一种用于新能源汽车的动力集成控制系统及控制方法与流程

本发明涉及新能源汽车控制领域，具体涉及一种用于新能源汽车的动力集成控制系统及控制方法。

背景技术：

现有技术中新能源汽车的控制系统主要包括电机控制器、整车控制器、电池管理系统三个控制单元。其中，电机控制器作为动力电机的控制机构，控制电动车辆的启动运行、进退速度、爬坡力度等行驶状态。电池管理系统则是用于对新能源汽车的电池进行管理和控制。整车控制器则根据钥匙开关信号、整车档位、油门踏板、制动踏板等信号，控制整车进行前进、后退、空档下的电动、馈电等模式运行。

上述控制系统中，不同控制器之间需要进行通讯，例如电机控制器需要根据电池管理系统中电池的状态进行电机控制的调整，整车控制器也要将相应的控制命令发给电池管理系统进行电能的输送以及向电机控制器发送命令进行电机的控制等。因此，不同控制器之间必须设计相应的通讯措施，例如采用can总线进行通信，这样，增加了控制系统中的信号传输的流程，而信号传输的通道给控制系统增加了结构设计的复杂性，不同控制器之间信号传输的稳定性也存在问题。

技术实现要素：

因此，本发明要解决现有技术中新能源汽车控制系统中存在结构复杂和不同控制器之间信号传输稳定性的问题，从而提供一种用于新能源汽车的动力集成控制系统及控制方法。

为此，本发明实施例提供了如下技术方案：

第一方面，本发明实施例提供一种用于新能源汽车的动力集成控制系统，包括：油门踏板采集模块，用于采集油门踏板的反馈信号；制动踏板采集模块，用于检测制动踏板的反馈信号；换档机构采集模块，用于检测档位的变化；动力集成控制器主控芯片，与所述油门踏板采集模块、所述制动踏板采集模块和所述换档机构采集模块分别连接；其中，所述动力集成控制器主控芯片还与所述新能源汽车的电池系统和驱动电机的控制端分别连接，用于对所述新能源汽车的电池管理和动力控制。

在一实施例中，所述驱动电机采用pwm驱动模块进行驱动，通过所述pwm驱动模块实现对所述驱动电机的控制。

在一实施例中，所述动力集成控制器主控芯片为采用单控制芯片设计而成的控制板。

在一实施例中，所述控制板上还设置有功率模块，所述功率模块为igbt管或者mos管。

在一实施例中，还包括：温度采集模块，用于采集电机温度信号；旋变信号采集模块，用于采集电机转子位置并且计算电机转速；动力集成控制器主控芯片，与所述温度采集模块、所述旋变信号采集模块分别连接。

在一实施例中，还包括：can模块和监控模块，其中，can模块，连接动力集成控制器主控芯片与外部平台，用于动力集成控制器主控芯片与外部平台通信；监控模块，连接动力集成控制器主控芯片，用于实时监测动力集成控制器主控芯片运行数据。

第二方面，本发明实施例提供一种用于新能源汽车的动力集成控制方法，采用本发明实施例第一方面所述的用于新能源汽车的动力集成控制系统，包括：接收油门踏板的反馈信号、制动踏板的反馈信号、档位的变化、电机温度信号、电机旋变位置和速度；根据所述油门踏板的反馈信号、制动踏板的反馈信号、档位的变化、电机温度信号、电机旋变位置和速度，计算电池状态信息；根据所述油门踏板的反馈信号、制动踏板的反馈信号和档位的变化、电机温度信号、电机旋变位置和速度、电池状态信息，发送控制信号至驱动电机的控制端；驱动电机的控制端通过pwm驱动模块，控制电机动作。

在一实施例中，还包括：动力集成控制器主控芯片根据监控模块发送的运行数据执行保护动作，并将结果通过闪烁灯或代码显示。

本发明技术方案，具有如下优点：

本发明提供的一种用于新能源汽车的动力集成控制系统及控制方法，将整车控制器、电机控制器、电池管理系统所有功能集中在一个控制板，单控制芯片控制多个执行机构，相对于现有技术中三个控制器或者仅集成两个控制器的方式而言，减少了各控制系统间的can通讯环节，提高控制系统的可靠性，降低了控制器成本。单控制芯片及时有效的在三个控制模块之间进行运算，根据整车需要按不同工况，对驱动电机实现转矩闭环控制，对电池单体及模块实现充放电管理，提高了计算精度和效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中动力集成控制系统的一个具体示例的原理图；

