來源：一覽眾車

一、新能源電動汽車整車電子控制系統(tǒng)

電動汽車整車電子控制系統(tǒng)由動力系統(tǒng)、底盤電子控制系統(tǒng)、汽車安全控制系統(tǒng)、汽車信息電子控制系統(tǒng)組成，這四大系統(tǒng)完成了電動汽車的使命。下面將分別介紹每個系統(tǒng)的功能及作用。

二、電動汽車整車電子控制系統(tǒng)

電動汽車動力系統(tǒng)各零部件的工作都是由整車控制器統(tǒng)一協(xié)調(diào)。對純電動汽車而言，電動機(jī)驅(qū)動和制動能量回收的最大功率都受到電池放電／充電能力的制約。對混合燃料電池轎車和燃料電池客車而言，由于其具有兩個或兩個以上的動力源，增加了系統(tǒng)設(shè)計和控制的靈活性，使汽車可以在多種模式下工作，適應(yīng)不同工況下的需求，獲得比傳統(tǒng)汽車更好的燃料電池性能，降低了有害物的排放，減小對環(huán)境的污染和危害，從而達(dá)到環(huán)保和節(jié)能的雙重標(biāo)準(zhǔn)。

首先要針對給定的車輛和參數(shù)的條件，選擇合適的動力系統(tǒng)構(gòu)型，完成動力系統(tǒng)的參數(shù)匹配和優(yōu)化。在此基礎(chǔ)上，建立整車控制系統(tǒng)來協(xié)調(diào)汽車工作模式的切換和多個動力源／能量源之間的功率／能量流的在線優(yōu)化控制。整車控制系統(tǒng)由整車控制器、通信系統(tǒng)、零部件控制器以及駕駛員操縱系統(tǒng)構(gòu)成，其主要功能是根據(jù)駕駛員的操作和當(dāng)前的整車和零部件工作狀況，在保證安全和動力性的前提下，選擇盡可能優(yōu)化的I作模式和能量分配比例，以達(dá)到最佳的燃料經(jīng)濟(jì)性和排放指標(biāo)。

1．整車控制系統(tǒng)及功能分析

(1)控制對象：電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)包括幾種不同的能量和儲能元件（燃料電池，內(nèi)燃機(jī)或其他熱機(jī)，動力電池或超級電容），在實際工作過程中包括了化學(xué)能、電能和機(jī)械能之間的轉(zhuǎn)化。電動汽車動力系統(tǒng)能流圖如圖8-1所示。

(2)整車控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：電動汽車動力系統(tǒng)的部件都有自己的控制器，為分布式分層控制提供了基礎(chǔ)。分布式分層控制可以實現(xiàn)控制系統(tǒng)的拓?fù)?/span>分離和功能分離。拓?fù)浞蛛x使得物理結(jié)構(gòu)上各個子系統(tǒng)控制系統(tǒng)分布在不同位置上，從而減少了電磁干擾，功能分離使得各個子部件完成相對獨立的功能，從而可以減少子部件的相互影響，并提高了容錯能力。

電動汽車分層結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)如圖8-2所示。最底層是執(zhí)行層，由部件控制器和一些執(zhí)行單元組成，其任務(wù)是正確執(zhí)行中間層發(fā)送的指令，這些指令通過CAN總線進(jìn)行交互，并且有一定的自適應(yīng)和極限保護(hù)功能；中間層是協(xié)調(diào)層，也就是整車控制器(VMS)，它的主要任務(wù)是一方面根據(jù)駕駛員的各種操作和汽車當(dāng)前的狀態(tài)解釋駕駛員的意圖，另一方面根據(jù)執(zhí)行層的當(dāng)前狀態(tài)，做出最優(yōu)的協(xié)調(diào)控制；最高層是組織層，由駕駛員或者制動駕駛儀來實現(xiàn)車輛控制的閉環(huán)。

