基于D2P平臺(tái)純電動(dòng)汽車行車上下電控制策略研究

中圖分類號(hào)：U469.72 收稿日期：2025-02-13 DOI： 10.19999/j.cnki.1004-0226.2025.05.017

Research on the Driving Power-on and Power-off Control Strategy of Pure Electric Vehicles Based on the D2P Platform

Tang Zhibo Qiao YangyangGao Yan Henan Branch of Shanghai Motor Vehicle Inspection Certificationand Technology Research Center Co，Ltd.， Zhengzhou 451450，China

Abstract：Aimingattheproblemsexistinginthedevelopmentoftraditionalelectricvehiclecontrolstrategies，suchaslongdevelopmentcycle，porreliabilityandstability，andpotentialsafetyhazardsofthewholevehicle，asedontheDPrapiddevelopntplat formandusingtheVshapedprocessdevelopmentmodelsetofcontrolstrategiesforghvoltagepoweroandoffofpureelctric vehicleshasbeendesigned.Withthehelpofthemodel-baseddevelopmentenvironmentofMatlab/Simulink，MotoHawkisusedtoestablishteconnectionbetweenthevehicleproduct-levelVCUandthecontrolstrategyTheconclusionoftheHLtestshowsthatthis controlstrategycanquicklyrespndtotediver'soperationintention，fectivelysurethesfetyandstablityfteholeehicle control，and meet the design requirements at the application level.

Key words：Electricvehicle;D2Prapiddevelopment platform;Poweronandoffcontrolstrategy;Hardware intheLop（HIL）

1前言

常規(guī)燃油車產(chǎn)生的排放尾氣污染占全球總大氣污染的 42%[1] ，在此背景下，全球\"禁油令\"的呼聲隨之高漲，各國(guó)也相繼推出禁油時(shí)間。因此具有零排放、清潔、高效、可持續(xù)等優(yōu)勢(shì)的純電動(dòng)汽車孕育而生2]。構(gòu)成純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)的動(dòng)力電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和高壓附件在工作時(shí)電壓可高達(dá)幾百伏[3]，一旦出現(xiàn)故障將會(huì)直接威脅到車內(nèi)人員的生命安全，因此，整車電控控制策略的優(yōu)劣直接或間接地影響了整車的安全與性能[4]。

綜上所述，本文以純電動(dòng)汽車行車安全性及可靠性為研究重點(diǎn)，基于D2P（Developmentto Production，D2P）快速原型開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的軟硬件平臺(tái)，設(shè)計(jì)了一套行車上下電控制策略，最終以該策略的穩(wěn)定性和有效性為測(cè)試要求，并通過(guò)了HIL仿真試驗(yàn)驗(yàn)證，進(jìn)而保證了純電動(dòng)汽車的行車安全。

2D2P開(kāi)發(fā)平臺(tái)

2.1理論介紹

D2P快速原型開(kāi)發(fā)系統(tǒng)具備產(chǎn)品層級(jí)的硬件設(shè)施與極為強(qiáng)勁的軟件系統(tǒng)。此系統(tǒng)對(duì)研發(fā)生產(chǎn)一體化的開(kāi)發(fā)模式予以支持，在開(kāi)發(fā)過(guò)程、樣車制造以及批量生產(chǎn)環(huán)節(jié)均運(yùn)用統(tǒng)一的軟硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)。基于此，該平臺(tái)能夠極大地加快控制器的開(kāi)發(fā)進(jìn)程，切實(shí)降低開(kāi)發(fā)工作的難度系數(shù)，削減研發(fā)成本。此外，它還具備硬件可信度高、軟件性能穩(wěn)定、可支持多種協(xié)議等長(zhǎng)處。

2.2概述介紹

2.2.1D2P軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)

D2P軟件部分主要包括MotoHawk（建模）、Green-Hill（編譯）MotoTune（刷寫(xiě)，標(biāo)定），如圖1所示[5]。

2.2.2D2P硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)

