纯电动汽车整车控制器软件设计

杨凡

摘 要：整车控制器作为电动汽车的控制核心部件之一，对电动汽车的动力经济性、平顺性和安全性都有很大的影响。本文以某纯电动汽车为对象，针对其整车控制需求进行分析，采用基于模型的开发方式，对其整车控制策略进行设计，实现了整车控制软件所需的功能。

关键词：电动汽车 整车控制器 控制软件

近年来，随着国内消费者对电动汽车的认可度不断提升，电动汽车市场不断扩容，各整车企业纷纷加大电动汽车的研发投入。整车控制器作为电动汽车的核心控制部件之一，是电动汽车的控制中枢，其功能包括根据驾驶员操作对电动汽车进行有效控制，同时保证电动汽车的动力经济性、平顺性和安全性，所以整车企业都期望掌握整车控制器的核心技术。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

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/Embedded Coder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。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。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，整车控制器可對充电过程进行监控。

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。

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

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。

参考文献：

[1]王子腾.纯电动货车整车控制策略及控制器研究[D].江苏大学，2018.

[2]王胜达，贠海涛，董利莹，等.基于Simulink的纯电动汽车整车控制系统设计[J].科学技术与工程，2020，20（7）： 2885-2891.

[3]王建军.基于MATLAB/Simulink平台的整车控制器设计[J].汽车使用技术，2012，4：33-37.