電動汽車整車電子控制系統(tǒng)的案例
純電動汽車整車控制器原理及功能解析
整車控制器是電動汽車正常行駛的控制中樞，是整車控制系統(tǒng)的核心部件，是純電動汽車的正常行駛、再生制動能量回收、故障診斷處理和車輛狀態(tài)監(jiān)視等功能的主要控制部件。
整車控制器包括硬件和軟件兩大組成部分，它的核心軟件和程序一般由生產(chǎn)廠商研發(fā)，而汽車零部件供應(yīng)商能夠提供整車控制器硬件和底層驅(qū)動程序。現(xiàn)階段國外對純電動汽車整車控制器的研究主要集中在以輪轂電機(jī)驅(qū)動的純電動汽車。對于只有一個電機(jī)的純電動汽車通常不配備整車控制器，而是利用電機(jī)控制器進(jìn)行整車控制。國外很多大企業(yè)都能夠提供成熟的整車控制器方案，如大陸、博世、德爾福等。
1. 整車控制器組成與原理
純電動汽車整車控制系統(tǒng)主要分為集中式控制和分布式控制兩種方案。
集中式控制系統(tǒng)的基本思想是整車控制器獨(dú)自完成對輸入信號的采集，并根據(jù)控制策略對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，然后直接對各執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制指令，驅(qū)動純電動汽車的正常行駛。集中式控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是處理集中、響應(yīng)快和成本低；缺點(diǎn)是電路復(fù)雜，并且不易散熱。
分布式控制系統(tǒng)的基本思想是整車控制器采集一些駕駛員信號，同時通過CAN總線與電機(jī)控制器和電池管理系統(tǒng)通信，電機(jī)控制器和電池管理系統(tǒng)分別將各自采集的整車信號通過CAN總線傳遞給整車控制器。整車控制器根據(jù)整車信息，并結(jié)合控制策略對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，電機(jī)控制器和電池管理系統(tǒng)收到控制指令后，根據(jù)電機(jī)和電池當(dāng)前的狀態(tài)信息，控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)和電池放電。分布式控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是模塊化和復(fù)雜度低；缺點(diǎn)是成本相對較高。
展開 淺析純電動汽車驅(qū)動電機(jī)控制系統(tǒng)的控制過程
驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)的控制核心是驅(qū)動電機(jī)控制模塊，驅(qū)動電機(jī)控制模塊主要采用三相兩電平電壓源型逆變器。驅(qū)動電機(jī)控制系統(tǒng)中的各種傳感器將信號反饋給控制模塊，控制模塊根據(jù)檢測測出的電流信號、電壓信號、溫度信號對電機(jī)當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測并調(diào)整相應(yīng)的參數(shù)，完成控制。驅(qū)動電機(jī)控制模塊根據(jù)溫度傳感器反饋的信息，再通過 CAN 線反饋給整車控制器整車控制模塊，來控制冷卻風(fēng)扇的開啟與否、冷卻系統(tǒng)循環(huán)的路線，確保電機(jī)保持在理想溫度下工作。
驅(qū)動電機(jī)控制系統(tǒng)工作過程見圖 3。
驅(qū)動電機(jī)控制器主要功能有：
①驅(qū)動時：逆變器將蓄電池提供的直流電逆變?yōu)殡妷侯l率可調(diào)的三相交流電，供電動機(jī)使用，驅(qū)動汽車運(yùn)行。
②制動時：電動機(jī)做發(fā)電機(jī)運(yùn)行將動能變?yōu)殡娔墚a(chǎn)生三相交流電，經(jīng)逆變器變?yōu)橹绷麟姺答伝匦铍姵兀M(jìn)行再生制動。
③運(yùn)行速度控制：采用脈寬調(diào)制控制改變逆變器輸出的三相交流電的電壓和頻率就可以改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而對汽車進(jìn)行調(diào)速。
④運(yùn)行方向控制：通過改變逆變器中控制模塊的導(dǎo)通順序就可以改變輸出三相交流電的相序，即改變了三相異步電動機(jī)定子三相繞組所接交流電的相序，三相異步電動機(jī)反轉(zhuǎn)，從而改變汽車的運(yùn)行方向。