(3)整車控制系統(tǒng)對車輛性能的影響主要有三個方面：

①動力性和經(jīng)濟(jì)性：整車控制器決定發(fā)動機(jī)和電動機(jī)轉(zhuǎn)矩的輸出，直接關(guān)系到汽車動力性能，影響駕駛員的操縱感覺；燃料電池轎車和客車有兩個或兩個以上的能量來源，在汽車實際行使過程中，整車控制器實施控制能量源之間的能量分配，從而實現(xiàn)整車臺旨量的優(yōu)化，獲得較高的經(jīng)濟(jì)性。

②安全性：燃料電池轎車和客車上包括氫氣瓶、動力電池等能量儲存單元和動力總線，電動機(jī)及其控制器等強(qiáng)電環(huán)節(jié)，除了原有的車輛安全性問題（如制動和操作穩(wěn)定性）之外，還增加了高壓電安全和氫安全等新的安全隱患。整車控制器必須從整車的角度及時檢測各部件的工作狀態(tài)，并對可能出現(xiàn)的危險進(jìn)行及時處理，以保證成員和車輛的安全。

③駕駛舒適性及整車的協(xié)調(diào)控制：采用整車控制器管理汽車上的各部件工作，可以整合汽車上各項功能，如自動巡航、ABS、自動換檔等，實現(xiàn)信息共享和全局控制，改善駕駛舒適性。整車控制器根據(jù)駕駛員操作信號進(jìn)行駕駛意圖解釋，根據(jù)各介部件和整車工作的狀態(tài)進(jìn)行整車安全管理和能量分配決策，通過CAN總線向部件ECU發(fā)送命令，并通過硬件資源驅(qū)動整車安全操作和儀表顯示。

2．整車控制器

(1)整車控制器功能：整車控制器是控制系統(tǒng)的核心，承擔(dān)了數(shù)據(jù)交換、安全管理和能量分配的任務(wù)。根據(jù)重要程度和實現(xiàn)次序，其功能劃分如下。

①數(shù)據(jù)交互管理：整車控制器要實時采集駕駛員的操作信息和其他各個部件的工作狀態(tài)信息，這是實現(xiàn)整車控制器其他功能的基礎(chǔ)和前提。該層接受CAN總線的信息，對直接饋人整車控制器的物理層進(jìn)行采樣處理，并且通過CAN發(fā)送控制命令，通過I/O.D7A、PWM提供對顯示單元、繼電器等的驅(qū)動信號。

②安全故障管理層：實車運行中，任何部件都可能產(chǎn)生差錯，從而可能導(dǎo)致器件損壞甚至危及車輛安全?？刂破饕軐ζ嚫鞣N可能的故障進(jìn)行分析處理，這是保證汽車行駛安全的必備條件。對車輛而言，故障可能出現(xiàn)在任何地方，但對整車控制器而言，故障只體現(xiàn)在第一層中繼承的數(shù)據(jù)中。對繼承的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷將是該層的主要工作之一。在檢測出錯誤后，該層會做出相應(yīng)的處理，在保證車輛足夠安全的條件下，給各部件提供可使用的工作范圍，以便盡可能地滿足駕駛員的駕駛意圖。

③駕駐員意圖層：駕駛員的所有與驅(qū)動駕駛相關(guān)的操作信號都直接進(jìn)入整車控制器，整車控制器對采集的駕駛員操作信息進(jìn)行正確的分析處理，計算出驅(qū)動系統(tǒng)的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩和車輛的需求功率來實現(xiàn)駕駛員的意圖。

④能量流管理層：該層的主要工作是在多個能量源之間進(jìn)行需求功率分配，這是提高燃料電池汽車經(jīng)濟(jì)性的必要途徑。要實現(xiàn)整車控制器的上述功能，必須設(shè)計合理的硬件和軟件，整車控制器功能劃分如圖8-3所示。

(2)整車控制器硬件：現(xiàn)有的動力總成控制器一般為采用高性能單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)，有Cygnal公司的C8051F020單片機(jī)，Intel的80C196, TI的TMIS320LF2407數(shù)字信號處理器，Freescale的MC68376系列單片機(jī)等方案，此外，支持Simulink自動代碼生成的微處理器有Freescale公司的HC\’12. MPC0555，Infineon公司的C166; TI公司的DSPC2000.C6000等。

