探索汽車電控系統(tǒng)的奧秘

在當(dāng)今日益增長的環(huán)境意識(shí)和技術(shù)進(jìn)步的背景下，汽車行業(yè)正在迅速向電動(dòng)化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化轉(zhuǎn)型。在這一轉(zhuǎn)型過程中，汽車電控系統(tǒng)（Electronic Control System）起著至關(guān)重要的作用。汽車電控系統(tǒng)不僅提高了汽車的性能、安全性和舒適性，還使汽車更加環(huán)保。它通過高度集成的電子硬件和軟件組件，實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車各個(gè)功能的精準(zhǔn)控制，從而響應(yīng)駕駛員的操作意圖，并優(yōu)化整車的性能表現(xiàn)。

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，汽車電控系統(tǒng)的功能和復(fù)雜性也在不斷增加。從基本的駕駛員意圖解析，到復(fù)雜的整車能量管理和遠(yuǎn)程控制，電控系統(tǒng)已成為現(xiàn)代汽車不可或缺的核心部分。本文將深入探討汽車電控系統(tǒng)的各個(gè)方面，包括駕駛員駕駛意圖解析、整車驅(qū)動(dòng)控制、制動(dòng)能量回饋控制、整車能量優(yōu)化管理、充電過程控制、電控系統(tǒng)的上下電控制、電動(dòng)化輔助系統(tǒng)管理、車輛狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和顯示、故障診斷與處理、遠(yuǎn)程控制、整車CAN總線網(wǎng)關(guān)及網(wǎng)絡(luò)化管理、基于CCP的在線匹配標(biāo)定、DC/DC與EPS控制、換擋控制功能，以及防溜車功能控制等。

通過深入了解汽車電控系統(tǒng)，我們不僅可以更好地理解現(xiàn)代汽車的工作原理，還可以展望未來汽車技術(shù)的發(fā)展方向，見證汽車行業(yè)如何通過創(chuàng)新滿足日益增長的環(huán)保和安全需求。接下來，讓我們一起探索汽車電控系統(tǒng)的奧秘，并了解它是如何將技術(shù)創(chuàng)新轉(zhuǎn)化為提升駕駛體驗(yàn)和環(huán)境友好性的實(shí)際成果。

01 什么是汽車電控系統(tǒng)？

關(guān)于汽車電控系統(tǒng)，它其實(shí)并不是新能源電動(dòng)汽車專有的，燃油車同樣具備，只不過新能源電動(dòng)汽車的電控系統(tǒng)更加的復(fù)雜，也更強(qiáng)大。

汽車電控系統(tǒng)，就是汽車電子控制系統(tǒng)，是由模塊控制的系統(tǒng)總稱，它由硬件和軟件構(gòu)成，電控其實(shí)就是車輛所有電子控制系統(tǒng)的軟件+硬件的總稱。我們可以將整個(gè)電控系統(tǒng)理解為車輛的神經(jīng)系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)可以控制車輛的運(yùn)行能力，所以電控系統(tǒng)越強(qiáng)大，車輛的控制與行駛能力越出色。今天咱們就來聊聊新能源汽車的整車控制系統(tǒng)。

整車控制系統(tǒng)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(hào)傳感器、整車控制器(VCU)、電機(jī)控制器(MCU)、電池管理系統(tǒng)(BMS)等控制模塊和驅(qū)動(dòng)電機(jī)，動(dòng)力電池等執(zhí)行元件組成。

應(yīng)用圖

組成構(gòu)架圖

汽車上的這些控制器通過CAN網(wǎng)絡(luò)來通信。CAN，全稱為“Controller Area Network”，即控制器局域網(wǎng)，是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。最初，CAN被設(shè)計(jì)作為汽車環(huán)境中的微控制器通訊，在車載各電子控制裝置ECU之間交換信息，形成汽車電子控制網(wǎng)絡(luò)。比如：發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)、變速箱控制器、儀表裝備、電子主干系統(tǒng)中，均嵌入CAN控制裝置。

02 整車控制系統(tǒng)的功能

· 駕駛員駕駛意圖解析

主要是對(duì)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信號(hào)和制動(dòng)信號(hào)根據(jù)某種規(guī)則，轉(zhuǎn)化成電機(jī)的需求轉(zhuǎn)矩命令 。因而驅(qū)動(dòng)電機(jī)對(duì)駕駛員操作的響應(yīng)性能完全取決于整車控制的油門解釋結(jié)果，直接影響駕駛員的控制效果和操作感覺。