⑤驅(qū)動與制動控制：通過改變逆變器輸出三相交流電的頻率，改變?nèi)喈惒?em>電動機(jī)的轉(zhuǎn)差頻率的正負(fù)，控制三相異步電動機(jī)是處于電動機(jī)狀態(tài)還是發(fā)電機(jī)狀態(tài)，從而控制汽車的驅(qū)動和制動。
驅(qū)動電機(jī)控制系統(tǒng)的所有傳感器將信號反饋給驅(qū)動電機(jī)控制模塊，控制模塊對采集到的信號進(jìn)行分析處理后，將電機(jī)運(yùn)行狀況信息通過數(shù)據(jù) CAN 線反饋到整車的控制模塊。整車控制模塊根據(jù)電機(jī)的運(yùn)行狀況及相關(guān)傳感器信號分析處理后發(fā)出指令給驅(qū)動電機(jī)控制模塊，對驅(qū)動電機(jī)的工作進(jìn)行實(shí)時控制，從而完成驅(qū)動電機(jī)的各種功能。
展開 108頁P(yáng)PT，純電動汽車整車控制策略（技術(shù)干貨、建議收藏）
本材料詳細(xì)的介紹了純電動汽車整車控制策略，是難得的整車控制策略方面的材料，全文108頁，篇幅過大，只展示了30頁，已上傳公眾號知識星球，加入知識星球解鎖更多新能源技術(shù)資源，更多獲取方法見文末。
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國內(nèi)外電動汽車整車控制器(VCU)性能指標(biāo)及設(shè)計思路
圖中電動汽車是四輪驅(qū)動結(jié)構(gòu)， 其中前輪由低速永磁同步電機(jī)通過差速器驅(qū)動，后輪由高速感應(yīng)電機(jī)通過差速器驅(qū)動。
整車控制器的控制策略是在不同的工況下使用不同的電機(jī)驅(qū)動電動汽車，或者按照一定的扭矩分配比例，聯(lián)合使用2臺電機(jī)驅(qū)動電動汽車，使系統(tǒng)動力傳動效率最大。
當(dāng)電動汽車起步或爬坡時，由低速、大扭矩永磁同步電機(jī)驅(qū)動前輪。當(dāng)電動汽車高速行駛時，由高速感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動后輪。
（3）日產(chǎn)公司整車控制器
日產(chǎn)聆風(fēng)LEAF是5門5座純電動轎車，搭載鋰離子電池，續(xù)駛里程是160km。采用200V家用交流電，大約需要8h可以將電池充滿；快速充電需要10min，可提供其行駛50km的用電量。
日產(chǎn)聆風(fēng)LEAF的整車控制器原理圖如下圖所示，它接收來自組合儀表的車速傳感器和加速踏板位置傳感器的電子信號，通過子控制器控制直流電壓變換器DC／DC、車燈、除霜系統(tǒng)、空調(diào)、電機(jī)、發(fā)電機(jī)、動力電池、太陽能電池、再生制動系統(tǒng)。
（4）英飛凌新能源汽車VCU & HCU解決方案
該控制器可兼容12V及24V兩種供電環(huán)境，可用于新能源乘用車、商用車電控系統(tǒng)，作為整車控制器或混合動力控制器。
展開 
純電動汽車整車及三電系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)
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展開 基于整車工況的電動汽車動力總成系統(tǒng)效率優(yōu)化設(shè)計方法
該工況下整車的時間速度如圖1 所示。
3.NEDC 能耗分析方法
如何通過NEDC 工況求得各工況點(diǎn)的電機(jī)運(yùn)動特性和能耗是該方法的核心，整車系統(tǒng)的能量傳輸模型如圖2 所示。動力總成系統(tǒng)效率η 總是電機(jī)控制器效率η 控制器總、電機(jī)效率η 電機(jī)和減速器效率η 減速器的乘積：
通過整車平衡方程和NEDC 工況，求得對應(yīng)的每個工況點(diǎn)所需的輪邊轉(zhuǎn)矩Tr、輪邊轉(zhuǎn)速Nr，再通過圖2的能量傳輸模型可求得對應(yīng)點(diǎn)的電機(jī)運(yùn)動特性和能耗。通過機(jī)車?yán)碚摽傻?em>汽車行駛中的輪邊平衡方程：
圖1 整車時間速度
圖2 能量傳輸模型
式中，F(xiàn)t 為驅(qū)動力；Ff 為滾動阻力；Fw 為空氣阻力；Fy 為坡度阻力；Fj為加速阻力；Ttq 為電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩；i 為整車轉(zhuǎn)速比；ηT 為減速器效率；r 為輪胎滾動半徑；G 為整車質(zhì)量；f 為滾動阻力系數(shù)；α 為整車行駛坡度；CD 為空氣阻力系數(shù)；A 為整車迎風(fēng)面積；μa 為整車行駛速度；δ 為汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量系數(shù)。
