HNSAE09060纯电动车整车控制器没计

河南省汽车工程学会第六届科研学术研讨会论文集 得主循环可以专注于各种异常处理和数据处理。保证了车辆安全、稳定的行驶，在此基础上相应增加智能化的控制，使控制系统 更简单、可靠。 参考文献 【1】MC9S12DP256BDeviceUser’SGuideV02．11．MotorolaIne，USA，2002． 【2】李海泉，李刚．系统可靠性与设计．北京：科学出版社，2003． 【3】孙重祥，曾志斌．电动汽车的基本知识．实用汽车技术．2006年第2期，7—8． 【4】张鑫．单片机原理及应用．北京：电子工业出版社，2005． 【5】张劲博．纯电动客车整车控制器研究．吉林大学硕士学位论文．2008． 作者简介 陈素梅，(1985-)，女，河南淮滨人，2008年6月毕业于武汉理工大学，郑州日产汽车有限公司工程师，现从事电动车研发。 注：该文被收录在《创新发展一河南省第五届学术年会论文选集》(中国科技出版社出版) HNSAE09060纯电动车整车控制器没计 陈素梅胡杰强徐战林 郑州日产汽车有限公司450016 【摘要】根据郑州日产某传统车型改装成纯电动车的实际需求，及对整车控制系统性能的要求设计了整车控制器。以下分 析了纯电动车的结构，并对整车控制器的硬件及软件进行介绍。 【关键词】电动车，整车控制器，设计 DesignonVehicleControlSystemforPureElectricVehicle ChenSumei，HuJieqiang，XuZhanlin (ZhenzhouNissanAutombileCO．，LTD．) Abstract：AccordingtothepracticalinneedoftoconvertatraditionalcarofZHENGZHOUNISSANintoapurelyelectricvehicles，and requirementsperformanceofvehiclecontrolsystem，todesignthevehiclecontroller．Followingtheanalysisofpureelectricvehiclesstructure， andintroducedthehardwareandsoftwareofthevehiclecontrolUnit． KeyWOrds：Electricvehicle，VehiclecontrolUnit，Design 电动汽车整车控制器VCU(VehicleControlUnit)足电动汽车整车控制系统的核心 部件，它采集电机控制系统信号、加速踏板信号、制动踏板信号及其他部件信号，根 据驾驶员的驾驶意图综合分析并做出相应判断后，监控下层的各部件控制器的动 作，它对汽车的正常行驶、电池能量的制动回馈、网络管理、故障诊断与处理、车辆状 态监控等功能起着关键作用。因此，在郑州日产某款纯电动车整车控制系统的设计 中，特别注莆其安全性和可靠性的设计。 1纯电动汽车结构 纯电动车的结构框图如图1所示，它由整车控制器、电机及其控制器、动力电 池、动力电池管理系统(BMS)、变速箱、减速器、辅助系统等组成。其中辅助系统包括 转向电机及其控制器、空调电机及其控制器、制动系统、DC／DC等。动力电池作为全 车的动力源，为各个用电设备提供动力。驾驶员通过整车控制系统达到对车辆的整 体控制。 整车控制器总体设计原则： 圈1纯电动车结构框图 (1)优先考虑系统安伞性与可靠性的设计； (2)为保证系统的通用性和先进性，采用国际电动汽车研发中通用的CAN2．0B实现数据传输； (3)综合分析功能需求，功能验证与样车开发试制时尽可能多采取软件实现，以便增加系统变更时的灵活性，设计定型后综 合考虑系统可靠性与成本设计软硬件。 (4)硬件设计中，接口资源要有冗余设计，提供变更时的适应性； (5)控制策略和控制逻辑设计中，针对异常状态尽可能多采用报警提示、减少强制停机处理，尤其要避免行车中的强制停车； (6)根据电池单元送出的故障信息调整电机驱动指令；在保证行车安全的前提下，避免电池损坏。 2整车控制器设计 整车控制器是电动车整个控制系统的核心，其具体功能包括： a接收、处理驾驶员的驾驶操作指令，并向各个部件控制器发送控制指令，使车辆按驾驶期望行驶。 b与电机、DC／DC、镍氢蓄电池组等进行可靠通讯，通过CAN总线(以及关键信息的模拟量)进行状态的采集输入及控制指 令量的输出。 c接收处理各个零部件信息，结合能源管理单元提供当前的能源状况信息。 d系统故障的判断和存储，动态检测系统信息，出现的故障。 ·lIl· 目南省^车I程学§**5科研学术研讨奇论i集 器麓慧导；罂i碧砦；，!i学o*Ⅲ目*{m"HgⅨp·《§镕MTq“*掉8％丹嘎￡*g§；墓}5统cf协调管理车上其他电器设备= 一———三尘!掣!!!兰⋯粘台纯电动车的实际结构框颦，u及电动车整车控制器的设计原则、整f控制器的各项具体功能，进行丁如r图图2所示的硬件设计 结构规划、MCU的选型u及各个功能电路的设计。 21整车控制器的硬件设计 VCU为整车控制器的核心，扭责数据的采集和址理、逻辑运算以 及控制的实现等，VCU的选职足整个硬件设计过程巾最重要的任务． 根据整车控制器的功能和要求+在整车拄制器的设计开发过程巾采取 模块化的设汁思想。往我们的纯电动车整车控制器设计过氍中，我们 初步采用rMiInx-|hip公司的8位单片机PICl8F4580，基于5v供电芯 H，此芯片在运算能，J、存储空间数字量模拟量输^输出以厦CAN 通讯等方面均有r乘现，输^JF关量采用光耦隔离，输m采州欧姆 龙3A触点继电器。CAN络阿绪通信采崩光电隔离横块。该芯片特性 符台本项目要求，且价格适中采蛐方便7F发手段丰富，基奉参数如 表I。 整I。控制器的硬件结构如图2所币。 22《件接口的模块化设计 VCU待处理的信号较多、电路结构较复杂，但电路功能相对独口 可以划卦为不同的单元．从而蛮现电路的模块化没fI，电路的愤按化 设“-Ir以降低设计雌虚、缩短研发周期，¨时有利j优化PCB巾局、 提庙系统抗千扰能力，也便于轼什的模块他设计。在功能分析的基础 lI将VCU硬件电路划分为“下模块。 (I)电徘电路将9—36V(一般为12V)蓄电池电源转换为撕v，为 MCU和各电路模块提供J作电源。 (2)MCU配置模块MCU正常工作的基牟维护电路，包括时钟配 赏、启动配置、复位世SRAM扩展等电路。 (3)SCI串行通信模块符合RSA85通信标准，提供软什调试、数姑 标定的涵信接口。 (4)CAN通信模块符合CAN2OB通信坍议，提供VCU与各ECU 问的EAN通信接口以及用于GCP标定乐筑。 (5)模拟位采集(^I模块1接收来自符传感器或ECU的模拟量信 号，井进行耐理。 (6)PWff脉冲捕捉{PI模块憾收束自传感器的转速信号，并进行 调理。 (7)输^输出开关最信号隔离与驱动模块八路输^、八路输出从 执{T器接收及向执行器输出具有定驱动能力的开关量信号。 根据各个模块的功能设计整车控制系统的电气原理囝如图3所 功能模块详细晚明 (I)电谭电路设计(见罔4) VCU的上作电压为+SV．而其输人电源为车载+12V菁电池，电 源管理模块要具有电雎转换功能；州时，输入电源是噪声的重要来源， 电源管理模块要能隔离}：扰保持电压稳定。电谭管理模块电路包括 +12V到+5V电慷转换电蹄．电路采用了智能集成电路芯片+12V到 +5V电压转换通过卟降堆转换器米寅现，选抒合适的电阻值就可在 输出端vsw得到理想的输出电压。电路中+12V像管起厦接保护作 用．