探索汽車電控系統(tǒng)的奧秘

在當今日益增長的環(huán)境意識和技術進步的背景下，汽車行業(yè)正在迅速向電動化、智能化、網(wǎng)絡化轉(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，實現(xiàn)對汽車各個功能的精準控制，從而響應駕駛員的操作意圖，并優(yōu)化整車的性能表現(xiàn)。

隨著技術的不斷發(fā)展，汽車電控系統(tǒng)的功能和復雜性也在不斷增加。從基本的駕駛員意圖解析，到復雜的整車能量管理和遠程控制，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)的各個方面，包括駕駛員駕駛意圖解析、整車驅(qū)動控制、制動能量回饋控制、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、電動化輔助系統(tǒng)管理、車輛狀態(tài)的實時監(jiān)測和顯示、故障診斷與處理、遠程控制、整車CAN總線網(wǎng)關及網(wǎng)絡化管理、基于CCP的在線匹配標定、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創(chuàng)新轉(zhuǎn)化為提升駕駛體驗和環(huán)境友好性的實際成果。

01 什么是汽車電控系統(tǒng)？

關于汽車電控系統(tǒng)，它其實并不是新能源電動汽車專有的，燃油車同樣具備，只不過新能源電動汽車的電控系統(tǒng)更加的復雜，也更強大。

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，它由硬件和軟件構成，電控其實就是車輛所有電子控制系統(tǒng)的軟件+硬件的總稱。我們可以將整個電控系統(tǒng)理解為車輛的神經(jīng)系統(tǒng)，這個系統(tǒng)可以控制車輛的運行能力，所以電控系統(tǒng)越強大，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、制動踏板位置傳感器、電子換擋器等輸入信號傳感器、整車控制器(VCU)、電機控制器(MCU)、電池管理系統(tǒng)(BMS)等控制模塊和驅(qū)動電機，動力電池等執(zhí)行元件組成。

應用圖

組成構架圖

汽車上的這些控制器通過CAN網(wǎng)絡來通信。CAN，全稱為“Controller Area Network”，即控制器局域網(wǎng)，是國際上應用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。最初，CAN被設計作為汽車環(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。比如：發(fā)動機管理系統(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

主要是對駕駛員操作信息及控制命令進行分析處理，也就是將駕駛員的油門信號和制動信號根據(jù)某種規(guī)則，轉(zhuǎn)化成電機的需求轉(zhuǎn)矩命令 。因而驅(qū)動電機對駕駛員操作的響應性能完全取決于整車控制的油門解釋結果，直接影響駕駛員的控制效果和操作感覺。

· 整車驅(qū)動控制

根據(jù)駕駛員對車輛的操縱輸入(加速踏板、制動踏板以及選檔開關)、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)出相應的指令，控制電機的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩來驅(qū)動車輛，以滿足駕駛員對車輛驅(qū)動的動力性要求；同時根據(jù)車輛狀態(tài)，向整車管理系統(tǒng)發(fā)出相應指令，保證安全性、舒適性。

· 制動能量回饋控制

整車控制器根據(jù)加速踏板和制動踏板的開度、車輛行駛狀態(tài)信息以及動力電池的狀態(tài)信息(如SOC值)來判斷某一時刻能否進行制動能量回饋，在滿足安全性能、制動性能以及駕駛員舒適性的前提下，回收部分能量。包括滑行制動和剎車制動過程中的電機制動轉(zhuǎn)矩控制。

· 整車能量優(yōu)化管理

通過對電動汽車的電機驅(qū)動系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)以及其它車載能源動力系統(tǒng)(如空調(diào)、電動泵等)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。

在純電動汽車中，電池除了給驅(qū)動電機供電以外，還要給其他電器供電。因此，為了獲得最大的續(xù)駛里程，整車控制器將負責整車的能量管理，以提高能量的利用率。在電池的SOC值比較低的時候，整車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，或關閉部分輔助設備來增加續(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后，應該禁止高壓系統(tǒng)上電，保證車輛在充電狀態(tài)下處于行駛鎖止狀態(tài)；并根據(jù)電池狀態(tài)信息限制充電功率，保護電池。