本文選用車規(guī)級(jí)別的WOODWARD旗下112PIN控制器，其具體型號(hào)為ECM-5554-112-0904-C/F，此控制器能夠支持多次控制策略的刷寫(xiě)與標(biāo)定操作。微控制器運(yùn)用的是Free-Scale公司的MPC系列32位芯片。該控制器所封裝的底層軟件庫(kù)涵蓋了OS操作系統(tǒng)、I/ODrivers、CAN通信、CCP協(xié)議以及Diagnostics診斷等功能模塊[6]。同時(shí)，該控制器的接口資源極為豐富，擁有3路頻率信號(hào)輸入通道、33路模擬信號(hào)輸人通道（這些模擬信號(hào)輸入可復(fù)用為開(kāi)關(guān)信號(hào)）14路低端驅(qū)動(dòng)輸出通道、1路主繼電器控制輸出通道、2路H橋驅(qū)動(dòng)輸出通道、3路高速CAN總線接口以及1路RS485接口。

3上下電控制設(shè)計(jì)規(guī)則

本文遵循軟件工程“高內(nèi)聚，低耦合\"的原則，將純電動(dòng)汽車行車上下電控制策略劃分為高壓上電控制、Ready狀態(tài)燈控制、MCU（電機(jī)控制器）使能及下電控制三個(gè)部分，并分別予以實(shí)現(xiàn)。

a.高壓上電控制是根據(jù)鑰匙開(kāi)關(guān)信號(hào)、點(diǎn)火開(kāi)關(guān)信號(hào)、擋位信號(hào)、系統(tǒng)故障信號(hào)等來(lái)判斷系統(tǒng)是否滿足發(fā)送上高壓指令，若條件滿足則高壓上電。

b.Ready狀態(tài)燈控制是根據(jù)輸人的MCU使能狀態(tài)、系統(tǒng)故障等級(jí)信號(hào)、MCU工作狀態(tài)等信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)Ready狀態(tài)燈的不同控制。

c.MCU使能及下電控制是根據(jù)系統(tǒng)的上電高壓信號(hào)以及系統(tǒng)故障等級(jí)信號(hào)來(lái)判斷MCU是否使能、主繼電器是否吸合以及是否發(fā)送系統(tǒng)下電命令。

3.1高壓上電控制規(guī)則

當(dāng) KeyOn=1 （鑰匙On）有效時(shí)，系統(tǒng)上低壓，整車控制器啟動(dòng)故障檢測(cè)功能，若無(wú)系統(tǒng)故障，VCU通過(guò)CAN網(wǎng)絡(luò)向BMS（電池管理系統(tǒng)）發(fā)出主負(fù)接觸器閉合請(qǐng)求，BMS閉合主負(fù)接觸器之后再通過(guò)CAN網(wǎng)絡(luò)反饋給VCU。當(dāng)VCU接收到KeyStar ：=1 （鑰匙Start）的有效信號(hào)時(shí)，VCU再向BMS發(fā)出主正接觸閉合請(qǐng)求，BMS主正接觸器閉合后，再通過(guò)CAN網(wǎng)絡(luò)反饋給VCU，當(dāng)VCU接收到反饋信號(hào)后再與MCU通信，把指令下達(dá)給MCU讓電機(jī)處于工作狀態(tài)，隨后MCU再進(jìn)行故障檢測(cè)，如果無(wú)故障就進(jìn)入等待正常工作狀態(tài)，上電流程如圖2所示[7]。

3.2MCU使能及下電控制規(guī)則

當(dāng) KeyOn=0 信號(hào)發(fā)出后，此時(shí)VCU退出Ready狀態(tài)。MCU將使能無(wú)效的信號(hào)通過(guò)整車CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)反饋給VCU，VCU接收到信號(hào)后，向BMS發(fā)出主正、負(fù)接觸器斷開(kāi)請(qǐng)求，BMS執(zhí)行完斷開(kāi)請(qǐng)求之后，通過(guò)整車CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)再向VCU反饋主正負(fù)接觸器斷開(kāi)信號(hào)，當(dāng)VCU獲取到BMS反饋信號(hào)后，整車下電過(guò)程完成，下電流程圖如圖3所示。

4上下電控制策略模型設(shè)計(jì)

