專利名稱：基于can總線的純電動汽車主控制器裝置及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種純電動汽車主控制器裝置及其控制方法，特別是涉及一種基于CAN總線的純電動汽車主控制器裝置及其控制方法。
背景技術(shù)：
電動汽車作為一種綠色的運(yùn)輸工具在環(huán)保、節(jié)能以及駕駛性能等方面具有諸多內(nèi)燃機(jī)汽車無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，其是由多個子系統(tǒng)構(gòu)成的一個復(fù)雜系統(tǒng)，主要包括電池、電機(jī)、變速箱、制動等動力系統(tǒng)以及諸如空調(diào)、助力轉(zhuǎn)向等其它附件。各子系統(tǒng)幾乎都通過自己的控制單元(ECU)來完成各自功能和目標(biāo)。為了滿足整車動力性、經(jīng)濟(jì)性、安全性和舒適性的目標(biāo)，一方面必須具有智能化的人車交互接口，另一方面，各系統(tǒng)還必須彼此協(xié)作，優(yōu)化匹配，這項(xiàng)任務(wù)需要由控制系統(tǒng)中的主控制器來完成?；诳偩€的分布式控制網(wǎng)絡(luò)是使眾多子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)協(xié)同控制的理想途徑。由于CAN總線具有造價(jià)低廉、傳輸速率高、安全性可靠性高、糾錯能力強(qiáng)和實(shí)時(shí)性好等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于中、低價(jià)位汽車的實(shí)時(shí)分布式控制網(wǎng)絡(luò)。隨著越來越多的汽車制造廠家采用CAN協(xié)議，CAN逐漸成為通用標(biāo)準(zhǔn)。采用總線網(wǎng)絡(luò)可大大減少各設(shè)備問的連接信號線束，并提高系統(tǒng)監(jiān)控水平。另外，在不減少其可靠性的前提下，可以很方便地增加新的控制單元，拓展網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的功能。雖然美國專利5734238號公開了一種電動汽車的控制系統(tǒng)，其包括控制檢測、動力驅(qū)動控制、能量管理、制動控制以及故障診斷功能，但未提及基于CAN的分布式控制網(wǎng)絡(luò)，因此到目前為止尚未見到將CAN總線的分布式控制網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于純電動汽車的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種可通過網(wǎng)絡(luò)對純電動汽車動力鏈的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行管理、協(xié)調(diào)和監(jiān)控，以提高整車能量利用效率，并能確保車輛安全性和可靠性的基于CAN總線的純電動汽車主控制器裝置及其控制方法。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的基于CAN總線的純電動汽車主控制器裝置采集司機(jī)駕駛信號，通過CAN總線獲得電機(jī)和電池系統(tǒng)的相關(guān)信息，進(jìn)行分析和運(yùn)算，通過CAN總線給出電機(jī)控制和電池管理指令，實(shí)現(xiàn)整車驅(qū)動控制、能量優(yōu)化控制和制動回饋控制；該主控制器還具有綜合儀表接口功能，可顯示整車狀態(tài)信息；具備完善的故障診斷和處理功能；具有整車網(wǎng)關(guān)及網(wǎng)絡(luò)管理功能；該裝置包括微控制器，為主控制器的控制中心，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的運(yùn)算及處理；模擬量調(diào)理模塊，用于模擬輸入量的濾波和調(diào)理，其一端與多個傳感器相連，另一端與微控制器相接；開關(guān)量調(diào)理模塊