專利名稱：一種純電動汽車整車控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及控制器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種純電動汽車整車控制器。
背景技術(shù)：
隨著汽車工業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步,人們對汽車的動力性、經(jīng)濟(jì)性、安全性及排放方面的要求越來越高，而傳統(tǒng)的機(jī)械式連接、點(diǎn)對點(diǎn)連線的控制方式己遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足這些需求。為了解決上述問題，基于控制器局域網(wǎng)(Controller Area Network, CAN)總線的整車控制方式應(yīng)運(yùn)而生。由于純電動汽車除了組合儀表等CAN總線節(jié)點(diǎn)之外，還增加 了電池管理系統(tǒng)、電機(jī)控制器等高電壓大電流的CAN總線節(jié)點(diǎn)，因而整車控制的安全可靠就顯得更加重要，即如何使動力電池、電機(jī)控制器、電動空調(diào)、組合儀表、電動助力轉(zhuǎn)向(Electric Power Steering, EPS)系統(tǒng)、及其它CAN節(jié)點(diǎn)之間彼此協(xié)作、優(yōu)化匹配,各自功能發(fā)揮最佳、利用率最高就成了整車控制器的首要任務(wù)。然而，現(xiàn)有整車控制器不但未能提供可靠的整車控制策率，而且均利用低端的單片機(jī)作為CPU，從而使得整車控制器的運(yùn)算速度相對較慢，還使得CPU外圍電路的元器件較多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜。全世界大量汽車的應(yīng)用，已經(jīng)產(chǎn)生并引發(fā)了嚴(yán)重的環(huán)境與人類生存問題。目前，人們致力于發(fā)展高效、清潔和安全的運(yùn)輸工具，電動汽車、混合動力汽車和燃料電池汽車等新能源汽車己被代表性地提議為日后用以替代傳統(tǒng)車輛的運(yùn)輸工具。為了更好的協(xié)調(diào)和控制電動汽車中各個電器設(shè)備的工作，需要為電動汽車配置整車控制器(V⑶)。而目前純電動汽車的整車控制器或多或少都存在某些方面的不足，例如，高壓、低壓系統(tǒng)是純電動汽車整車控制系統(tǒng)中的一個重要組成部分，是整車高壓、低壓用電管理的核心，對整車合理用電和安全用電起到關(guān)鍵作用。但是，現(xiàn)有的高壓、低壓系統(tǒng)很難保證電動汽車的安全用電和高效合理用電，更無法實(shí)現(xiàn)整車控制參數(shù)的更新。鑒于此，有必要對現(xiàn)有的純電動汽車的整車控制器進(jìn)一步完善。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型為了解決現(xiàn)有的整車控制器高壓、低壓系統(tǒng)用電效率不高的問題，而提供了一種控制電動汽車安全用電、高效合理用電的整車控制器。本實(shí)用新型是通過以下方案實(shí)現(xiàn)的上述的純電動汽車整車控制器，包括動力系統(tǒng)管理模塊和安全管理模塊，所述整車控制器還包括高壓系統(tǒng)管理模塊和低壓系統(tǒng)管理模塊，所述模塊均通過CAN總線信號連接。所述高壓系統(tǒng)管理模塊具有高壓配電箱管理單元，所述高壓配電箱管理單元包含對整車高壓線路進(jìn)行控制的繼電器，包括主接觸器、預(yù)充繼電器、充電控制繼電器、直流轉(zhuǎn)直流電源和空調(diào)主繼電器。[0013]所述低壓系統(tǒng)管理模塊具有低壓電器控制單元，以控制高低壓電正常上下電。所述整車控制器還包括駕駛員意圖解析模塊，所述駕駛員意圖解析模塊具有擋位管理單元和扭矩需求管理單元，通過信號判斷換擋意圖和扭矩需求意圖。所述動力系統(tǒng)管理模塊包括通過CAN總線信號連接的電機(jī)控制模塊、電池管理模塊和其他動力系統(tǒng)設(shè)備包括永磁同步電機(jī)、離合器、變速器和減速器。