整车控制策略.docx

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整车控制策略

XXX项目

VCU控制策略

江苏新能源有限公司

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描述

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第1版

建立XXX项目VCU控制策略.

文档简介

文档目的

本文档描述XXX纯电动车型的VCU的硬件接口及所有逻辑策略。

本文档适用于江苏XXXXXX纯电动汽车,动力部以外部门可参考本文档内容进行标定开发。

使用对象

此文档由动力三电系统开发工程师书写,由如下用户使用:

1）系统工程师

2）零部件工程师

3）测试工程师

4）标定工程师

文档构成

此文档由如下结构构成

第1部分版本历史

第2部分文档简介

第3部分术语

第4部分产品原理

第5部分VCU系统功能简介

第6部分高压上下电功能

第7部分驱动功能

第8部分热管理功能

第9部分动力防盗功能

第10部分附件管理功能

第11部分剩余里程显示功能

第12部分故障处理功能

第13部分网关功能

第14部分通讯接口

第15部分产品技术参数

第16部分信号定义

信息获得

此文档信息均来源于XXX车型开发项目立项。

需求文档

此文档需求如下文档进行支持.

1）XXX项目系统设计方案_行驶子系统

2）XXX项目系统设计方案_上下电子系统

3）XXX项目系统设计方案_充电子系统

4）XXX项目系统设计方案_热管理子系统

5）XXX项目系统设计方案_动力防盗子系统

6）XXX项目系统设计方案_故障处理子系统

术语

GB/T2900.41;GB/T19752,GB/T24548和GB/T30038界定的以下及下列术语与定义适用于本文件

定义

VCU整车控制器总成

根据加速踏板位置,挡位,制动踏板,方向盘等驾驶员操作意图和蓄电池的荷电状态计算出运行所需的电机输出转矩等需求参数,从而协调各个动力部件工作,保障电动汽车的正常行驶。

此外,可通过行车充电和制动能量回收等实现较高的能量利用效率.在完成能量和动力控制的同时,VCU还可以与智能化车身系统一起控制车上的用电设备,以保证驾驶的及时性和安全性。

