探索汽車(chē)電控系統的奧秘

在當今日益增長(cháng)的環(huán)境意識和技術(shù)進(jìn)步的背景下，汽車(chē)行業(yè)正在迅速向電動(dòng)化、智能化、網(wǎng)絡(luò )化轉型。在這一轉型過(guò)程中，汽車(chē)電控系統（Electronic Control System）起著(zhù)至關(guān)重要的作用。汽車(chē)電控系統不僅提高了汽車(chē)的性能、安全性和舒適性，還使汽車(chē)更加環(huán)保。它通過(guò)高度集成的電子硬件和軟件組件，實(shí)現對汽車(chē)各個(gè)功能的精準控制，從而響應駕駛員的操作意圖，并優(yōu)化整車(chē)的性能表現。

隨著(zhù)技術(shù)的不斷發(fā)展，汽車(chē)電控系統的功能和復雜性也在不斷增加。從基本的駕駛員意圖解析，到復雜的整車(chē)能量管理和遠程控制，電控系統已成為現代汽車(chē)不可或缺的核心部分。本文將深入探討汽車(chē)電控系統的各個(gè)方面，包括駕駛員駕駛意圖解析、整車(chē)驅動(dòng)控制、制動(dòng)能量回饋控制、整車(chē)能量?jì)?yōu)化管理、充電過(guò)程控制、電控系統的上下電控制、電動(dòng)化輔助系統管理、車(chē)輛狀態(tài)的實(shí)時(shí)監測和顯示、故障診斷與處理、遠程控制、整車(chē)CAN總線(xiàn)網(wǎng)關(guān)及網(wǎng)絡(luò )化管理、基于CCP的在線(xiàn)匹配標定、DC/DC與EPS控制、換擋控制功能，以及防溜車(chē)功能控制等。

通過(guò)深入了解汽車(chē)電控系統，我們不僅可以更好地理解現代汽車(chē)的工作原理，還可以展望未來(lái)汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展方向，見(jiàn)證汽車(chē)行業(yè)如何通過(guò)創(chuàng )新滿(mǎn)足日益增長(cháng)的環(huán)保和安全需求。接下來(lái)，讓我們一起探索汽車(chē)電控系統的奧秘，并了解它是如何將技術(shù)創(chuàng )新轉化為提升駕駛體驗和環(huán)境友好性的實(shí)際成果。

01 什么是汽車(chē)電控系統？

關(guān)于汽車(chē)電控系統，它其實(shí)并不是新能源電動(dòng)汽車(chē)專(zhuān)有的，燃油車(chē)同樣具備，只不過(guò)新能源電動(dòng)汽車(chē)的電控系統更加的復雜，也更強大。

汽車(chē)電控系統，就是汽車(chē)電子控制系統，是由模塊控制的系統總稱(chēng)，它由硬件和軟件構成，電控其實(shí)就是車(chē)輛所有電子控制系統的軟件+硬件的總稱(chēng)。我們可以將整個(gè)電控系統理解為車(chē)輛的神經(jīng)系統，這個(gè)系統可以控制車(chē)輛的運行能力，所以電控系統越強大，車(chē)輛的控制與行駛能力越出色。今天咱們就來(lái)聊聊新能源汽車(chē)的整車(chē)控制系統。

整車(chē)控制系統由加速踏板位置傳感器、制動(dòng)踏板位置傳感器、電子換擋器等輸入信號傳感器、整車(chē)控制器(VCU)、電機控制器(MCU)、電池管理系統(BMS)等控制模塊和驅動(dòng)電機，動(dòng)力電池等執行元件組成。

