我是穿拖鞋的汉子,魔都中坚持长期主义的汽车电子工程师。
老规矩,分享一段喜欢的文字,避免自己成为高知识低文化的工程师:
所有人的看法和评价都是暂时的,只有自己的经历是伴随一生的,几乎所有的担忧和畏惧,都是来源于自己的想象,只有你真的去做了,才会发现有多快乐。人就应该满脑子都是前途,不再在意别人的看法不再害怕别人讨厌自己,不再畏手畏脚忧心忡忡也不会在睡前反回忆白天的行为,是否让对方产生误解用你那精神内耗的态度去搞学习搞事业搞钱,然后用躺平和摆烂的态度对待人际关系,烦恼能消失一大半。
无人问津也好,技不如人也罢,你都要试着安静下来,去做自己该做的事.而不是让内心的烦躁、焦虑、毁掉你本就不多的热情和定力。
时间不知不觉中,快要来到深秋。国庆假期结束,又开始新的忙碌。成年人的我也不知道去哪里渡自己的灵魂,独自敲击一些文字算是对这段时间做一个记录。
一、整车控制系统概述
电动汽车是由多个子系统构成的一个复杂系统,主要包括电池、电机等动力系统,以及其它附件如空调、助力转向等,各子系统几乎都通过自己的控制单元来完成各自功能和目标。电动汽车上的电子设备越来越多,控制系统也越来越复杂。为了满足整车动力性、经济性、安全性和舒适性的目标,一方面必须具有智能化的人车交互接口,另一方面,各系统还必须彼此协作,优化匹配。因此,电动汽车需要一个整车控制系统来管理车辆的各个部件。整车控制器可以保证车辆安全可靠行驶,提高控制系统间数据传输效率具有重要意义。该系统可实现电机驱动控制、温度控制、能量管理控制等功能,主要由传感器输入与开关系统、系统驱动输出、控制单元输出系统等子系统组成。
随着电动汽车上电子设备的增多,控制系统也变得越来越复杂。为了满足整车在动力性、经济性、安全性和舒适性方面的目标,必须实现智能化的人车交互和各系统间的协作优化。因此,整车控制系统应运而生,它负责管理和协调车辆的各个部件,确保车辆能够安全可靠地行驶。
-> 电机驱动控制:根据驾驶员的输入和车辆状态,精确控制电机的输出扭矩和转速,实现车辆的平稳加速和减速。
-> 温度控制:通过监测和调节电池、电机等关键部件的温度,确保它们在适宜的工作范围内运行,延长使用寿命并提高性能。
-> 能量管理控制:优化电池的能量分配和使用,提高能源利用效率,延长续航里程。
二、实现功能
整车控制器通过采集加速踏板信号、制动踏板信号和挡位开关信号等驾驶信息,同时接收CAN总线上电机控制器和电池管理系统发出的数据,并结合整车控制策略对这些信息进行分析和判断,提取驾驶员的驾驶意图和车辆运行状态信息,通过运算分析后做出决策,合理分配动能,控制车辆充电、加减速、能量回收及故障检测等工作,使车辆运行在最佳状态。
信息采集:
驾驶信息:整车控制器通过采集加速踏板信号、制动踏板信号和挡位开关信号等,实时获取驾驶员的驾驶意图。
车辆状态信息:同时,整车控制器还接收来自CAN总线(Controller Area Network)的电机控制器(MCU)和电池管理系统(BMS)的数据,这些数据包括电机状态、电池电量、电池温度等关键车辆状态信息。
分析与判断:
整车控制器结合预设的整车控制策略,对采集到的驾驶信息和车辆状态信息进行实时分析和判断。这些策略可能包括动力分配策略、能量回收策略、故障诊断策略等。
决策与执行:
根据分析和判断的结果,整车控制器提取出驾驶员的驾驶意图和车辆当前的实际运行状态,并通过运算分析后做出决策。
决策结果将转化为具体的控制指令,通过CAN总线或其他通信方式发送给电机控制器、电池管理系统、空调控制器等执行机构,以控制车辆的充电、加减速、能量回收及故障检测等工作。
优化运行:
整车控制器的目标是使车辆运行在最佳状态,这包括最大化能源利用效率、最小化排放(对于电动汽车而言,主要是热管理)、提高驾驶舒适性和安全性等。
整车控制器的关键作用
安全控制:通过实时监测和诊断车辆状态,及时发现并处理潜在的安全隐患,确保车辆安全。
性能优化:根据驾驶条件和驾驶员需求,动态调整动力分配和能量回收策略,提高车辆性能和能源利用效率。
舒适控制:通过调节车内环境(如温度、湿度、噪音等),提高驾驶和乘坐的舒适性。