缩略语

缩略语

描述

BMS

BatteryManagementSystem

VCU

VehicleControUnit

SOC

StateofCharge（forbattery）

CAN

ControllerAreaNetwork

EV

ElectricVehicle

FMCU

FrontMotorControlUnit

RMCU

RearMotorControlUnit

DC-DC

DirectCurrenttoDirectCurrent

OBC

Onboardcharger

PDU

PowerDistributionUnit

CDU

ConversionandDistributionUnit

CIDD

CombinedInverterandDC/DC

EPB

ElectricalParkBrake

EPS

ElectronicPowerSteering

ABS

AntilockBrakeSystem

BCM

BodyControlModule

IC

InstrumentCluster

AVN

Audio、Video、Navigation

T_Box

TelematicsBOX

OBD

On-BoardDiagnostic

ACU

AirbagControlUnit

AC

AirConditioner

SWC

Softwarecomponent

产品原理

VCU系统原理图

VCU的系统框图如下：

图1.VCU系统框图

整车高压系统框图

整车高压系统框图，参考《XXXVCU控制原理图.pdf》

图2.高压系统框图

整车网络拓扑

图3.整车网络拓扑图

动力CAN：

VCU和BMS各带一个终端电阻

车身CAN：

VCU和仪表各带一个终端电阻

VCU输入输出列表

凌宝VCU接插件管脚定义

名称

针脚定义

有效电平

接口特性

管脚

特性

常电

POWER_12V

12V

VCU输入

1

P

接地1（搭铁）

GND

地

VCU输入

2

P

接地2（搭铁）

GND

地

VCU输入

3

P

功率电源

IGN电源_12V

12V（ON档）

VCU输入

4

P

钥匙信号

ON信号

高有效

VCU输入

7

IN1_CH2

START信号

高有效

VCU输入

33

IN1_CH12

档位信号

档位信号

（D）高有效

VCU输入

26

IN1_CH5

（N）高有效

VCU输入

27

IN1_CH6

（R）高有效

VCU输入

28

IN1_CH7

（S）高有效

VCU输入

8

IN1_CH1

充电机

充电唤醒电

高有效

vcu输入

6

IN1_CH3

刹车制动

制动踏板开关

高有效

vcu输入

29

IN1_CH8

制动踏板信号2输入

预留

vcu输入

41

IN_AD3

制动踏板信号5V供电

预留

vcu输出

22

5V_OUT3

制动踏板信号2回地

预留

vcu输入

81

P

油门

模拟量检测AD1

AD1信号

VCU输入

43

IN_AD1

GND

模拟地

81

P

5v

VCU输出

23

5V_OUT2

模拟量检测AD2

AD2信号

VCU输入

42

IN_AD2

GND

模拟地

80

P

5v

VCU输出

24

5V_OUT1

脚刹开关

脚刹信号

低有效

VCU输入

35

IN2_CH3

PTC请求信号输入

PTC请求信号输入

高有效

VCU输入

30

IN1_CH9

散热风扇继电器

散热风扇继电器

低有效（继电器吸合）

VCU输出

55

RELAY_OUT3

水泵继电器

水泵继电器

低有效（继电器吸合）

VCU输出

57

RELAY_OUT5

空调请求信号输入

空调请求信号

高有效

VCU输入

37

IN2_CH1

DCDC

DCDC控制器使能

高有效

VCU输出

56

RELAY_OUT4

动力低压供电控制

动力低压控制

低有效

VCU输出

54

RELAY_OUT2

CAN

CAN0

CAN-L

车身CAN

78

CAN_A

CAN-H

79

CAN1

CAN-L

动力can

76

CAN_B

CAN-H

77

CAN2

CAN-L

can3

74

CAN_C

CAN-H

75

预充继电器使能

预充继电器

低有效

VCU输出

9

LDR_OUT1

PTC高压电源继电器使能

PTC高压电源继电器使能

高有效

VCU输出

53

RELAY_OUT1

空调启停信号输出

空调启停信号输出

低有效

VCU输出

10

LDR_OUT2

高压互锁

高压互锁S-

PWM信号

VCU输出

68

PWM1_OUT

高压互锁S+

PWM信号

VCU输入

34

IN2_CH4

真空泵故障

真空泵故障检测

PWM信号（输出12电压1S通，1S断）

VCU输入

32

IN1_CH11

主正继电器驱动

正极继电器驱动

高有效

VCU输出

58

RELAY_OUT6

换挡器档位锁止信号输出（高驱）

换挡器档位锁止信号

高有效（驱动电磁阀0.6A）

VCU输出

59

RELAY_OUT7

碰撞信号检测

碰撞信号

PWM信号

VCU输入

31

IN1_CH10

增程器继电器驱动

增程器继电器驱动

高有效（预留）

VCU输出

60

RELAY_OUT8

电源管理

VCU在各电压下的工作要求如下：

表1.工作要求

电压

范围描述

要求

9-36V

供电电压

正常工作

≥60V

极限电压

1min

VCU系统功能简介

VCU功能汇总及功能描述

表2.功能汇总及功能描述