展開 新能源/電動汽車續(xù)航里程仿真--Amesim整車系統(tǒng)仿真
AMESim為多學(xué)科領(lǐng)域復(fù)雜系統(tǒng)建模仿真平臺。用戶可以在這個單一平臺上建立復(fù)雜的多學(xué)科領(lǐng)域的系統(tǒng)模型，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行仿真計算和深入分析，也可以在這個平臺上研究任何元件或系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能。例如在燃油噴射、制動系統(tǒng)、動力傳動、液壓系統(tǒng)、機(jī)電系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)中的應(yīng)用。面向工程應(yīng)用的定位使得AMESim成為在汽車、液壓和航天航空工業(yè)研發(fā)部門的理想選擇。工程設(shè)計師完全可以應(yīng)用集成的一整套AMESim應(yīng)用庫來設(shè)計一個系統(tǒng)，所有的這些來自不同物理領(lǐng)域的模型都是經(jīng)過嚴(yán)格的測試和實(shí)驗驗證的。
AMESim使得工程師迅速達(dá)到建模仿真的最終目標(biāo)：分析和優(yōu)化工程師的設(shè)計，從而幫助用戶降低開發(fā)的成本和縮短開發(fā)的周期。
1、純電動汽車性能仿真分析之續(xù)駛里程仿真
本節(jié)將詳細(xì)介紹純電動汽車的動力性、經(jīng)濟(jì)性建模分析過程。其中動力性分析的工況包括最大爬坡度、最高車速、30min最高車速；經(jīng)濟(jì)性分析的工況包括續(xù)駛里程的仿真以及考慮安全控制單元的影響。
1) 模型搭建及各元件參數(shù)設(shè)置
一個典型純電動汽車的車輛模型包括電池、電機(jī)、駕駛員、VCU（整車控制器)和車輛負(fù)載幾部分。車輛負(fù)載模型和駕駛員模型需要的參數(shù)跟傳統(tǒng)燃油車模型完全相同。電池模型中需要輸入電池開路電壓和電池內(nèi)阻的數(shù)表文件、電池的容量、電池初始SOC及電池包的串并聯(lián)個數(shù)。
電動汽車的續(xù)航里程模型如下圖所示。
其中電池模型和電機(jī)模型如下圖所示
2） 輸入工況設(shè)置
仿真續(xù)駛里程，首先設(shè)置循環(huán)的工況，這里設(shè)置NEDC，一直循環(huán)模式。
3） 續(xù)駛里程仿真
文章來源：新能源技術(shù)和仿真
展開 基于整車工況的電動汽車動力總成系統(tǒng)效率優(yōu)化設(shè)計方法
該工況下整車的時間速度如圖1 所示。
3.NEDC 能耗分析方法
如何通過NEDC 工況求得各工況點(diǎn)的電機(jī)運(yùn)動特性和能耗是該方法的核心，整車系統(tǒng)的能量傳輸模型如圖2 所示。動力總成系統(tǒng)效率η 總是電機(jī)控制器效率η 控制器總、電機(jī)效率η 電機(jī)和減速器效率η 減速器的乘積：
通過整車平衡方程和NEDC 工況，求得對應(yīng)的每個工況點(diǎn)所需的輪邊轉(zhuǎn)矩Tr、輪邊轉(zhuǎn)速Nr，再通過圖2的能量傳輸模型可求得對應(yīng)點(diǎn)的電機(jī)運(yùn)動特性和能耗。通過機(jī)車?yán)碚摽傻?em>汽車行駛中的輪邊平衡方程：
圖1 整車時間速度
圖2 能量傳輸模型
式中，F(xiàn)t 為驅(qū)動力；Ff 為滾動阻力；Fw 為空氣阻力；Fy 為坡度阻力；Fj為加速阻力；Ttq 為電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩；i 為整車轉(zhuǎn)速比；ηT 為減速器效率；r 為輪胎滾動半徑；G 為整車質(zhì)量；f 為滾動阻力系數(shù)；α 為整車行駛坡度；CD 為空氣阻力系數(shù)；A 為整車迎風(fēng)面積；μa 為整車行駛速度；δ 為汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量系數(shù)。
展開 大會進(jìn)行中：西門子汽車性能工程線上研討會，想要的都有：NVH、結(jié)構(gòu)輕量化、整車系統(tǒng)、平臺架構(gòu)、汽車性能、電子系統(tǒng)...
