CN108621798A - 一种新能源汽车整车控制***及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新能源汽车整车控制***，包括有整车控制器VCU及与其连接的驱动***、动力电池管理***、制动能量回馈***和故障处理***，所述整车控制器VCU包括有主控模块、采集模块、判断模块、通讯模块和电源模块，所述采集模块采集汽车各部件的状态信息，并反馈给判断模块；所述判断模块根据采集模块收集的信息进行相应的判断，并将判断结果传送至主控模块，所述主控模块通过通讯模块将控制指令发送给驱动***、动力电池管理***、制动能量回馈***和故障处理***，进行汽车电源提供、能量回收、故障处理的工作，在保证安全和整车动力性能高的前提下，合理选择整车控制***工作模式以达到最环保、能耗最佳的目的。

Description

一种新能源汽车整车控制***及其方法
技术领域
本发明属于新能源汽车控制***领域，尤其涉及一种新能源汽车整车控制***及其方法。
背景技术
当前随着雾霾天气和环境污染的不断加重，严重影响人们的身体健康和生活水平，环保问题逐渐引起世界各国的重视。新能源汽车作为一种新的交通出行方式，具有低排放或者零排放、节能和环保的优点，越来越受到国内外政府、组织和企业的关注。
目前市面上出现了很多的汽车整车控制***，例如，电动汽车整车控制***，气电混合汽车整车控制***等，很少有新能源汽车整车控制***。同时，现有的新能源汽车整车控制***很难做到，在保证安全和整车动力性能高的前提下环保和耗能低。
发明内容
本发明在保证安全和整车动力性能高的前提下，合理选择整车控制***工作模式以达到最环保、能耗最佳的目的，而提供一种新能源汽车整车控制***及其方法。
本发明通过如下技术方案实现：一种新能源汽车整车控制***，包括有整车控制器VCU、驱动***、动力电池管理***、制动能量回馈***和故障处理***，驱动***、动力电池管理***、制动能量回馈***和故障处理***分别连接整车控制器VCU，所述整车控制器VCU连接汽车的点火开关、加速踏板、换挡器、制动踏板、仪表和其他用电附件，所述整车控制器VCU包括有主控模块、采集模块、判断模块、通讯模块和电源模块，所述采集模块采集点火开关、加速踏板、换挡器、制动踏板、CAN仪表和其他用电附件的状态信息，并反馈给判断模块；所述判断模块根据采集模块收集的信息进行相应的判断，并将判断结果传送至主控模块，所述主控模块通过通讯模块将控制指令发送给驱动***、动力电池管理***、制动能量回馈***和故障处理***，进行汽车电源提供、能量回收、故障处理的工作，所述电源模块提供电源给主控模块、采集模块、判断模块、通讯模块。
优选地，所述驱动***包括有驱动电机和电机控制模块，所述电机控制模块连接驱动电机，当电机控制模块接收到整车控制器VCU的驱动指令时，电机控制模块输出三相交流电给驱动电机，驱动电机通过汽车的转动轴和车轮发动汽车。
优选地，所述动力电池管理***包括有电池管理控制模块、高压配电模块、蓄电池和充电机，所述电池管理控制模块依次连接蓄电池和高压配电模块，所述电池管理控制模块将蓄电池的直流电流经高压配电模块转换成高压交流电传输给驱动***，所述电池管理控制模块将充电机的高压交流电流经高压配电模块转换成直流电传输给蓄电池。
优选地，所述制动能量回馈***包括有能量回收控制模块和功率变换器，所述功率变换器连接能量回收控制模块，当汽车处于正常减速状态时，能量回收控制模块通过驱动***将电路切换，将蓄电池供电电路转换成充电机供电电路，能量回收控制模块感应到反电动势，刹车过程发生感应电流，感应电流通过功率变换器流入充电机，实现能量回收。
优选地，所述故障处理***连接驱动***和动力电池管理***，并实时监测驱动***和动力电池管理***的状态；所述故障处理***对故障进行分级处理，当汽车出现次严重故障时，汽车下电停车；当汽车出现次严重故障时，汽车进入保护工作模式，限制驱动电机输出功率。