應用圖

組成構架圖

汽車(chē)上的這些控制器通過(guò)CAN網(wǎng)絡(luò )來(lái)通信。CAN，全稱(chēng)為“Controller Area Network”，即控制器局域網(wǎng)，是國際上應用最廣泛的現場(chǎng)總線(xiàn)之一。最初，CAN被設計作為汽車(chē)環(huán)境中的微控制器通訊，在車(chē)載各電子控制裝置ECU之間交換信息，形成汽車(chē)電子控制網(wǎng)絡(luò )。比如：發(fā)動(dòng)機管理系統、變速箱控制器、儀表裝備、電子主干系統中，均嵌入CAN控制裝置。

02 整車(chē)控制系統的功能

· 駕駛員駕駛意圖解析

主要是對駕駛員操作信息及控制命令進(jìn)行分析處理，也就是將駕駛員的油門(mén)信號和制動(dòng)信號根據某種規則，轉化成電機的需求轉矩命令 。因而驅動(dòng)電機對駕駛員操作的響應性能完全取決于整車(chē)控制的油門(mén)解釋結果，直接影響駕駛員的控制效果和操作感覺(jué)。

· 整車(chē)驅動(dòng)控制

根據駕駛員對車(chē)輛的操縱輸入(加速踏板、制動(dòng)踏板以及選檔開(kāi)關(guān))、車(chē)輛狀態(tài)、道路及環(huán)境狀況，經(jīng)分析和處理，向整車(chē)管理系統發(fā)出相應的指令，控制電機的驅動(dòng)轉矩來(lái)驅動(dòng)車(chē)輛，以滿(mǎn)足駕駛員對車(chē)輛驅動(dòng)的動(dòng)力性要求；同時(shí)根據車(chē)輛狀態(tài)，向整車(chē)管理系統發(fā)出相應指令，保證安全性、舒適性。

· 制動(dòng)能量回饋控制

整車(chē)控制器根據加速踏板和制動(dòng)踏板的開(kāi)度、車(chē)輛行駛狀態(tài)信息以及動(dòng)力電池的狀態(tài)信息(如SOC值)來(lái)判斷某一時(shí)刻能否進(jìn)行制動(dòng)能量回饋，在滿(mǎn)足安全性能、制動(dòng)性能以及駕駛員舒適性的前提下，回收部分能量。包括滑行制動(dòng)和剎車(chē)制動(dòng)過(guò)程中的電機制動(dòng)轉矩控制。

· 整車(chē)能量?jì)?yōu)化管理

通過(guò)對電動(dòng)汽車(chē)的電機驅動(dòng)系統、電池管理系統、傳動(dòng)系統以及其它車(chē)載能源動(dòng)力系統(如空調、電動(dòng)泵等)的協(xié)調和管理，提高整車(chē)能量利用效率，延長(cháng)續駛里程。

在純電動(dòng)汽車(chē)中，電池除了給驅動(dòng)電機供電以外，還要給其他電器供電。因此，為了獲得最大的續駛里程，整車(chē)控制器將負責整車(chē)的能量管理，以提高能量的利用率。在電池的SOC值比較低的時(shí)候，整車(chē)控制器將對其他電器發(fā)出指令，限制其他電器的輸出功率，或關(guān)閉部分輔助設備來(lái)增加續駛里程。

· 充電過(guò)程控制

與電池管理系統共同進(jìn)行充電過(guò)程中的充電功率控制，整車(chē)控制器接收到充電信號后，應該禁止高壓系統上電，保證車(chē)輛在充電狀態(tài)下處于行駛鎖止狀態(tài)；并根據電池狀態(tài)信息限制充電功率，保護電池。

· 電控系統的上下電控制

高壓上電

點(diǎn)火鑰匙ON檔，BMS、MCU當前狀態(tài)正常、且在之前一次上下電過(guò)程中整車(chē)無(wú)嚴重故障：

· BMS、MCU初始化完成，VCU確認狀態(tài)

· 閉合電池繼電器

· 閉合主繼電器

· MCU高壓上電

· 如檔位在N檔，儀表顯示Ready燈點(diǎn)亮

下電順序

純電動(dòng)車(chē)下電只需點(diǎn)火鑰匙打到OFF檔，即可實(shí)現高壓、低壓電的正常下電：

· 點(diǎn)火鑰匙到OFF檔，主繼電器斷開(kāi)、MCU低壓下電

· 輔助系統停止工作，包括DC/DC、水泵、空調、暖風(fēng)