所述電機(jī)控制模塊具有電機(jī)超速保護(hù)單元。所述電池管理模塊具有碰撞保護(hù)單元和電動空調(diào)控制單元。所述安全管理模塊具有行人警示管理單元、車速傳感器、擋位識別控制單元、故障檢測記錄單元、安全控制單元和倒車燈控制單元；所述擋位識別控制單元對車輛擋位識別 并通過整車控制器進(jìn)行控制，所述倒車燈控制單元通過整車控制器輸出倒車信號。有益效果本實(shí)用新型的純電動汽車整車控制器，包括動力系統(tǒng)管理模塊和安全管理模塊，還包括高壓系統(tǒng)管理模塊和低壓系統(tǒng)管理模塊；高壓系統(tǒng)管理模塊具有高壓配電箱管理單元，高壓配電箱內(nèi)包含對整車高壓線路進(jìn)行控制的繼電器，包括主接觸器、預(yù)充繼電器，充電控制繼電器和DC/DC、空調(diào)主繼電器；低壓系統(tǒng)管理模塊具有低壓電器控制單元，控制高低壓電正常上下電功能；電動汽車整車自動分配用電，并保證安全用電，而且易于實(shí)現(xiàn)整車控制器參數(shù)的更新。

圖I是本實(shí)用新型純電動汽車整車控制器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本實(shí)用新型純電動汽車整車控制器的動力系統(tǒng)管理模塊結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施方式
如圖I至圖2所示，本實(shí)用新型的純電動汽車整車控制器，包括駕駛員意圖解析模塊I、動力系統(tǒng)管理模塊2、安全管理模塊3、高壓系統(tǒng)管理模塊4、低壓系統(tǒng)管理模塊5，上述模塊均通過CAN總線信號連接。駕駛員意圖解析模塊I具有擋位管理單元11和扭矩需求管理單元12，均由信號連接;整車控制器通過采集加速踏板輸出電壓值變化，判斷扭矩需求意圖；輸入信號為加速踏板深度變化，深度變化反映出電壓值變化，通過采集加速踏板的信號，控制整車加速；控制模式是基于扭矩的控制模式；整車控制器通過車速信號、擋位輸入信號、整車故障狀態(tài)信號、扭矩請求信號對換擋意圖進(jìn)行管理，確保整車行駛安全；駕駛員意圖解析模塊I是基于整車控制器通過判斷點(diǎn)火鑰匙的位置來判斷，對車輛的鑰匙位置、低壓上電時序、高壓上電的過程進(jìn)行定義，鑰匙位置依據(jù)傳統(tǒng)車設(shè)計(jì)，有四種位置狀態(tài)，包括0FF、ACC、ON、START ；LOCK :鑰匙不在點(diǎn)火鎖內(nèi)時整車控制器檢測不到鑰匙；ACC :此位置時低壓電源給某些附件系統(tǒng)、輔助電器等供電，如收音機(jī)；0N:此位置時對所有控制單元進(jìn)行供電，如整車控制器、電池管理系統(tǒng)、微控制單元;START :駕駛員將鑰匙從ON擋位打到START擋位，整車控制器判斷整車高壓電系統(tǒng)是否可以上強(qiáng)電，此位置時會進(jìn)行高壓系統(tǒng)上電動作。動力系統(tǒng)管理模塊2包括電機(jī)控制模塊21、電池管理模塊22和其他動力系統(tǒng)設(shè)備包括永磁同步電機(jī)23、離合器24、變速器25和減速器26。通過CAN總線與電機(jī)控制模塊21、電池管理模塊22、永磁同步電機(jī)23、離合器24、變速器25和減速器26之間互相通訊連接并可以發(fā)出相應(yīng)的控制指令；通過將加速踏板信號、變速器擋位信號、制動踏板信號、倒擋開關(guān)信號等指令輸入至整車控制器，從而分別對電池狀態(tài)、電機(jī)轉(zhuǎn)速、變速器擋位、助力轉(zhuǎn)向、制動、故障診斷、報警等操作進(jìn)行協(xié)調(diào)控制；電機(jī)控制模塊21具有電機(jī)超速保護(hù)單元211，電機(jī)超速保護(hù)單元211接收到電機(jī)轉(zhuǎn)速值和電機(jī)當(dāng)前最大許用驅(qū)動扭矩值，依據(jù)轉(zhuǎn)速查找超速保護(hù)限制扭矩一維表，得到超速保護(hù)修正系數(shù)；電機(jī)超速扭矩限制為超速保護(hù)修正系數(shù)與電機(jī)最大扭矩之積； 電池管理模塊22具有碰撞保護(hù)單元221和電動空調(diào)控制單元222，均由信號連接;當(dāng)車輛收到碰撞信號后，電池管理模塊22會主動切斷主接觸器或整車控制器向電池管理模塊22發(fā)送切斷主接觸器的指令，此時高壓電會被切斷；應(yīng)注意，當(dāng)動力系統(tǒng)管理模塊2主動切斷動力電池高壓電時，系統(tǒng)具備可以通過駕駛員的有意識的操作使整車能夠重新上電的功能；電動空調(diào)控制單元222控制電動空調(diào)的開關(guān)，電動空調(diào)的開關(guān)信號為高低電平，高電平為開啟，低電平為關(guān)閉。