纯电动客车整车控制策略主体架构

丘东海

(中兴智能汽车有限公司，广东 珠海 519000)

整车控制器是汽车的核心部件之一，车辆的性能及稳定性很大程度上取决于整车控制器控制策略的优劣。整车控制器经历了从工业级到汽车级的发展过程，硬件的可靠性及运算速度都有很大提高。目前主流的整车控制器控制策略的开发是基于Simulink的V型流程开发体系[1]，涵盖需求分析、功能定义、架构设计、策略开发、代码生成、测试验证等。本文搭建纯电动客车整车控制策略的主体架构。

1 整车控制策略架构

根据整车控制策略的功能需求[2]，将整车控制策略架构划分为纵横主体架构，再根据纵横主体架构将纯电动客车的功能需求进行拆分，最终得到纯电动客车的整车控制策略主体架构。

1.1 纵横主体架构

整车控制策略纵横主体架构从上到下定义为横架构，从左到右定义为纵架构，如图1所示。通过对架构内容的组合，可以对整车控制策略有更深入的了解[3]。

图1 整车控制策略的纵横主体架构

1) 纵架构分为输入层、控制层、输出层。输入层主要功能是对输入信号进行参数配置及数据解析处理；控制层主要功能是对控制功能进行参数设置及功能逻辑开发；输出层主要功能是对输出信号进行参数设置及数据打包处理。

2) 横架构分为参数层、应用层。参数层主要功能是对整车控制相关参数进行设置；应用层主要功能是对整车控制进行功能逻辑开发[4]。

1.2 纵横主体架构的拆分

图1所示的整车控制策略纵横主体架构可拆分为13个模块，每个模块之间相互独立又相互关联。拆分后的架构如图2所示，其层与层之间通过BUS总线将每个模块之间、每层之间的信号组合连接，实现模块与模块之间、层与层之间、层与模块之间的相互通信[5-7]。拆分后的架构定义了整车控制策略的主体功能模块及其相互之间的关系。

图2 整车控制策略主体架构

2 参数层

2.1 输入参数

输入参数可分为CAN通道设置参数及输入端口设置参数，主要是对输入信号的属性进行参数设置，如图3所示。通过将输入参数作为一个模块来定义，可以便捷地对纯电动客车平台不同的接口定义进行快速配置，并且便于进行复盘排查设置的准确性。

图3 输入参数架构

2.2 控制参数

控制参数分为整车控制设置参数和电机控制设置参数，主要是对控制策略应用中的相关参数属性进行设置，如图4所示。作为一个平台化的产品，在设计开发过程中，整车控制相关参数应保持一定的稳定性，初始平台设计完成后，整车控制参数将被固化。在后续平台设计开发中，将通过调整电机控制参数去适配三电选型匹配的系统。

图4 控制参数架构

2.3 输出参数

输出参数分为输出端口设置参数和刷写标定设置参数，主要是对输出端口及监控刷写标定的参数属性进行设置，如图5所示。输出参数与输入参数类似，有利于便捷配置不同平台的接口参数，并便于排查参数的正确性。输出中使用的CAN通道设置与输入CAN通道设置是相同的，不需要在输出端进行重新定义。

图5 输出参数架构

3 应用层

3.1 输入信号

应用层输入信号包含硬线信号和CAN信息，其主要功能是对输入信号解包和解析。为了将输入信号与控制层解耦，对输入信号进行重组预处理，得到控制层所需要的输入信号，如图6所示。

图6 输入信号架构

对输入信号进行解析预处理，能够确保输入信号的有效性，便于在整车控制策略中进行策略开发。另外，对输入信号进行重组预处理，可以确保整车控制策略输入信号的一致性，保持平台整车控制策略的完整性及稳定性。便于进行平台整车控制策略的移植及复用。

3.2 整车控制策略

应用层整车控制策略的主要功能是控制车辆实现输入控制、时序逻辑控制、附件控制、驱动电机控制、数据处理等相关功能逻辑。其包含上下电管理、驾驶员意图解析、挡位逻辑、电机模式控制、扭矩解析、高低压附件控制、故障处理、能量管理、网络管理、数据存储等功能[8-9]，如图7所示。

图7 整车控制策略架构

整车控制策略中的每个功能模块都是一个独立的功能策略，一方面便于解耦每个功能之间的逻辑关系，另一方面可以确保功能的完整性。在进行功能复用时，只需要对功能模块的输入输出信号进行组合即可；在更新功能模块时，只需要对功能内部逻辑进行调整即可，不会因此影响其他功能模块的时序逻辑。因此，可以大大降低开发难度及提高开发效率。

3.3 输出信号

应用层输出信号包含硬线信号和CAN信息，其主要功能是对输出信号进行打包及输出控制。为了将输出信号与控制层解耦，也需要对输出信号进行重组，如图8所示。

图8 输出信号架构

4 整车控制策略主体架构优缺点

以上整车控制策略主体架构已在某纯电动客车样车上应用。在应用过程中，对每个模块还应进行子模块拆分，并以总线形式进行信号汇总，从而达到模块与模块、层与层、模块与层之间的高度解耦[10]。

4.1 整车控制策略主体架构优点

从应用情况看，有以下几个方面的优点：

1) 界限清晰，功能逻辑清晰。每个模块的功能都是一个完整的功能逻辑，与别的模块之间的关系只是信号的传递。

2) 模块可移植，功能逻辑不受输入/输出信号的影响。每个模块在移植过程中只需要将信号源的信号配置成模块需要的输入/输出的信号即可，灵活性高。

3) 信号线简洁，连接快捷方便。所有的信号最终汇总成一条或者几条总线，在信号传递过程中，只需要将对应总线进行传递即可，查找信号方便。

4) 信号解耦，适应性强。整车控制策略中应用到的信号都经过输入/输出信号处理模块进行处理，从而实现了输入/输出信号与整车控制策略的解耦，提高了整车控制策略的适应性。

4.2 整车控制策略主体架构缺点

在应用中也发现以下缺点：架构中先将模块的信号汇总成模块总线信号，再将层的信号汇总成层的总线信号，最后把所有信号总线汇总成一条整体信号总线，造成整体信号总线内涵盖了整个控制策略架构的所有信号，信号过多，传递过程中造成过多的控制器负载浪费。

5 结束语

该整车控制策略架构已在我司多款纯电动车型中应用，大大提高了我司的软件开发效率，并且开发的软件应用效果稳定可靠，应用车型运行里程达10万km以上，未出现大的软件BUG，车辆运行性能稳定。