順境看戰(zhàn)略，逆境看韌性，身處汽車產(chǎn)業(yè)中的各企業(yè)是否已做好適當(dāng)?shù)膽?zhàn)略和計劃，以屹立于當(dāng)下，繁榮于未來？
一輛典型的汽車大約會有50000個機(jī)械和法規(guī)的要求，若結(jié)合電子電氣和軟件等方面，將產(chǎn)生450000個要求。這也就意味著，在汽車設(shè)計、制造、銷售、產(chǎn)業(yè)鏈越來越依靠科技的未來，誰占領(lǐng)了科技的制高點(diǎn)，誰便將是未來汽車市場的贏家。
同時，汽車產(chǎn)業(yè)新四化已經(jīng)到來，電動化與智能化日益深入，傳統(tǒng)車企面臨近在咫尺的生態(tài)重構(gòu)，如何建立新一代全新的開發(fā)模式是整個行業(yè)面臨的考驗。
為讓汽車企業(yè)能不斷提高足夠先進(jìn)的理念、產(chǎn)品，以及有足夠的支撐力量來完成變革，西門子數(shù)字化工業(yè)軟件將在明日開啟線上研討會“數(shù)字創(chuàng)新產(chǎn)品——汽車性能工程數(shù)字化雙胞胎線上研討會”，為行業(yè)難題帶來答案。
展開 分布式驅(qū)動電動汽車控制系統(tǒng)研發(fā)與實(shí)踐
分布式驅(qū)動電動汽車控制系統(tǒng)研發(fā)與實(shí)踐
汽車電子控制系統(tǒng)及其發(fā)展趨勢
電動汽車的ECU控制與傳統(tǒng)相比有以下不同：
1、去除了發(fā)動機(jī)控制，添加進(jìn)了電機(jī)及其控制系統(tǒng)
2、電池及其管理系統(tǒng)
3、車載充電機(jī)
4、車身低速總線控制系統(tǒng)
5、車載記錄儀及運(yùn)行分析系統(tǒng)
6、故障診斷及安全管理系統(tǒng)
7、車輛安全運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)
8、車倆動力綜合控制系統(tǒng)
9、應(yīng)用于AMT的TCU控制
五、未來ECU的發(fā)展
過去十多年的汽車智能化和信息化發(fā)展產(chǎn)生了一個顯著結(jié)果就是ECU芯片使用量越來越多。從傳統(tǒng)的引擎控制系統(tǒng)、安全氣囊、防抱死系統(tǒng)、電動助力轉(zhuǎn)向、車身電子穩(wěn)定系統(tǒng)；再到智能儀表、娛樂影音系統(tǒng)、輔助駕駛系統(tǒng)；還有電動汽車上的電驅(qū)控制、電池管理系統(tǒng)、車載充電系統(tǒng)，以及蓬勃發(fā)展的車載網(wǎng)關(guān)、T-BOX和自動駕駛系統(tǒng)等等。
傳統(tǒng)的汽車電子電氣架構(gòu)都是分布式的，汽車里的各個ECU都是通過CAN和LIN總線連接在一起，現(xiàn)代汽車里的ECU總數(shù)已經(jīng)迅速增加到了幾十個甚至上百個之多，整個系統(tǒng)復(fù)雜度越來越大，幾近上限。
展開 
新能源電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)NVH特征及控制策略
新能源電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)NVH特征及控制策略
汽車底盤電子控制系統(tǒng)的安全性設(shè)計及質(zhì)量保障
汽車底盤電子控制系統(tǒng)的安全性設(shè)計及質(zhì)量保障
電子書免費(fèi)領(lǐng)丨電動汽車動力電池管理系統(tǒng)設(shè)計，入門最佳選擇
