一种新能源汽车集成式电控系统和电控方法与流程

本发明涉及电动汽车，特别是指汽车集成式电控系统和电控方法。

背景技术：

随着社会经济的不断发展，汽车已经成为了人们生活必不可少的一部分，但是传统的燃油汽车对环境造成了严重的污染，因此纯电动汽车取代燃油汽车是未来的发展方向。

近年来随着国家对新能源汽车产业的支持力度增加，新能源汽车行业得到长足的进步，新能源汽车产销两旺。但是市场上新能源汽车基本上都是配置传统分立式的整车控制器、电机控制器、电池管理系统等系统部件，各系统部件相互之间缺乏一种协调控制和整车状态有效的融合，驱动电机与控制器分离，造成系统效率较低，整车电磁干扰严重，成本极高，越来越不适应将来新能源汽车电控系统智能化控制。

技术实现要素：

基于现有技术的不足，本发明的主要目的在于提供一种集合驾驶意图、车辆状况和电池系统状况等作出智能化反馈控制的新能源汽车集成式电控系统和电控方法。

本发明提供了一种新能源汽车集成式电控系统，其包括：驾驶意图模块，其与汽车的制动踏板、油门踏板、档位电连接，用于采集制动踏板、油门踏板、档位的数据信息，通过汇总所述数据反馈驾驶人员的驾驶意图；

整车状态模块，其与车门、安全带、电机、仪表盘电连接，并采集相应控制信息确定车辆的当前运行状态；

电池系统模块，采集电池系统运行参数并反馈电池系统的运行状态；

中央处理模块，与驾驶意图模块、整车状态模块和电池系统模块电性连接，通过对所述数据进行整理分析，生成控制指令；

整车控制模块，与集成式电控系统电连接，根据集成式电控系统输出的控制指令驱动车辆的相应部件。

优选地，所述集成式电控系统还进一步包括控制器局域网络通讯模块(can)，其与车辆的仪表和各功能模块电连接，以实现信号传递和指令控制。

优选地，所述集成式电控系统还进一步包括电机和驱动控制模块，驱动控制模块根据控制指令驱动电机运行，使得车辆按照驾驶意图前进或后退。

优选地，所述集成式电控系统还进一步包括回馈控制模块，回馈控制模块通过检测制动踏板信号大小，输出负力矩，回馈控制模块控制驱动电机回馈电流大小，从而控制回馈能量。

优选地，所述电池系统运行参数包括电池的电压、电流、温度、单体电压、压差。

优选地，所述控制指令包括驱动控制指令、制动回馈控制指令、故障保护控制指令，当汽车处于前进档位状态，驾驶人员踩下加速油门踏板，驱动控制接收到该油门信号，即发送驱动控制指令，输出正力矩，控制驱动电机正转，车辆前进；当汽车处于前进行驶状态，驾驶人员踩下制动踏板，制动回馈控制接收到该制动踏板信号，即发送制动回馈控制指令，输出负力矩，控制驱动电机制动，驱动电机电流反相，车辆减速；当电控系统出现故障状态，即发送故障保护控制指令，发出故障指令，车辆减速或停止。

一种新能源汽车集成式电控方法，其包括以下步骤：

步骤1)整车上电后，系统各模块自检；

步骤2)整车状态模块和电池系统模块分别将自检状态反馈至整车控制模块，整车控制模块根据各模块的自检状态进行上电控制，若自检正常，则整车控制模块发送强电上电指令给电池系统模块，电池系统模块收到上电指令后，吸合主继电器，给电控系统提供强电；

步骤3)集成式电控系统根据驾驶意图模块采集到制动踏板、油门踏板和档位的信息变化，分析驾驶人的控制意图，产生控制指令驱动车辆改变运行状态；

步骤4)中央处理模块根据整车状态模块所采集的车速、电助力转向(eps)、车身控制模块(bcm)、电池管理系统(bms)，确定整车状态，电控系统根据控制意图和整车状态，输出相应的控制逻辑，驱动电机运转。

所述集成式电控系统中设定四种工作模式：停机模式、倒车模式、待机模式、驱动模式。

所述集成式电控系统中设定有保护控制，分别对整车控制模块、驱动控制模块和电池系统模块进行分级保护控制，一级为严重故障保护，电控系统必须停止运行，重新上电才能恢复运行状态；二级为一般故障保护，电控系统线性调低电机的功率，二级故障消除后，线性调高电机功率，恢复电控系统功能。

与现有技术相比，本发明新能源汽车集成式电控系统，针对传统新能源汽车电控系统分立式控制的诸多缺陷，采用将新能源汽车用电机、电机控制器、整车控制器、电源控制系统、通讯网络进行集成控制。通过该集成式电控系统采集整车油门、档位、踏板等信息，高速数字处理芯片(dsp)采集电机参数、车辆参数、电池参数，采集电池电量、电压、温度等信息，判断电池系统状态；采用can通讯网络技术与各集成模块进行数据交互，使用集成式电控系统控制算法，实时计算驱动电机驱动力矩，并对驱动电机、整车部件、电源系统进行集成式控制，达到新能源车高效运行、集成式控制、故障诊断与报警等实时处理。通过集合驾驶意图模块、整车状态模块、电池系统模块所反馈的驾驶意图信息、车辆状态数据和电池状态数据等，传输至整车控制模块进行汇集整理，按设定的逻辑生成控制指令，自动反馈驱动电机、风扇、水泵等部件适当调节，以达到适度的运行状态，提高整车驱动效率和整车智能化控制水平。

