純電動環衛車整車控制單元的開發

汪 斌 ，吳明瞭，劉曉謙，李 良，盧 佳

Wang Bin，Wu Mingliao，Liu Xiaoqian，Li Liang，Lu Jia

（東風汽車股份有限公司商品研發院，湖北 武漢 430057）

在國家《電動汽車科技發展“十二五”專項規劃》中，純電動汽車受到了相當大的關注，是國家實現產業升級、技術轉型和科技跨越的必然要求[1]。但限于當前電池技術的發展水平，大規模個人使用純電動車輛還有很多困難。調查發現，政府主導的市政環衛車輛對于純電動車型有相當大需求量，這體現了政府對電動車發展的支持與鼓勵，為推動電動汽車事業向前發展有重要影響。

1 系統結構與功能定義

文中的純電動環衛車采用前置后驅的模式，結構如圖1所示，主要部件包括：整車控制單元、電動機及其控制單元、動力電池包及其管理單元、手動變速器、主減速器、DCDC、電動轉向泵和電動打氣泵等，由于環衛車一般在市內工作，運行條件和充電條件較好，因此該車不設置車載充電機，依靠外接充電。

整車控制單元對駕駛員的加速踏板、換擋等操作進行識別，進而控制車輛的運行，實現整車定義的動力性、經濟性指標，同時實現安全性指標。因此，整車控制單元是整個控制系統的核心[2]，具體需要實現的功能及其功能描述列于表1。

表1 整車控制單元功能定義及簡要描述

2 硬件平臺

根據整車控制單元需要實現的功能設計控制器的硬件，包括：

1）外殼結構設計。需實現整體防護要求達到IP67，為此選用的插接件為ECU專用的成熟產品，防護性能高，且經過實際應用檢驗。

2）電源模塊。控制器設計工作電壓為 DC24 V，電壓適應范圍為DC16～32 V。

3）輸入輸出接口模塊。完成數據采集濾波和控制指令的發出。控制器設計有2路CAN總線，分別用于行車時的數據通信和停車充電時的通訊。為保證數據的可靠傳輸，對需要的地方進行光耦隔離。

4）算法處理單元。這是整車控制單元的核心部分，實現了控制算法的硬件基礎。采用Freescale公司成熟的S12系列16位微處理器，能夠保證算法計算的實時性。

5）電路設計。電路設計除考慮常用需要外，重點應滿足電磁兼容性的要求。

3 軟件設計

控制單元的軟件結構大體分為上層程序和底層程序。其中，上層程序指控制策略的實現部分，是滿足控制功能的核心部分；底層程序主要是對硬件設備進行控制，是控制單元穩定可靠運行的保證。

3.1 上層算法設計

為實現表 1中的功能，控制器軟件將整車工況狀態劃分為多種模式，每種模式都對入口條件進行判斷：軟件根據加速踏板位置、制動踏板位置、擋位、離合器狀態、電動機狀態和電池狀態綜合分析判斷當前整車處于何種狀態。每種狀態下，定義了控制器應當采取的應對措施，產生并發出控制信號。這些控制信號基于整車轉矩控制，同時也限制電動機的運行最高轉速。例如，對正常行駛狀態的判斷是：上電完成，未發駐車信號，未掛空擋，未踩離合器，加速踏板踩下，此時，根據加速踏板開度的大小計算相應的目標轉矩，此轉矩值通過CAN總線發送至電動機控制單元，通過電動機控制單元對電動機電流進行控制。

3.2 底層軟件設計

控制單元的主程序無限循環運行，進入主程序之前，首先需對控制單元的各個端口進行初始化，使其處于正常工作狀態。進入主程序后，通過底層程序采集端口上的信號，并送入主程序中的控制算法進行計算，然后將算法計算所得到的各種控制量通過底層軟件發送出去，傳送給其他執行器的控制單元，實現整車控制。

4 實車道路試驗

實車基本參數列于表2。

表2 純電動環衛車基本參數

在襄陽試車場進行實車實際道路試驗，累計試驗里程已超過20000 km，整車控制單元各項指標都經受住實際檢驗，安全有效。

5 結束語

針對純電動市政環衛車的使用工況和條件，設計定義了整車控制需要滿足的功能，并實現相應的軟、硬件設計與自主開發，具有自主知識產權。通過實車試車場試驗表明，所開發的控制單元能較好地滿足預定的功能和性能設計目標。

[1]中國科技網. 電動汽車科技發展“十二五”專項規劃（摘要）[EB/OL]. http：//www.stdaily.com/，2012-03-03.

[2]羅水平. 純電動汽車整車控制器開發的探討[J]. 海峽科學，2010，（12）：64-67.