董宇 崔佳樂 鄭鵬 * 郜昊強(qiáng) 趙海洋

(1.安徽智途科技有限公司 合肥安徽 230601; 2.安徽理工大學(xué) 安徽淮南232001; 3.安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司 安徽合肥 230000)

新能源汽車整車控制器能夠?qū)崿F(xiàn)整車上下電、模式切換、整車充電、人機(jī)交互、電驅(qū)動(dòng)控制、整車安全管理等功能；目前，國內(nèi)大部分主機(jī)廠OEM 的整車控制器開發(fā)的模式為應(yīng)用邏輯基于C 代碼或MBD 模型開發(fā)，底層軟件包括操作系統(tǒng)、CAN通信服務(wù)、診斷服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)管理、故障處理、存儲(chǔ)服務(wù)以及相關(guān)外設(shè)驅(qū)動(dòng)等由供應(yīng)商Tier1開發(fā)，整體集成編譯由Tier提供的編譯腳本進(jìn)行生成S19 文件，但是針對(duì)不同的電池廠家往往需要整車控制器VCU來適配不同的電池管理系統(tǒng)BMS，從而來實(shí)現(xiàn)電池的充電功能，因此研究通過從軟件架構(gòu)層面使VCU軟件分塊化，針對(duì)底層對(duì)應(yīng)用層的接口保持統(tǒng)一，僅僅對(duì)應(yīng)用層邏輯代碼或模型的變動(dòng)來實(shí)現(xiàn)對(duì)不同電池廠家電池的充電交互，并實(shí)現(xiàn)新能源汽車的快充和慢充功能。

1 系統(tǒng)概述

1.1 軟件模塊概述

新能源汽車整車控制器作為純電動(dòng)汽車控制中樞系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)度和協(xié)調(diào)各個(gè)控制單元[1]，實(shí)現(xiàn)整車上下電、整車熱管理、整車行駛控制、整車充電以及車輛部件管理等，將控制器軟件分層、模塊化進(jìn)行隔離；目前，整車控制器開發(fā)以AUTOSAR+ISO26262 組合的方式為主要技術(shù)路線[2]，整車控制器VCU 軟件架構(gòu)采用Autosar 架構(gòu)思路，具體如圖1 所示。軟件功能部署由下至上分為6 層：Bootloader 層、驅(qū)動(dòng)層、服務(wù)層、接口層、復(fù)雜驅(qū)動(dòng)層、應(yīng)用層。整車充電模塊是VCU 應(yīng)用層的一個(gè)獨(dú)立模塊，本模塊與模式管理、通信模塊、高壓上下電模塊、接口層模塊進(jìn)行交互[3]。

1.2 充電概述

VCU 充電模塊隸屬于電池管理系統(tǒng)的子模塊，分為快充管理和慢充管理兩大模塊；新能源整車控制器的軟件開發(fā)按照V 流程方法開發(fā)[4]，各模塊功能描述如下。

1.2.1 快充充電

車輛處于快充充電模式時(shí)，VCU僅對(duì)BMS進(jìn)行充電允許控制，其余的充電過程由BMS與充電樁進(jìn)行通信控制。

1.2.2 慢充充電

車輛處于慢充充電模式時(shí)，VCU控制OBC的充電狀態(tài)，同時(shí)VCU 與BMS 進(jìn)行充電允許控制和充電狀態(tài)、充電電流等信息交互完成充電功能。

2 控制邏輯設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)框圖

車輛充電功能的實(shí)現(xiàn)是通過VCU 新能源整車控制器與OBC慢充機(jī)[5]、MCU電機(jī)控制器、BMS電池管理系統(tǒng)、CHR 充電樁之間進(jìn)行CAN 總線通信，并監(jiān)測車輛的SOC 狀態(tài)、電池溫度、電池電壓等，具體的系統(tǒng)框圖如圖2所示。充電邏輯設(shè)計(jì)主要是與VCU端相關(guān)的充電控制流程。

圖2 整車充電系統(tǒng)框圖

2.2 軟件設(shè)計(jì)

充電模塊對(duì)外接口同軟件中的服務(wù)層、接口層以及應(yīng)用層內(nèi)部模塊進(jìn)行通信，充電管理模塊通過接口與模式管理MC、通信模塊Vcs、接口模塊Interface、高壓上下電HV模塊進(jìn)行交互，從而實(shí)現(xiàn)整車充電功能；對(duì)內(nèi)包括電池充電管理負(fù)責(zé)快慢充的統(tǒng)一接口函數(shù)封裝（慢充快充主任務(wù)調(diào)度、充電允許標(biāo)志、獲取CAN信號(hào)、發(fā)送CAN信號(hào)等），電池慢充模塊負(fù)責(zé)電池的慢充實(shí)現(xiàn)邏輯（充電電流、充電電壓、充電喚醒判斷、充電連接判斷、電池狀態(tài)等）并與慢充機(jī)OBC、電池管理系統(tǒng)BMS進(jìn)行CAN通信交互，電池快充模塊負(fù)責(zé)電池的快充實(shí)現(xiàn)邏輯（電機(jī)狀態(tài)、動(dòng)力電池狀態(tài)、快充喚醒、快充連接有效等）并與電池管理系統(tǒng)BMS 進(jìn)行CAN 通信交互。