因電動空調(diào)消耗的是動力電池包的電能，而且功率較大，其對整車的續(xù)駛里程影響比價大，因此在制定整車能量管理控制策略時應(yīng)充分考慮到電動空調(diào)的影響因素。安全管理模塊3具有行人警示管理單元31、車速傳感器32、擋位識別控制單元33、故障檢測記錄單元34、安全控制單元35、倒車燈控制單元36，均由信號連接；行人警示管理單元31在車速O < V < 20km/h時，發(fā)出報警信號(低電平有效)，即車速低于設(shè)定值，輸出警告信號，因純電動汽車的低噪聲特性，為增加車輛行駛過程中的安全性，增加行人警示功能，達(dá)到警示行人的目的；車速傳感器32加裝在車上，車速傳感器32將車速信號直接輸入到整車控制器中；擋位識別控制單元33對車輛擋位識別并通過整車控制器進(jìn)行控制，車輛滿足前進(jìn)的條件包括離合器閉合、整車向行駛方向運(yùn)動或倒車車速小于2km ;滿足車輛倒車的條件需保證車輛在非空擋狀態(tài)下，當(dāng)前工況下車速為O或車速小于2km及較小的驅(qū)動力矩；空擋情況下保證車輛的驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)速不瞬間爬升至很高；倒車情況下保證車輛倒車車速不超過設(shè)定值，不在車輛有很大動能的情況下倒車，達(dá)到保護(hù)驅(qū)動電機(jī)的目的；故障檢測記錄單元34，故障包括應(yīng)用層故障，應(yīng)用層故障分為信號級故障和策略級故障，信號級故障主要包括擋位開關(guān)故障、制動開關(guān)故障、鑰匙開關(guān)故障、加速信號故障、電機(jī)故障、電池故障；策略級故障主要包括扭矩故障、CAN通訊故障；這些故障將作為標(biāo)準(zhǔn)輸入，輸入到應(yīng)用模型中；[0045]安全控制單元35通過對系統(tǒng)中電壓、電流、電池剩余電量、溫度、扭矩、速度進(jìn)行處理，確保系統(tǒng)安全。主要有兩種處理方式降功率運(yùn)行以及極限條件下的系統(tǒng)關(guān)閉處理；倒車燈控制單元36，當(dāng)動力系統(tǒng)管理模塊3驅(qū)動車輛倒車時，倒車燈點(diǎn)亮。當(dāng)整車控制器判斷倒擋開關(guān)信號有效時，輸出倒車信號。高壓系統(tǒng)管理模塊4具有高壓配電箱管理單元41，高壓配電箱內(nèi)包含對整車高壓線路進(jìn)行控制的繼電器，包括主接觸器、預(yù)充繼電器、充電控制繼電器、DC/DC、空調(diào)主繼電器。低壓系統(tǒng)管理模塊5具有低壓電器控制單元51，控制高低壓電正常上下電功能。本實(shí)用新型的純電動汽車整車控制器具有如下功能驅(qū)動功能整車控制器通過加速踏板信號、車速信號、整車故障狀態(tài)信號、擋位狀態(tài)信號判斷出駕駛員意圖，計(jì)算出實(shí)時的驅(qū)動扭矩信號；對計(jì)算出的扭矩信號進(jìn)行濾波、平·滑處理后，將其發(fā)送給驅(qū)動電機(jī)控制系統(tǒng)微控制單元，請求整車驅(qū)動；驅(qū)動過程分為正向驅(qū)動和反向驅(qū)動，以不同的查表方式得到驅(qū)動扭矩；正向驅(qū)動時，區(qū)分高速狀態(tài)和低速狀態(tài)，以不同的查表方式得到不同的驅(qū)動扭矩。擋位管理功能由于純電動汽車排擋不具備傳統(tǒng)汽車排擋的自鎖保護(hù)功能，需要增加此功能以保證正確解析駕駛員換擋意圖、確保整車行駛安全；整車控制器通過對車速信號、擋位輸入信號、故障狀態(tài)信號、扭矩請求信號對駕駛員排擋請求信號進(jìn)行保護(hù)。