純電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)控制器開(kāi)發(fā)及控制策略研究

顏孝勇

摘 要：為了全方位研究純電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)的開(kāi)發(fā)與控制策略，文章主要是針對(duì)純電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)的硬件構(gòu)造展開(kāi)闡述，同時(shí)研究純電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)控制策略的設(shè)計(jì)，對(duì)未來(lái)開(kāi)發(fā)純電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)控制硬件系統(tǒng)有著非常明顯的指導(dǎo)價(jià)值。

關(guān)鍵詞：純電動(dòng)汽車(chē);整車(chē)控制;開(kāi)發(fā);控制策略

中圖分類(lèi)號(hào)：U469.7 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B ?文章編號(hào)：1671-7988（2020）09-20-02

Research on controller development and control strategy of pure electric vehicle

Yan Xiaoyong

（ Anhui Xinsheng Automobile Manufacturing Co.， Ltd.， Anhui Xuancheng 242200 ）

Abstract：?In order to study the development and control strategy of pure electric vehicle in an all-round way， this paper mainly elaborates the hardware structure of pure electric vehicle， and studies the design of control strategy of pure electric vehicle， which has a very obvious guiding value for the future development of pure electric vehicle control hardware system.

Keywords： Pure electric vehicle; Vehicle control; Development; Control strategy

CLC NO.： U469.7 ?Document Code： B ?Article ID： 1671-7988（2020）09-20-02

前言

和傳統(tǒng)汽車(chē)整車(chē)控制結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較，純電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)控制結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，并且具有多樣化的結(jié)構(gòu)。電控結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)純電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)控制開(kāi)發(fā)的主要部分，是保障純電動(dòng)汽車(chē)各項(xiàng)功能實(shí)施的基本條件，可以讓純電動(dòng)汽車(chē)的所有運(yùn)行單元都處于最合適的條件下運(yùn)行，并且根據(jù)純電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)控制策略以及硬件開(kāi)發(fā)等展開(kāi)相應(yīng)的設(shè)計(jì)。純電動(dòng)汽車(chē)的整車(chē)控制結(jié)構(gòu)通常包含了整車(chē)控制器的主控芯片、數(shù)據(jù)通信電路以及傳感信號(hào)調(diào)理等方面的設(shè)計(jì)。

1 純電動(dòng)汽車(chē)的整車(chē)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

純電動(dòng)汽車(chē)只需要利用動(dòng)力電池為車(chē)輛提供相應(yīng)的動(dòng)能，然后通過(guò)整車(chē)控制系統(tǒng)將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，從而保障純電動(dòng)汽車(chē)的安全運(yùn)行。純電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)控制系統(tǒng)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)通常包含了整車(chē)控制器主控芯片、數(shù)據(jù)通信電路以及傳感器信號(hào)調(diào)理等。整車(chē)控制系統(tǒng)能夠按照用戶(hù)的操作來(lái)發(fā)出相關(guān)指令，電機(jī)控制器則是能夠?qū)ζ溥M(jìn)行回應(yīng)，同時(shí)還可以有效調(diào)理汽車(chē)動(dòng)力輸出大小，從而滿(mǎn)足前進(jìn)、后退、倒車(chē)以及停車(chē)等各項(xiàng)功能。

2 整車(chē)控制器的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)

2.1 純電動(dòng)汽車(chē)主控芯片的選擇

純電動(dòng)汽車(chē)的整車(chē)控制器在主控芯片方面的設(shè)計(jì)，需要遵循輸出量與輸入量大的原則，對(duì)于控制實(shí)時(shí)性有著較高的要求，并且這種模式的算法也非常繁瑣，所以在純電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)控制器的開(kāi)發(fā)方面，現(xiàn)階段市場(chǎng)中運(yùn)用最多的主控芯片主要是32位MCU。按照Motorrola公司對(duì)市場(chǎng)的調(diào)查，在未來(lái)，具有超強(qiáng)性能的32為MCU會(huì)成為純電動(dòng)汽車(chē)控制器中應(yīng)用最多的主控芯片。因此，本文所的研究主要是運(yùn)用飛索半導(dǎo)體電子主控芯片，即32為RISC結(jié)構(gòu)的MB91F526F微控制器。該主控芯片最大工作頻率高達(dá)80MHz，并且容量較大，低消耗等特點(diǎn)。

2.2 電源電路設(shè)計(jì)