· 電控系統(tǒng)的上下電控制

高壓上電

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

· 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燈點亮

下電順序

純電動車下電只需點火鑰匙打到OFF檔，即可實現(xiàn)高壓、低壓電的正常下電：

· 點火鑰匙到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

· 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存儲行車過程中發(fā)生的故障信息

· 電動化輔助系統(tǒng)管理

電動化輔助系統(tǒng)包括電動空調(diào)、電制動、電動助力轉(zhuǎn)向。整車控制器應該根據(jù)動力電池以及低壓電池狀態(tài)，對 DC/DC、電動化輔助系統(tǒng)進行監(jiān)控。

· 車輛狀態(tài)的實時監(jiān)測和顯示

整車控制器應該對車輛的狀態(tài)進行實時檢測，并且將各個子系統(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，檢測車輛狀態(tài)及其動力系統(tǒng)及相關電器附件相關各子系統(tǒng)狀態(tài)信息，驅(qū)動顯示儀表將狀態(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)，進行故障診斷，并及時進行相應安全保護處理。根據(jù)傳感器的輸入及其它通過CAN總線通訊到的電機、電池、充電機等信息，對各種故障進行判斷、等級分類、報警顯示；存儲故障碼，供維修時查看。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。

整車的故障等級進行4級劃分：

i. 一級-致命故障

故障后處理: 緊急斷開高壓

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不對整車進行限制。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：

遠程查詢功能

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

遠程空調(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指令實現(xiàn)遠程的空調(diào)制冷、空調(diào)暖風和除霜功能。

遠程充電控制

用戶離開車輛時將充電槍插入充電樁，并不進行立即充電，可以利用電價波谷并在家里實時查詢SOC值，需要充電時通過手機APP發(fā)送遠程充電指令，進行充電操作。

· 整車CAN總線網(wǎng)關及網(wǎng)絡化管理

電動轎車CAN總線系統(tǒng)由中央控制器、電池管理系統(tǒng)、電機控制系統(tǒng)、制動控制系統(tǒng)、儀表控制系統(tǒng)組成。各個控制器之間通過CAN總線進行通信，以實現(xiàn)傳感器測量數(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、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的在線匹配標定

基于CCP的在線匹配標定協(xié)議采用主-從式通信方式，主設備通過CAN總線與多臺從設備相連接，主設備是測量標定系統(tǒng)，從設備是需要標定的ECU，主設備首先與其中一個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(shù)據(jù)傳遞均由主機控制，從設備執(zhí)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，同時從設備可以根據(jù)主設備通過控制命令所設置的列表信息，來定時地向主設備傳送變量信息，數(shù)據(jù)的傳遞是由主設備初始化并且由從設備來執(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，是開關電源技術的一個分支。它是由半導體功率器件作為的開關管、二極管、電感、電容、負載和直流電源構成的，通過使帶濾波器的負載電路和直流電壓時而接通、時而關斷，使得負載上得到另一個直流電壓。

EPS控制

電動助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)利用電動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，經(jīng)過轉(zhuǎn)向系統(tǒng)減速及傳遞機構轉(zhuǎn)化后協(xié)助駕車者進行動力轉(zhuǎn)向。不同車的EPS結構部件盡管不一樣，但基本原理是一致的。在檢測到有效汽車點火信號后，當轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)角傳感器將檢測到的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)角信號輸出至電子控制單元ECU。

ECU根據(jù)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)角信號，汽車速度、軸重負載信號等進行分析和計算，得出助力電動機的轉(zhuǎn)向和目標助力電流的大小，從而實現(xiàn)助力轉(zhuǎn)向控制。

· 換擋控制功能

換擋控制功能關系著駕駛員的駕駛安全，正確理解駕駛員意圖，以及識別車輛合理的檔位，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)故障時作出相應處理保證整車安全，在駕駛員出現(xiàn)檔位誤操作時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

電動汽車在坡上起步時，駕駛員從松開制動踏板到踩油門踏板過程中，會出現(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行時向后溜車現(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，向后溜車小于10CM；在整車坡上運行過程中如果動力不足時，整車車速會慢慢降到0，然后保持0車速，不再向后溜車。