，用于開關(guān)輸入量的電平轉(zhuǎn)換和整型，其一端與多個開關(guān)量傳感器相連，另一端通過光電隔離器與微控制器相接；儀表驅(qū)動模塊，用于驅(qū)動組合儀表和輔助儀表，其一端通過光電隔離器與微控制器相連，另一端與多個儀表相接；繼電器驅(qū)動模塊，用于驅(qū)動多個繼電器，其一端通過光電隔離器與微控制器相連，另一端與多個繼電器相接；高速CAN總線接口模塊，用于提供高速CAN總線接口，其一端通過光電隔離器與微控制器相連，另一端與系統(tǒng)高速CAN總線相接；存儲器模塊，用于存儲程序和數(shù)據(jù)，與微控制器相連；信息存儲模塊，用于記錄整車電控系統(tǒng)的相關(guān)信息及故障信息，與微控制器相連；電源模塊，可為各輸入和輸出模塊提供隔離電源，并對蓄電池電壓進(jìn)行監(jiān)控，與微控制器相連；
通訊接口模塊，作為與其它設(shè)備相連的接口與微控制器相連。
所述的主控制器還包括一個低速CAN總線接口模塊，用于提供低速CAN總線接口，其一端通過光電隔離器與微控制器相連，另一端與系統(tǒng)低速CAN總線相接。
一種基于CAN總線的純電動汽車主控制器控制方法包括(1)主控制器接通電源并初始化的階段；(2)對各端口的開關(guān)信號和模擬量輸入信號進(jìn)行采集的階段；(3)對CAN信息進(jìn)行接收和處理的階段；(4)對獲得的信息進(jìn)行故障診斷及處理的階段；(5)根據(jù)工況對工作模式進(jìn)行判斷的階段；(6)根據(jù)工作模式進(jìn)行計(jì)算和處理的階段；(7)向CAN總線發(fā)送信息的階段；(8)將低速或高速CAN總線相關(guān)信息分別向高速或低速總線發(fā)送的網(wǎng)關(guān)處理階段；(9)將信息在相應(yīng)儀表上進(jìn)行顯示的階段；(10)處理通信接口信息的串行通信階段；(11)按時(shí)復(fù)位軟件狗定時(shí)器，使軟件狗處于有效監(jiān)控狀態(tài)的軟件狗設(shè)置階段。
在根據(jù)工作模式進(jìn)行計(jì)算和處理的階段中，所述的工作模式包括停車、停車充電、啟動自檢、預(yù)充電、標(biāo)定、前進(jìn)、后退、滑行、制動及故障運(yùn)行；其中，前進(jìn)、后退和滑行工作模式需進(jìn)行驅(qū)動力矩計(jì)算，而制動工作模式則需進(jìn)行制動回饋控制。
所述的驅(qū)動力矩計(jì)算包括(1)CAN總線接收信息的階段；(2)計(jì)算加速踏板位置和加速度的階段；
(3)對踏板是否回到零位置進(jìn)行判斷的階段；(4)若踏板回到零位置，則調(diào)用滑行制動子程序的階段；(5)如果踏板大于零位置，則計(jì)算電機(jī)額定力矩的階段；(6)對電機(jī)是否需要過載運(yùn)行進(jìn)行判斷的階段；(7)如電機(jī)需要過載運(yùn)行，則調(diào)用電機(jī)過載管理程序的階段；(8)若電機(jī)不需要過載運(yùn)行，則根據(jù)踏板特性計(jì)算司機(jī)需求力矩的階段；(9)依次對電池功率輸出能力、SOC和電流限制進(jìn)行修正的階段；(10)根據(jù)整車能量管理進(jìn)行修正的階段；(11)對是否倒車進(jìn)行判斷的階段；(12)如為倒車模式，則進(jìn)行倒車力矩限制計(jì)算的階段；所述的調(diào)用電機(jī)過載管理程序包括(1)根據(jù)Acc初算過載力矩的階段；(2)過載力矩控制方法判斷的階段；(3)如果是時(shí)間控制方法，則運(yùn)行根據(jù)過載執(zhí)行時(shí)間修正過載力矩的階段；(4)如果是溫度控制方法，則運(yùn)行根據(jù)電機(jī)溫度修正過載力矩的階段；(5)如果是加速度控制方法，則運(yùn)行根據(jù)Dacc修正過載力矩的階段。
所述的制動回饋控制包括(1)對制動過程進(jìn)行判斷的階段；(2)將制動過程分軟切入、深度回饋和軟撤出3個階段進(jìn)行電機(jī)制動力矩計(jì)算的階段；(3)將計(jì)算出的電機(jī)制動力矩經(jīng)過電池最大允許充電電流修正及電池SOC修正的階段。