· BMS新開(kāi)電池繼電器

· 整車(chē)控制器下電 (VCU) 整車(chē)控制器在下電前會(huì )存儲行車(chē)過(guò)程中發(fā)生的故障信息

· 電動(dòng)化輔助系統管理

電動(dòng)化輔助系統包括電動(dòng)空調、電制動(dòng)、電動(dòng)助力轉向。整車(chē)控制器應該根據動(dòng)力電池以及低壓電池狀態(tài)，對 DC/DC、電動(dòng)化輔助系統進(jìn)行監控。

· 車(chē)輛狀態(tài)的實(shí)時(shí)監測和顯示

整車(chē)控制器應該對車(chē)輛的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，并且將各個(gè)子系統的信息發(fā)送給車(chē)載信息顯示系統，其過(guò)程是通過(guò)傳感器和CAN總線(xiàn)，檢測車(chē)輛狀態(tài)及其動(dòng)力系統及相關(guān)電器附件相關(guān)各子系統狀態(tài)信息，驅動(dòng)顯示儀表將狀態(tài)信息和故障診斷信息通過(guò)數字儀表顯示出來(lái)。

· 故障診斷與處理

監視整車(chē)電控系統，進(jìn)行故障診斷，并及時(shí)進(jìn)行相應安全保護處理。根據傳感器的輸入及其它通過(guò)CAN總線(xiàn)通訊到的電機、電池、充電機等信息，對各種故障進(jìn)行判斷、等級分類(lèi)、報警顯示；存儲故障碼，供維修時(shí)查看。故障指示燈只是出故障類(lèi)型和部分故障碼。在行車(chē)過(guò)程中，根據故障內容作故障診斷與處理。

整車(chē)的故障等級進(jìn)行4級劃分：

i. 一級-致命故障

故障后處理: 緊急斷開(kāi)高壓

ii. 二級-嚴重故障

故障后處理: 二級電機故障零扭矩，二級電池故障20A放電電流限功率

iii. 三級-一般故障

故障后處理: 進(jìn)入跛行工況/降功率

iv. 四級-輕微故障

故障后處理: 只儀表顯示，四級故障屬于維修提示，但是VCU不對整車(chē)進(jìn)行限制。四級能量回收故障，僅停止能量回收，行駛不受影響。

· 遠程控制：

遠程查詢(xún)功能

用戶(hù)可以通過(guò)手機APP實(shí)時(shí)查詢(xún)車(chē)輛狀態(tài)，實(shí)時(shí)了解車(chē)輛的狀況包括：剩余SOC值、續駛里程等。

遠程空調控制

無(wú)論是在炎熱的夏季還是在寒冷的冬季，用戶(hù)在出門(mén)前就可以通過(guò)手機指令實(shí)現遠程的空調制冷、空調暖風(fēng)和除霜功能。

遠程充電控制

用戶(hù)離開(kāi)車(chē)輛時(shí)將充電槍插入充電樁，并不進(jìn)行立即充電，可以利用電價(jià)波谷并在家里實(shí)時(shí)查詢(xún)SOC值，需要充電時(shí)通過(guò)手機APP發(fā)送遠程充電指令，進(jìn)行充電操作。

· 整車(chē)CAN總線(xiàn)網(wǎng)關(guān)及網(wǎng)絡(luò )化管理

電動(dòng)轎車(chē)CAN總線(xiàn)系統由中央控制器、電池管理系統、電機控制系統、制動(dòng)控制系統、儀表控制系統組成。各個(gè)控制器之間通過(guò)CAN總線(xiàn)進(jìn)行通信，以實(shí)現傳感器測量數據的共享、控制指令的發(fā)送和接收等，并使各自的控制性能都有所提高，從而提高系統的控制性能。它們之間的通信與信息類(lèi)型為信息類(lèi)和命令類(lèi)。信息類(lèi)主要是發(fā)送一些信息，如傳感器信號、診斷信息、系統的狀態(tài)。命令類(lèi)則主要是發(fā)送給其他執行器的命令。