稳摊管起稳压作用可防止输人电压过高，钽电痞“f有效地滤除电 源噪声。输A也糖经过也韶2艘模按后得到，稳定而可靠的滞求屯 压。 (2)开戈越I／0接口电路设计(见固5) 根据系统任务璺求，接人8路开关肆喻^信号；信号为低电半有 效；采用光耦隔离输^即可以保证系统安全卫可宴现电平转换．输_凡 信号限幅为单路]5Vdc／50mA。引出5路开盖量输出信号；采用千接点 彤式的堆电器驱动输出；最大输出能力为1^。 (3)模拟量接LI电路设计(见围6】 目3 x}＆■R％自气原Ⅲ∞’罚连喃 睁 。。。二。寸。置 图7模拟■接口电 r{h．_-l{昏也l：b。≯咱』丘芦—i一瑚智划：：耸幽纠j叫∞ -卜uL E]马岩日 —咄一kb—{一I 』鲫 路设计 通讯中断 车速翻■中断 定时中断 整 底 葛导岫主耋兰篱耋制 车 层驱 拄 动 制 嚣 控 软 删 件 曩 洧息接收与发送曩 -4信息处理K数据处理 河南省汽车工程学会第六届科研学术研讨会论文集 2路模拟星加速踏板信号及母线电压信号以电压跟随器形 式接人。信号形式为5V／20mA； (4)CAN总线及RS485通信电路设计(见图7)。 EV各控制系统之I'RJ依靠CAN总线通信，VCU是其中一个非 常重要的节点单元。由于VCU片内集成r两个CAN2．OB总线控 制器模块(TouCAN)，所以VCU的CAN通信模块不需要添加片外 CAN控制器，电路设计较为简单。CAN通信接L]采用CTMl040作 一为CAN收发器，该芯片适合汽车中的高速应用，可以对总线提供 不同的发送能力和对CAN控制器提供不同的接收能力，它符合 CAN2．0标准完令与“ISOl1898”标准兼容。CTMl040可以承受 汽车环境中可能产生的高瞬变电压，具有总线保护瞬变、对电池 和地的短路保护、热保护等功能，抗电磁干扰能力强．是专为汽车 电子环境设计的芯片。 (5)脉冲测量电路没计 采用2路脉冲捕捉电路。 2．3整车控制器的软件设计 根据}控制器的功能要求将丰控制器的软件开发模块化，形 成如图4所示的软件流程结构框架。将主控制器控制软件分为底 层驱动和控制与处理两个层次。 (1)底层驱动 底层驱动足实现控制的核心，它足整车控制器与外部数据交 换的基础。在进入主程序之前汀先要对使用的端口进行初始化， 其目的是根据实酎：需要合理配置端u的类型、设置相应的巾断向 量、设置CAN模块fJ二作方式、滤波方式、接受屏蔽寄存器、接受 代码寄存器、波特率参数、中断允许寄存器等)等需要进入主程序 的准备工作。 (2)控制与处理 控制与处理模块是在主程序巾进行常规处理层面上展开的， 这部分流程是在整车控制器上电后，首先需进行初始化，然后就 是判断钥匙开关，来决定车辆当前所处的状态，处理来自CAN网 络其它子系统的信息并处理，将处理结果放入相应的消息对象中 由中断服务程序发布。 3整车控制器可靠性测试 参考文献 【1】王幸之．单片机应用系统抗干扰技术．北京：北京航空航天大学出版社，2001． f2I李海泉，李刚．系统可靠性分析与设计．北京：科学出版社，2003． 【3】孙莺祥，曾志斌．电动汽车的基本知识．实用汽车技术．2006年第2期，卜8． 【4l张鑫．单片机原理及应用．北京：电子工业出版社，2005． 【5】张劲博．纯电动客车整车控制器研究．吉林大学硕士学位论文．2008． 作者简介 陈素梅，(1985一)，女，河南淮滨人，2008年6月毕业于武汉理工大学，郑州日产汽车有限公司工程师，现从事电动车研发。 ·113· 瀑风讣延气掣 纯电动车整车控制器设计 作者： 陈素梅， 胡杰强， 徐战林 作者单位： 郑州日产汽车有限公司 450016 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Conference_7249325.aspx