本發(fā)明提供的基于CAN總線的純電動汽車主控制器裝置及其控制方法是利用主控制器對純電動汽車動力鏈的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行管理、協(xié)調(diào)和監(jiān)控，以提高整車能量利用效率，并能確保車輛安全性和可靠性。


圖1為本發(fā)明提供的純電動汽車動力系統(tǒng)主要模塊信息交換關(guān)系圖。
圖2為本發(fā)明提供的具有單CAN接口的基于CAN總線的純電動汽車主控制器裝置及其外部信息接口圖。
圖3為本發(fā)明提供的具有雙CAN接口的基于CAN總線的純電動汽車主控制器裝置及其外部信息接口圖。
圖4為本發(fā)明提供的具有單CAN接口的主控制器中微處理器模塊電路原理圖。
圖5為本發(fā)明提供的具有單CAN接口的主控制器中高速CAN總線接口模塊和通訊接口模塊電路原理圖。
圖6為本發(fā)明提供的具有單CAN接口的主控制器中儀表驅(qū)動模塊電路原理圖。
圖7為本發(fā)明提供的具有單CAN接口的主控制器中電源及繼電器驅(qū)動模塊電路原理圖。
圖8為本發(fā)明提供的具有單CAN接口的主控制器中模擬量和開關(guān)量調(diào)理模塊電路原理圖。
圖9為本發(fā)明提供的具有雙CAN接口的主控制器中微處理器模塊電路原理圖。
圖10為本發(fā)明提供的具有雙CAN接口的主控制器中高速CAN總線接口模塊、低速CAN總線接口模塊和通訊接口模塊電路原理圖。
圖11為本發(fā)明提供的具有雙CAN接口的主控制器中儀表驅(qū)動模塊電路原理圖。
圖12為本發(fā)明提供的具有雙CAN接口的主控制器中電源及繼電器驅(qū)動模塊電路原理圖。
圖13為本發(fā)明提供的具有雙CAN接口的主控制器中模擬量和開關(guān)量調(diào)理模塊電路原理圖。
圖14為本發(fā)明提供的基于CAN總線的純電動汽車主控制器控制流程圖。
圖15為本發(fā)明提供的驅(qū)動力矩計(jì)算流程圖。
圖16為電機(jī)過載管理程序流程圖。
圖17為本發(fā)明提供的制動回饋控制流程圖。
圖18為本發(fā)明提供的加速踏板特性示意圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，在裝有本發(fā)明提供的基于CAN總線的純電動汽車中，主控制器、電機(jī)控制器、電池管理系統(tǒng)以及其它的CAN節(jié)點(diǎn)均通過屏蔽雙絞線相連。為了滿足整車驅(qū)動控制和能量優(yōu)化控制的需要，電池管理系統(tǒng)可通過CAN總線向主控制器提供其電流、電壓、溫度、SOC充電狀態(tài)以及故障等信息，并通過CAN總線接收主控制器發(fā)出的充電控制等指令。電機(jī)控制器可通過CAN總線向主控制器提供執(zhí)行扭距、轉(zhuǎn)速、運(yùn)行模式、溫度以及故障等必要信息，并通過CAN總線接收主控制器發(fā)布的控制指令。主控制器可從CAN總線接收電池管理系統(tǒng)發(fā)布的相關(guān)信息以及電機(jī)控制器向CAN總線發(fā)布的相關(guān)信息，通過CAN總線向電機(jī)發(fā)出運(yùn)行模式指令、扭距指令或轉(zhuǎn)速指令，并向電池管理系統(tǒng)發(fā)布充電控制指令以及成組繼電器控制指令等。主控制器還可以接收來自監(jiān)控標(biāo)定設(shè)備向總線發(fā)布的標(biāo)定指令，在線修改內(nèi)部的控制參數(shù)。監(jiān)控標(biāo)定設(shè)備可以是帶有CAN轉(zhuǎn)換接口的PC機(jī)，也可以是與無線遠(yuǎn)程監(jiān)控標(biāo)定系統(tǒng)相連的智能通信單元。為了確保信息交換的實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確和可靠，本發(fā)明充分利用CAN總線特點(diǎn)，從電動汽車控制網(wǎng)絡(luò)體系的要求出發(fā)，采用了一套簡單的通信方法。該方法將全部通信內(nèi)容分為控制信息、狀態(tài)信息、故障信息、顯示信息、監(jiān)控標(biāo)定信息、產(chǎn)品系列信息等六大類，并按照信息的性質(zhì)和發(fā)送頻率等特性將全部通信內(nèi)容打成若干個CAN消息包，并按照一定的規(guī)則賦予它們唯一的29位識別碼。這29位識別碼中包含了消息包的優(yōu)先權(quán)、發(fā)送源以及目的地址等信息。給每個消息包規(guī)定了發(fā)送方式，包括周期性發(fā)送、事件發(fā)送和遠(yuǎn)程請求發(fā)送三種。對于周期性發(fā)送的消息包，按照控制要求規(guī)定了其發(fā)送周期。