优选地，所述高压配电模块包括有充电继电器、水暖加热器PCT继电器和空调继电器，并用于自动调节电压、安全保护和转换电路。
优选地，一种新能源汽车整车控制方法，包括如下步骤：
1)实时监测采集点火开关、加速踏板、换挡器、制动踏板、仪表和其他用电附件的信息；
2)当驾驶员打开钥匙开关ON档，动力电池管理***中高压配电模块将充电继电器闭合，电池电源通过高压配电给驱动***的驱动电机供电；
3)整车控制器VCU的判断模块进行判断驾驶员的意图，根据驾驶员意图决策出期望转矩。
优选地，所述步骤3)中，当踩下制动踏板时，电机控制模块发出刹车指令，使驱动电机工作在制动工况，为车辆提供制动力；车辆的向前、倒车控制是由司机台上的向前、向后开关来操作，由驱动***根据操作指令改变驱动电机的输出相序，从而使驱动电机的相序发生变化实现驱动电机的正转或反转，驱动车辆向前行驶或倒车。
本发明的有益效果是：通过设置整车控制器VCU、驱动***、动力电池管理***、制动能量回馈***和故障处理***，整车控制器VCU负责主控，与驱动***、动力电池管理***、制动能量回馈***和故障处理***实时通讯，支配汽车电源提供、能量回收、故障处理的工作，并根据驾驶员的意图决策出期望的转矩，实现智能控制、节能环保的功能。
附图说明
图1为本发明一种新能源汽车整车控制***的控制框架图；
图2为本发明一种新能源汽车整车控制***的结构框架图；
图3为本发明一种新能源汽车整车控制***的控制原理图；
图4为本发明一种新能源汽车整车控制***的控制策略图。
具体实施方式
参照图1-2，本发明一种新能源汽车整车控制***，包括有整车控制器VCU1、驱动***2、动力电池管理***3、制动能量回馈***4和故障处理***5，驱动***2、动力电池管理***3、制动能量回馈***4和故障处理***5分别连接整车控制器VCU1，所述整车控制器VCU1连接汽车的点火开关、加速踏板、换挡器、制动踏板、CAN仪表和其他用电附件，所述整车控制器VCU1包括有主控模块11、采集模块12、判断模块13、通讯模块14和电源模块15，所述采集模块12采集点火开关、加速踏板、换挡器、制动踏板、CAN仪表和其他用电附件的状态信息，并反馈给判断模块13；所述判断模块13根据采集模块12收集的信息进行相应的判断，并将判断结果传送至主控模块11，所述主控模块11通过通讯模块14将控制指令发送给驱动***2、动力电池管理***3、制动能量回馈***4和故障处理***5，进行汽车电源提供、能量回收、故障处理的工作，所述电源模块15提供电源给主控模块11、采集模块12、判断模块13、通讯模块14。
所述驱动***2包括有驱动电机21和电机控制模块22，所述电机控制模块22连接驱动电机21，当电机控制模块22接收到整车控制器VCU1的驱动指令时，电机控制模块22输出三相交流电给驱动电机21，驱动电机21通过汽车的转动轴和车轮发动汽车。
所述动力电池管理***3包括有电池管理控制模块31、高压配电模块32、蓄电池33和充电机34，所述电池管理控制模块31依次连接蓄电池33和高压配电模块32，所述电池管理控制模块31将蓄电池33的直流电流经高压配电模块32转换成高压交流电传输给驱动***2，所述电池管理控制模块31将充电机的高压交流电流经高压配电模块32转换成直流电传输给蓄电池33。
所述制动能量回馈***4包括有能量回收控制模块41和功率变换器42，所述功率变换器42连接能量回收控制模块41，当汽车处于正常减速状态时，能量回收控制模块41通过驱动***2将电路切换，将蓄电池33供电电路转换成充电机34供电电路，能量回收控制模块感应到反电动势，刹车过程发生感应电流，感应电流通过功率变换器42流入充电机，实现能量回收。
所述故障处理***5连接驱动***2和动力电池管理***3，并实时监测驱动***2和动力电池管理***3的状态；所述故障处理***5对故障进行分级处理，当汽车出现次严重故障时，汽车下电停车；当汽车出现次严重故障时，汽车进入保护工作模式，限制驱动电机21输出功率。