故障诊断与保护:对车辆各系统进行故障诊断和预警,并在必要时采取保护措施,防止故障扩大或引发更严重的问题。
整车控制系统主要由整车控制器统一协调管理,各控制器之间通过CAN网络进行信息交互,共同实现整车的功能控制。整车控制器采集一些驾驶员信号,同时通过CAN总线与电机控制器和电池管理系统通信,电机控制器和电池管理系统分别将各自采集的整车信号通过CAN总线传递给整车控制器。整车控制器根据整车信息,并结合控制策略对数据进行分析和处理,电机控制器和电池管理系统收到控制指令后,根据电机和电池当前的状态信息,控制电机运转和电池放电。
三、整车网络控制系统
由整车控制器、电机控制器、动力电池管理系统、车身控制管理系统,信息显示系统和通讯系统等组成。各子系统之间的信息传递通过网络通讯系统实现。
整车控制器和各个控制器直接CAN网络连接:
高速CAN通讯:整车控制器和电池控制器通讯、整车控制器和电机控制器通讯、整车控制器和车载充电机通讯、整车控制器和DC/DC转换器通讯、整车控制器和电动空调压缩机模块通讯、整车控制器和车身控制器通讯、整车控制器和EBS/ESP通讯、整车控制器和电动转向控制器通讯、整车控制器和安全气囊控制器通讯;
中速CAN通讯:整车控制器和组合仪表模块通讯、整车控制器和空调控制模块通讯、整车控制器和导航控制通讯、整车控制器和中控显示通讯等;
整车网络控制系统是现代汽车,尤其是电动汽车和智能网联汽车的核心技术之一。它通过将车辆的各个控制单元(ECU)通过通信网络连接起来,实现车辆内部信息的实时共享和协同控制。整车网络控制系统利用先进的通信技术和控制策略,将车辆的发动机控制单元、电机控制单元、电池管理单元、车身控制单元等多个ECU集成到一个统一的网络中。这个网络通过高速、可靠的通信协议(如CAN总线、LIN总线、FlexRay等)实现各ECU之间的信息交换和协同工作。
主要功能
-> 实时监测与诊断:
整车网络控制系统能够实时监测车辆的各项参数,如发动机功率、车速、油耗、电池电量、电机温度等,确保车辆的正常运行。通过故障诊断功能,系统能够及时发现并定位车辆故障,提高维修效率和安全性。
-> 协同控制:
系统能够根据驾驶员的输入(如加速踏板、制动踏板、挡位选择等)和车辆状态信息,通过复杂的控制算法和策略,实现各系统之间.。例如,在加速过程中,系统能够合理分配动力给电机和电池,以实现最佳的加速性能和能源利用效率。
-> 远程监控与控制:
整车网络控制系统支持远程监控功能,能够通过互联网或移动通信网络实时获取车辆状态信息,为车主和维修人员提供便利。远程控制功能允许车主在远离车辆的情况下对车辆进行启动、锁门、调节空调等操作。
-> 能量管理:
系统能够优化车辆的能量分配和使用,提高能源利用效率,延长续航里程。在制动过程中,系统能够回收制动能量并将其转化为电能存储在电池中,以供后续使用。
-> 舒适性与安全性:
整车网络控制系统通过调节车内环境(如温度、湿度、噪音等)和提高车辆的安全性(如ABS防抱死系统、ESP车身稳定系统等)来提升驾驶和乘坐的舒适性。
整车控制器主要功能包括:整车上下电、控制模式判断及行驶控制、整车网络化管理、制动能量回馈控制、整车能量管理和优化、故障诊断和处理、车辆状态监测和显示等。
整车上下电功能
整车控制系统根据钥匙门位置进行上下电控制,实现控制系统初始化、自检、充电状态判断等功能。整车控制器由低压蓄电池供电,其上电下电状态由仪表板上的低压开关进行控制。整车模式分为外接充电模式、非充电模式和紧急停机模式。系统充电状态和非充电状态由充电连接线进行判断,充电线已连接为充电状态,否则为非充电状态,紧急停机模式为整车处于最高故障等级进行下电处理。
低压上下电:VCU可以通过检测点火开关信号、充电唤醒信号或CAN信号等被唤醒,发送报文或硬线唤醒其他节点进行低压上下电操作。
高压上下电:整车控制器采集点火开关状态、整车故障状态、电池与电机控制器反馈、整车主正主负继电器反馈预充继电器反馈等信号,对动力电池主正主负、预充继电器进行控制,完成高压上下电操作。
上电控制策略:
