新能源汽车整车控制器的改进设计与应用研究

陈万武 卢俊康 夏淋

摘 要：本文介绍了整车控制器的功能作用，并建立在现有整车控制器的基础上进行改进设计，对改进后整车控制器在新能源汽车上的应用进行研究分析。

关键词：新能源汽车;整车控制器;设计;应用

0 引言

随着新能源汽车的普及推广，因其环保、低成本、驾驶体验好等受到人们的青睐。但是在发展过程中，新能源汽车容易受到的干扰因素也同样不容忽视，为提高用户驾驶体验，本文将对整车控制器的应用技术进行研究分析，并通过试验证明可行性。

1 整车控制器的功能

作为新能源汽车的核心零部件，整车控制器对汽车的各种信息进行检测、对车内通信网络和异常信息进行监控等，能够提高驾驶性能，保障车辆整车行驶[4]。为了提升续航与降低能耗，新能源汽车均配备了动能回收系统，将充电与制动的能量进行回收，以此提升能量使用效率。整车控制器在完成动能控制的同时，还负责调控新能源汽车的各个子系统，故整车控制器的设计对于汽车的动力性、经济性与可靠性的影响十分重要。

图1为新能源汽车控制器结构原理图。其具体功能如下：一是设备管理功能，整车控制器对新能源汽车的各个设备运行状态实时监控，并针对具体情况及时做调整;二是故障诊断功能，整车控制器对汽车出现的异常情况进行诊断分析、预警提示与修复管理工作;三是系统控制功能，整车控制器根据驾驶员加速踏板的位置、挡位以及制动踏板力进行响应操作，协调各个动力部件的运作，实现动态控制;四是能量管理功能，通过采集司机的操作信号与汽车的实际情况对整车进行调整，从而达到优化能量提供、延长汽车寿命、提升汽车经济性的目的。

2 整车控制器的设计改进

为保证新能源汽车正常运行需求，下面将在部分功能保留的前提下，对整车控制器中的机械结构、安全架构、电路改造、平台软件四个层面进行改进设计。

2.1 机械结构

为确保汽车具有较高的行驶安全性，对整车控制器外壳进行改造升级，选用压铸铝材质防护等级高且厚度较薄的材料。在控制器内部增加气塞，将整车控制器产生的热量传导至冷却装置，降低整车控制器电路板温度的同时，还能做到平衡控制器内外压力，达到保护控制器的目的。

2.2 安全架构

结合人工智能技术，硬件系统采用AI+安全双芯片架构，独立的双电源供电系统以及借助扭矩传感器的双路冗余信号数据采集，控制器芯片与安全监控芯片内部通过SPI总线系统与CAN通讯系统进行联系。当系统出现故障时，系统能够根据预先设定的规则对汽车工作模式进行研判，及时发现并处理故障[3]。

2.3 电路改造

將电路进行模块化设计可以降低设计难度与缩短开发周期，同时有利于PCB电路布局优化及提高系统抗干扰能力。具体如下：

①处理器模块。利用SPI通讯技术与CAN通讯技术，在主控芯片与安全监控芯片中建立连接，实现信息传递与监控功能。②电源模块。重点突出电源的保护功能，提高电池本体在新能源汽车上的稳定性。③数字输入模块：分为高有效输入信号与低有效输入信号。④传感器驱动模块：提供传感器信号采集电路。⑤输出驱动模块：分为高边输出驱动与低边输出驱动。⑥CAN通讯模块：将外部通信电路与内部电路隔离开来，组织电路耦合产生的电磁干扰[5]，实现通讯数据的传输。

2.4 平台软件

整车控制器底层软件平台主要负责单片机初始化设置、CAN总线信号的实时收发与其余输出或输入信号的诊断，它在控制器硬件与上层控制策略之中发挥承上启下的作用。图2为整车控制器软件建立模型，整个流程从“上电唤醒”开始至“下电停机”结束，过程中通过故障诊断完成自检工作、通过高压管理实现汽车控制工作。

3 改进后整车控制器在新能源汽车上的应用

3.1 动力及车身控制

整车控制器相当于汽车的大脑，通过采集各部件信号来驱动车辆运行。因此整车控制器的策略需要针对汽车的设计要求进行调整：一是将控制命令数据发送至电机，驱动电机实现限电、停机等功能;二是当电机运行温度过高或转速过快时，整车控制器发送限制指令，对电机实施限流驱动，同时通过车载智能系统向驾驶人员发出警报;三是当汽车电池电压不足时，整车控制器将停止发出指令，使整车进入停机状态。汽车厂商出于安全考虑，会在距离极限值一定范围内设置临界值，用以提前告知驾驶员电力不足，同时车辆将采取类似其余省电措施用以优先保障汽车动力。四是自带保护功能，当加速踏板超出限定值时，整车控制器向驱动电机发送限制指令，在防止车辆失控的同时实现对电机的保护。五是整车控制器将通过各项设备如仪表盘、BMS管理系统等信息对车辆故障进行判断，并主动进行维护，确保车辆能够正常运行。

3.2 运行效果

整车控制器在新能源车辆实际运行过程中，将故障信息进行收集并通过策略调整对车辆进行保护作用。比如在低温环境下，整车控制器对周边环境温度与电池进行收集，当检测到电池温度小于预设的最低值时，整车控制器将会发送指令对电机的驱动转矩信号进行切断;当温度上升时，整车控制器逐渐解除限制。此外，整车控制器通过分析油门踏板的信号数据，调整控制策略，有效防止因油门踏板的干扰而出现的安全问题。

4 结论

本文通过分析新能源汽车对驾驶方面的功能需求，进行了机械结构、安全架构、电路改造、平台软件的改进设计。改进后的整车控制器在新能源汽车的实际应用中，兼容性、安全性及经济性都有所提升。相信随着科技技术的不断发展，新能源汽车的能源与资源利用效率将不断提升。

参考文献：

[1]童志刚，方进，钟峥华.电动汽车整车控制器设计与应用[J].客车技术与研究，2013（3）：33-36.

[2]任亮.新能源汽车整车控制器的改进设计与应用研究[J].价值工程，2020，9（15）：140-141.

[3]姜朋昌，王春芳，戴能红，等.电动汽车整车控制器开发[J].轻型汽车技术，2015（Z2）：15-18.

[4]许志鸿，黄志腾，梁星.纯电动汽车整车控制器研究[J].南方农机，2019（8）：146.

[5]杨洪，蒋丽萍，刘梦，等.纯电动皮卡车整车控制器设计[J].科技与创新，2019（9）：120-121.