來源：一覽眾車

一、新能源電動汽車整車電子控制系統

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

二、電動汽車整車電子控制系統

電動汽車動力系統各零部件的工作都是由整車控制器統一協調。對純電動汽車而言，電動機驅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，增加了系統設計和控制的靈活性，使汽車可以在多種模式下工作，適應不同工況下的需求，獲得比傳統汽車更好的燃料電池性能，降低了有害物的排放，減小對環境的污染和危害，從而達到環保和節能的雙重標準。

首先要針對給定的車輛和參數的條件，選擇合適的動力系統構型，完成動力系統的參數匹配和優化。在此基礎上，建立整車控制系統來協調汽車工作模式的切換和多個動力源／能量源之間的功率／能量流的在線優化控制。整車控制系統由整車控制器、通信系統、零部件控制器以及駕駛員操縱系統構成，其主要功能是根據駕駛員的操作和當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，選擇盡可能優化的I作模式和能量分配比例，以達到最佳的燃料經濟性和排放指標。

1．整車控制系統及功能分析

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

(2)整車控制系統結構：電動汽車動力系統的部件都有自己的控制器，為分布式分層控制提供了基礎。分布式分層控制可以實現控制系統的拓撲分離和功能分離。拓撲分離使得物理結構上各個子系統控制系統分布在不同位置上，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。

電動汽車分層結構控制系統如圖8-2所示。最底層是執行層，由部件控制器和一些執行單元組成，其任務是正確執行中間層發送的指令，這些指令通過CAN總線進行交互，并且有一定的自適應和極限保護功能；中間層是協調層，也就是整車控制器(VMS)，它的主要任務是一方面根據駕駛員的各種操作和汽車當前的狀態解釋駕駛員的意圖，另一方面根據執行層的當前狀態，做出最優的協調控制；最高層是組織層，由駕駛員或者制動駕駛儀來實現車輛控制的閉環。

(3)整車控制系統對車輛性能的影響主要有三個方面：

①動力性和經濟性：整車控制器決定發動機和電動機轉矩的輸出，直接關系到汽車動力性能，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，從而實現整車臺旨量的優化，獲得較高的經濟性。

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，電動機及其控制器等強電環節，除了原有的車輛安全性問題（如制動和操作穩定性）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，并對可能出現的危險進行及時處理，以保證成員和車輛的安全。

③駕駛舒適性及整車的協調控制：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，實現信息共享和全局控制，改善駕駛舒適性。整車控制器根據駕駛員操作信號進行駕駛意圖解釋，根據各介部件和整車工作的狀態進行整車安全管理和能量分配決策，通過CAN總線向部件ECU發送命令，并通過硬件資源驅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的核心，承擔了數據交換、安全管理和能量分配的任務。根據重要程度和實現次序，其功能劃分如下。

①數據交互管理：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信息，這是實現整車控制器其他功能的基礎和前提。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行采樣處理，并且通過CAN發送控制命令，通過I/O.D7A、PWM提供對顯示單元、繼電器等的驅動信號。

②安全故障管理層：實車運行中，任何部件都可能產生差錯，從而可能導致器件損壞甚至危及車輛安全。控制器要能對汽車各種可能的故障進行分析處理，這是保證汽車行駛安全的必備條件。對車輛而言，故障可能出現在任何地方，但對整車控制器而言，故障只體現在第一層中繼承的數據中。對繼承的數據進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：駕駛員的所有與驅動駕駛相關的操作信號都直接進入整車控制器，整車控制器對采集的駕駛員操作信息進行正確的分析處理，計算出驅動系統的目標轉矩和車輛的需求功率來實現駕駛員的意圖。

④能量流管理層：該層的主要工作是在多個能量源之間進行需求功率分配，這是提高燃料電池汽車經濟性的必要途徑。要實現整車控制器的上述功能，必須設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：現有的動力總成控制器一般為采用高性能單片機的嵌入式系統，有Cygnal公司的C8051F020單片機，Intel的80C196, TI的TMIS320LF2407數字信號處理器，Freescale的MC68376系列單片機等方案，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i70接口、網絡總線通信接口，為分布式網絡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，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汽車的發動機和傳動系統的控制中已經得到廣泛的應用，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內核的32位RISC構架的MPC555處理器運算能力最為強大，集成的片內RAM和Flash容量較大，片內外圍設備接口最為豐富，Simulink對其所提供的驅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oMPC555模塊示意圖如圖8-4所示。

(3)整車控制器開發：在傳統的控制單元開發流程中，通常采用串行開發模式，即首先根據應用需要，提出系統霈求并進行相應的功能定義，然后進行硬件設計，使用匯編語言或c語言進行面向硬件的代碼編寫，隨后完成軟硬件和外部接口集成，最后對系統進行測試標定。現在的開發多采用V模式開發流程（圖8 -5）o軟硬件技術的不斷發展，為并行開發提供了強有力的工具。例如德國DSPACE公司開發了基于PowerPC和Matlab7Simulink的實時系統仿真，為控制器開發及半實物仿真提供了很好的軟硬件工作基礎。

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

第二步，快速控制器原型和硬件開發。從控制系統的仿真模型中取出控制器模型，并且結合DSPACE物理接口模塊（A/D.D7A.170.RS232和CAN）來實現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行程序，并下載到DSPACEo DSPACE此時作為目標控制器的替代物，可以方便地實現控制參數在線調試和控制邏輯調節。在進行離線仿真和快速控制其原型的同時，根據控制器的功能設計，同步完成硬件的功能分析并進行相應硬件設計、制作，并且根據軟件仿真的結果對硬件進行完善和修改。

第三步，目標代碼生成。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生成目標代碼，然后編寫目標的底層驅動軟件，兩者集成后生成目標代碼下載到ECU中。第四步，硬件在環仿真。其目的是驗證控制器電控單元的功能。在這個環節中，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，調試相標定。把經過硬件在環仿真驗證鏈接到完全真實的被控對象中，進行實際運行試驗和調試。

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