辆有很大动能的情况下倒车,达到保护驱动电机的目的;[0046] 故障检测记录单元44,故障包括应用层故障,应用层故障分为信号级故障和策略级故障,信号级故障主要包括挡位开关故障、制动开关故障、钥匙开关故障、加速信号故障、电机故障、电池故障;策略级故障主要包括扭矩故障、CAN通讯故障;这些故障将作为标准输入,输入到应用模型中;
[0047] 安全控制单元45通过对系统中电压、电流、电池剩余电量、温度、扭矩、速度进行处理,确保系统安全。主要有两种处理方式:降功率运行以及极限条件下的系统关闭处理;
[0048] 倒车灯控制单元46,当动力系统管理模块3驱动车辆倒车时,倒车灯点亮。当整车控制器判断倒挡开关信号有效时,输出倒车信号。
[0049] 高压系统管理模块5具有高压配电箱管理单元51,高压配电箱内包含对整车高压线路进行控制的继电器,包括主接触器、预充继电器、充电控制继电器、DC/DC、空调主继电器。
[0050] 低压系统管理模块6具有低压电器控制单元61,控制高低压电正常上下电功能。
[0051] 制动系统管理模块7具有真空度传感器71,通过采集真空度传感器信号,判知是否开启真空助力泵,为制动系统提供助力;真空度传感器71采集到的信号判断当前制动系统的真空需求,当真空度小于规定值时,开关接通(低电平),控制真空泵工作。
[0052] 本实用新型的纯电动汽车整车控制器具有如下功能:
[0053] 驱动功能:整车控制器通过加速踏板信号、车速信号、整车故障状态信号、挡位状态信号判断出驾驶员意图,计算出实时的驱动扭矩信号;对计算出的扭矩信号进行滤波、平滑处理后,将其发送给驱动电机控制系统微控制单元,请求整车驱动;驱动过程分为正向驱动和反向驱动,以不同的查表方式得到驱动扭矩;正向驱动时,区分高速状态和低速状态,以不同的查表方式得到不同的驱动扭矩。
[0054] 再生制动功能:再生制动功能发生在驾驶员意图减速的过程中,通过对加速踏板、制动踏板、挡位状态、车速信号、整车故障状态解释出驾驶员制动意图;对电机工作模式和扭矩进行控制,将整车动能通过电机发电转化为化学能存储在高压电池中,以提高能量利用率和续驶里程。
[0055] 挡位管理功能:由于纯电动汽车排挡不具备传统汽车排挡的自锁保护功能,需要增加此功能以保证正确解析驾驶员换挡意图、确保整车行驶安全;整车控制器通过对车速信号、挡位输入信号、故障状态信号、扭矩请求信号对驾驶员排挡请求信号进行保护。
[0056] 故障检测、记录功能:应用层故障分为信号级故障和策略级故障,信号级故障主要包括:挡位开关故障、制动开关故障、钥匙开关故障、加速信号故障、电机故障、电池故障;策略级故障主要包括扭矩故障、CAN通讯故障;这些故障将作为标准输入,输入到应用模型中。
[0057] 安全控制功能:通过对系统中电压、电流、电池剩余电量、温度、扭矩、速度进行检测,确保系统安全;主要有两种处理方式:降功率运行以及极限条件下的系统关闭处理。
[0058] 控制高低压电正常上下电功能:整车控制器通过判断点火钥匙的位置判断驾驶员开钥匙的意图,对车辆的钥匙位置、低压上电时序、高压上电的过程进行定义,钥匙位置依据传统车设计,有四种位置状态,包括:0FF、ACC、ON、START ;
[0059] LOCK :钥匙不在点火锁内时整车控制器检测不到钥匙;
[0060] ACC :此位置时低压电源给某些附件系统、辅助电器等供电,如收音机;[0061] ON:此位置时对所有控制单元进行供电,如整车控制器、电池管理系统、微控制单元;
[0062] START :驾驶员将钥匙从ON挡位打到START挡位,整车控制器判断整车高压电系统是否可以上强电,此位置时会进行高压系统上电动作。
[0063] 挡位识别控制功能:车辆满足前进的条件包括:离合器闭合、整车向行驶方向运动或倒车车速小于2km ;满足车辆倒车的条件需保证车辆在非空挡状态下,当前工况下车速为O或车速小于2km及较小的驱动力矩; [0064] 空挡情况下保证车辆的驱动电机不出现转速瞬间爬升至很高转速;
[0065] 倒车情况下保证车辆倒车车速不超过设定值,不在车辆有很大动能的情况下倒车,达到保护驱动电机的目的。
[0066] 驾驶扭矩需求功能:整车控制器通过采集加速踏板输出电压值变化,判断驾驶员的扭矩需求意图;输入信号为加速踏板深度变化,深度变化反映出电压值变化,通过采集加速踏板的信号,控制整车加速;控制模式是基于扭矩的控制模式。
[0067] 车速采集计算功能:在车上加装车速传感器,传感器将车速信号直接输入到整车控制器中。