電源電路設(shè)計(jì)需要存在過(guò)流保護(hù)保險(xiǎn)，即F1（30V/ 1.5A），并且還需要有預(yù)防線(xiàn)路接反的二級(jí)保護(hù)管S3GB，能夠有效的保障整個(gè)控制系統(tǒng)的安全性。電池干擾濾波器能夠選擇日本村田企業(yè)制作的NFM55PC155F1H4，可以有效地阻擋高頻干擾。與此同時(shí)，開(kāi)關(guān)電源穩(wěn)壓器則是能夠運(yùn)用LM2596S-5.0型號(hào)，能夠把+12V的電壓有效轉(zhuǎn)變成+5V的電壓，從而為主控芯片提供電能。功率開(kāi)關(guān)主要是選擇IRFR9024，復(fù)位芯片則是選擇MAX810LD，通過(guò)兩者的共同作用形成低壓掉電檢測(cè)選擇，若是電壓值要比復(fù)位門(mén)限壓4.63V還要低的過(guò)程中，RST引腳則會(huì)形成合力的復(fù)位高壓脈沖，這個(gè)時(shí)候電源電路就會(huì)停止供電。

2.3 復(fù)位電路設(shè)計(jì)

主控芯片主要是在復(fù)位的時(shí)候工作，在復(fù)位完成之后，端口與寄存器各自的狀況則會(huì)達(dá)到默認(rèn)值，這個(gè)過(guò)程中程序就會(huì)開(kāi)始執(zhí)行各項(xiàng)命令。復(fù)位會(huì)強(qiáng)制將寄存器、GPIO端口、中斷以及控制狀態(tài)等單元復(fù)位成初始值。MB91F526F總共存在四種復(fù)位模式，即看門(mén)狗定時(shí)器復(fù)位、時(shí)鐘監(jiān)視、外部復(fù)位以及上電復(fù)位。

2.4 數(shù)據(jù)通信電路設(shè)計(jì)

MB91F526F結(jié)構(gòu)內(nèi)所集成的CAN整車(chē)控制單元，能夠有效支持3路CAN實(shí)現(xiàn)同時(shí)通信。然而為了增強(qiáng)CAN數(shù)據(jù)通信的穩(wěn)定性，CAN通信電路還需要分析EMC的各種抗干擾因素。CAN收發(fā)器主要是選擇NXP企業(yè)設(shè)計(jì)的SJA1040型號(hào)，能夠有效降低光耦隔離所形成的數(shù)據(jù)通信傳輸延遲。在CAN收發(fā)器工作的前端，還需要應(yīng)用ADI企業(yè)設(shè)計(jì)的ADUM1201型號(hào)雙通道數(shù)字隔離器，此項(xiàng)隔離器能夠把單芯片變壓器與CMOS技術(shù)實(shí)現(xiàn)有效融合，從而表現(xiàn)出非常強(qiáng)的性能結(jié)構(gòu)。CAN通信所發(fā)出的數(shù)據(jù)信息還能夠利用MURATA企業(yè)所制造的DLW31SN161SQ2型號(hào)共模電感來(lái)處理電磁干擾數(shù)據(jù)。

2.5 傳感器信號(hào)調(diào)理設(shè)計(jì)

2.5.1 踏板信號(hào)采集設(shè)計(jì)

本研究的加速踏板其額定電壓主要設(shè)置為+5V，其電壓輸出區(qū)間為0至5V，輸出電壓所應(yīng)用的運(yùn)算放大器主要選擇TI企業(yè)設(shè)計(jì)的LM358型號(hào)，該裝置能夠形成電壓跟隨器，可以有效增強(qiáng)主控芯的輸入抗阻，從而提高A/D轉(zhuǎn)換器的電磁抗干擾效果，增強(qiáng)設(shè)備的電壓測(cè)量準(zhǔn)確度。此外，在電壓信號(hào)收集線(xiàn)路上還需要接入大小為100nf的電容，從而實(shí)現(xiàn)高頻干擾的過(guò)濾。為了有效增強(qiáng)A/D轉(zhuǎn)換器的電壓準(zhǔn)確度，還需要設(shè)計(jì)一個(gè)外置電壓為+5V的REF195型號(hào)基準(zhǔn)源芯片。

2.5.2 速度傳感器信號(hào)采集設(shè)計(jì)