序号

功能点

功能描述

1

高压上下电功能

整车驱动上下电、充电上下电时序管理

1.1

驱动上电

车辆正常功能下的上电功能

1.2

驱动下电

车辆正常功能下的下电功能

1.3

碰撞绝缘故障下电

当出现碰撞故障、绝缘三级故障时的异常下电功能

1.4

一般故障下电

当出现非绝缘三级故障，非整车三级故障时的故障下电功能

1.5

充电上电

充电时的上电功能

1.6

充电下电

充电完成或者退出充电时的下电功能

1.7

高压上下电仲裁功能

保证充电上下电的优先级高于驱动上下电

2

驱动功能

根据整车状态，解析驾驶员意图，输出扭矩命令，控制整车行驶

2.1

挡位识别

可根据当前车速和输出扭矩实现逻辑挡位输出

2.2

驾驶模式识别

在一定条件下实现经济模式、NORMAL模式和切换功能

2.3

滑行工况回馈扭矩控制

整车制动踏板和加速踏板均未踩下的状态执行滑行能量回收

2.4

制动工况回馈扭矩控制

整车根据加速踏板、制动踏板状态执行制动能量回收

2.5

驱动扭矩控制

正常行驶时根据加速踏板开度、挡位、当前车速进行扭矩输出，仲裁，分配及滤波。

2.6

挡位防盗

根据整车状态，向换挡器输出挡位锁止信号

2.7

最高车速限制

当整车达到出厂设置的最高车速时，限制扭矩输出，实现限速。

2.8

蠕行功能

在起步挂挡时，整车会缓慢行驶至标定车速

2.9

跛行回家

当整车有故障时，整车降扭、限速行驶

2.10

坡起辅助功能

当整车在坡上时，控制整车缓慢向前行驶，辅助进行坡起。

3

高压互锁防护

4

碰撞防护

采集气囊传感器碰撞信号，当有碰撞发生时停止扭矩输出，切断高压电。

5

真空泵控制

采集真空泵信号，控制零扭矩输出。

6

热管理功能

整车高压系统级空调系统管理功能

6.1

驱动高压散热功能

驱动状态下，控制水泵及风扇，对电机，电控进行散热

6.2

PTC加热功能

控制PTC继电器，实现空调加热功能。

6.3

空调制冷功能

输出压缩机启停信号

7

动力防盗功能

通过与PEPS防盗认证，防止整车被非法启动。

8

附件管理功能

控制DCDC等相关附件的工作状态

9

剩余里程显示功能

通过计算百公里平均电耗及电池剩余电量，计算续航里程

10

故障处理功能

对整车不同等级故障进行处理

11

网关功能

VCU具备不同总线间信号转发功能

高压上下电功能

功能概述

高压上下电功能，主要分为驱动上电、驱动下电、充电上电、充电下电等几个部分。

主要功能为结合驾驶员意图，BMS和MCU的反馈状态，控制整车的主正继电器、主负继电器、预充继电器开闭。

以实现整车上下高压电的功能。

系统框图

图4.高压上下电系统框图

驱动高压上电功能描述

驱动高压上电功能框图

图5.驱动上电系统框图

驱动上电功能

驱动上电功能描述

1001.当VCU被ON信号唤醒后，判断电源挡位是否为ON，如果为ON，VCU在10ms内控制动力低压供电继电器闭合唤醒MCU。

1002.供电后，MCU、BMS进行自检。

VCU在200ms内自检完成并反馈自检信息，如果有系统故障，IC需要提示。

1003.BMS、MCU、VCU自检通过后，VCU检测是否有充电连接信号。

如果收到充电连接信号则进入充电状态，充电与行车互锁，禁止车辆启动。

未收到充电信号则进入下一步；

1004.VCU发送主负控制指令给BMS闭合主负继电器，VCU监控BMS反馈的主负继电器的状态，如果在规定时间内（200ms）没有吸合，上报“主负闭合超时故障”，上电失败。

1005.如主负在规定时间内正常闭合，VCU发送输出硬线使能信号，控制DCDC使能，如果DCDC使能失败仪表显示故障信息；

1006.VCU闭合预充继电器，VCU监控继电器两端的电压差是否在规定时间内（100ms）＜20V，如果电压异常，上报“上电故障：

预充失败”，如果电压正常，VCU则闭合主正继电器，

1007.主正继电器闭合后，VCU监控MCU的电压是否在规定时间（100ms）内上升至总电压的99%（可标定），如果电压异常，上报“上电故障”；如果MCU的电压在规定时间内上升至总电压的99%时，VCU断开预充继电器；

1008.如果上电成功，在此次点火周期内是否收到点火请求信号（钥匙START）&&车辆无二级以上故障&&[档位N档&&车速≤3km/h（可标）&&制动踏板踩下）||（车速＞3km/h）]&&IMMO认证成功，VCU发送信号使能MCU，如果MCU没有在规定时间内使能，上报“上电故障”；使能成功，整车进入“Ready”状态。

驱动上电流程图

综上所述，确认上电的控制流程图如下：

图6.驱动上电流程图

驱动下电功能描述

驱动高压下电功能框图

图7.驱动下电系统框图

驱动下电功能

驱动下电功能描述

正常下电逻辑为用户将电源模式切从ON挡换为ACC、OFF挡位时的高压下电：

1010.电源模式切从ON挡换为ACC、OFF挡位时，VCU断开PTC继电器，压缩机使能停止，给MCU发送0扭矩控制命令。

1011.VCU判断在50ms内MCU反馈的扭矩是否为0，如果超时则上报下电超时故障；

1012.VCU判断在1s内整车车速是否≤5km/h，如果超时则上报下电超时故障；

1013.VCU发送MCU禁能指令，VCU判断MCU在50ms内反馈MCU使能状态为非使能，如果超过50ms则上报下电超时故障；

1014.VCU关闭DCDC使能，断开主正继电器，下发指令给BMS断开主负继电器，如果主负继电器断开超时（1s）则再次发送断开主负继电器指令，如主负断开再次失败，则上报主负断开超时故障。

1015.VCU判断主正和主负继电器是否都断开，如果都断开则发送指令控制MCU进行主动放电，并检测MCU母线电压是否≤36V，如果在规定时间内（3s）没有≤36V，则上报故障；如果主正或主负未断开状态，则不进行快速下电功能，直接进入下一步。

