纯电动轻型客车整车控制器的设计

摘要

本文围绕纯电动轻型客车的核心控制部件——整车控制器(Vehicle Control Unit， VCU)开展了研究与开发工作。主要工作内容包括：
　　（1）整车控制系统的总体技术方案设计。对纯电动轻型客车整车控制系统基本组成和工作原理进行研究，提出了整车控制系统的总体结构方案。采用大扭矩永磁同步电机、磷酸铁锂动力电池以及BMS能源管理系统，基于CAN总线通信形成了整车电力驱动系统，实现了电动直驱的纯电动轻型客车技术路线。根据整车性能的设计指标，进行了电机、电池参数计算，选用了液压式电子控制助力转向系统（EHPS）作为转向系统装置提升了车辆转向性能。
　　（2）VCU的硬件电路设计。对VCU的原理和主要实现的功能进行研究，搭建了整车电气架构，提出了VCU硬件的架构方案。遵循通用性和低成本的原则对VCU硬件电路进行了设计，完成了主控芯片的选型并分别设计了单片机最小系统、输入信号调理模块、智能输出功率驱动模块、CAN总线通讯模块，采取了一系列抗干扰措施提高了VCU硬件的抗干扰能力，并对PCB板的可靠性进行了设计及分析。
　　（3）VCU的软件设计。建立了VCU软件的结构方案，制定了VCU软件功能，基于分层的模块化思想设计了整车软件框架，介绍了VCU软件的集成开发流程。对整车行驶控制策略进行了研究与制定，依据车辆在各个状态下的行驶工况，制定了7种整车工作模式，包括自检、驻坡、行驶等，在不同行驶状态下各种模式可以互相切换。制定了基于转矩控制的驱动策略，将转矩更合理地分配给电机。制定了制动能量回收策略，在满足车辆行驶安全性、动力性和舒适性的前提下，增加了纯电动轻客的续驶里程。对各系统的常见故障进行分类，制定了故障诊断策略。搭建了基于Matlab/Simulink的策略模型，根据控制策略模型生成了C代码，并提供了RTW(Real Time Workshop，实时工作间)自动代码的调试过程。
　　（4）依据相关标准，对实车进行道路试验，测试了该电动轻客的动力性能、最高行驶车速等参数；对整车行驶控制策略的可靠性及有效性进行了验证，对该车辆转矩控制、制动能量回收策略进行了测试分析，结果表明驾驶舒适性和经济性得到了改善。建立了基于Labview的远程数据监控平台，实现在数据监控平台上对纯电动轻客道路试验中的各种车辆信息进行直观地统计分析，车辆信息包含行驶速度、能量消耗、续航里程和运行故障等。试验结果表明，自主开发的VCU可以很好地控制整车系统工作，使车辆加速平滑，各控制模式切换平顺，节约能耗16.7％~28.3%，在出现故障时策略处理地及时准确，能够有效地保护车辆及人员安全。