· 整車驅(qū)動(dòng)控制

根據(jù)駕駛員對(duì)車輛的操縱輸入(加速踏板、制動(dòng)踏板以及選檔開關(guān))、車輛狀態(tài)、道路及環(huán)境狀況，經(jīng)分析和處理，向整車管理系統(tǒng)發(fā)出相應(yīng)的指令，控制電機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩來驅(qū)動(dòng)車輛，以滿足駕駛員對(duì)車輛驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力性要求；同時(shí)根據(jù)車輛狀態(tài)，向整車管理系統(tǒng)發(fā)出相應(yīng)指令，保證安全性、舒適性。

· 制動(dòng)能量回饋控制

整車控制器根據(jù)加速踏板和制動(dòng)踏板的開度、車輛行駛狀態(tài)信息以及動(dòng)力電池的狀態(tài)信息(如SOC值)來判斷某一時(shí)刻能否進(jìn)行制動(dòng)能量回饋，在滿足安全性能、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)和剎車制動(dòng)過程中的電機(jī)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩控制。

· 整車能量優(yōu)化管理

通過對(duì)電動(dòng)汽車的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)以及其它車載能源動(dòng)力系統(tǒng)(如空調(diào)、電動(dòng)泵等)的協(xié)調(diào)和管理，提高整車能量利用效率，延長續(xù)駛里程。

在純電動(dòng)汽車中，電池除了給驅(qū)動(dòng)電機(jī)供電以外，還要給其他電器供電。因此，為了獲得最大的續(xù)駛里程，整車控制器將負(fù)責(zé)整車的能量管理，以提高能量的利用率。在電池的SOC值比較低的時(shí)候，整車控制器將對(duì)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(shè)備來增加續(xù)駛里程。

· 充電過程控制

與電池管理系統(tǒng)共同進(jìn)行充電過程中的充電功率控制，整車控制器接收到充電信號(hào)后，應(yīng)該禁止高壓系統(tǒng)上電，保證車輛在充電狀態(tài)下處于行駛鎖止?fàn)顟B(tài)；并根據(jù)電池狀態(tài)信息限制充電功率，保護(hù)電池。

· 電控系統(tǒng)的上下電控制

高壓上電

點(diǎn)火鑰匙ON檔，BMS、MCU當(dāng)前狀態(tài)正常、且在之前一次上下電過程中整車無嚴(yán)重故障：

· BMS、MCU初始化完成，VCU確認(rèn)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)車下電只需點(diǎn)火鑰匙打到OFF檔，即可實(shí)現(xiàn)高壓、低壓電的正常下電：

· 點(diǎn)火鑰匙到OFF檔，主繼電器斷開、MCU低壓下電

· 輔助系統(tǒng)停止工作，包括DC/DC、水泵、空調(diào)、暖風(fēng)

· BMS新開電池繼電器

· 整車控制器下電 (VCU) 整車控制器在下電前會(huì)存儲(chǔ)行車過程中發(fā)生的故障信息

· 電動(dòng)化輔助系統(tǒng)管理

電動(dòng)化輔助系統(tǒng)包括電動(dòng)空調(diào)、電制動(dòng)、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向。整車控制器應(yīng)該根據(jù)動(dòng)力電池以及低壓電池狀態(tài)，對(duì) DC/DC、電動(dòng)化輔助系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。

· 車輛狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和顯示

整車控制器應(yīng)該對(duì)車輛的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，并且將各個(gè)子系統(tǒng)的信息發(fā)送給車載信息顯示系統(tǒng)，其過程是通過傳感器和CAN總線，檢測(cè)車輛狀態(tài)及其動(dòng)力系統(tǒng)及相關(guān)電器附件相關(guān)各子系統(tǒng)狀態(tài)信息，驅(qū)動(dòng)顯示儀表將狀態(tài)信息和故障診斷信息通過數(shù)字儀表顯示出來。

· 故障診斷與處理

監(jiān)視整車電控系統(tǒng)，進(jìn)行故障診斷，并及時(shí)進(jìn)行相應(yīng)安全保護(hù)處理。根據(jù)傳感器的輸入及其它通過CAN總線通訊到的電機(jī)、電池、充電機(jī)等信息，對(duì)各種故障進(jìn)行判斷、等級(jí)分類、報(bào)警顯示；存儲(chǔ)故障碼，供維修時(shí)查看。故障指示燈只是出故障類型和部分故障碼。在行車過程中，根據(jù)故障內(nèi)容作故障診斷與處理。

