CN205149563U - 纯电动汽车控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种纯电动汽车控制系统，包括电源模块、MCU主控模块、数字信号输入模块、模拟信号检测模块、CAN通信模块、高边驱动输出模块和低边驱动输出模块，其通过CAN总线与电机控制器、电池管理模块、高压盒控制器、整车标定模块、电动助力转向、车载信息服务模块、仪表装置相连接，且接收P、R、N、D信号、充电确认信号及充电连接信号、制动踏板信号、油门踏板信号、温度信号、空调请求信号、PTC请求信号、手刹信号及点火信号。采用该纯电动汽车控制系统及控制方法，能及时获取车辆运行状态，获取驾驶员操作意图，分析整车的运动状况，对电池、电机、助力转向、空调、PTC、风扇、故障报警等进行协调控制。

Description

纯电动汽车控制系统

技术领域

本实用新型涉及车辆工程领域，尤其涉及电动车辆，具体是指一种纯电动汽车控制系统。

背景技术

节能减排是全球趋势，各国在节能减排的政策下，都在研究相关政策向导，其中以交通工具所造成的污染危害最大。因此，各大汽车厂商和相关汽车研发单位为了满足节能减排的相关需求，相继研发各种不同的绿色环保新能源汽车。我国的传统汽车研发相对国外而言较为落后，但在电动汽车研发领域却并未输在出发点上，故而新能源汽车的研发已然称为国内汽车行业甚至国际汽车行业的热点，其环保节能的特点使其称为大势所趋。

电动汽车有三种形式，即纯电动汽车(PEV)、燃料电池汽车(FCEV)和混合动力汽车(HEV)。纯电动汽车与混合动力汽车的整车控制器有明显区别：混合动力汽车的整车控制器是控制两种或两种以上能源驱动两种或两种以上汽车驱动系统，而纯电动汽车的整车控制器则是控制动力电池的能量驱动一种电机的整车管理系统。

CAN(ControllerAreaNetwork控制器局域网)总线由德国Bosch公司于20世纪80年代开发的一种串行数据通信协议。CAN协议的一个最大特点是废除了传统的站地址编码，而代之以对通信数据块进行编码，与传统的通讯相比，它的数据通讯具有突出的可靠性、实时性和灵活性。基于CAN总线设计的一种纯电动汽车的整车控制器是本实用新型的研究任务。

为了更好的协调纯电动汽车中各个电器设备的工作，需为纯电动汽车装备整车控制器(VCU)，整车控制器(VCU)根据整车控制策略，实现合理的功能应用，以保证纯电动汽车正常、高效地工作。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种能够协调纯电动汽车中各部件正常工作的纯电动汽车控制系统。

为了实现上述目的，本实用新型的纯电动汽车控制系统具有如下构成：

该纯电动汽车控制系统，其主要特点是，所述的系统包括整车控制器，所述的整车控制器通过动力CAN总线与电机控制器、电池管理模块、高压盒控制器、整车标定模块相通信连接，所述的整车控制器通过仪表CAN总线与仪表装置、车载信息服务模块、电动助力转向模块相通信连接，所述的整车控制器还与电源模块相连接，并设置有电源输出通道。

进一步地，所述的系统还包括油门传感器、真空泵传感器以及温度传感器，所述的油门传感器、所述的真空泵传感器以及所述的温度传感器分别通过模拟量输入通道与所述的整车控制器相通信。

更进一步地，所述的系统还包括充电枪，所述的充电枪与纯电动汽车的充电端口相连接，充电确认信号通过开关量输出通道与所述的整车控制器相通信，交流充电连接信号以及直流充电连接信号也分别通过模拟量输入通道与所述的整车控制器相通信，且直流充电继电器通过高边驱动输出通道与所述的整车控制器相通信，交流充电继电器通过低边驱动输出通道与所述的整车控制器相通信。

再进一步地，所述的系统还包括点火开关、换挡手柄、制动踏板、手刹，所述的点火开关、换挡手柄、制动踏板以及手刹分别通过开关量输入通道与所述的整车控制器相连接。

再进一步地，所述的系统还包括空调及PTC，空调请求信号通过开关量输入通道与所述的整车控制器相连接，空调通过高边驱动输出通道与所述的整车控制器相连接，PTC暖风请求信号通过开关量输入通道与所述的整车控制器相连接，PTC通过高边驱动输出通道与所述的整车控制器相连接。