如圖2～圖13所示，本發(fā)明提供的基于CAN總線的純電動汽車主控制器裝置包括微控制器1，為主控制器的控制中心，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的運(yùn)算及處理；模擬量調(diào)理模塊2，用于模擬輸入量的濾波和調(diào)理，其一端與多個傳感器相連，另一端與微控制器1相接；開關(guān)量調(diào)理模塊3，用于開關(guān)輸入量的電平轉(zhuǎn)換和整型，其一端與多個開關(guān)量傳感器相連，另一端通過光電隔離器4與微控制器相接；儀表驅(qū)動模塊5，用于驅(qū)動組合儀表和輔助儀表，其一端通過光電隔離器6與微控制器1相連，另一端與多個儀表相接；繼電器驅(qū)動模塊7，用于驅(qū)動多個繼電器，其一端通過光電隔離器8與微控制器1相連，另一端與多個繼電器相接；高速CAN總線接口模塊9，用于提供高速CAN總線接口，其一端通過光電隔離器10與微控制器1相連，另一端與系統(tǒng)高速CAN總線相接；存儲器模塊13，用于存儲程序和數(shù)據(jù)，與微控制器1相連，對于內(nèi)部集成有足夠數(shù)量FLASH的微控制器1，則可以不必配置存儲器模塊13；信息存儲模塊14，用于記錄整車電控系統(tǒng)的相關(guān)信息及故障信息，與微控制器1相連；電源模塊15，可為各輸入和輸出模塊提供隔離電源，并對蓄電池電壓進(jìn)行監(jiān)控，與微控制器1相連；和通訊接口模塊16，作為與其它設(shè)備相連的接口與微控制器1相連。所述的主控制器還包括一個低速CAN總線接口模塊11，用于提供低速CAN總線接口，其一端通過光電隔離器12與微控制器1相連，另一端與系統(tǒng)低速CAN總線相接。所述的微控制器1為高性能的16/32位單片機(jī)，其具有較強(qiáng)的事件處理能力和豐富的嵌入式模塊，主要模塊包括16/32位CPU、4K以上的RAM、可靈活編程的定時(shí)器模塊、同步串行通訊模塊、異步串行通訊模塊和智能A/D轉(zhuǎn)換模塊等。模擬量調(diào)理模塊2可將加速踏板位置、制動踏板位置、車內(nèi)溫度等模擬量傳感器輸出的模擬量信號經(jīng)過低通濾波器后輸出給微控制器1上的A/D模塊，該模塊中采用相對獨(dú)立的高速掃描隊(duì)列和低速掃描隊(duì)列，有效解決對模擬量采集時(shí)間不同要求的問題，大大節(jié)省CPU和總線時(shí)間。開關(guān)量調(diào)理模塊3可將充電開關(guān)、啟動鑰匙、空調(diào)開關(guān)、車輛模式開關(guān)、檔位、車速和制動踏板位置等開關(guān)量信號經(jīng)過防抖、隔離、電平轉(zhuǎn)換和整型處理后通過微控制器1上的SIM由CPU定時(shí)讀入。繼電器驅(qū)動模塊7主要用于驅(qū)動包括主繼電器、空調(diào)繼電器和DC/DC繼電器和備用繼電器在內(nèi)的多個繼電器，其為基于VMOS管的智能驅(qū)動芯片，該芯片具有多路繼電器的驅(qū)動能力，每一路具有1A輸出電流，單路輸出可達(dá)到3A，并且具有短路、過溫和過壓等故障保護(hù)功能，故障信息可由微控制器1讀取，從而有利于系統(tǒng)的故障檢測，并可提高系統(tǒng)的安全可靠性。本發(fā)明中的主要信息交換都是通過高速CAN總線和低速CAN總線進(jìn)行，這樣各控制器之間就能夠信息共享，從而實(shí)現(xiàn)整車的有效控制和管理。存儲器模塊13為FLASH存儲器。為了記錄整車電控系統(tǒng)的故障，以便以后的分析和研究，本發(fā)明中采用了一個E2PROM的信息存儲模塊14與微控制器1上的同步通信模塊相連接，用于系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)和故障信息存儲。電源模塊15采用DC/DC，其可將12V轉(zhuǎn)換成兩個相互隔離的5V電源，以供光電隔離前后的系統(tǒng)用，同時(shí)電源模塊15還負(fù)責(zé)對蓄電池的電壓進(jìn)行監(jiān)控，以便及時(shí)充電和提醒司機(jī)注意。為了與其它設(shè)備相連和以后擴(kuò)展液晶顯示的方便而采用的通訊接口模塊16為RS-232，該器件內(nèi)部自帶電荷泵，能將+5V電平轉(zhuǎn)換為±10V以提供RS-232電平。
