新能源汽車整車控制器的改進設計與應用研究

陳萬武 盧俊康 夏淋

摘 要：本文介紹了整車控制器的功能作用，并建立在現有整車控制器的基礎上進行改進設計，對改進后整車控制器在新能源汽車上的應用進行研究分析。

關鍵詞：新能源汽車;整車控制器;設計;應用

0 引言

隨著新能源汽車的普及推廣，因其環保、低成本、駕駛體驗好等受到人們的青睞。但是在發展過程中，新能源汽車容易受到的干擾因素也同樣不容忽視，為提高用戶駕駛體驗，本文將對整車控制器的應用技術進行研究分析，并通過試驗證明可行性。

1 整車控制器的功能

作為新能源汽車的核心零部件，整車控制器對汽車的各種信息進行檢測、對車內通信網絡和異常信息進行監控等，能夠提高駕駛性能，保障車輛整車行駛[4]。為了提升續航與降低能耗，新能源汽車均配備了動能回收系統，將充電與制動的能量進行回收，以此提升能量使用效率。整車控制器在完成動能控制的同時，還負責調控新能源汽車的各個子系統，故整車控制器的設計對于汽車的動力性、經濟性與可靠性的影響十分重要。

圖1為新能源汽車控制器結構原理圖。其具體功能如下：一是設備管理功能，整車控制器對新能源汽車的各個設備運行狀態實時監控，并針對具體情況及時做調整;二是故障診斷功能，整車控制器對汽車出現的異常情況進行診斷分析、預警提示與修復管理工作;三是系統控制功能，整車控制器根據駕駛員加速踏板的位置、擋位以及制動踏板力進行響應操作，協調各個動力部件的運作，實現動態控制;四是能量管理功能，通過采集司機的操作信號與汽車的實際情況對整車進行調整，從而達到優化能量提供、延長汽車壽命、提升汽車經濟性的目的。

2 整車控制器的設計改進

為保證新能源汽車正常運行需求，下面將在部分功能保留的前提下，對整車控制器中的機械結構、安全架構、電路改造、平臺軟件四個層面進行改進設計。

2.1 機械結構

為確保汽車具有較高的行駛安全性，對整車控制器外殼進行改造升級，選用壓鑄鋁材質防護等級高且厚度較薄的材料。在控制器內部增加氣塞，將整車控制器產生的熱量傳導至冷卻裝置，降低整車控制器電路板溫度的同時，還能做到平衡控制器內外壓力，達到保護控制器的目的。

2.2 安全架構

結合人工智能技術，硬件系統采用AI+安全雙芯片架構，獨立的雙電源供電系統以及借助扭矩傳感器的雙路冗余信號數據采集，控制器芯片與安全監控芯片內部通過SPI總線系統與CAN通訊系統進行聯系。當系統出現故障時，系統能夠根據預先設定的規則對汽車工作模式進行研判，及時發現并處理故障[3]。

2.3 電路改造

將電路進行模塊化設計可以降低設計難度與縮短開發周期，同時有利于PCB電路布局優化及提高系統抗干擾能力。具體如下：

①處理器模塊。利用SPI通訊技術與CAN通訊技術，在主控芯片與安全監控芯片中建立連接，實現信息傳遞與監控功能。②電源模塊。重點突出電源的保護功能，提高電池本體在新能源汽車上的穩定性。③數字輸入模塊：分為高有效輸入信號與低有效輸入信號。④傳感器驅動模塊：提供傳感器信號采集電路。⑤輸出驅動模塊：分為高邊輸出驅動與低邊輸出驅動。⑥CAN通訊模塊：將外部通信電路與內部電路隔離開來，組織電路耦合產生的電磁干擾[5]，實現通訊數據的傳輸。

2.4 平臺軟件

整車控制器底層軟件平臺主要負責單片機初始化設置、CAN總線信號的實時收發與其余輸出或輸入信號的診斷，它在控制器硬件與上層控制策略之中發揮承上啟下的作用。圖2為整車控制器軟件建立模型，整個流程從“上電喚醒”開始至“下電停機”結束，過程中通過故障診斷完成自檢工作、通過高壓管理實現汽車控制工作。

3 改進后整車控制器在新能源汽車上的應用

3.1 動力及車身控制

整車控制器相當于汽車的大腦，通過采集各部件信號來驅動車輛運行。因此整車控制器的策略需要針對汽車的設計要求進行調整：一是將控制命令數據發送至電機，驅動電機實現限電、停機等功能;二是當電機運行溫度過高或轉速過快時，整車控制器發送限制指令，對電機實施限流驅動，同時通過車載智能系統向駕駛人員發出警報;三是當汽車電池電壓不足時，整車控制器將停止發出指令，使整車進入停機狀態。汽車廠商出于安全考慮，會在距離極限值一定范圍內設置臨界值，用以提前告知駕駛員電力不足，同時車輛將采取類似其余省電措施用以優先保障汽車動力。四是自帶保護功能，當加速踏板超出限定值時，整車控制器向驅動電機發送限制指令，在防止車輛失控的同時實現對電機的保護。五是整車控制器將通過各項設備如儀表盤、BMS管理系統等信息對車輛故障進行判斷，并主動進行維護，確保車輛能夠正常運行。

3.2 運行效果

整車控制器在新能源車輛實際運行過程中，將故障信息進行收集并通過策略調整對車輛進行保護作用。比如在低溫環境下，整車控制器對周邊環境溫度與電池進行收集，當檢測到電池溫度小于預設的最低值時，整車控制器將會發送指令對電機的驅動轉矩信號進行切斷;當溫度上升時，整車控制器逐漸解除限制。此外，整車控制器通過分析油門踏板的信號數據，調整控制策略，有效防止因油門踏板的干擾而出現的安全問題。

4 結論

本文通過分析新能源汽車對駕駛方面的功能需求，進行了機械結構、安全架構、電路改造、平臺軟件的改進設計。改進后的整車控制器在新能源汽車的實際應用中，兼容性、安全性及經濟性都有所提升。相信隨著科技技術的不斷發展，新能源汽車的能源與資源利用效率將不斷提升。

參考文獻：

[1]童志剛，方進，鐘崢華.電動汽車整車控制器設計與應用[J].客車技術與研究，2013（3）：33-36.

[2]任亮.新能源汽車整車控制器的改進設計與應用研究[J].價值工程，2020，9（15）：140-141.

[3]姜朋昌，王春芳，戴能紅，等.電動汽車整車控制器開發[J].輕型汽車技術，2015（Z2）：15-18.

[4]許志鴻，黃志騰，梁星.純電動汽車整車控制器研究[J].南方農機，2019（8）：146.

[5]楊洪，蔣麗萍，劉夢，等.純電動皮卡車整車控制器設計[J].科技與創新，2019（9）：120-121.