纯电动环卫车整车控制单元的开发

2013-11-05吴明瞭刘晓谦

北京汽车 2013年4期

汪斌，吴明瞭，刘晓谦，李良，卢佳

Wang Bin，Wu Mingliao，Liu Xiaoqian，Li Liang，Lu Jia

（东风汽车股份有限公司商品研发院，湖北武汉 430057）

在国家《电动汽车科技发展“十二五”专项规划》中，纯电动汽车受到了相当大的关注，是国家实现产业升级、技术转型和科技跨越的必然要求[1]。但限于当前电池技术的发展水平，大规模个人使用纯电动车辆还有很多困难。调查发现，政府主导的市政环卫车辆对于纯电动车型有相当大需求量，这体现了政府对电动车发展的支持与鼓励，为推动电动汽车事业向前发展有重要影响。

1 系统结构与功能定义

文中的纯电动环卫车采用前置后驱的模式，结构如图1所示，主要部件包括：整车控制单元、电动机及其控制单元、动力电池包及其管理单元、手动变速器、主减速器、DCDC、电动转向泵和电动打气泵等，由于环卫车一般在市内工作，运行条件和充电条件较好，因此该车不设置车载充电机，依靠外接充电。

整车控制单元对驾驶员的加速踏板、换挡等操作进行识别，进而控制车辆的运行，实现整车定义的动力性、经济性指标，同时实现安全性指标。因此，整车控制单元是整个控制系统的核心[2]，具体需要实现的功能及其功能描述列于表1。

表1 整车控制单元功能定义及简要描述

2 硬件平台

根据整车控制单元需要实现的功能设计控制器的硬件，包括：

1）外壳结构设计。需实现整体防护要求达到IP67，为此选用的插接件为ECU专用的成熟产品，防护性能高，且经过实际应用检验。

2）电源模块。控制器设计工作电压为 DC24 V，电压适应范围为DC16～32 V。

3）输入输出接口模块。完成数据采集滤波和控制指令的发出。控制器设计有2路CAN总线，分别用于行车时的数据通信和停车充电时的通讯。为保证数据的可靠传输，对需要的地方进行光耦隔离。

4）算法处理单元。这是整车控制单元的核心部分，实现了控制算法的硬件基础。采用Freescale公司成熟的S12系列16位微处理器，能够保证算法计算的实时性。

5）电路设计。电路设计除考虑常用需要外，重点应满足电磁兼容性的要求。

3 软件设计

控制单元的软件结构大体分为上层程序和底层程序。其中，上层程序指控制策略的实现部分，是满足控制功能的核心部分；底层程序主要是对硬件设备进行控制，是控制单元稳定可靠运行的保证。

3.1 上层算法设计

为实现表 1中的功能，控制器软件将整车工况状态划分为多种模式，每种模式都对入口条件进行判断：软件根据加速踏板位置、制动踏板位置、挡位、离合器状态、电动机状态和电池状态综合分析判断当前整车处于何种状态。每种状态下，定义了控制器应当采取的应对措施，产生并发出控制信号。这些控制信号基于整车转矩控制，同时也限制电动机的运行最高转速。例如，对正常行驶状态的判断是：上电完成，未发驻车信号，未挂空挡，未踩离合器，加速踏板踩下，此时，根据加速踏板开度的大小计算相应的目标转矩，此转矩值通过CAN总线发送至电动机控制单元，通过电动机控制单元对电动机电流进行控制。