本研究主要是利用霍爾效應(yīng)齒輪傳感器作為速度信號(hào)采集裝置。在霍爾傳感器進(jìn)行電磁信號(hào)收集的過(guò)程中，其傳輸斷會(huì)存在高低電平，因?yàn)榇╇妱?dòng)汽車(chē)整車(chē)控制系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，并且汽車(chē)外部以及內(nèi)部環(huán)境的電磁干擾非常明顯，所以選擇霍爾傳感器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)還需要經(jīng)歷cd40106型號(hào)施密特觸發(fā)器的整形處理，從而把不合理的方波數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)濾波整形，從而滿(mǎn)足主控芯片能夠?qū)崿F(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)方波信號(hào)的識(shí)別處理。

3 純電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)控制策略

3.1 用戶(hù)意圖解析策略

針對(duì)純電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)控制策略而言，用戶(hù)的意圖解析屬于汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)以及加速塔板之間所形成的輸出功率關(guān)系。通過(guò)加速踏板的開(kāi)度制作平衡曲線(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)駕駛員行駛意圖的判斷，若是純電動(dòng)汽車(chē)在進(jìn)行勻速行駛的過(guò)程中，純電動(dòng)汽車(chē)的運(yùn)行狀態(tài)會(huì)以s型曲線(xiàn)呈現(xiàn)在油門(mén)踏板的開(kāi)度曲線(xiàn)上。

3.2 整車(chē)驅(qū)動(dòng)控制策略

純電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)驅(qū)動(dòng)控制策略通常是控制車(chē)輛的輸出力矩，同時(shí)保障汽車(chē)的狀態(tài)性能。整車(chē)驅(qū)動(dòng)控制策略的核心內(nèi)容是根據(jù)用戶(hù)所發(fā)出的車(chē)輛行駛數(shù)據(jù)、檔位、加速踏板以及制動(dòng)踏板信號(hào)為基礎(chǔ)，然后通過(guò)車(chē)輛內(nèi)部的數(shù)據(jù)運(yùn)算與處理，從而得到純電動(dòng)汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)汽車(chē)行駛狀態(tài)的改變，滿(mǎn)足用戶(hù)的預(yù)期速度。

純電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)控制策略通常能夠劃分成四個(gè)模塊，即輸出轉(zhuǎn)矩矯正、用戶(hù)意圖解析、汽車(chē)驅(qū)動(dòng)控制以及加速踏板數(shù)據(jù)收集。然而，汽車(chē)的加速驅(qū)動(dòng)、正常運(yùn)行以及起步運(yùn)行等模式都是純電動(dòng)汽車(chē)的整車(chē)驅(qū)動(dòng)控制。

3.3 充電控制策略

純電動(dòng)汽車(chē)在需要實(shí)施充電的過(guò)程中，純電動(dòng)汽車(chē)它的高壓正極以及負(fù)極接觸器都會(huì)直接被西河，從而讓充電器與高壓電路相互連接，實(shí)現(xiàn)純電動(dòng)汽車(chē)的電力供應(yīng)。這個(gè)過(guò)程中，DC/DC開(kāi)始運(yùn)行，同時(shí)輸出電壓會(huì)直接傳輸?shù)捷o助電池中。在充電的過(guò)程中，車(chē)輛控制器會(huì)進(jìn)行充電數(shù)據(jù)的接收，點(diǎn)火開(kāi)關(guān)不管處于任何檔位，純電動(dòng)汽車(chē)的整車(chē)控制器都不會(huì)接收到高壓電，從而保障純電動(dòng)汽車(chē)一直維持鎖定的狀態(tài)，不可以充電行駛。

4結(jié)束語(yǔ)

純電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)控制系統(tǒng)主要是將CAN主控芯片作為核心部件，通過(guò)電池、充電、電源以及電路等系統(tǒng)的共同作用，從而實(shí)現(xiàn)汽車(chē)的整車(chē)控制。純電動(dòng)汽車(chē)在進(jìn)行整車(chē)控制策略的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，需要分析用戶(hù)的意圖、充電控制、整車(chē)驅(qū)動(dòng)控制、能量回收控制以及輔助系統(tǒng)控制等，只有兼顧所有的內(nèi)容，才能滿(mǎn)足純電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)控制策略的經(jīng)濟(jì)性與安全性。

參考文獻(xiàn)

[1] 邱會(huì)鵬.純電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)控制器的研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2014.

[2] 徐凱.純電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)控制系統(tǒng)研究和設(shè)計(jì)[D].太原理工大學(xué)， 2016.

[3] 彭金雷.純電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)控制策略研究[D].華南理工大學(xué)，2013.