純電動汽車整車控制器開發(fā)及控制策略研究

顏孝勇

摘 要：為了全方位研究純電動汽車整車的開發(fā)與控制策略，文章主要是針對純電動汽車整車的硬件構(gòu)造展開闡述，同時研究純電動汽車整車控制策略的設(shè)計，對未來開發(fā)純電動汽車整車控制硬件系統(tǒng)有著非常明顯的指導(dǎo)價值。

關(guān)鍵詞：純電動汽車;整車控制;開發(fā);控制策略

中圖分類號：U469.7 ?文獻標識碼：B ?文章編號：1671-7988（2020）09-20-02

Research on controller development and control strategy of pure electric vehicle

Yan Xiaoyong

（ Anhui Xinsheng Automobile Manufacturing Co.， Ltd.， Anhui Xuancheng 242200 ）

Abstract：?In order to study the development and control strategy of pure electric vehicle in an all-round way， this paper mainly elaborates the hardware structure of pure electric vehicle， and studies the design of control strategy of pure electric vehicle， which has a very obvious guiding value for the future development of pure electric vehicle control hardware system.

Keywords： Pure electric vehicle; Vehicle control; Development; Control strategy

CLC NO.： U469.7 ?Document Code： B ?Article ID： 1671-7988（2020）09-20-02

前言

和傳統(tǒng)汽車整車控制結(jié)構(gòu)進行比較，純電動汽車整車控制結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，并且具有多樣化的結(jié)構(gòu)。電控結(jié)構(gòu)是實現(xiàn)純電動汽車整車控制開發(fā)的主要部分，是保障純電動汽車各項功能實施的基本條件，可以讓純電動汽車的所有運行單元都處于最合適的條件下運行，并且根據(jù)純電動汽車整車控制策略以及硬件開發(fā)等展開相應(yīng)的設(shè)計。純電動汽車的整車控制結(jié)構(gòu)通常包含了整車控制器的主控芯片、數(shù)據(jù)通信電路以及傳感信號調(diào)理等方面的設(shè)計。

1 純電動汽車的整車控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

純電動汽車只需要利用動力電池為車輛提供相應(yīng)的動能，然后通過整車控制系統(tǒng)將動能轉(zhuǎn)化為機械能，從而保障純電動汽車的安全運行。純電動汽車整車控制系統(tǒng)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)通常包含了整車控制器主控芯片、數(shù)據(jù)通信電路以及傳感器信號調(diào)理等。整車控制系統(tǒng)能夠按照用戶的操作來發(fā)出相關(guān)指令，電機控制器則是能夠?qū)ζ溥M行回應(yīng)，同時還可以有效調(diào)理汽車動力輸出大小，從而滿足前進、后退、倒車以及停車等各項功能。

2 整車控制器的開發(fā)設(shè)計

2.1 純電動汽車主控芯片的選擇

純電動汽車的整車控制器在主控芯片方面的設(shè)計，需要遵循輸出量與輸入量大的原則，對于控制實時性有著較高的要求，并且這種模式的算法也非常繁瑣，所以在純電動汽車整車控制器的開發(fā)方面，現(xiàn)階段市場中運用最多的主控芯片主要是32位MCU。按照Motorrola公司對市場的調(diào)查，在未來，具有超強性能的32為MCU會成為純電動汽車控制器中應(yīng)用最多的主控芯片。因此，本文所的研究主要是運用飛索半導(dǎo)體電子主控芯片，即32為RISC結(jié)構(gòu)的MB91F526F微控制器。該主控芯片最大工作頻率高達80MHz，并且容量較大，低消耗等特點。

2.2 電源電路設(shè)計

電源電路設(shè)計需要存在過流保護保險，即F1（30V/ 1.5A），并且還需要有預(yù)防線路接反的二級保護管S3GB，能夠有效的保障整個控制系統(tǒng)的安全性。電池干擾濾波器能夠選擇日本村田企業(yè)制作的NFM55PC155F1H4，可以有效地阻擋高頻干擾。與此同時，開關(guān)電源穩(wěn)壓器則是能夠運用LM2596S-5.0型號，能夠把+12V的電壓有效轉(zhuǎn)變成+5V的電壓，從而為主控芯片提供電能。功率開關(guān)主要是選擇IRFR9024，復(fù)位芯片則是選擇MAX810LD，通過兩者的共同作用形成低壓掉電檢測選擇，若是電壓值要比復(fù)位門限壓4.63V還要低的過程中，RST引腳則會形成合力的復(fù)位高壓脈沖，這個時候電源電路就會停止供電。

2.3 復(fù)位電路設(shè)計

主控芯片主要是在復(fù)位的時候工作，在復(fù)位完成之后，端口與寄存器各自的狀況則會達到默認值，這個過程中程序就會開始執(zhí)行各項命令。復(fù)位會強制將寄存器、GPIO端口、中斷以及控制狀態(tài)等單元復(fù)位成初始值。MB91F526F總共存在四種復(fù)位模式，即看門狗定時器復(fù)位、時鐘監(jiān)視、外部復(fù)位以及上電復(fù)位。