图2为本发明实施例中动力集成控制系统的另一个具体示例的原理图；

图3为本发明实施例中动力集成控制方法的一个具体示例的流程图；

图4为本发明实施例中动力集成控制方法的另一个具体示例的流程图；

图5为本发明实施例中动力集成控制方法的另一个具体示例的流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本发明实施例提供一种用于新能源汽车的动力集成控制系统，如图1所示，包括：油门踏板采集模块1，用于采集油门踏板的反馈信号；制动踏板采集模块2，用于检测制动踏板的反馈信号；换档机构采集模块3，用于检测档位的变化；动力集成控制器主控芯片11，与油门踏板采集模块1、制动踏板采集模块2和换档机构采集模块3分别连接；其中，动力集成控制器主控芯片11还与新能源汽车的电池系统4和驱动电机的控制端5分别连接，用于对新能源汽车的电池管理和动力控制。

本发明实施例中，油门踏板采集模块1、制动踏板采集模块2和换档机构采集模块3采集的信号为模拟信号，该模拟信号通过模拟量调理器转换成数字信号输入动力集成控制器主控芯片11。系统预先设定，当油门踏板行程为零时，电机输出扭矩为零；油门踏板行程最大时，电机输出扭矩为最大扭矩。

动力集成控制器主控芯片11接收汽车钥匙传感器6信号调理成开关信号。钥匙位于acc档为电机待机状态；钥匙位于acc—on档为预充电控制状态；钥匙位于on档为电机控制状态。

动力集成控制器主控芯片11与电池系统4进行数据通讯。电池系统4将动力电池的电压、充放电能力、电池荷电状况等信息通过can通讯传送给动力集成控制器主控芯片11。如图2所示，电池热管理模块13，根据温度对电池性能的影响，结合电池的电化学特性与产热机理，提升电池整体性能。充放电管理模块14，管理电池的充放电流程，大大增强了电池的寿命。同时可对系统进行保护，无需额外增加电池保护板。

输入的油门踏板的反馈信号和制动踏板的反馈信号、钥匙传感器信号、电池系统数据和电机的旋转变压器信号、温度传感器信号与预先设定数据在动力集成控制器主控芯片11进行综合运算。数据处理器11的dsp微处理器通过电子油门踏板信号、制动踏板信号、钥匙位置、电机的当前转速、估计转矩、电池的状态、故障等级等信息判断电机的运行状态然后输出。

在一实施例中，如图2所示，驱动电机采用pwm驱动模块7进行驱动，通过pwm驱动模块7实现对驱动电机的控制。本发明实施例中，动力集成控制器主控芯片11将信号给pwm驱动模块7，pwm驱动模块7将输入信号调理成六路pwm波形输出给驱动电机进行转矩控制。

在一实施例中，动力集成控制器主控芯片为采用单控制芯片设计而成的控制板。本发明实施例中，动力集成控制器不是物理的三个控制板的集成，而是利用一个控制芯片实现三个控制单元功能。主控芯片采用高速处理器，具备dsp数字信号处理及浮点运算能力，解决目前集成控制器的运算不稳定性。主控芯片同时为高安全性主控芯片，采用满足功能安全asil-c以上等级的处理器，支持基于hsm的车载信息安全应用，从而支持对车辆运动域的安全控制。动力集成控制器软硬件开发采用v模型开发，每一步开发对应有验证模式，软件开发基于autosar软件架构，应用层模块开发采用模型方案，有效提高软硬件可靠性。动力集成控制器主控芯片，具备以dsp和32位单片机为主芯片的永磁同步电机控制软件平台，采用功能安全与软件架构设计：依据iso26262功能安全标准，研究开发系统安全性技术；依照autosar软件构架，形成控制软件模块的分层设计。采用autosar软件架构设计，将应用层策略和基础软件分开设计，通过rte层将asw和bsw进行数据交互，集成连接后形成app，提高了软件系统的可靠性和开发效率，便于平台的切换。

