石旭
长城汽车股份有限公司，河北省汽车工程技术研究中心 河北 保定 071000
摘要：随着国家的发展，人们的生活逐步提高，绿色环保成为人们关注的焦点。纯电动汽车是绿色环保的代表，所以纯电动汽车的质量是非常重要的。纯电动汽车整车控制器是纯电动汽车整车控制系统的核心部件，在整车电控系统中属于上层控制器，承担着整车动力系统控制和能量管理等重要功能。
关键词：纯电动汽车；整车控制器；设计分析
引言：纯电动汽车整车控制器（VehicleController）是纯电动汽车整车控制系统的核心部件，主要工作为根据不同运行工况协调控制下层控制器（电机控制器、电池管理系统、车身控制器、安全控制器等）工作，从而改善纯电动汽车的动力性和经济性，并且保证车辆运行安全。整车控制策略包括驱动控制策略、再生制动控制策略、能量管理控制策略和安全控制策略。驱动控制策略对整车动力总成进行控制，是整车控制策略的主要研究内容。
1纯电动汽车整车控制器发展概况
汽车工业至今己经发展百年，作为推动人类文明向前飞跃的现代社会大工业的产物，汽车在给人类生活带来方便舒适的同时，对大自然生态环境恶化有着不可推卸的责任。如何减少城市汽车尾气排放成为世界上每个国家面临的一个课题。电动汽车由于所需能源仅为电能，在运行过程中不会排放汽车尾气，不会对城市空气造成污染，所以，电动汽车成为了现在代步工具的一个研究焦点。电动汽车是指全部或部分使用电能驱动电动机作为动力系统的汽车，纯电动整车控制系统是纯电动汽车电控系统的上层控制部分。是整个汽车的核心控制部件。
2纯电动车整车控制器功能与当前软件设计方案思路简述
2.1纯电动车整车控制器功能
整车控制器通过采集加速、制动踏板信号和档位切换信号等驾驶信息，同时接收CAN总线上电机控制器和电池管理系统发出的数据，结合整车控制策略对这些信息的分析和判断，提取司机的驾驶意图（方向盘的转动方向等）和车辆运行状态信息，最后通过CAN总线发出指令来控制各部件控制器的工作，保证车辆的正常行驶。文献指出，对于纯电动车而言，整车控制器应该具有以下功能：
（1）对汽车行驶功能的控制
整车控制器通过对司机意图的识别和车辆状态的分析，包括加速踏板开度、制动踏板开度和档位开关等内容，在满足车辆安全性的基础上，对蓄电池放电电流和电机输出转矩进行控制，同时协调纯电动汽车各功能模块的正常工作，使得车辆各个部件能够协调的运行，这是整车控制器最基本的功能。
（2）制动能量回收控制
纯电动汽车区别于传统汽车的重要特征就是能够进行制动能量回收，这是通过将纯电动汽车的电机工作在再生制动状态来实现，整车控制器分析驾驶员制动意图、电池组状态和电机状态等消息，并结合制动能量回收控制策略，在满足制动能量回收的条件下对电机控制器发送电机模式指令和转矩指令，使得电机工作在发电模式，在不影响制动性能的前提下将电制动回收的能量储存在电池组中，从而实现制动能量回收。
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（3）故障诊断和处理
对整车控制系统进行实时监控，进行故障报警和诊断。故障指示灯指示出故障并进行报警。根据故障内容，及时进行相应安全保护处理。
2.2整车控制器当前软件设计方案思路简述
2.2.1系统设计
整车控制器硬件电路设计，按照模块化的设计思想和要求，根据整车控制器的功能要求，简要介绍了微控制器电路、供电电源电路、CAN通讯电路等重要电路设计部分，在考虑整车控制器所工作的恶劣的电气环境的前提下，特别注重电路的电磁兼容设计，采用了最新的汽车级芯片，提高了整车控制器的实时性、可靠性和集成度，同时进一步降低了功耗。
（1）电源电路设计
系统电源电路的作用是为单片机提供5V的外部供电电压。而目前汽车上主流的电源电压是12V，所以必须对电源电路进行设计。单片机每个电源端都选用尽量靠近单片机和接地端的去藕电容滤去高频干扰。
（2）时钟电路
单片机系统运行需要的两个最基本的条件是电源与时钟。时钟电路中的晶振为单片机系统提供时钟，电路中各元件都应以该时钟频率作为基准有条不紊的工作。
（3）复位电路与BDM电路
当控制器检测到需要复位时，它将寄存器和控制位设置成起始默认值，此时单片机系统开始工作。BDM电路是单片机的调试电路。用户可以通过BDM接口将程序下载到单片机，同时能够通过上位机查看调试信息，包括CPU运行时的动态信息。
（4）CAN通讯电路
整车控制器设计了三路相互独立的CAN通讯电路，其中CAN1用于与电机控制器进行通讯，CAN2用于与电池管理系统进行通讯，CAN3用于与车载仪表进行通讯。这样的设计能够避免干扰和冲突，满足多种情况下的CAN通讯需求。
（5）传感器信号调理及驱动模块电路设计
传感器信号调理电路主要用于电子加速踏板和电子制动踏板的模拟电压信号、钥匙信号和档位信号等开关量信号以及速度传感器的脉冲信号的采集和处理。并将采集到的信号准确可靠地传输回主控芯片，以使主控芯片可以实时地获知驾驶员操作指令。驱动电路的作用是将主控芯片输出的低功率开关量信号转换成所需的大功率驱动信号，以达到驱动控制真空泵，冷却水泵，冷却风扇继电器的目的。
（6）制动能量回收
对于纯电动汽车而言，由于在车体结构中存在电动机，所以在制动控制过程中可以进行制动能量回馈。制动能量回馈要综合考虑汽车动力学特性，电机发电特性，电池安全保证与充电特性等多方面的问题。做这部分设计时，进行了一个探索式尝试当制动踏板踩下时，进入制动能量回馈模式。控制器根据制动踏板位置和电机转速，按照一定的比例关系向电机给出负力矩值，电机处于发电状态，由此产生再生制动力矩，回馈整车的部分惯性能量，实现制动能量回馈。电机制动力矩的大小还受到电电池的soc状态以及电机转速等因素的限制，因此制动能量回馈力矩还要参考车辆系统提供的状态参数进行修正。
结语
目前纯电动汽车的发展处于示范应用期时，纯电动汽车技术趋向成熟，但经济性差；发展模式以政府主导的示范运行为主，依靠政府补贴，应用数量相对较少，主要是定点、定线、定半径运行的公共服务用车；在局部区域个人使用的微型电动汽车自发形成一定规模；能源供给设施的建设刚刚起步，主要是满足纯电动汽车的示范运行。相信在不远的将来，随着汽车技术的发展，越来越多的纯电动车能满足人们出行、城市节能排放的要求，为能源节约和环境保护增添一份光彩。
参考文献:
[1]刘博.基于纯电动汽车的制动能量回收系统的研究和实现.[D].北京：清华大学.2014.
[2]徐海东.电动汽车再生制动能量高效回收控制策略研究.[D].山东：山东大学.2007.
[3]李宇恒，申正远，蔡建明，马孝博.2017-2021年中国新能源汽车行业投资分析及前景预测报告（上下卷）[M].2016.8.
论文作者:石旭
论文发表刊物:《防护工程》2018年第13期
论文发表时间:2018/10/26
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