初始化:VCU上电后进行基本配置和自检,完成后进入下一个过程
唤醒BMS:VCU控制唤醒BMS,等待与BMS的通讯,通讯连接且电池允许上电后进入下一个判断过程;若BMS报故障,则终止上电过程,整车进入BMS故障模式。
唤醒MCU:VCU发布命令唤醒MCU,等待与CAN通信连接,通信正常连接后,接收MCU上报的故障状态,若MCU允许上电,则完成高压电上电前的准备过程,进入高压电上电控制;
实时监控驾驶员的钥匙请求,当keyon==0后,进入低压电的下电流程。
下电控制策略:
降负载阶段:将DC/DC和气泵disable,同时驱动电机扭矩降低,当驱动电机转速小于某个值后,进入高压电下电流程;
高压电下电阶段:VCU监控判断满足条件之后,发送命令给BMS进行下电,同时VCU监控高压电状态,当高压电下电完成之后,进入低压下电阶段;
低压下电阶段:VCU向BMS、MCU发送下电请求,等待BMS、MCU进行数据保存,当BMS、MCU允许下电之后,对VCU进行下。
整车控制模式判断及行驶控制
整车控制器通过各种状态信息(启动钥匙、充电信号、加速踏板位置、当前车速和整车是否有故障信息等)判断当前需要的整车工作模式(充电模式和行驶模式)。
然后根据当前的参数和状态及前一段时间的参数及状态,计算出当前车辆所需的扭矩值因此,整车控制器要合理解释驾驶员操作,接收整车各子系统的反馈信息,为驾驶员提供决策反馈,对整车各子系统发送指令,以实现车辆的正常行驶。
车辆的行驶状态(加速、制动、转向)根据不同的驾驶方式后车辆就会呈现出不同的驾驶性能(如运动、舒适、经济等)。控制系统能够更大程度上满足不同驾驶员的需求,同时也可提高车辆在不同驾驶模式下的操纵性和稳定性。模式控制系统通过操纵开关下达指令,主控单元接收开关的指令后再把指令通过can网络发送给各子系统,其中主要参与响应的子系统有发动机控制系统、变速器控制系统、分动器控制系统、车辆稳定性控制系统、电动助力转向系统、人机交互系统。在不同的驾驶模式下,各子系统通过相应的响应协同工作,使车辆呈现出不同的驾驶性能。
五、整车的网络化管理
电动汽车除了整车控制器外,还有电机控制器、电池管理系统等各种子控制系统。这些控制器之间需要通信。整车控制器通过CAN通讯网络连接各分控系统,协调管理整个通讯网络。整车控制器是电动汽车众多控制器中的一个,是CAN网络总线中的一个节点。在整车网络管理中,整车控制器是信息控制的中心,负责信息的组织与传输,网络状态的监控,网络节点的管理以及网络故障的诊断与处理。
制动能量回馈控制(动能回收)
它就是在电动车制动或惯性滑行时,回收释放出的多余能量,通过发电机转化为电能,并储存到蓄电池中,以供车辆后续行驶使用。这一过程中,电动车的电机作为能量转换装置,动力电池则作为储能装置,共同协作完成能量的回收与再利用。
整车控制器根据行车速度、驾驶员制动意图、动力电池组的荷电状态进行综合判断,若达到回收制动能量的条件,整车控制器即会向电机控制器发送控制指令,使驱动电机在发电状态,将制动能量转变成电能存储到动力电池中。制动能量回收原则是不干预液压系统ABS的工作,优先级低于ABS。
整车能量管理和优化
通过对电动汽车的电机驱动系统、电池管理系统、传动系统以及其他车载能源动力系统(如空调、电动泵等)的协调和管理,可以提高整车能量利用效率,延长续驶里程。在纯电动汽车中,动力电池除了给驱动电机供电以外,还要给电动附件供电,因此,为了获得最大的续驶里程,整车控制器将负责整车的能量管理,以提高能量的利用率。在电池的SOC值比较低的时候,整车控制器将对某些电动附件发出指令,限制电动附件的输出功率,来增加续驶里程。
故障诊断与处理
实车运行中,任何部件都可能产生差错,从而导致器件损坏甚至危及车辆安全。整车控制器要能对汽车各种可能的故障进行分析处理,这是保证汽车行驶安全的必备条件。连续监视整车各控制系统,进行故障诊断,并及时进行相应的安全保护处理。根据传感器的输入及其它通过CAN总线通讯到电机、电池、充电机等信息,对各种故障进行判断、等级分类、报警显示、存储故障码等。
###车辆状态监测和显示