如圖14所示，本發(fā)明提供的基于CAN總線的純電動汽車主控制器控制方法包括主控制器接通電源并初始化的S10～S11階段；對各端口的開關(guān)信號和模擬量輸入信號進(jìn)行采集的S12階段，并對該信號進(jìn)行濾波和除畸點(diǎn)等預(yù)處理；對CAN信息進(jìn)行接收和處理的S13階段，將從CAN總線接收到的電機(jī)控制單元、電池管理單元、監(jiān)控標(biāo)定單元以及其它相關(guān)控制單元傳送的信息按照應(yīng)用層協(xié)議進(jìn)行解碼；對獲得的信息進(jìn)行故障診斷及處理的S14階段，如果存在故障，則進(jìn)入相應(yīng)的故障處理程序，并啟動故障閃碼程序，若沒有故障，則進(jìn)入下一階段；根據(jù)工況對工作模式進(jìn)行判斷的S15階段，在此階段中可根據(jù)鑰匙位置、加速踏板、制動踏板、檔位和離合器等傳感器信息以及CAN總線上獲得的電機(jī)控制器信息、電池管理系統(tǒng)信息以及其它控制單元的信息來決定車輛的工作模式；根據(jù)工作模式進(jìn)行計(jì)算和處理的S16階段，每種模式分別調(diào)用相應(yīng)的計(jì)算和處理程序，其中工作模式包括停車、停車充電、啟動自檢、預(yù)充電、標(biāo)定、前進(jìn)、后退、滑行、制動及故障運(yùn)行，工作模式還包括前進(jìn)、后退和滑行工作模式后進(jìn)行驅(qū)動力矩計(jì)算和制動工作模式后進(jìn)行制動回饋控制；向CAN總線發(fā)送信息的S17階段，此階段可將系統(tǒng)監(jiān)控、部分計(jì)算和處理結(jié)果以及主控制器的控制指令等信息根據(jù)CAN應(yīng)用層協(xié)議進(jìn)行編碼打包，然后啟動相應(yīng)的CAN消息發(fā)送函數(shù)而發(fā)送到CAN總線；將低速或高速CAN總線相關(guān)信息分別向高速或低速總線發(fā)送的網(wǎng)關(guān)處理S18階段，此階段負(fù)責(zé)將低速CAN總線相關(guān)信息解碼后再按高速CAN總線協(xié)議編碼而向高速CAN總線發(fā)送，同時(shí)將高速CAN總線信息解碼后再按低速CAN總線協(xié)議編碼而向低速CAN總線發(fā)送；將信息在相應(yīng)儀表上進(jìn)行顯示的S19階段；處理通信接口信息的串行通信S20階段，此階段負(fù)責(zé)處理通信接口信息，包括接收信息的解釋、發(fā)送信息的編碼和調(diào)用發(fā)送操作函數(shù)；和按時(shí)復(fù)位軟件狗定時(shí)器，使軟件狗處于有效監(jiān)控狀態(tài)的軟件狗設(shè)置S21階段，此階段用于按時(shí)復(fù)位軟件狗定時(shí)器，使軟件狗處于有效監(jiān)控狀態(tài)。軟件狗設(shè)置結(jié)束后，程序又回到采集輸入信號的S12階段，如此反復(fù)地執(zhí)行，直至停機(jī)。