高低壓上電控制模塊的主要工作流程是首先判斷鑰匙開(kāi)關(guān)位置， 有效時(shí)，系統(tǒng)上低壓電，然后VCU開(kāi)始自檢和故障診斷，B_KeySwStart有效時(shí)，如果檢測(cè)系統(tǒng)當(dāng)前沒(méi)有故障，滿足上高壓的條件后，開(kāi)始控制上高壓電，然后使能電機(jī)控制器，電機(jī)開(kāi)始準(zhǔn)備工作；下電過(guò)程和上電過(guò)程相反，需要先下高壓電，然后在下低壓電，控制策略模型如圖4所示。

4.1上電控制策略模型設(shè)計(jì)

當(dāng)B_KeySwOn信號(hào)有效，系統(tǒng)上低壓完成，且系統(tǒng)自我診斷沒(méi)有二級(jí)故障，擋位狀態(tài) S_-Gear=2 時(shí)系統(tǒng)上高壓準(zhǔn)備完成。點(diǎn)火開(kāi)關(guān)信號(hào)B_KeySwStart有效，且信號(hào)時(shí)間持續(xù)0.2s以上，系統(tǒng)完成上高壓。如果系統(tǒng)出現(xiàn)二級(jí)故障、低壓上電無(wú)效或者擋位狀態(tài)不為2，系統(tǒng)高壓下電，控制策略模型如圖5所示。

4.2MCU使能及下電控制策略模型設(shè)計(jì)

當(dāng) 信號(hào)有效時(shí)，系統(tǒng)上低壓電完成。當(dāng) 時(shí)，且信號(hào)持續(xù)時(shí)間超過(guò)5s系統(tǒng)完成低壓下電。當(dāng)系統(tǒng)低壓上電完成，高壓上電完成且系統(tǒng)沒(méi)有二級(jí)故障，MCU使能有效。當(dāng)系統(tǒng)有二級(jí)故障、低壓上電無(wú)效或者高壓上電無(wú)效任何一種情況，MCU退 出使能，控制策略模型如圖6所示。

4.3Ready燈控制策略設(shè)計(jì)

當(dāng)系統(tǒng)沒(méi)有一級(jí)故障也沒(méi)有二級(jí)故障，Ready狀態(tài)燈信號(hào)值為1，當(dāng)系統(tǒng)有一級(jí)故障，Ready狀態(tài)燈信號(hào)值為2，當(dāng)系統(tǒng)二級(jí)故障沒(méi)有一級(jí)故障，Ready狀態(tài)燈信號(hào)值為0，控制策略模型如圖7所示。

4.4硬件在環(huán)驗(yàn)證

硬件在環(huán)（Hardware-in-the-Loop，HIL）實(shí)時(shí)仿真測(cè)試運(yùn)用真實(shí)的控制器，而對(duì)于被控對(duì)象與系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境則借助仿真模型予以模擬，以此達(dá)成整個(gè)系統(tǒng)的仿真測(cè)試工作。這種方式縮減了VCU控制策略的開(kāi)發(fā)時(shí)長(zhǎng)，在削減成本之際還能夠切實(shí)提升軟件品質(zhì)，減少VCU控制功能方面的潛在隱患。通過(guò)TestStand編寫(xiě)并執(zhí)行上電控制策略的測(cè)試用例。隨后調(diào)用VeriStand仿真環(huán)境，最后生成測(cè)試報(bào)告。經(jīng)HIL驗(yàn)證該上電控制策略滿足設(shè)計(jì)需求[8]。

5結(jié)語(yǔ)

采用D2P快速開(kāi)發(fā)平臺(tái)搭建的控制策略有效地降低了開(kāi)發(fā)周期，減少了研發(fā)費(fèi)用。通過(guò)MotoHawk建立了產(chǎn)品級(jí)VCU與控制策略之間的連接，有效增加了軟件的穩(wěn)定性及可靠性。最后通過(guò)HIL編寫(xiě)測(cè)試用例，完成控制策略的驗(yàn)證，保證策略能夠快速響應(yīng)駕駛員意圖，以提升整車的安全性、穩(wěn)定性和可靠性。

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作者簡(jiǎn)介：唐智博，男，1994年生，助理工程師，研究方向?yàn)槠囌嚈z測(cè)認(rèn)證。