再进一步地，所述的系统还包括水泵、高速风扇以及低速风扇，所述的水泵、所述的高速风扇以及所述的低速风扇分别通过高边驱动输出通道与所述的整车控制器相连接。

进一步地，所述的车载信息服务模块还与车辆信息服务平台相通信。

采用了该实用新型中的纯电动汽车控制系统，与现有技术相比，具有以下有益的技术效果：

本实用新型通过CAN总线与纯电动汽车其他控制模块进行通信，能够接收、过滤和处理与整车状态相关的各种信息，在行车过程中时刻获取车辆行驶状态、采集驾驶员的操作意图，分析各机构的运行状况，计算当前电机转矩，协调各控制系统更好工作，本控制器对整车的良好运行具有突出的贡献。

附图说明

图1是本实用新型的纯电动汽车整车控制器与其他控制模块的通信连接图。

图2为本实用新型的纯电动汽车整车控制器的硬件结构图。

具体实施方式

为了能够更清楚地描述本实用新型的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。

本实用新型涉及了一种纯电动汽车的整车控制器，该整车控制器在大气环境温度在-30℃～+85℃之间及相对湿度不超过100％的环境条件下可以正常工作，同时整车控制器的抗盐雾能力应满足GB/T2423.17-2008中的有关规定，以及外壳防互等级为IP67，能满足GB/T2423.38-2008中的有关规定。整车控制器的供电电压为12VDC，采用MORSUN宽范围输入的DC-DC模块，输入电压范围为9VDC～18VDC，输出电压为单路5VDC，整车控制器在9VDC～18VDC的电压范围内都能正常工作；通过实践证明，在输入电压仅为6VDC时，整车控制器也能正常工作。

如图1所示，本实用新型的纯电动汽车的整车控制器，通过动力CAN总线与电机控制器、电池管理系统、高压盒控制器之间互相通信，通过CAN报文方式发送和接收相关控制信号及状态信号，分别对电池状态、电机状态、高压线路闭合状态等进行协调控制。

如图1所示，本实用新型的纯电动汽车的整车控制器，通过仪表CAN总线与电动助力转向、车载信息服务系统和仪表装置之间互相通信，通过CAN报文方式发送和接收整车相关状态信息，准确显示整车状态信息于仪表显示屏及车辆信息服务平台上，便于驾驶员准确掌握整车状态和对整车的远程监控及故障分析。

如图2所示，本实用新型的纯电动汽车的整车控制器，能够采集油门踏板信号、交直流充电信号、真空泵信号和温度信号这五路模拟量信号，和点火开关ON挡信号、挡位信号、充电确认信号、空调及PTC请求信号、制动踏板信号、手刹信号和主接触器反馈信号这八路开关量信号，并结合动力CAN上接收到的状态信息，发出相应控制信号和电机转矩及状态、故障信息，控制接触器、继电器、风扇、水泵、空调、真空泵、PTC、助力转向、电机等的工作。

通过在车辆运行中整车控制器与各部件的协调控制，可以进行以下控制步骤：

当汽车需要启动时，首先将点火开关置于ACC挡，整车控制器及整车附件上电，后点火开关置于ON挡，ON挡开关信号为12V高电平有效，所有控制器完成自检，整车控制器检测到ON挡开关信号、无漏电二级报警且收到高压盒控制器发来的自检准备完成信号，则控制延时继电器和电池包内主接触器闭合，延时继电器作用为在整车断电时延缓附件ECU的断电，确保数据的正确保存。待整车控制器接收到电池包内主接触器闭合的反馈信号，且电池包总电压及单体电压正常时，通过CAN通信发出预充电控制命令，通知高压盒控制器控制预充电回路导通；待接收到电机控制器发送的预充电完成状态信号后，整车控制器通过CAN发出预充电完成命令和高压回路主负接触器闭合命令。待高压盒控制器控制高压主回路导通，整车控制器收到高压回路主负接触器闭合的报文后，通知高压盒控制器断开预充电回路，并通知电机控制器使能电机，此后会在仪表屏上显示电机控制器温度。待温度显示正常，则将点火开关从ON挡旋至START挡，若电机及电机控制器无故障，则仪表蜂鸣器发出响声，且在仪表屏上显示“READY”字样。在此过程中，如果任何环节出现问题，则整车控制器停止上强电工作，并通过仪表屏进行图像报警。当需要断电时，将点火开关从ON挡旋至ACC挡，整车控制器会首先控制断开高压回路主负接触器，在接收到主负接触器断开反馈信号后，再断开电池包内高压主接触器；点火开关从ACC挡旋至OFF挡，整车控制器完全断电。在车辆行驶过程中，整车控制器禁止高压回路接触器的断开，以保证人生安全。