如圖15所示，所述的驅(qū)動力矩計(jì)算包括從CAN總線接收信息的S30階段，在此階段中處理電池狀態(tài)和電機(jī)狀態(tài)等信息；計(jì)算加速踏板位置Acc和加速度Dacc的S31階段；對踏板是否回到零位置進(jìn)行判斷的S32階段；若踏板回到零位置，則調(diào)用滑行制動子程序的S33階段，即在踏板回零后，向電機(jī)發(fā)出負(fù)力矩指令，既用于模擬車輛滑行時(shí)反拖內(nèi)燃機(jī)保持原車駕駛感覺，又可以回收慣性能量到電池。其值由存儲在主控制器中的“轉(zhuǎn)速—滑行制動力矩MAP表”求得；如果踏板大于零位置，則計(jì)算電機(jī)額定力矩的S34階段，先根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速，查電機(jī)特性MAP表來計(jì)算電機(jī)的額定力矩；對電機(jī)是否需要過載運(yùn)行進(jìn)行判斷的S35階段；如電機(jī)需要過載運(yùn)行，則調(diào)用電機(jī)過載管理程序的S36階段，如果加速踏板位置Acc大于預(yù)先設(shè)定的過載點(diǎn)Ao，則需要電機(jī)過載運(yùn)行，調(diào)用電機(jī)過載管理程序，計(jì)算電機(jī)過載力矩。
如圖16所示，為了合理利用交流感應(yīng)電機(jī)的過載力矩，本發(fā)明提供的電機(jī)過載管理程序可提供三種可選的過載力矩給定方式“時(shí)間控制”、“溫度控制”和“加速度控制”，包括根據(jù)Acc初算過載力矩的S44階段；過載力矩控制方法判斷的S45階段。如果是時(shí)間控制方法，則運(yùn)行根據(jù)過載執(zhí)行時(shí)間修正過載力矩的S46階段，按照電機(jī)的可以接受的過載時(shí)間計(jì)時(shí)，當(dāng)過載時(shí)間結(jié)束后，將力矩減少到額定點(diǎn)以下。如果是溫度控制方法，則運(yùn)行根據(jù)電機(jī)溫度修正過載力矩的S47階段，通過監(jiān)控電機(jī)的溫度，設(shè)定電機(jī)溫度的上限，當(dāng)電機(jī)在過載下溫度上升時(shí)按照溫度來調(diào)節(jié)過載力矩的大小。如果是加速度控制方法，則運(yùn)行根據(jù)Dacc修正過載力矩的S48階段。
為了滿足不同的駕駛習(xí)慣需求，主控制器提供可供選擇的三種“加速踏板—驅(qū)動力矩”特性曲線“軟踏板特性”、“硬踏板特性”和“線性踏板特性”，分別為圖18中的曲線A、B和C。具體的曲線形狀由一組參數(shù)來描述，這組參數(shù)存儲在主控制器的MAP表中，可以根據(jù)需要進(jìn)行標(biāo)定和修改，以符合不同駕駛習(xí)慣的人的要求；依次對電池功率輸出能力、SOC和電流限制進(jìn)行修正的S38～S40階段；根據(jù)整車能量管理進(jìn)行修正的S41階段，最終獲得指令力矩，由主程序通過CAN總線發(fā)送給電機(jī)；對是否倒車進(jìn)行判斷的S42階段；如為倒車模式，則進(jìn)行倒車力矩限制計(jì)算的S43階段，主要是考慮倒車的安全性。
制動能量回饋在電動汽車上具有重要的意義，由于制動能量回饋和機(jī)械制動力密切相關(guān)，本發(fā)明采用一種控制方法，在盡量不改變整車制動性能的前提下進(jìn)行有限回饋制動，回收部分的能量?？紤]到電池允許的充電功率，在電制動過程中主要考慮回饋能量的強(qiáng)度，除此之外，還考慮電制動加入和撤銷時(shí)的駕駛舒適性。本發(fā)明采用一種多過程適度制動回饋策略，根據(jù)制動踏板傳感器的輸入信號和整車狀態(tài)將整個電制動過程分為3個階段，如圖17所示，所述的制動回饋控制包括對制動過程進(jìn)行判斷的S50階段；將制動過程分軟切入、深度回饋和軟撤出3個階段進(jìn)行電機(jī)制動力矩計(jì)算的S51階段；在軟切入階段中，當(dāng)主控制器根據(jù)制動踏板開關(guān)傳感器檢測到制動踏板剛踩下時(shí)，電機(jī)制動力矩隨時(shí)間增加而逐漸增加，以消除因電機(jī)制動突然加入而造成整車制動感覺的不適。當(dāng)電池的SOC過高時(shí)電機(jī)制動力矩應(yīng)減小到零。在這個階段，電機(jī)制動力矩是時(shí)間和電池SOC的函數(shù)；在深度回饋階段中，隨著制動踏板的下移，機(jī)械制動力也在增大，司機(jī)的制動需求增大，這個期間加入大的電機(jī)制動力可以改善整車的制動效果，也是制動回饋能量的關(guān)鍵時(shí)期。在這個期間，電機(jī)制動力矩從一個由制動踏板位置和電機(jī)轉(zhuǎn)速確定的二維MAP表中查出；而在軟撤出階段中，即在汽車制動的后期，車速和電機(jī)轉(zhuǎn)速都變得很低，電機(jī)發(fā)電效率很低。這時(shí)機(jī)械制動力主要參與作用，電制動力應(yīng)當(dāng)減除，但消除電制動力不應(yīng)該有突變，所以此時(shí)的電機(jī)制動力矩隨時(shí)間增加而逐漸減到零；將計(jì)算出的電機(jī)制動力矩經(jīng)過電池最大允許充電電流修正及電池SOC修正的S52～S53階段。