1016.VCU切断动力低压供电继电器，VCU按照网络管理要求进行入本地休眠；

驱动下电流程图

图8.驱动下电流程图

碰撞绝缘故障下电

功能框图

图9.碰撞绝缘下电系统框图

功能逻辑

功能逻辑描述

1020.VCU接收到硬线的碰撞信号（或CAN信号），或者接收到BMS发送的绝缘三级故障信号时需要进行高压下电流程，保护车辆及乘员。

（5S内高压下电完成）

1021.VCU转发ACU碰撞报文

1022.VCU断开PTC继电器、压缩机使能停止并发送MCU力矩为0,。

1023.VCU禁能DCDC

1024.VCU禁止MCU使能

1025.VCU断开主正继电器

1026.VCU下发指令控制BMS断开主负继电器

1027.VCU下发指令控制MCU主动放电

1028.VCU切断三电系统供电继电器，断开供电，VCU延迟TBD时间进入休眠状态

逻辑流程图

图10.碰撞绝缘下电流程图

一般故障下电功能

功能框图

图11.一般故障下电系统框图

功能逻辑

功能逻辑描述

一般故障下电逻辑为BMS||MCU出现二级以上故障（非碰撞||绝缘三级故障）时的高压下电：

1030.BMS或MCU出现二级以上故障（非碰撞||绝缘三级故障）时，VCU请求扭矩为0，断开PTC继电器，压缩机使能停止,。

。

1031.VCU判断在50ms内MCU反馈的扭矩是否为0，如果超时则上报下电超时故障；

1032.VCU判断在1s内整车车速是否≤5km/h，如果超时则上报下电超时故障；

1033.VCU发送MCU使能禁止；

1034.VCU判断50ms内MCU使能反馈为非使能，如果超时则上报下电超时故障；

1035.DCDC硬线使能关闭；

1036.VCU断开主正继电器，下发指令给BMS断开主负继电器，如果主负继电器断开超时（300ms），则上报下电超时故障，BMS故障会自行上报，仪表显示；

1037.VCU判断主负和主正都状态，发送指令控制MCU进行主动放电，并检测MCU母线电压是否≤36V，如果在规定时间内（1s）没有≤36V，则上报故障；

1038.VCU延时（10s）切断动力低压供电继电器，VCU按照网络管理要求进行入本地休眠；

逻辑流程图

图12.一般故障下电流程图

充电上电

功能框图

图13.充电上电系统框图

功能逻辑

功能逻辑描述

充电上电流程为快充枪插入需要充电的上电流程：

1040.充电枪插入，充电唤醒电使VCU200ms内唤醒并自检，如有故障，则上报故障，上电充电失败；进入充电状态,充电与行车互锁,禁止车辆启动。

（主负、快充由BMS自行控制，VCU不发主负闭合指令）

1041.上电后BMS自检，如有故障则上报故障，充电失败。

1042.电池主负闭合，VCU使能DCDC，如果DCDC没有在规定时间内使能（200ms），上报上电超时故障，上电失败，DCDC自身故障会自行上报，仪表显示。

逻辑流程图

综上所述，确认充电上电的控制流程图如下：

图14.充电上电流程图

充电下电

功能框图

图15.充电下电功能框图

功能逻辑

功能逻辑描述

快充充电下电流程为快充充电中，停止充电后的下电流程：

1070.充电过程中判断是否充电完成、BMS是否存在充电故障，BMS是否严重故障、任一条件触发进入下电流程

1071.VCU发送指令控制DCDC禁能

1072.VCU按照网络管理要求进行入本地休眠；

逻辑流程图

综上所述，确认充电下电的控制流程图如下：

图16.充电下电流程图

高压上下电仲裁功能描述

在满足上下流程后，VCU需要根据如下条件判断系统是处于充电工况还是驱动工况。

充电工况的优先级高于驱动工况

当车辆READY时，检测到BMS发送的充电连接信号，整车进入充电与行车互锁状态，整车下高压（下高压流程），进入充电状态。

满足以下两个条件之一，则可以判断处于充电工况

1073.快充连接状态连接或充电唤醒电，电池处于充电状态。

1074.钥匙位置不在ON或钥匙位置在ON，同时驱动上下电的系统状态在下电完成或者充电上下电的系统状态不在初始化（进入充电上电或下电控制）。

不在充电工况，满足以下任一条件，则处于驱动工况

1075.钥匙在ON挡，充电线未连接，电池不在充电状态，充电唤醒电消失。

1076.钥匙在非ON挡，同时驱动上下电的系统状态不在下电完成

驱动功能说明

挡位识别