整车控制器为油门传感器、真空泵传感器、刹车传感器、温度传感器提供5V电源，并接收油门踏板的行程变化反馈的电压信号、真空泵压力传感器反馈的电压信号，将油门踏板的行程变化反馈的电压信号转变成对应的油门开度信号，配合刹车开关信号和车辆的运行状态，计算相应的电机转矩并发送至电机控制器。

整车控制器可以接收换挡手柄传送过来的5V高电平有效的挡位开关信号、12V高电平有效的制动踏板开关信号、低电平有效的手刹开关信号，根据车辆所处的状态自动调整电机运动的转矩，以适应驾驶员不同的行驶需求；当整车高压闭合，挡位处于前进挡，完全松开驻车制动器、油门开度为零，制动踏板未踩下的情况下，整车处于怠速状态，整车控制器发出转矩控制信号控制电机控制器驱动电机以300rpm的转速稳定低速运转；当整车控制器采集到制动踏板的12V高电平有效信号时，则向电机控制器发出制动指令，并控制转矩的变化输出至电机控制器使得电机进行制动操作；当挡位处于前进挡，整车控制器通知电机控制器进入正向驱动工作状态，并根据电机的当前转速控制转矩的变化，若电机转速超过设定的前进最大转速时，转矩直接设为零；当挡位处于倒车挡时，整车控制器控制电机控制器进入反向驱动工作状态，并根据电机的当前转速控制转矩的变化，若电机转速超过设定的倒车最大转速时，转矩直接设为零，避免倒车速度过大；当挡位处于P挡或者N挡，整车控制器控制转矩降为零。

动力电池的SOC低于95％，电机转速>1500rpm，松开油门踏板(开度为零)或制动踏板踩下(制动灯开关接通)时，整车控制器判断车辆处于减速状态，启动能量回馈系统工作，电机控制器进入再生制动模式；车速大于20Km/h，加速及制动踏板均未踩下(即溜车状态)，能耗制动扭矩25N.m，回馈电流15A左右；若刹车踏板踩下(制动灯开关接通)，能量回收扭矩为50N.m，回馈电流30A左右。

当点火开关处于OFF挡时，将充电枪与车辆充电端口连接，整车控制器能够检测到12V高电平有效的充电确认信号和充电连接信号，充电连接信号为模拟量的电压信号，根据采集到的充电连接信号的电压值，可以判断当前的充电方式为16A交流充电、32A交流充电或直流快充方式；整车控制器充电时闭合电池包内高压主接触器，并告知电池管理系统当前的充电模式，且在仪表屏上进行充电图像显示，由电池管理系统与车载充电机或非车载直流充电桩进行通信，从而控制整车的充电过程；整车控制器接收电池管理系统发送的报文对当前充电状态进行实时监控并将当前充电电流、电池电压和SOC状态发送至仪表屏进行实时显示；当充电完毕时，整车控制器断开电池包内高压主接触器，低压辅助电源断开，整车控制器停止工作，仪表熄屏。

当检测到空调请求或PTC暖气请求时，整车控制器能够控制空调和PTC的开启。

整车控制器会根据电机控制器的温度计算水温，再根据水温的高低和空调的开启状态控制风扇处于低速运行状态或高速运行状态。

整车控制器分析并处理各模块发送的状态信息，从中提取电机当前转速、电池包电压、总线电流等相关信息通过CAN发送至车载信息服务系统，最后传送至车辆信息服务平台，保证能够及时在网络平台上查看当前的车辆行驶状态，有助于车辆的远程监控和故障分析。

整车控制器通过CAN总线与整车标定系统通信，接收整车标定系统传送过来的相关数值，标定整车的续驶里程、电机最大功率、电机最大转矩、能量回馈转矩、电机限制功率、限功率SOC等参数，并保存至整车控制器的存储系统。

整车控制器使用铁电存储器作为整车控制器的存储系统，通过SPI总线与铁电存储器通信，保存整车当前状态的相关参数至铁电存储器，以保证在下电后数据不丢失；铁电存储器还保存整车标定参数，整车控制器从铁电存储器中读取相关数值进行分析，从而控制整车的工作状态，计算整车行驶里程、剩余里程等数据。