故障檢測、記錄功能應(yīng)用層故障分為信號級故障和策略級故障，信號級故障主要包括擋位開關(guān)故障、制動開關(guān)故障、鑰匙開關(guān)故障、加速信號故障、電機(jī)故障、電池故障；策略級故障主要包括扭矩故障、CAN通訊故障；這些故障將作為標(biāo)準(zhǔn)輸入，輸入到應(yīng)用模型中。安全控制功能通過對系統(tǒng)中電壓、電流、電池剩余電量、溫度、扭矩、速度進(jìn)行檢測，確保系統(tǒng)安全；主要有兩種處理方式降功率運(yùn)行以及極限條件下的系統(tǒng)關(guān)閉處理。控制高低壓電正常上下電功能整車控制器通過判斷點(diǎn)火鑰匙的位置判斷駕駛員開鑰匙的意圖，對車輛的鑰匙位置、低壓上電時序、高壓上電的過程進(jìn)行定義，鑰匙位置依據(jù)傳統(tǒng)車設(shè)計(jì)，有四種位置狀態(tài)，包括0FF、ACC、ON、START ；LOCK :鑰匙不在點(diǎn)火鎖內(nèi)時整車控制器檢測不到鑰匙；ACC :此位置時低壓電源給某些附件系統(tǒng)、輔助電器等供電，如收音機(jī)；0N:此位置時對所有控制單元進(jìn)行供電，如整車控制器、電池管理系統(tǒng)、微控制單元;START :駕駛員將鑰匙從ON擋位打到START擋位，整車控制器判斷整車高壓電系統(tǒng)是否可以上強(qiáng)電，此位置時會進(jìn)行高壓系統(tǒng)上電動作。擋位識別控制功能車輛滿足前進(jìn)的條件包括離合器閉合、整車向行駛方向運(yùn)動或倒車車速小于2km ;滿足車輛倒車的條件需保證車輛在非空擋狀態(tài)下，當(dāng)前工況下車速為O或車速小于2km及較小的驅(qū)動力矩；空擋情況下保證車輛的驅(qū)動電機(jī)不出現(xiàn)轉(zhuǎn)速瞬間爬升至很高轉(zhuǎn)速；倒車情況下保證車輛倒車車速不超過設(shè)定值，不在車輛有很大動能的情況下倒車，達(dá)到保護(hù)驅(qū)動電機(jī)的目的。駕駛扭矩需求功能整車控制器通過采集加速踏板輸出電壓值變化，判斷駕駛員的扭矩需求意圖；輸入信號為加速踏板深度變化，深度變化反映出電壓值變化，通過采集加速踏板的信號，控制整車加速；控制模式是基于扭矩的控制模式。車速采集計(jì)算功能在車上加裝車速傳感器，傳感器將車速信號直接輸入到整車控制器中。電動空調(diào)控制功能電動空調(diào)的開關(guān)信號為高低電平，高電平為開啟，低電平為關(guān)閉；因電動空調(diào)消耗的是動力電池包的電能，而且功率較大，其對整車的續(xù)駛里程影響比價大，因此在制定整車能量管理控制策略時應(yīng)充分考慮到電動空調(diào)的影響因素。高壓配電箱控制功能高壓配電箱內(nèi)包含對整車高壓線路進(jìn)行控制的繼電器，包括，主接觸器、預(yù)充繼電器，充電控制繼電器和DC/DC、空調(diào)主繼電器。行人警示功能(預(yù)留)因純電動汽車的低噪聲特性，為增加車輛行駛過程中的安全性，增加行人警示功能。當(dāng)車速在O < V < 20km/h時，發(fā)出報警信號(低電平有效);車速低于設(shè)定值，輸出警告信號，達(dá)到警示行人的目的。 碰撞切斷動力系統(tǒng)高壓電功能當(dāng)車輛收到碰撞信號后，電池管理模塊會主動切斷主接觸器或整車控制器向電池管理模塊發(fā)送切斷主接觸器的指令，此時高壓電會被切斷；應(yīng)注意，當(dāng)動力系統(tǒng)主動切斷動力電池高壓電時，系統(tǒng)具備可以通過駕駛員的有意識的操作使整車能夠重新上電的功能。進(jìn)入倒車時倒車燈亮功能動力系統(tǒng)驅(qū)動車輛倒車時，倒車燈點(diǎn)亮；當(dāng)整車控制器判斷倒擋信號有效時，輸出倒車信號。驅(qū)動電機(jī)超速保護(hù)電機(jī)超速保護(hù)模塊接收到電機(jī)轉(zhuǎn)速值和電機(jī)當(dāng)前最大許用驅(qū)動扭矩值，依據(jù)轉(zhuǎn)速查找超速保護(hù)限制扭矩一維表，得到超速保護(hù)修正系數(shù)；電機(jī)超速扭矩限制為超速保護(hù)修正系數(shù)與電機(jī)最大扭矩之積。本實(shí)用新型的純電動汽車整車控制器，包括動力系統(tǒng)管理模塊和安全管理模塊，還包括高壓系統(tǒng)管理模塊和低壓系統(tǒng)管理模塊；高壓系統(tǒng)管理模塊具有高壓配電箱管理單元，高壓配電箱內(nèi)包含對整車高壓線路進(jìn)行控制的繼電器，包括主接觸器、預(yù)充繼電器，充電控制繼電器和DC/DC、空調(diào)主繼電器；低壓系統(tǒng)管理模塊具有低壓電器控制單元，控制高低壓電正常上下電功能；電動汽車整車自動分配用電，并保證安全用電，而且易于實(shí)現(xiàn)整車控制器參數(shù)的更新。
