焉知汽车科技|纯电动汽车整车控制器软件设计
来源 | 《湖南猎豹汽车股份有限公司》
来源 | 电动学堂
本文以某纯电动汽车为研究对象 ， 分析其整车控制需求 ， 设计满足控制要求的整车控制器软件 。
1 整车控制需求
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某电动汽车为前置前驱的纯电动车型 ， 整车控制系统原理如图1所示 。与整车控制相关的高压系统包括电池管理系统（动力电池）、驱动电机控制器、三合一控制器（PDU/OBC/DCDC）和压缩机等 ， 低压系统部分主要有电动真空泵、电子水泵、高低速风扇和仪表等 。
整车控制器通过采集加速踏板、制动踏板、换挡机构、驱动电机和动力电池等部件的状态信息 ， 判断驾驶员操作意图 ， 根据相应的控制策略和算法 ， 得到整车所需的驱动扭矩或部件控制状态 ， 将相应指令发送给驱动电机、动力电池等 ， 以实现驾驶员对车辆的有效控制 ， 同时保证车辆的动力经济性、平顺性和安全性 。
2 控制软件架构
整车控制器软件采用基于模型的开发方式 ， 在MATLAB/Simulink中建立整车控制策略模型 ， 进行相应的仿真测试后 ， 通过MATLAB/EmbeddedCoder自动生成代码 ， 与基础软件集成编译下载到整车控制器中 ， 经过硬件在环测试、实车道路标定和整车试验等一系列测试验证 ， 最终完成整车控制器软件开发 。整车控制器软件分为应用层和基础软件层 ， 软件架构如图2所示 。
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应用层是整个控制器软件的核心层 ， 包含高压上下电、驱动控制、故障诊断等整车控制策略 ， 采用MATLAB/Simulink开发；基础软件层包括：CCP服务、UDS服务、BOOTLOADER和网络管理等模块以及硬件驱动模块 ， 硬件驱动模块为控制器IO、AD、CAN和FLASH等硬件资源驱动函数 ， 基础软件层采用C语言编写 。
3 整车控制器软件策略设计
3.1 高压上下电管理
电动汽车高压系统上下电管理分三种模式：驱动模式、慢充模式（交流充电）和快充模式（直流充电） ， 如图3所示 。
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驱动模式是指由用户通过车辆启动按键触发 ， BCM执行唤醒整车控制器动作 ， 整车控制器主导控制高压系统上下电流程 。慢充模式是指由用户通过插入交流充电枪触发 ， 电池管理系统执行唤醒整车控制器动作 ， 整车控制器配合完成交流充电过程 。快充模式是指由用户通过插入直流充电枪触发 ， 直流充电流程由电池管理系统和直流充电桩交互完成 ， 整车控制器可对充电过程进行监控 。
驱动模式和慢充模式下高压系统上电完成状态的判定条件为：整车控制器发出主正接触器闭合的指令后 ， 电池管理系统执行并反馈主正、主负接触器处于闭合状态且预充接触器断开 ， 整车控制器才会认定高压系统完成上电 。
为保证高压系统上电安全 ， 在高压系统上电前和预充过程中 ， 整车控制器需控制所有高压用电部件处于停止工作状态 。特别是压缩机、PTC和DC/DC ， 在确认高压系统完成上电后 ， 才可以进入到工作状态 。
3.2 驱动控制
驱动控制策略被分为驱动工况、扭矩计算、扭矩滤波和扭矩限制等模块 ， 如图4所示 。
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驱动工况分为蠕动 ， 加速 ， 滑行和制动工况 ， 通常定义条件如下：
3.2.1 蠕动工况的判断条件
（a）无制动信号；（b）加速踏板开度不大于某定值；（c）车速不大于某定值 。
3.2.2 加速工况的判断条件
（a）无制动信号；（b）加速踏板开度大于某定值 。
3.2.3 滑行工况的判断条件
（a）无制动信号；（b）加速踏板开度不大于某定值；（c）车速大于某定值 。
3.2.4 制动工况的判断条件
（a）有制动信号 。扭矩计算模块根据驱动工况采用不同的输入信号进行需求扭矩计算 。蠕动工况下以车速作为输入信号进行查表得到需求扭矩 ， 对于车辆溜坡的情况还需要进行特殊控制 。在加速工况下 ， 根据加速踏板开度和车速查询扭矩MAP来得到需求扭矩 ， 因为车辆设置有经济模式和动力模式 ， 则分为两个不同的扭矩MAP ， 满足动力模式、经济模式下不同的加速性、能耗等要求 。
滑行工况和制动工况可以根据当前车速计算需求扭矩 ， 因该车型可以采集制动踏板开度信号 ， 则将制动开度引入作为制动工况扭矩计算的输入 ， 可以提高制动工况下的能量回收率 。
3.3 附件控制
3.3.1 DC/DC控制
在驱动模式或慢充模式下 ， 确认高压系统完成上电后 ， 整车控制器使能DC/DC 。高压系统下电时 ， 关闭DC/DC 。整车控制器通过采集蓄电池电压识别DC/DC故障 ， 当整车控制器使能DC/DC后 ， 如蓄电池电压连续一段时间内小于某定值 ， 则判定DC/DC出现故障 。
3.3.2 散热控制
电动汽车动力系统的散热由电子水泵和高低速风扇实现 。高压系统上电后 ， 整车控制器将首先控制电子水泵工作在低转速状态 ， 然后根据驱动电机、电机控制器、DC/DC和OBC的温度情况 ， 依次采取提高电子水泵工作转速、打开低速风扇、打开高速风扇的措施对动力系统进行散热 。高低速风扇采用滞环控制 ， 防止风扇频繁启停 。
3.3.3 空调控制
整车控制器根据空调控制器的输入信息进行空调压缩机和PTC工作控制 。当压缩机工作时 ， 还需结合三态压力开关信号 ， 对高低速风扇进行控制 。压缩机启动时 ， 低速风扇开始工作；中压开关闭合时 ， 高速风扇开始工作 。
4 结语
【焉知汽车科技|纯电动汽车整车控制器软件设计】本文以某电动汽车为对象 ， 根据其整车控制需求 ， 采用基于模型的方式进行整车控制器软件开发 ， 对高压上下电、驱动控制和附件控制模块进行控制策略设计 ， 实现了整车控制目标 。
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