[0068] 真空助力泵控制功能:通过采集真空度传感器信号,判知是否开启真空助力泵,为制动系统提供助力;真空度开关采集到的信号判断当前制动系统的真空需求,当真空度小于规定值时,开关接通(低电平),控制真空泵工作。
[0069] 电动空调控制功能:电动空调的开关信号为高低电平,高电平为开启,低电平为关闭;因电动空调消耗的是动力电池包的电能,而且功率较大,其对整车的续驶里程影响比价大,因此在制定整车能量管理控制策略时应充分考虑到电动空调的影响因素。
[0070] 高压配电箱控制功能:高压配电箱内包含对整车高压线路进行控制的继电器,包括主接触器、预充继电器、充电控制继电器、DC/DC、空调主继电器。
[0071] 行人警示功能(预留):因纯电动汽车的低噪声特性,为增加车辆行驶过程中的安全性,增加行人警示功能。当车速在O < V < 20km/h时,发出报警信号(低电平有效);车速低于设定值,输出警告信号,达到警示行人的目的。
[0072] 碰撞切断动力系统高压电功能:当车辆收到碰撞信号后,电池管理模块会主动切断主接触器或整车控制器向电池管理模块发送切断主接触器的指令,此时高压电会被切断;应注意,当动力系统主动切断动力电池高压电时,系统具备可以通过驾驶员的有意识的操作使整车能够重新上电的功能。
[0073] 进入倒车时倒车灯亮功能:动力系统驱动车辆倒车时,倒车灯点亮;当整车控制器判断倒挡信号有效时,输出倒车信号。
[0074] 驱动电机超速保护:电机超速保护模块接收到电机转速值和电机当前最大许用驱动扭矩值,依据转速查找超速保护限制扭矩一维表,得到超速保护修正系数;电机超速扭矩限制为超速保护修正系数与电机最大扭矩之积。
[0075] 本实用新型的纯电动汽车的整车控制器,具有驾驶员意图解析模块、制动能量回收模块、动力系统管理模块、安全管理模块、高压系统管理模块、低压系统管理模块及制动系统管理模块;通过驾驶员操纵加速踏板、制动踏板、离合器、空调、挡位等来判断驾驶员驾驶意图,进而计算出此时整车需要运行的驱动、制动功率、扭矩等,发送给电机控制模块、电池管理模块以及将相应的需要警示驾驶员的信息显示在仪表上来显示整车状态; 同时对各种故障状态进行检测和记录,以供驾驶员判断和维修人员维护工作。

Claims (10)

1. 一种纯电动汽车的整车控制器,其特征在于:所述整车控制器由通过信号连接的驾驶员意图解析模块、制动能量回收模块、动力系统管理模块、安全管理模块、高压系统管理模块、低压系统管理模块及制动系统管理模块组成。
2.根据权利要求I所述的纯电动汽车的整车控制器,其特征在于:所述整车控制器还包括驾驶员意图解析模块,所述驾驶员意图解析模块具有挡位管理单元和扭矩需求管理单元,分别通过信号判断换挡意图和扭矩需求意图。
3.根据权利要求I所述的纯电动汽车的整车控制器,其特征在于:所述制动能量回收模块基于驾驶员制动意图后对电机工作模式和扭矩进行控制,将整车动能通过电机发电转化为化学能存储在高压电池中。
4.根据权利要求I所述的纯电动汽车的整车控制器,其特征在于:所述动力系统管理模块包括电机控制模块、电池管理模块和其他动力系统设备包括永磁同步电机、离合器、变速器和减速器,均通过CAN总线与整车控制器信号连接。
5.根据权利要求4所述的纯电动汽车的整车控制器,其特征在于:所述电机控制模块具有电机超速保护单元。
6.根据权利要求4所述的纯电动汽车的整车控制器,其特征在于:所述电池管理模块具有碰撞保护单元和电动空调控制单元。
7.根据权利要求I所述的纯电动汽车的整车控制器,其特征在于:所述安全管理模块具有行人警示管理单元、车速传感器、挡位识别控制单元、故障检测记录单元、安全控制单元和倒车灯控制单元;所述挡位识别控制单元对车辆挡位识别并通过整车控制器进行控制,所述倒车灯控制单元通过整车控制器输出倒车信号。
8.根据权利要求I所述的纯电动汽车的整车控制器,其特征在于:所述高压系统管理模块具有高压配电箱管理单元,所述高压配电箱管理单元包含对整车高压线路进行控制的继电器,包括主接触器、预充继电器、充电控制继电器、直流转直流电源和空调主继电器。
9.根据权利要求I所述的纯电动汽车的整车控制器,其特征在于:所述低压系统管理模块具有低压电器控制单元,控制高低压电正常上下电。
10.根据权利要求I所述的纯电动汽车的整车控制器,其特征在于:所述制动系统管理模块具有真空度传感器,通过CAN总线与整车控制器信号连接。
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