所述高压配电模块32包括有充电继电器321、水暖加热器PCT继电器322和空调继电器323，并用于自动调节电压、安全保护和转换电路。
一种新能源汽车整车控制方法，包括如下步骤：
1)实时监测采集点火开关、加速踏板、换挡器、制动踏板、仪表和其他用电附件的信息；
2)当驾驶员打开钥匙开关ON档，动力电池管理***3中高压配电模块32将充电继电器321闭合，电池电源通过高压配电给驱动***2的驱动电机21供电；
3)整车控制器VCU1的判断模块进行判断驾驶员的意图，根据驾驶员意图决策出期望转矩。
所述步骤3)中，当踩下制动踏板时，电机控制模块22发出刹车指令，使驱动电机21工作在制动工况，为车辆提供制动力；车辆的向前、倒车控制是由司机台上的向前、向后开关来操作，由驱动***2根据操作指令改变驱动电机21的输出相序，从而使驱动电机21的相序发生变化实现驱动电机21的正转或反转，驱动车辆向前行驶或倒车。
下面对本发明专利更进一步的说明：
新能源汽车整车控制***通过整车通讯收集动力电池管理***、驱动***等相关***的信息，结合驾驶人员意图，采用如图1-2的控制策略，描述如下:
关于驱动控制
整车驱动控制是指在驱动工况下，根据车辆电机、电池状态对驱动电机提出转矩需求，响应驾驶员的操作。
驱动控制的目标在于兼顾整车经济性、动力性，改善驾驶员的驾驶感觉，保护电机、电池关键动力总成。
驱动需求转矩的确定是驱动控制策略的核心由于其大小与加速踏板开度、加速踏板开度变化率、制动踏板开度、电机转速、电机温度、电池充电状态SOC、电池电压、电流等因素有关。
加速踏板开度和开度变化率反映了驾驶员对电机驱动转矩的需求，制动踏板开度则反映了对制动力的需求。
整车控制策略结合驱动***输出能力响应驾驶员操作，计算需求转矩，其中电机转速决定了电机可输出的最大转矩，而电机本体温度反映了电机的过载能力，对当前状态下可输出的最大转矩进行修正；电池组总电压和电池充电状态SOC反映了电池组的当前功率及能量状态，同样对电机可输出转矩或功率加以限制。
根据整车状态和运行工况，将新能源汽车无故障行驶过程分为起步模式、正常行驶驱动模式以及制动能量回收模式。如果出现***故障，或者是电机电池***过热等需要降低功率(可视为故障)，进入故障处理策略。
结合图3-4进一步说明新能源汽车整车控制***的控制原理及控制策略：
αbrk为制动踏板传感器开度解释，其值为电压输出值，等于制动踏板角度变化量；αdrv为油门踏板传感器开度解释，其值为电压输出值，等于油门踏板角度变化量；nmot/Vx表示为电机转速或者车辆车速，其中车辆车速是电机转速、传动比、车轮滚动半径的关系；Tmot为驱动或制动力矩，其大小是αbrk、αdrv、nmot/Vx三个变化量之间的关系输出值。
新能源汽车的起步过程是指车辆处于驱动使能状态，电机根据需求扭矩命令输出力矩使电动汽车在静止状态在一段时间内行驶至某一较低车速的过程，其驱动力矩的大小由负载阻尼决定的。
实际路况中，根据坡道的不同可以将新能源汽车起步过程分为上坡起步、下坡起步和平路起步三种情况。电机控制模块22可以检测到起步时电机的转速和转动方向，通过CAN总线发送给整车控制器VCU1。整车控制器VCU1根据此信息判断该车处于上坡起步、下坡起步还是平路起步。
如果转动方向为正，说明汽车处于平路起步或者下坡起步过程。然后再根据转速判断。如果转速小于一个很小的门槛值，说明汽车处于平路或小坡道起步状态，这时让整车控制器VCU1让电机控制模块22处于转矩工作模式，发出的转矩指令大小大约相当于克服汽车5km/h行驶时的道路阻力，模拟汽车的怠速爬行状态。如果转速大于一个很小的门槛值，说明汽车处于下坡起步模式，这时整车控制器VCU1让电机控制模块22处于空转模式，发出的转矩指令大小为零。
如果转动方向为负，说明汽车处于上坡起步过程，必须防止汽车溜车。此时可以通过转动速度的变化率估算汽车溜车的加速度，从而为维持汽车平衡需要的电机转矩。通过施加该转矩并在此基础上叠加一个车速为很小正值的反馈控制，可以决策整车控制器VCU1发给电机控制模块22的力矩指令，保证车辆不溜车且具有缓速爬行能力。