與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動的汽車相比，電動汽車需要解決一系列與電有關(guān)的技術(shù)問題，例如驅(qū)動電機(jī)問題、動力電池問題、電輔助系統(tǒng)問題，等等。
本書所設(shè)計的電池管理技術(shù)，從屬于電動汽車的動力電池系統(tǒng)，融合了電子、自動控制以及通信網(wǎng)絡(luò)等相關(guān)技術(shù)，重點(diǎn)解決動力電池的檢測、安全保護(hù)以及優(yōu)化管理問題。
本書是筆者依據(jù)過去五年在電動汽車相關(guān)領(lǐng)域工作的累積所編寫。筆者在從事動力電池管理系統(tǒng)研究時，也非常希望能參考到一本類似的技術(shù)文獻(xiàn)，但當(dāng)時國內(nèi)外幾乎沒有類似的出版物。
隨著電動汽車的研發(fā)越來越熱，從事這一行業(yè)工作的技術(shù)人員越來越多，筆者認(rèn)為有必要把這幾年的體會與同行們進(jìn)行分享。希望能實(shí)現(xiàn)兩個目的：
一、系統(tǒng)地闡述動力電池管理系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)的要點(diǎn)，避免走彎路；
二、拋磚引玉，希望引起更多同行朋友對這一技術(shù)領(lǐng)域的重視，共同促進(jìn)電動汽車核心技術(shù)的快速發(fā)展。
以下是本書部分內(nèi)容
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展開 一文帶你了解汽車上28個電子控制系統(tǒng)（EFI、EGR、ISC、EBD、ESP...）及各自的作用
EPB是由電子控制方式實(shí)現(xiàn)停車制動的技術(shù)， 其工作原理與機(jī)械式駐車制動器相同，均是通過拉索拉緊后輪剎車蹄進(jìn)行制動。另一種則是使用電子機(jī)械卡鉗，通過電動機(jī)卡緊剎車片產(chǎn)生制動力來達(dá)到控制停車制動的目的。
EPB從基本的駐車功能延伸到自動駐車功能（AUTO HOLD）。自動駐車功能技術(shù)的運(yùn)用，使得駕駛者在車輛停下時不需要長時間制動， 以及在啟動自動電子駐車制動的情況下，能夠避免車輛不必要的滑行，簡單地說就是車輛不會后溜。
4. 轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)
01
電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）
當(dāng)操縱方向盤時， 裝在轉(zhuǎn)向軸上的扭矩傳感器不斷地測出轉(zhuǎn)向軸上的扭矩信號，該信號與車速信號同時輸入到電子控制單元（ECU）。電子控制單元根據(jù)這些輸入信號確定助力扭矩的大小和方向，電動機(jī)的扭矩由電磁離合器通過減速機(jī)構(gòu)減速增扭后，加在汽車的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)上，使其得到一個與汽車工況相適應(yīng)的轉(zhuǎn)向作用力。
02
電控四輪轉(zhuǎn)向技術(shù)（4WS）
汽車在行駛中轉(zhuǎn)向時，由于受側(cè)向力的作用， 前輪有不足轉(zhuǎn)向的特性，后輪有過度轉(zhuǎn)向的傾向。后者會引起汽車失去轉(zhuǎn)向行駛的穩(wěn)定性，車速越快問題越明顯，甚至出現(xiàn)側(cè)滑翻車。
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