2.4 數(shù)據(jù)通信電路設(shè)計

MB91F526F結(jié)構(gòu)內(nèi)所集成的CAN整車控制單元，能夠有效支持3路CAN實現(xiàn)同時通信。然而為了增強CAN數(shù)據(jù)通信的穩(wěn)定性，CAN通信電路還需要分析EMC的各種抗干擾因素。CAN收發(fā)器主要是選擇NXP企業(yè)設(shè)計的SJA1040型號，能夠有效降低光耦隔離所形成的數(shù)據(jù)通信傳輸延遲。在CAN收發(fā)器工作的前端，還需要應(yīng)用ADI企業(yè)設(shè)計的ADUM1201型號雙通道數(shù)字隔離器，此項隔離器能夠把單芯片變壓器與CMOS技術(shù)實現(xiàn)有效融合，從而表現(xiàn)出非常強的性能結(jié)構(gòu)。CAN通信所發(fā)出的數(shù)據(jù)信息還能夠利用MURATA企業(yè)所制造的DLW31SN161SQ2型號共模電感來處理電磁干擾數(shù)據(jù)。

2.5 傳感器信號調(diào)理設(shè)計

2.5.1 踏板信號采集設(shè)計

本研究的加速踏板其額定電壓主要設(shè)置為+5V，其電壓輸出區(qū)間為0至5V，輸出電壓所應(yīng)用的運算放大器主要選擇TI企業(yè)設(shè)計的LM358型號，該裝置能夠形成電壓跟隨器，可以有效增強主控芯的輸入抗阻，從而提高A/D轉(zhuǎn)換器的電磁抗干擾效果，增強設(shè)備的電壓測量準確度。此外，在電壓信號收集線路上還需要接入大小為100nf的電容，從而實現(xiàn)高頻干擾的過濾。為了有效增強A/D轉(zhuǎn)換器的電壓準確度，還需要設(shè)計一個外置電壓為+5V的REF195型號基準源芯片。

2.5.2 速度傳感器信號采集設(shè)計

本研究主要是利用霍爾效應(yīng)齒輪傳感器作為速度信號采集裝置。在霍爾傳感器進行電磁信號收集的過程中，其傳輸斷會存在高低電平，因為穿電動汽車整車控制系統(tǒng)相對復(fù)雜，并且汽車外部以及內(nèi)部環(huán)境的電磁干擾非常明顯，所以選擇霍爾傳感器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)還需要經(jīng)歷cd40106型號施密特觸發(fā)器的整形處理，從而把不合理的方波數(shù)據(jù)實時濾波整形，從而滿足主控芯片能夠?qū)崿F(xiàn)標準方波信號的識別處理。

3 純電動汽車整車控制策略

3.1 用戶意圖解析策略

針對純電動汽車整車控制策略而言，用戶的意圖解析屬于汽車驅(qū)動電機以及加速塔板之間所形成的輸出功率關(guān)系。通過加速踏板的開度制作平衡曲線，從而實現(xiàn)駕駛員行駛意圖的判斷，若是純電動汽車在進行勻速行駛的過程中，純電動汽車的運行狀態(tài)會以s型曲線呈現(xiàn)在油門踏板的開度曲線上。

3.2 整車驅(qū)動控制策略

純電動汽車整車驅(qū)動控制策略通常是控制車輛的輸出力矩，同時保障汽車的狀態(tài)性能。整車驅(qū)動控制策略的核心內(nèi)容是根據(jù)用戶所發(fā)出的車輛行駛數(shù)據(jù)、檔位、加速踏板以及制動踏板信號為基礎(chǔ)，然后通過車輛內(nèi)部的數(shù)據(jù)運算與處理，從而得到純電動汽車的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)汽車行駛狀態(tài)的改變，滿足用戶的預(yù)期速度。

純電動汽車驅(qū)動控制策略通常能夠劃分成四個模塊，即輸出轉(zhuǎn)矩矯正、用戶意圖解析、汽車驅(qū)動控制以及加速踏板數(shù)據(jù)收集。然而，汽車的加速驅(qū)動、正常運行以及起步運行等模式都是純電動汽車的整車驅(qū)動控制。

3.3 充電控制策略

純電動汽車在需要實施充電的過程中，純電動汽車它的高壓正極以及負極接觸器都會直接被西河，從而讓充電器與高壓電路相互連接，實現(xiàn)純電動汽車的電力供應(yīng)。這個過程中，DC/DC開始運行，同時輸出電壓會直接傳輸?shù)捷o助電池中。在充電的過程中，車輛控制器會進行充電數(shù)據(jù)的接收，點火開關(guān)不管處于任何檔位，純電動汽車的整車控制器都不會接收到高壓電，從而保障純電動汽車一直維持鎖定的狀態(tài)，不可以充電行駛。

4結(jié)束語

純電動汽車整車控制系統(tǒng)主要是將CAN主控芯片作為核心部件，通過電池、充電、電源以及電路等系統(tǒng)的共同作用，從而實現(xiàn)汽車的整車控制。純電動汽車在進行整車控制策略的開發(fā)過程中，需要分析用戶的意圖、充電控制、整車驅(qū)動控制、能量回收控制以及輔助系統(tǒng)控制等，只有兼顧所有的內(nèi)容，才能滿足純電動汽車整車控制策略的經(jīng)濟性與安全性。

參考文獻

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