以上具体实施方式对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作为等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围。

Claims (8)

1.一种新能源汽车整车控制***，包括有整车控制器VCU及与其驱动***、动力电池管理***、制动能量回馈***和故障处理***，其特征在于：所述整车控制器VCU连接汽车的点火开关、加速踏板、换挡器、制动踏板、仪表和其他用电附件，所述整车控制器VCU包括有主控模块、采集模块、判断模块、通讯模块和电源模块，所述采集模块采集点火开关、加速踏板、换挡器、制动踏板、CAN仪表和其他用电附件的状态信息，并反馈给判断模块；所述判断模块根据采集模块收集的信息进行相应的判断，并将判断结果传送至主控模块，所述主控模块通过通讯模块将控制指令发送给驱动***、动力电池管理***、制动能量回馈***和故障处理***，进行汽车电源提供、能量回收、故障处理的工作，所述电源模块提供电源给主控模块、采集模块、判断模块、通讯模块。
2.根据权利要求1所述的一种新能源汽车整车控制***，其特征在于：所述驱动***包括有驱动电机和电机控制模块，所述电机控制模块连接驱动电机，当电机控制模块接收到整车控制器VCU的驱动指令时，电机控制模块输出三相交流电给驱动电机，驱动电机通过汽车的转动轴和车轮发动汽车。
3.根据权利要求1所述的一种新能源汽车整车控制***，其特征在于：所述动力电池管理***包括有电池管理控制模块、高压配电模块、蓄电池和充电机，所述电池管理控制模块依次连接蓄电池和高压配电模块，所述电池管理控制模块将蓄电池的直流电流经高压配电模块转换成高压交流电传输给驱动***，所述电池管理控制模块将充电机的高压交流电流经高压配电模块转换成直流电传输给蓄电池。
4.根据权利要求1所述的一种新能源汽车整车控制***，其特征在于：所述制动能量回馈***包括有能量回收控制模块和功率变换器，所述功率变换器连接能量回收控制模块，当汽车处于正常减速状态时，能量回收控制模块通过驱动***将电路切换，将蓄电池供电电路转换成充电机供电电路，能量回收控制模块感应到反电动势，刹车过程发生感应电流，感应电流通过功率变换器流入充电机，实现能量回收。
5.根据权利要求1所述的一种新能源汽车整车控制***，其特征在于：所述故障处理***连接驱动***和动力电池管理***，并实时监测驱动***和动力电池管理***的状态；所述故障处理***对故障进行分级处理，当汽车出现次严重故障时，汽车下电停车；当汽车出现次严重故障时，汽车进入保护工作模式，限制驱动电机输出功率。
6.根据权利要求3所述的一种新能源汽车整车控制***，其特征在于：所述高压配电模块包括有充电继电器、水暖加热器PCT继电器和空调继电器，并用于自动调节电压、安全保护和转换电路。
7.一种新能源汽车整车控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)实时监测采集点火开关、加速踏板、换挡器、制动踏板、仪表和其他用电附件的信息；
2)当驾驶员打开钥匙开关ON档，动力电池管理***中高压继电模块将充电继电器闭合，电池电源通过高压配电给驱动***的驱动电机供电；
3)整车控制器VCU的判断模块进行判断驾驶员的意图，根据驾驶员意图决策出期望转矩。
8.根据权利要求7所述的一种新能源汽车整车控制方法，其特征在于：所述步骤3)中，当踩下制动踏板时，电机控制模块发出刹车指令，使驱动电机工作在制动工况，为车辆提供制动力；车辆的向前、倒车控制是由司机台上的向前、向后开关来操作，由驱动***根据操作指令改变驱动电机的输出相序，从而使驱动电机的相序发生变化实现驱动电机的正转或反转，驱动车辆向前行驶或倒车。
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