以上這些控制器都具有高速高精度、存儲器容量較大的特點，能滿足實時控制算法對計算能力的需求。同時還具有豐富的片內(nèi)i70接口、網(wǎng)絡(luò)總線通信接口，為分布式網(wǎng)絡(luò)控制和集中控制提供了可能。為了能在芯片上移植諸如OSEK7VDX之類的實時操作系統(tǒng)，對中斷和定時器等硬件資源也有較為特殊的要求。其中一些控制器在傳統(tǒng)汽車的發(fā)動機(jī)和傳動系統(tǒng)的控制中已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，其可靠性也得到充分的驗證。這其中以工作頻率為40MHz且具有64位浮點運算PoWerPC內(nèi)核的32位RISC構(gòu)架的MPC555處理器運算能力最為強(qiáng)大，集成的片內(nèi)RAM和Flash容量較大，片內(nèi)外圍設(shè)備接口最為豐富，Simulink對其所提供的驅(qū)動程序模塊庫支持也最完善。故選擇其作為VMs控制器的嵌入式硬件平臺基礎(chǔ)oMPC555模塊示意圖如圖8-4所示。

(3)整車控制器開發(fā)：在傳統(tǒng)的控制單元開發(fā)流程中，通常采用串行開發(fā)模式，即首先根據(jù)應(yīng)用需要，提出系統(tǒng)霈求并進(jìn)行相應(yīng)的功能定義，然后進(jìn)行硬件設(shè)計，使用匯編語言或c語言進(jìn)行面向硬件的代碼編寫，隨后完成軟硬件和外部接口集成，最后對系統(tǒng)進(jìn)行測試標(biāo)定?，F(xiàn)在的開發(fā)多采用V模式開發(fā)流程（圖8 -5）o軟硬件技術(shù)的不斷發(fā)展，為并行開發(fā)提供了強(qiáng)有力的工具。例如德國DSPACE公司開發(fā)了基于PowerPC和Matlab7Simulink的實時系統(tǒng)仿真，為控制器開發(fā)及半實物仿真提供了很好的軟硬件工作基礎(chǔ)。

第一步，功能定義和離線仿真。首先根據(jù)應(yīng)用需要明確控制器應(yīng)該具有的功能，為硬件設(shè)計提供基礎(chǔ)；然后借助MATLAB建立整個控制系統(tǒng)（包括控制器和被控對象）的仿真模型，并進(jìn)行離線仿真，運用軟件仿真的方法設(shè)計和驗證控制策略。

第二步，快速控制器原型和硬件開發(fā)。從控制系統(tǒng)的仿真模型中取出控制器模型，并且結(jié)合DSPACE物理接口模塊（A/D.D7A.170.RS232和CAN）來實現(xiàn)與被控對象的物理連接，然后運用dSPACE提供編譯工具生成可執(zhí)行程序，并下載到DSPACEo DSPACE此時作為目標(biāo)控制器的替代物，可以方便地實現(xiàn)控制參數(shù)在線調(diào)試和控制邏輯調(diào)節(jié)。在進(jìn)行離線仿真和快速控制其原型的同時，根據(jù)控制器的功能設(shè)計，同步完成硬件的功能分析并進(jìn)行相應(yīng)硬件設(shè)計、制作，并且根據(jù)軟件仿真的結(jié)果對硬件進(jìn)行完善和修改。

第三步，目標(biāo)代碼生成。前述的快速控制原型基本生成了滿意的控制策略，硬件設(shè)計也形成了最終物理載體ECU，此時運用DSPACE的輔助工具TargetLink生成目標(biāo)代碼，然后編寫目標(biāo)的底層驅(qū)動軟件，兩者集成后生成目標(biāo)代碼下載到ECU中。第四步，硬件在環(huán)仿真。其目的是驗證控制器電控單元的功能。在這個環(huán)節(jié)中，除了電控單元是真實的部件，部分被控對象也可以是真實的零部件，如果將仿真模型中的被控對象模型生成代碼并下載到DSPACE中，則可用于被控對象的特性。第五步，調(diào)試相標(biāo)定。把經(jīng)過硬件在環(huán)仿真驗證鏈接到完全真實的被控對象中，進(jìn)行實際運行試驗和調(diào)試。

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