附图说明

图1为本发明一种新能源汽车集成式电控系统的模块框图；

图2为本发明一种新能源汽车集成式电控系统的工作原理图；

图3为本发明一种新能源汽车集成式电控系统的电机工作原理图；

图4为本发明一种新能源汽车集成式电控系统的上电流程图。

具体实施方式

参照图1-4所示，本发明提供了一种新能源汽车集成式电控系统，其包括：驾驶意图模块1，其与汽车的制动踏板、油门踏板、档位电连接，用于采集制动踏板、油门踏板、档位的数据信息，通过汇总所述数据反馈驾驶人员的驾驶意图；

整车状态模块2，其与车门、安全带、电机、仪表盘电连接，并采集相应控制信息确定车辆的当前运行状态；

电池系统模块3，采集电池系统运行参数并反馈电池系统的运行状态；

中央处理模块4，与驾驶意图模块1、整车状态模块2和电池系统模块3电性连接，通过对所述数据进行整理分析，生成控制指令；

整车控制模块5，与中央处理模块4电连接，根据中央处理模块4输出的控制指令驱动车辆的相应部件。

其中，驾驶意图模块1通过与汽车的制动踏板、油门踏板、档位电连接，采集制动踏板、油门踏板、档位等的数据信息，即当驾驶人脚踩上制动踏板时，与驾驶意图模块与电连接的制动踏板感应到触动状态，即可传输至驾驶意图模块1，反馈驾驶人踩刹车需要减速。同样地，油门踏板感应到触动状态，即可传输至驾驶意图模块1，反馈驾驶人踩油门需要加速；当改变档位，如由p档变换为r档或d档时，传输至驾驶意图模块1，反馈电动汽车进入可行驶状态，前进或后退准备状态。将这些对驾驶部件的操控动作汇总反馈至驾驶意图模块，反映为驾驶行动意图。

整车状态模块2，直接反应车辆当前模块的当前状态，其与车门、安全带、电机、仪表盘电连接，并采集相应控制信息确定车辆的当前运行状态，通过整车状态模块2连接仪表盘显示车门的开闭状态、安全带是否有合闭，电机是否有启动，仪表盘的车速和各灯开启状态等，将整车的各部分状况进行汇总。

电池系统模块3，采集电池系统运行参数并反馈电池系统的运行状态，所述电池系统运行参数包括电池的电压、电流、温度、单体电压、压差，即时了解电池系统运行状态，能对电池运行状况及时掌控，避免发生漏电、短路、突然升压或降压等问题，保护电动汽车的各部件的性能稳定。

中央处理模块4，与驾驶意图模块1、整车状态模块2和电池系统模块3电性连接，通过对所述驾驶意图反馈数据、整车状态反馈数据和电池系统数据进行整理分析，生成控制指令。所述控制指令包括电控制指令、驱动控制指令、制动回馈控制指令、故障保护控制指令。

整车控制模块5，与中央处理模块4电连接，根据中央处理模块4输出的控制指令驱动车辆的相应部件。所述整车控制模块5与冷却风扇、冷却水泵、空调、ptc(负温度系统)、dc/dc转换器、充电继电器等部件电连接，采集仪表控制信息、车速、电助力转向(eps)、车身控制模块(bcm)、电池管理系统(bms)信息等确定整车状态，电控系统根据控制意图和整车状态，输出相应的控制逻辑，驱动电机运转。

其中，电助力转向(eps)包含有转向角度数据；车身控制模块(bcm)包含有车门、车灯等数据；bms是电池管理系统，包含有电池电压、电流、温度、压差等数据。通过控制指令对相应的部件进行自动化操控，智能化操作，根据驾驶意图和整车状况，输出相应的控制逻辑，控制电机等各部件运转，智能化地对车的部件进行调节。

所述中央处理模块4还进一步包括通讯模块6，其与车辆的仪表和各功能模块电连接，以实现信号传递和指令控制。

所述集成式电控系统还进一步包括电机7和驱动控制模块8，驱动控制模块8根据控制指令驱动电机7运行，使得车辆按照驾驶意图前进或后退。

所述集成式电控系统还进一步包括回馈控制模块9。

所述电机7与驱动控制模块8和回馈控制模块9电连接，电机中的u、v、w动力线在集成式电控系统内部，通过金属材料屏蔽，减少电磁干扰，提高整车性能，能够减少u、v、w动力线的长度，便于整车布置安装。