· 基于CCP的在線(xiàn)匹配標定

基于CCP的在線(xiàn)匹配標定協(xié)議采用主-從式通信方式，主設備通過(guò)CAN總線(xiàn)與多臺從設備相連接，主設備是測量標定系統，從設備是需要標定的ECU，主設備首先與其中一個(gè)從設備建立邏輯鏈接。

建立邏輯連接后，主、從設備之間所有的數據傳遞均由主機控制，從設備執行主設備命令后返回包含命令響應值或錯誤代碼等信息的報文，同時(shí)從設備可以根據主設備通過(guò)控制命令所設置的列表信息，來(lái)定時(shí)地向主設備傳送變量信息，數據的傳遞是由主設備初始化并且由從設備來(lái)執行的，并且是由固定的循環(huán)采樣頻率或者事件觸發(fā)的。

· DC/DC控制與EPS控制

DC/DC控制

DC/DC變換器即是把直流電壓變換為另一數值的直流電壓，是開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的一個(gè)分支。它是由半導體功率器件作為的開(kāi)關(guān)管、二極管、電感、電容、負載和直流電源構成的，通過(guò)使帶濾波器的負載電路和直流電壓時(shí)而接通、時(shí)而關(guān)斷，使得負載上得到另一個(gè)直流電壓。

EPS控制

電動(dòng)助力式轉向系統利用電動(dòng)機產(chǎn)生的轉矩，經(jīng)過(guò)轉向系統減速及傳遞機構轉化后協(xié)助駕車(chē)者進(jìn)行動(dòng)力轉向。不同車(chē)的EPS結構部件盡管不一樣，但基本原理是一致的。在檢測到有效汽車(chē)點(diǎn)火信號后，當轉向軸轉動(dòng)時(shí)，轉矩或轉角傳感器將檢測到的轉矩和轉角信號輸出至電子控制單元ECU。

ECU根據轉矩、轉角信號，汽車(chē)速度、軸重負載信號等進(jìn)行分析和計算，得出助力電動(dòng)機的轉向和目標助力電流的大小，從而實(shí)現助力轉向控制。

· 換擋控制功能

換擋控制功能關(guān)系著(zhù)駕駛員的駕駛安全，正確理解駕駛員意圖，以及識別車(chē)輛合理的檔位，在基于模型開(kāi)發(fā)的檔位管理模塊中得到很好的優(yōu)化。能在出現故障時(shí)作出相應處理保證整車(chē)安全，在駕駛員出現檔位誤操作時(shí)通過(guò)儀表等提示駕駛員，使駕駛員能迅速做出糾正。

· 防溜車(chē)功能控制

電動(dòng)汽車(chē)在坡上起步時(shí)，駕駛員從松開(kāi)制動(dòng)踏板到踩油門(mén)踏板過(guò)程中，會(huì )出現整車(chē)向后溜車(chē)的現象。在坡上行駛過(guò)程中，如果駕駛員踩油門(mén)踏板的深度不夠，整車(chē)會(huì )出現車(chē)速逐漸降到0然后向后溜車(chē)現象。因此為了防止汽車(chē)在坡上起步和運行時(shí)向后溜車(chē)現象，在整車(chē)控制策略中增加了防溜車(chē)功能。

溜車(chē)功能可以保證整車(chē)在坡上起步時(shí)，向后溜車(chē)小于10CM；在整車(chē)坡上運行過(guò)程中如果動(dòng)力不足時(shí)，整車(chē)車(chē)速會(huì )慢慢降到0，然后保持0車(chē)速，不再向后溜車(chē)。