当出现下列情况之一时，整车控制器通过对电机转矩的调整控制车辆进入限功率行驶状态，功率限制为10KW，并在仪表屏上显示相关漏电故障及高温故障的指示图像：(1)动力电池的SOC低于20％，(2)漏电一级报警，即动力电池的绝缘电阻大于100Ω/V且小500Ω/V；(3)动力电池高温一级报警，即电池的最高温度高于55℃。

出现下列情况之一时，整车控制器向电机控制器发送禁止行驶命令，并通过仪表发出图像报警：(1)动力电池的SOC降至零，(2)漏电二级报警，即动力电池的绝缘电阻小于100Ω/V，(3)如果使用磷酸铁锂电池，则单体电压小于2.6V；如果使用三元电池，则单体电压小于2.75V，(4)电池总电压低于240V。

采用了该实用新型中的纯电动汽车控制系统，与现有技术相比，具有以下有益的技术效果：

本实用新型通过CAN总线与纯电动汽车其他控制模块进行通信，能够接收、过滤和处理与整车状态相关的各种信息，在行车过程中时刻获取车辆行驶状态、采集驾驶员的操作意图，分析各机构的运行状况，计算当前电机转矩，协调各控制系统更好工作，本控制器对整车的良好运行具有突出的贡献。

本实用新型的纯电动汽车控制系统的技术方案中，其中所包括的各个功能模块和模块单元均能够对应于集成电路结构中的具体硬件电路，因此仅涉及具体硬件电路的改进，硬件部分并非仅仅属于执行控制软件或者计算机程序的载体，因此解决相应的技术问题并获得相应的技术效果也并未涉及任何控制软件或者计算机程序的应用，也就是说，本实用新型仅仅利用这些模块和单元所涉及的硬件电路结构方面的改进即可以解决所要解决的技术问题，并获得相应的技术效果，而并不需要辅助以特定的控制软件或者计算机程序即可以实现相应功能。

上述实施例为本专利较佳的实施例，并非用来限制本实用新型的实施范围，本领域的技术人员在未脱离本实用新型原理的前提下，所作的改进、变化、组合、替代等，均属于本实用新型权利要求所要求保护的范围之内。

在此说明书中，本实用新型已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本实用新型的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (7)

1.一种纯电动汽车控制系统，其特征在于，所述的系统包括整车控制器，所述的整车控制器通过动力CAN总线与电机控制器、电池管理模块、高压盒控制器、整车标定模块相通信连接，所述的整车控制器通过仪表CAN总线与仪表装置、车载信息服务模块、电动助力转向模块相通信连接，所述的整车控制器还与电源模块相连接，并设置有电源输出通道。

2.根据权利要求1所述的纯电动汽车控制系统，其特征在于，所述的系统还包括油门传感器、真空泵传感器以及温度传感器，所述的油门传感器、所述的真空泵传感器以及所述的温度传感器分别通过模拟量输入通道与所述的整车控制器相通信。

3.根据权利要求2所述的纯电动汽车控制系统，其特征在于，所述的系统还包括充电枪，所述的充电枪与纯电动汽车的充电端口相连接，充电确认信号通过开关量输出通道与所述的整车控制器相通信，交流充电连接信号以及直流充电连接信号也分别通过模拟量输入通道与所述的整车控制器相通信，且直流充电继电器通过高边驱动输出通道与所述的整车控制器相通信，交流充电继电器通过低边驱动输出通道与所述的整车控制器相连接。

4.根据权利要求3所述的纯电动汽车控制系统，其特征在于，所述的系统还包括点火开关、换挡手柄、制动踏板、手刹，所述的点火开关、换挡手柄、制动踏板以及手刹分别通过开关量输入通道与所述的整车控制器相连接。

5.根据权利要求4所述的纯电动汽车控制系统，其特征在于，所述的系统还包括空调及PTC，空调请求信号通过开关量输入通道与所述的整车控制器相连接，空调通过高边驱动输出通道与所述的整车控制器相连接，PTC暖风请求信号通过开关量输入通道与所述的整车控制器相连接，PTC通过高边驱动输出通道与所述的整车控制器相连接。

6.根据权利要求5所述的纯电动汽车控制系统，其特征在于，所述的系统还包括水泵、高速风扇以及低速风扇，所述的水泵、所述的高速风扇以及所述的低速风扇分别通过高边驱动输出通道与所述的整车控制器相连接。

7.根据权利要求1所述的纯电动汽车控制系统，其特征在于，所述的车载信息服务模块还与车辆信息服务平台相通信。