權(quán)利要求
1.一種基于CAN總線的純電動汽車主控制器裝置，其特征在于所述的基于CAN總線的純電動汽車主控制器裝置采集司機(jī)駕駛信號，通過CAN總線獲得電機(jī)和電池系統(tǒng)的相關(guān)信息，進(jìn)行分析和運(yùn)算，通過CAN總線給出電機(jī)控制和電池管理指令，實(shí)現(xiàn)整車驅(qū)動控制、能量優(yōu)化控制和制動回饋控制；該主控制器還具有綜合儀表接口功能，可顯示整車狀態(tài)信息；具備完善的故障診斷和處理功能；具有整車網(wǎng)關(guān)及網(wǎng)絡(luò)管理功能；該裝置包括微控制器(1)，為主控制器的控制中心，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的運(yùn)算及處理；模擬量調(diào)理模塊(2)，用于模擬輸入量的濾波和調(diào)理，其一端與多個傳感器相連，另一端與微控制器(1)相接；開關(guān)量調(diào)理模塊(3)，用于開關(guān)輸入量的電平轉(zhuǎn)換和整型，其一端與多個開關(guān)量傳感器相連，另一端通過光電隔離器(4)與微控制器(1)相接；儀表驅(qū)動模塊(5)，用于驅(qū)動組合儀表和輔助儀表，其一端通過光電隔離器(6)與微控制器(1)相連，另一端與多個儀表相接；繼電器驅(qū)動模塊(7)，用于驅(qū)動多個繼電器，其一端通過光電隔離器(8)與微控制器(1)相連，另一端與多個繼電器相接；高速CAN總線接口模塊(9)，用于提供高速CAN總線接口，其一端通過光電隔離器(10)與微控制器(1)相連，另一端與系統(tǒng)高速CAN總線相接；存儲器模塊(13)，用于存儲程序和數(shù)據(jù)，與微控制器(1)相連；信息存儲模塊(14)，用于記錄整車電控系統(tǒng)的相關(guān)信息及故障信息，與微控制器(1)相連；電源模塊(15)，可為各輸入和輸出模塊提供隔離電源，并對蓄電池電壓進(jìn)行監(jiān)控，與微控制器(1)相連；和通訊接口模塊(16)，作為與其它設(shè)備相連的接口與微控制器(1)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CAN總線的純電動汽車主控制器裝置，其特征在于所述的主控制器還包括一個低速CAN總線接口模塊(11)，用于提供低速CAN總線接口，其一端通過光電隔離器(12)與微控制器(1)相連，另一端與系統(tǒng)低速CAN總線相接。
3.一種如權(quán)利要求1所述的基于CAN總線的純電動汽車主控制器裝置的控制方法，其特征在于所述的基于CAN總線的純電動汽車主控制器的控制方法包括(1)主控制器接通電源并初始化的S10～S11階段；(2)對各端口的開關(guān)信號和模擬量輸入信號進(jìn)行采集的S12階段；(3)對CAN信息進(jìn)行接收和處理的S13階段；(4)對獲得的信息進(jìn)行故障診斷及處理的S14階段；(5)根據(jù)工況對工作模式進(jìn)行判斷的S15階段；(6)根據(jù)工作模式進(jìn)行計(jì)算和處理的S16階段；(7)向CAN總線發(fā)送信息的S17階段；(8)將低速或高速CAN總線相關(guān)信息分別向高速或低速總線發(fā)送的網(wǎng)關(guān)處理S18階段；(9)將信息在相應(yīng)儀表上進(jìn)行顯示的S19階段；(10)處理通信接口信息的串行通信S20階段；(11)按時(shí)復(fù)位軟件狗定時(shí)器，使軟件狗處于有效監(jiān)控狀態(tài)的軟件狗設(shè)置S21階段。