关键词：整车控制器;;纯电动汽车;;快速控制原型开发;;有限状态机;;CAN总线开发
摘 要：分布式驱动电动汽车以直接转矩控制等优点被广泛关注与研究,而电池、电机与电控是电动汽车研发的三大关键技术。本文研究依托于国家自然科学基金面上项目(51375086)“四轮独立电动轮直驱汽车底盘系统机电耦合摆振控制”,针对电控技术进行研究,基于四轮独立驱动的纯电动汽车设计了一款整车控制器(Vehicle Control Unit,VCU),以实现整车安全可靠的运行。首先,根据整车控制器需求确定整车控制系统框架,参考AUTOSAR架构完成了VCU的软硬件框架定义。使用基于模型的V流程开发方法,通过快速控制原型平台完成控制器软件的开发。基于SAE J1939协议,对整车CAN通信网络进行开发。搭建整车电子底盘,完成外围电路设计与线路布置。最终设计实车实验对整车控制器与整车控制系统各项功能进行验证,实验结果符合设计要求。本文主要工作如下:(1)根据整车设计指标,完成整车控制器与控制系统的总体方案设计。分析纯电动汽车技术指标与设计要求,确定整车控制器的功能需求。设计整车控制系统框架,明确各子控制器、传感器、执行器以及整车通信的技术要求。(2)对整车控制策略进行设计。首先,根据电动汽车运行工况对整车工作模式进行划分,设计工作模式间的跳转逻辑。设计转矩需求解析策略,根据驾驶员输入与整车状态确定输出转矩。在整车安全上,从软件与硬件层面对高压安全进行设计。(3)通过CAN网络实现整车控制器与子控制器和传感器等的通信。基于SAE J1939协议,对整车通信分别从物理层、数据链路层和网络应用层进行设计,为整车通信设定完整的通信协议,保证整车通信的可靠性、可读性与可扩展性。(4)基于Woodward/MotoHawk快速控制原型平台在MATLAB/Simulink/Stateflow下完成整车控制器模型的搭建。根据使用工况完成I/O引脚的初始化配置以及数据预处理。利用Stateflow搭建工作模式状态机,实现整车各工作模式的定义与跳转,和各工作模式下对执行器的控制。搭建转矩需求模块,考虑踏板开度、电池SOC、电池和电机温度等因素计算整车转矩需求。编写m文件完成CAN协议的封装,实现CAN报文的解析与打包。(5)完成整车电子底盘各电气器件的布置。对传感器、执行器和各子系统等进行布置,为相应电气器件设计外围电路,并完成整车强弱电电气线路的布置。设计人机交互界面,实现整车运行状态的实时显示,以及驾驶员对整车控制参数的标定与设定。(6)设计实车实验对整车控制器与控制系统进行验证。直线加速实验验证了整车设计功能正常,VCU与电机、电池系统协调工作。通过差速转向与差动转向实验验证了电动汽车实验平台设计要求,且验证了差速转向的合理性与差动转向的可行性。通过以上工作,完成了整车控制器的设计到验证,实验结果表明该整车控制器符合设计要求。
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