根據(jù)整車控制器軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)，整車電池管理模塊處在軟件應(yīng)用層，由App Task 進(jìn)行調(diào)度，與接口層、通信層、模式管理、高低壓上下電模塊通過接口通信，具體代碼架構(gòu)包含文件batmanage、Modecontrol、accharge、dccharge等模塊。

3 充電臺(tái)架測試

3.1 測試臺(tái)架搭建

測試臺(tái)架包括測試負(fù)載箱、整車控制器VCU、接插件線束一套、CAN 設(shè)備、穩(wěn)壓電源、PC 上位機(jī)，具體臺(tái)架如圖3所示。

圖3 負(fù)載項(xiàng)測試臺(tái)架

3.2 充電允許測試

充電允許標(biāo)志位為快充、慢充的判斷前置條件，通過判斷快充、慢充喚醒、BMS 發(fā)送的充電控制狀態(tài)、電機(jī)轉(zhuǎn)速及電機(jī)轉(zhuǎn)速有效位，綜合以上條件由充電模塊來判斷是否允許充電，同時(shí)VCU發(fā)送CAN總線信號(hào)給BMS是否允許充電指令[6]。

快充的前置條件為允許充電、高壓上電狀態(tài)(正常高壓上電、快充高壓上電)、快充CC 連接、電池?zé)崾Х€(wěn)狀態(tài)、禁止快充標(biāo)志位，通過以上條件按照快充流程邏輯進(jìn)行判斷控制VCU發(fā)送給BMS的允許充電標(biāo)志，由BMS 控制電池進(jìn)行充電，具體快充的測試用見表1，BMS軟件會(huì)根據(jù)VCU發(fā)送的允許充電指令CAN信號(hào)、電池的單體電壓、單體溫度、故障狀態(tài)、電池電壓電流、絕緣狀態(tài)以及工作模式綜合判斷是否執(zhí)行充電動(dòng)作[7]。

表1 快充測試用例

慢充充電由整車控制器、電池管理系統(tǒng)、慢充機(jī)以及慢充樁之間的通信交互，慢充機(jī)控制器采用集成化控制，模塊內(nèi)部集成了DCDC控制器[8]。快充充電的前置條件為允許充電、高壓上電狀態(tài)（正常高壓上電、快充高壓上電）、慢充CC 連接、電池?zé)崾Х€(wěn)狀態(tài)、慢充模式請(qǐng)求、CC電阻值、禁止快充標(biāo)志位，通過以上條件按照快充流程邏輯進(jìn)行判斷控制VCU 發(fā)送給BMS 的允許充電標(biāo)志，由BMS 控制電池進(jìn)行充電，同時(shí)VCU 接收BMS發(fā)送的充電電壓請(qǐng)求、充電電流請(qǐng)求并通過校驗(yàn)后VCU進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給OBC進(jìn)行充電控制，并VCU發(fā)送OBC充電允許指令。

3.3 測試步驟與結(jié)果

根據(jù)負(fù)載箱臺(tái)架及測試用例，進(jìn)行臺(tái)架軟件測試及功能調(diào)試，CAN數(shù)據(jù)通過CAN通信設(shè)備上位機(jī)進(jìn)行模擬CAN 數(shù)據(jù)發(fā)送，模擬量輸入、數(shù)字量輸入通過負(fù)載箱進(jìn)行充電允許標(biāo)志位測試，根據(jù)表的充電允許測試用例輸入驗(yàn)證允許充電狀態(tài)是否與預(yù)期相符，用例1測試的具體結(jié)果如圖4所示。

圖4 充電允許標(biāo)志用例1測試結(jié)果

4 結(jié)語

根據(jù)新能源整車電池特性，制定了新能源整車慢充、快充的控制策略，并完成新能源汽車的充電軟件開發(fā)、功能測試用例編制、臺(tái)架測試以及實(shí)車驗(yàn)證。

驗(yàn)證了基于分層式架構(gòu)軟件實(shí)現(xiàn)真正的軟件模塊解耦，整車充電模塊與底層CAN 通信、接口層以及應(yīng)用層內(nèi)部模塊交互隔離，實(shí)現(xiàn)新能源整車慢充、快充充電功能；且對(duì)于不同的電池管理控制器、電機(jī)控制器、DCDC控制器廠家可保持平臺(tái)化的接口與代碼實(shí)現(xiàn)不同車型的排列組合，極大地降低開發(fā)周期，可快速適應(yīng)功能需求變化、車型適配、車型迭代。