權(quán)利要求1.一種純電動汽車整車控制器，包括動力系統(tǒng)管理模塊和安全管理模塊，其特征在于所述整車控制器還包括高壓系統(tǒng)管理模塊和低壓系統(tǒng)管理模塊，所述模塊均通過CAN總線信號連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的純電動汽車整車控制器，其特征在于所述高壓系統(tǒng)管理模塊具有高壓配電箱管理單元，所述高壓配電箱管理單元包含對整車高壓線路進(jìn)行控制的繼電器，包括主接觸器、預(yù)充繼電器、充電控制繼電器、直流轉(zhuǎn)直流電源和空調(diào)主繼電器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的純電動汽車整車控制器，其特征在于所述低壓系統(tǒng)管理模塊具有低壓電器控制單元，以控制高低壓電正常上下電。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的純電動汽車整車控制器，其特征在于所述整車控制器還包括駕駛員意圖解析模塊，所述駕駛員意圖解析模塊具有擋位管理單元和扭矩需求管理單元，分別通過信號判斷換擋意圖和扭矩需求意圖。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的純電動汽車整車控制器，其特征在于所述動力系統(tǒng)管理模塊包括通過CAN總線信號連接的電機(jī)控制模塊、電池管理模塊和其他動力系統(tǒng)設(shè)備包括永磁同步電機(jī)、離合器、變速器和減速器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的純電動汽車整車控制器，其特征在于所述電機(jī)控制模塊具有電機(jī)超速保護(hù)單元。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的純電動汽車整車控制器，其特征在于所述電池管理模塊具有碰撞保護(hù)單元和電動空調(diào)控制單元。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的純電動汽車整車控制器，其特征在于所述安全管理模塊具有行人警示管理單元、車速傳感器、擋位識別控制單元、故障檢測記錄單元、安全控制單元和倒車燈控制單元；所述擋位識別控制單元對車輛擋位識別并通過整車控制器進(jìn)行控制，所述倒車燈控制單元通過整車控制器輸出倒車信號。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種純電動汽車整車控制器，包括動力系統(tǒng)管理模塊和安全管理模塊，所述整車控制器還包括高壓系統(tǒng)管理模塊和低壓系統(tǒng)管理模塊，均通過CAN總線信號連接。本實(shí)用新型的純電動汽車整車控制器，高壓系統(tǒng)管理模塊具有高壓配電箱管理單元，高壓配電箱內(nèi)包含對整車高壓線路進(jìn)行控制的繼電器；低壓系統(tǒng)管理模塊具有低壓電器控制單元，控制高低壓電正常上下電功能；電動汽車整車自動分配用電，并保證安全用電，而且易于實(shí)現(xiàn)整車控制器參數(shù)的更新。
文檔編號B60R16/023GK202686231SQ201220345260
公開日2013年1月23日 申請日期2012年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月17日
發(fā)明者趙明禹, 馬運(yùn)凡, 趙健, 朱江 申請人:湖北天運(yùn)汽車電器系統(tǒng)有限公司