功能框图

图17.挡位识别功能框图

功能逻辑

功能逻辑描述

电机转向命令包括正转（对应前进挡D），反转（对应后退挡R）及空转（对应挡N）。

转向切换的车速保护

1077.需考虑车辆前进时（车速为正）挂R挡和车辆后退时（车速为负）挂D挡给电机的转向指令。

1078.允许进行挡位切换的条件为车速小于一定值（如3km/h），但不允许大于该值进行挡位切换。

车速如果过高就进行转向的切换，会有较大的冲击，可能会产生危险或对电机造成伤害。

1079.如果车速大于该标定值，输出的转向指令应为空挡。

根据电机反馈的转速确定电机所处的转向状态

1080.电机的转速在一定的正负限制值之间，电机处于空转状态；

1081.电机未处于空转状态，同时电机的转速大于零，电机处于正转状态；

1082.电机既未处于空转状态，也未处于正转状态，则电机处于反转状态。

允许进入该转向模式的扭矩因素

1083.当扭矩动态管理模块输出的电机扭矩指令大于-5Nm（标定值），同时换挡器的输入为D挡，电机所处的转向状态为正转，则允许输出正转。

1084.当扭矩动态管理模块输出的电机扭矩指令小于5Nm（标定值），同时换挡器的输入为R挡，电机所处的转向状态为反转，则允许输出反转。

非动力挡向动力挡切换时需要踩刹车，若没有踩刹车，则认为是N挡，并且必须将挡位挂为N挡才可以尝试从新挂入动力挡；

如果车速大于3km/h（TBD），则允许不踩刹车的情况下由N挡挂入动力挡。

VCU将物理挡位发送给仪表

VCU将处理之后的实际挡位发送给BCM，倒车雷达等ECU供相关动作执行；

如果驾驶请求挡位（输入挡位）和VCU处理后的实际挡位不一致，则发送报警信号到仪表。

D档和S档可直接切换。

换挡器信号说明

本车型档位信号采用硬线信号，由VCU接收处理。

档位

信号

D

D档输出高有效

N

N档输出高有效

R

R档输出高有效

S

D、S档同时输出高有效

挡位切换流程图

综上所述，确认电机转向的控制流程图如下：

图18.挡位切换流程图

驾驶模式识别

功能框图

图19.驾驶模式识别功能框图

功能逻辑

1085.整车驾驶模式分为：

ECO，NORMAL两种模式

ECO模式功能描述

1086.Eco模式会有单独的油门踏板MAP，将输出给电机的扭矩减少正常模式的60%（根据标定）；

1087.回馈时能量回收力矩为单独的MAP，最大负扭矩和功率上限绝对值会增大，后续标定；

1088.最高限速：

80km/h（可标定）

1089.扭矩输出的滤波时间长；

1090.通过CAN总线发送驾驶模式状态信号为ECO。

NORMAL模式功能描述

1091.NORMAL模式会有单独的油门踏板MAP。

1092.回馈时能量回收力矩为单独的MAP，最大负扭矩和功率上限绝对值会较大，后续标定；

1093.最高限速：

102km/h（可标定）

1094.扭矩输出的滤波时间较长；

1095.通过CAN总线发送驾驶模式状态信号为NORMAL。

驾驶模式切换逻辑

图20.驾驶模式切换逻辑图

滑行回馈功能

功能框图

图21.滑行工况回馈扭矩控制功能框图

功能逻辑

进入滑行回馈功能条件（同时满足）

1096.电机转速应大于1000rpm（可标定）；

1097.整车Ready状态；

1098.油门踏板状态为未踩下；

1099.制动踏板状态为未踩下；

1100.动力电池的SOC在合理范围内，SOC应小于95%（可标定）

1101.故障诊断未发出电池允许回馈电流置零、电机回馈扭矩置零以上的故障级别

1102.挡位应为D挡/S档

1103.ABS应处于无故障状态且没有被激活

1104.回馈功率取电池和电机允许回馈的小值。

退出滑行回馈功能条件（任意满足）

1105.电机转速应小于600rpm；（可标定）

1106.非Ready状态；

1107.油门踏板状态为踩下；

1108.制动踏板状态为踩下；

1109.挡位在N挡或R挡；

1110.SOC大于98%（可标定）

1111.故障诊断发出电池允许回馈电流置零、电机回馈扭矩置零以上的故障级别

1112.ABS应处于有故障状态或被激活状态

滑行回馈力矩设置

1113.滑行回馈力矩由电机提供。

NORMAL模式

1114.NORMAL模式下车速，滑行回馈力矩对应表：

（可标定）

表3