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于CAN總線的純電動汽車主控制器裝置的控制方法，其特征在于在根據(jù)工作模式進(jìn)行計(jì)算和處理的S16階段中，所述的工作模式包括停車、停車充電、啟動自檢、預(yù)充電、標(biāo)定、前進(jìn)、后退、滑行、制動及故障運(yùn)行；其中，前進(jìn)、后退和滑行工作模式需進(jìn)行驅(qū)動力矩計(jì)算，而制動工作模式則需進(jìn)行制動回饋控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于CAN總線的純電動汽車主控制器裝置的控制方法，其特征在于所述的驅(qū)動力矩計(jì)算包括(1)從CAN總線接收信息的S30階段；(2)計(jì)算加速踏板位置和加速度的S31階段；(3)對踏板是否回到零位置進(jìn)行判斷的S32階段；(4)若踏板回到零位置，則調(diào)用滑行制動子程序的S33階段；(5)如果踏板大于零位置，則計(jì)算電機(jī)額定力矩的S34階段；(6)對電機(jī)是否需要過載運(yùn)行進(jìn)行判斷的S35階段；(7)如電機(jī)需要過載運(yùn)行，則調(diào)用電機(jī)過載管理程序的S36階段；(8)若電機(jī)不需要過載運(yùn)行，則根據(jù)踏板特性計(jì)算司機(jī)需求力矩的S37階段；(9)依次對電池功率輸出能力、SOC和電流限制進(jìn)行修正的S38～S40階段；(10)根據(jù)整車能量管理進(jìn)行修正的S41階段；(11)對是否倒車進(jìn)行判斷的S42階段；(12)如為倒車模式，則進(jìn)行倒車力矩限制計(jì)算的S43階段。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于CAN總線的純電動汽車主控制器裝置的控制方法，其特征在于所述的調(diào)用電機(jī)過載管理程序包括(1)根據(jù)Acc初算過載力矩的S44階段；(2)過載力矩控制方法判斷的S45階段；(3)如果是時(shí)間控制方法，則運(yùn)行根據(jù)過載執(zhí)行時(shí)間修正過載力矩的S46階段；(4)如果是溫度控制方法，則運(yùn)行根據(jù)電機(jī)溫度修正過載力矩的S47階段；(5)如果是加速度控制方法，則運(yùn)行根據(jù)Dacc修正過載力矩的S48階段。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于CAN總線的純電動汽車主控制器裝置的控制方法，其特征在于所述的制動回饋控制包括(1)對制動過程進(jìn)行判斷的S50階段；(2)將制動過程分軟切入、深度回饋和軟撤出3個階段進(jìn)行電機(jī)制動力矩計(jì)算的S51階段；(3)將計(jì)算出的電機(jī)制動力矩經(jīng)過電池最大允許充電電流修正及電池SOC修正的S52～S53階段。
全文摘要
一種基于CAN總線的純電動汽車主控制器裝置及其控制方法。主控制器包括微控制器、模擬量調(diào)理、開關(guān)量調(diào)理、儀表驅(qū)動、繼電器驅(qū)動、高速和低速CAN總線接口、存儲器、信息存儲、電源和通訊接口等模塊。主控制器對純電動汽車動力鏈的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行管理、協(xié)調(diào)和監(jiān)控，以提高整車能量利用效率，確保安全性和可靠性。該主控制器采集司機(jī)駕駛信號，通過CAN總線獲得電機(jī)和電池系統(tǒng)的相關(guān)信息，進(jìn)行分析和運(yùn)算，通過CAN總線給出電機(jī)控制和電池管理指令，實(shí)現(xiàn)整車驅(qū)動控制、能量優(yōu)化控制和制動回饋控制。該主控制器還具有綜合儀表接口功能，可顯示整車狀態(tài)信息；具備完善的故障診斷和處理功能；具有整車網(wǎng)關(guān)及網(wǎng)絡(luò)管理功能。
文檔編號B60L11/18GK1721226SQ20041001994
公開日2006年1月18日 申請日期2004年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月12日
發(fā)明者謝輝, 周能輝, 肖斌, 宋小武, 汪葵 申請人:天津大學(xué)