在一实施例中，控制板上还设置有功率模块，功率模块为igbt管或者mos管。本发明实施例中，动力集成控制器主控芯片，采用功率密度倍增技术，电子物料采用低感低热阻无源器件；依托于机电热一体化综合仿真技术及验证平台，研发高集成度功率组件及控制器产品，提升产品集成设计水平。动力集成控制器主控芯片，根据功率的大小以及散热能力，可以分为水冷结构、风冷结构、自然冷却结构。集成控制器的发热单元为功率模块，所有散热系统位于功率模块的周边对其进行及时散热。动力集成控制器主控芯片，采用高性能电机控制系统的散热结构开发：针对车用动力集成控制器主控芯片的耐久性要求和整车安装要求，根据动力集成控制器主控芯片功率模块结构形式和高功率电气连接接口形式，对动力集成控制器主控芯片的结构及冷却水道进行优化设计，提高动力集成控制器主控芯片的功率密度和散热效率，并结合汽车产品的生产节拍及生产的要求，对动力集成控制器主控芯片的直流母线电容及功率电路和冷却结构等进行优化方案的设计，提高动力集成控制器主控芯片的可制造性。通过水冷功率板的方案，动力集成控制器主控芯片实现了轻量化的目标。

在一实施例中，如图2所示，还包括：温度采集模块8，用于采集电机温度信号；旋变信号采集模块9，用于采集电机转子位置并且计算电机转速；动力集成控制器主控芯片，与温度采集模块、旋变信号采集模块分别连接。

本发明实施例中，电机的旋转变压器9信号通过开关量调理器处理后输入动力集成控制器主控芯片11；电机的温度传感器8信号通过数字测速模块处理后输入动力集成控制器主控芯片11。处理后的旋转变压器信号、温度传感器信号作为驱动电机运行反馈信号输入动力集成控制器主控芯片11。

在一实施例中，如图2所示，还包括：can模块10和监控模块12，其中，can模块10，连接动力集成控制器主控芯片11与外部平台，用于动力集成控制器主控芯片11与外部平台通信；监控模块12，连接动力集成控制器主控芯片11，用于实时监测动力集成控制器主控芯片运行数据。

本发明提供的一种用于新能源汽车的动力集成控制系统，将整车控制器、电机控制器、电池管理系统所有功能集中在一个控制板，单控制芯片控制多个执行机构，减少了各控制系统间的can通讯环节，提高控制系统的可靠性，降低了控制器成本。单控制芯片及时有效的在三个控制模块之间进行运算，根据整车需要按不同工况，对驱动电机实现转矩闭环控制，对电池单体及模块实现充放电管理，提高了计算精度和效率。

实施例2

本发明实施例提供一种用于新能源汽车的动力集成控制方法，采用本发明实施例第一方面的用于新能源汽车的动力集成控制系统，包括：接收油门踏板的反馈信号、制动踏板的反馈信号、档位的变化、电机温度信号、电机旋变位置和速度；根据油门踏板的反馈信号、制动踏板的反馈信号、档位的变化、电机温度信号、电机旋变位置和速度，计算电池状态信息；根据油门踏板的反馈信号、制动踏板的反馈信号和档位的变化、电机温度信号、电机旋变位置和速度、电池状态信息，发送控制信号至驱动电机的控制端；驱动电机的控制端通过pwm驱动模块，控制电机动作。

本发明实施例中，如图3所示，为整车上电时序图。整车单元的主接触器及预充继电器由动力集成控制器主控芯片控制，动力集成控制器主控芯片自检完成后发送上电请求，并通过can获取接触器状态，结合母线电压判断是否上电完成。keyon-初始化、自检-预充请求-满足条件后整车进入ready(无行车故障、n档、无油门信号、预充完成并主正吸合、高压上电完成等)，等待驾驶员操作。

如图4所示，整车上电时序图和下电时序图。钥匙打到off，取消“pu主驱上电请求”请求mcu进入off模式，bms主正继电器断开，请求mcu进入主动泄放，在满足主动泄放条件时，完成泄放，下电进入睡眠状态，在不满足主动泄放条件时，被动泄放。

如图5所示，为动力集成控制器主控芯片驱动模式图。动力集成控制器主控芯片有两种工作模式，速度模式与扭矩模式，整车驱动、后退或再生制动采用扭矩模式，驻坡防止后溜采用速度模式。

本发明实施例中，动力集成控制器主控芯片，还具有如下功能：

动态能量回收：在正常运行条件下，当动力集成控制器主控芯片检测到没有加速度信号输入时(例如，电动车处于滑行状态)，将根据车辆的滑行速度实现再生制动，缩短制动距离，将能量回收并存放到蓄电池中，延长车辆的行驶里程(即需要松油门回馈)。