本发明还提供了一种新能源汽车集成式电控方法，其包括以下步骤：

步骤1)整车上电后，系统各模块自检；

步骤2)整车状态模块和电池系统模块分别将自检状态反馈至整车控制模块，整车控制模块根据各模块的自检状态进行上电控制，若自检正常，则整车控制模块发送强电上电指令给电池系统模块，电池系统模块收到上电指令后，吸合主继电器，给电控系统提供强电；

步骤3)集成式电控系统根据驾驶意图模块采集到制动踏板、油门踏板和档位的信息变化，分析驾驶人的控制意图，产生控制指令驱动车辆改变运行状态；

步骤4)中央处理模块根据整车状态模块所采集的车速、电助力转向(eps)、车身控制模块(bcm)、电池管理系统(bms)，确定整车状态，电控系统根据控制意图和整车状态，输出相应的控制逻辑，驱动电机运转。

所述集成式电控系统中设定四种工作模式：停机模式、倒车模式、待机模式、驱动模式。当处于停机模式时，电控系统处于停机状态，不会驱动电机前进或后退；当处于倒车模式时，倒车力矩通过油门踏板开度进行控制，并限制最高电机转速；当处于待机模式时，踩制动或油门踏板，电机不会输出扭矩；当处于驱动模式时，驱动力矩大小由油门踏板开度进行控制。四个模式之间的相互转换通过档位和制动踏板开度进行控制。当电控系统处于倒车模式或驱动模式时，电控系统通过油门开度大小，根据电机map图，电控系统输出相应的扭矩指令，驱动电机模块依据扭矩指令，采用矢量控制算法，mtpa算法和弱磁控制算法，分别控制id和iq电流，从而进行驱动控制。map是指电机的输出扭矩、转速、效率的分布图；mtpa是指最大扭矩电流比；id是指电机直轴电流；iq是指电机交轴电流。

所述集成式电控系统中设定有保护控制，分别对整车控制模块、驱动控制模块和电池系统模块进行分级保护控制，一级为严重故障保护，电控系统必须停止运行，重新上电才能恢复运行状态；二级为一般故障保护，电控系统线性调低电机的功率，防止功率降低过快影响驾驶舒适度，二级故障消除后，电控系统采用线性调高电机功率，恢复电控系统功能，以提高驾驶舒适度和驾驶感受。当电机过热、电控系统过流、过压、功率器件损坏、电池管理系统故障、电池电压过低、过温、电池压差过大、电流过大等情况，将启动故障保护模式。

以下简述整车控制原理。整车上电后，集成式电控系统进行自检、电机控制模块自检、整车控制模块自检、电池系统模块自检、其它模块自检；自检通过后，电机控制模块、整车控制模块、电池模块分别发送自检状态给电控系统，电控系统根据自检状态进行上电控制。驱动控制模块对电机旋变状态、电机温度、igbt温度、电机电流零位、电压零位等初始参数进行自检；整车控制模块对油门踏板信号、制动踏板信号、档位信号、真空泵真空度信号等参数进行自检；电池系统模块对初始电压、电流、单体电压、单体压差、温度、绝缘电阻进行自检；所有子系统自检完成后，将通过通讯模块发送ready信号给电控系统，电控系统接收到各子系统ready信号后，发送上强电指令给电池系统，这样集成式电控系统上电过程完成。如果自检正常，电控系统发送强电上电指令给电池系统，电池系统接收到该指令后，吸合主继电器，给电控系统提供强电，上电过程完成。

驱动电机控制工作原理：

驱动电机主要采用mtpa和弱磁控制。具体来说是采用失量控制算法采集电机三相输出电流、旋变位置和旋转角速度，通过clark、park和反park变换，分别控制id、iq电流，从而控制igbt的通断，实现电机的驱动控制。其中，当电机转速较低时，驱动电机运行于恒转矩模式，输入指令电流，计算电机电流最大时，电流转矩最大比曲线与电流极限圆的交点确定id、iq电流，从而实现mtpa控制；弱磁控制是输入指令电流和电机端电压，当电机进入弱磁区时，电机端电压与给定电压进行pi调节，自动输出一个负的id1电流，并与原来的id电流叠加，从而进行弱磁控制。

本发明新能源汽车集成式电控系统，针对传统新能源汽车电控系统分立式控制的诸多缺陷，采用将新能源汽车用电机、电机控制器、整车控制器、电源控制系统、通讯网络进行集成控制。通过该集成式电控系统采集整车油门、档位、踏板等信息，高速数字处理芯片(dsp)采集电机参数、车辆参数、电池参数，采集电池电量、电压、温度等信息，判断电池系统状态；采用can通讯网络技术与各集成模块进行数据交互，使用集成式电控系统控制算法，实时计算驱动电机驱动力矩，并对驱动电机、整车部件、电源系统进行集成式控制，达到新能源车高效运行、集成式控制、故障诊断与报警等实时处理。通过集合驾驶意图模块、整车状态模块、电池系统模块所反馈的驾驶意图信息、车辆状态数据和电池状态数据等，传输至整车控制模块进行汇集整理，按设定的逻辑生成控制指令，自动反馈驱动电机、风扇、水泵等部件适当调节，以达到适度的运行状态，提高整车驱动效率和整车智能化控制水平。