整車的故障等級(jí)進(jìn)行4級(jí)劃分：

i. 一級(jí)-致命故障

故障后處理: 緊急斷開高壓

ii. 二級(jí)-嚴(yán)重故障

故障后處理: 二級(jí)電機(jī)故障零扭矩，二級(jí)電池故障20A放電電流限功率

iii. 三級(jí)-一般故障

故障后處理: 進(jìn)入跛行工況/降功率

iv. 四級(jí)-輕微故障

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

· 遠(yuǎn)程控制：

遠(yuǎn)程查詢功能

用戶可以通過手機(jī)APP實(shí)時(shí)查詢車輛狀態(tài)，實(shí)時(shí)了解車輛的狀況包括：剩余SOC值、續(xù)駛里程等。

遠(yuǎn)程空調(diào)控制

無論是在炎熱的夏季還是在寒冷的冬季，用戶在出門前就可以通過手機(jī)指令實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的空調(diào)制冷、空調(diào)暖風(fēng)和除霜功能。

遠(yuǎn)程充電控制

用戶離開車輛時(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SOC值，需要充電時(shí)通過手機(jī)APP發(fā)送遠(yuǎn)程充電指令，進(jìn)行充電操作。

· 整車CAN總線網(wǎng)關(guān)及網(wǎng)絡(luò)化管理

電動(dòng)轎車CAN總線系統(tǒng)由中央控制器、電池管理系統(tǒng)、電機(jī)控制系統(tǒng)、制動(dòng)控制系統(tǒng)、儀表控制系統(tǒng)組成。各個(gè)控制器之間通過CAN總線進(jìn)行通信，以實(shí)現(xiàn)傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)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(tǒng)的控制性能。它們之間的通信與信息類型為信息類和命令類。信息類主要是發(fā)送一些信息，如傳感器信號(hào)、診斷信息、系統(tǒng)的狀態(tài)。命令類則主要是發(fā)送給其他執(zhí)行器的命令。

· 基于CCP的在線匹配標(biāo)定

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

建立邏輯連接后，主、從設(shè)備之間所有的數(shù)據(jù)傳遞均由主機(jī)控制，從設(shè)備執(zhí)行主設(shè)備命令后返回包含命令響應(yīng)值或錯(cuò)誤代碼等信息的報(bào)文，同時(shí)從設(shè)備可以根據(jù)主設(shè)備通過控制命令所設(shè)置的列表信息，來定時(shí)地向主設(shè)備傳送變量信息，數(shù)據(jù)的傳遞是由主設(shè)備初始化并且由從設(shè)備來執(zhí)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(shù)值的直流電壓，是開關(guān)電源技術(shù)的一個(gè)分支。它是由半導(dǎo)體功率器件作為的開關(guān)管、二極管、電感、電容、負(fù)載和直流電源構(gòu)成的，通過使帶濾波器的負(fù)載電路和直流電壓時(shí)而接通、時(shí)而關(guān)斷，使得負(fù)載上得到另一個(gè)直流電壓。

EPS控制

電動(dòng)助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)利用電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，經(jīng)過轉(zhuǎn)向系統(tǒng)減速及傳遞機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化后協(xié)助駕車者進(jìn)行動(dòng)力轉(zhuǎn)向。不同車的EPS結(jié)構(gòu)部件盡管不一樣，但基本原理是一致的。在檢測(cè)到有效汽車點(diǎn)火信號(hào)后，當(dāng)轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)角傳感器將檢測(cè)到的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)角信號(hào)輸出至電子控制單元ECU。

ECU根據(jù)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)角信號(hào)，汽車速度、軸重負(fù)載信號(hào)等進(jìn)行分析和計(jì)算，得出助力電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向和目標(biāo)助力電流的大小，從而實(shí)現(xiàn)助力轉(zhuǎn)向控制。

· 換擋控制功能

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

· 防溜車功能控制

電動(dòng)汽車在坡上起步時(shí)，駕駛員從松開制動(dòng)踏板到踩油門踏板過程中，會(huì)出現(xiàn)整車向后溜車的現(xiàn)象。在坡上行駛過程中，如果駕駛員踩油門踏板的深度不夠，整車會(huì)出現(xiàn)車速逐漸降到0然后向后溜車現(xiàn)象。因此為了防止汽車在坡上起步和運(yùn)行時(shí)向后溜車現(xiàn)象，在整車控制策略中增加了防溜車功能。

溜車功能可以保證整車在坡上起步時(shí)，向后溜車小于10CM；在整車坡上運(yùn)行過程中如果動(dòng)力不足時(shí)，整車車速會(huì)慢慢降到0，然后保持0車速，不再向后溜車。