档位控制：d档，车辆正常向前行驶；n档，动力集成控制器主控芯片无输出，车辆不能向前行驶，也不能倒车；r档，整车倒车，但倒车速度不超过10km/h。

蠕行控制：当油门踏板(油门)和制动器未启动时，d/r档以3-5km/h的速度滑行。

油门监控：系统实时监控油门信号。如果超过动力集成控制器主控芯片设定的加速器起动参数范围，则禁止车辆起动或行驶，以防止发生飞车事故，确保车辆的安全。

防滑/驻波：当挂在前进档/后退档且没有油门和制动信号时，动力集成控制器主控芯片可以根据负载和道路坡度自动调整输出，使车辆保持在原始位置附近。通过防滑，以提高车辆的行驶安全性。

过压和欠压保护：系统实时监控母线电压，如果超出动力集成控制器主控芯片的参数范围，则通过控制对应的过压和欠压保护电路，执行相应的保护动作，禁止动力集成控制器主控芯片驱动车辆，以保护电动机和电池组。

过流保护：系统实时监控驱动电流、母线电流。如果超过动力集成控制器主控芯片设定的电流限制值，则通过过流保护电路，执行电流限制控制或禁止动力集成控制器主控芯片驱动车辆(母线电流上限：350a或320a；不可超过bms的最大输出电流350a)。

动力集成控制器主控芯片温度保护：系统实时监控动力集成控制器主控芯片的内部温度。如果超过动力集成控制器主控芯片设定的温度告警点时通过温度保护电路，减小输出功率；若超过温度故障点则禁止动力集成控制器主控芯片输出。

三相桥故障保护：系统实时监控内部三相电桥臂的工作状态。一旦发生功率管异常，通过三相桥故障保护电路控制动力集成控制器主控芯片实施保护以防止损坏其他功率器件。

编码器故障保护：系统实时监控电机编码器(旋变)。一旦信号异常，通编码器故障保护电路，控制动力集成控制器主控芯片禁止驱动车辆以提高车辆的安全性。

油门故障保护：系统实时监控油门。如果油门断开或短路，通过油门故障保护电路，禁止动力集成控制器主控芯片驱动车辆以提高车辆的安全性。

电流传感器故障保护：系统实时监控动力集成控制器主控芯片内部电流传感器；若信号异常，通过传感器故障保护电路禁止动力集成控制器主控芯片驱动车辆，提高车辆安全性。

通讯故障保护：当动力集成控制器主控芯片上电时，通过通讯数据帧的发送和接收来确定是否存在通信故障。

故障指示：根据动力集成控制器主控芯片检测到的数据，自动分析系统是否正常。如果发生异常，则进行相应地处理，并将结果通过闪烁的灯或代码反映出来。

电机温度保护：系统实时采样电机温度(电机需要有模拟温度信号输出)。驱动电机运行过程中，如果电机温度超过设定的温度范围，在超过告警点时通过电机温度保护电路减小输出功率，超过故障点时通过电机温度保护电路控制动力集成控制器主控芯片停止输出。

电机短路保护：电机运行时，如果电机相线短路，通过电机短路保护电路控制动力集成控制器主控芯片停止输出，以有效保护电机和驱动系统。

充电保护功能：当整车充电时，通过电机短路保护电路控制动力集成控制器主控芯片和电机停止工作，整车无法行驶。

超速保护：通过超速保护电路在输出转速达(6800-7500rpm)时降低输出转矩，在过7500rpm时零转矩输出，同时报电机超速告警。

堵转保护：检测到电机转速小于50rpm，且给定转矩大于或等于最大转矩达30秒，通过堵转保护电路控制动力集成控制器主控芯片降低输出功率。

控制电源故障：在任何情况下，当检测到控制电源电压超过设定电压范围(9-16v)时，停止输出。

在线编程：动力集成控制器主控芯片支持can在线编程，用以升级动力集成控制器主控芯片软件；基于此，动力集成控制器主控芯片的控制参数可根据实际应用需求进行修改。

在一实施例中，动力集成控制器主控芯片根据监控模块发送的运行数据执行保护动作，并将结果通过闪烁灯或代码显示。

本发明提供的一种用于新能源汽车的动力集成控制系统，将整车控制器、电机控制器、电池管理系统所有功能集中在一个控制板，单控制芯片控制多个执行机构，减少了各控制系统间的can通讯环节，提高控制系统的可靠性，降低了控制器成本。单控制芯片及时有效的在三个控制模块之间进行运算，根据整车需要按不同工况，对驱动电机实现转矩闭环控制，对电池单体及模块实现充放电管理，提高了计算精度和效率。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。