导语:新能源汽车发展在近几年可为大火,各家新型汽车公司异军突起,纷纷参与这场新能源汽车开发的浪潮。关于纯电动汽车,与传统汽油车相比,在结构方面,整车构造设计主要表现在告别传统汽油车的发动机、变速箱,由电池包(简称BMS)、电机替代;在能源方面,新能源摆脱了对汽油的依赖,使用电能,实现了一场能源改革,提供了一种新型的出行使用方式。
纵观当前纯电动汽车的构造,电控系统方面,主要分为高压器件跟低压器件。高压器件主要有整车控制器(VCU)、电机、电机控制器(IPU)、电池、充电机(OBC)、DCDC、高压分线盒(PDU)、空调压缩机、电加热器(PTC)等组成。低压器件主要包含各类传感器、如油门踏板、制动踏板、电子水泵、电子风扇、真空助力泵、刹车灯、充电灯、挡位传感器等,控制简图如图1所示。
图1 VCU控制结构简图
由上图的架构可见,各类高压器件通过Can总线与VCU进行交互,低压附件由硬线与VCU的I/O端口进行通讯。因此,关于纯电动汽车的三电调试,主要是围绕着整车控制器VCU进行逻辑功能调试,调试内容主要集中在低压系统调试、上下电调试、高压系统联合调试、充电调试等,调试流程见图2。
图2 整车调试内容流程
主要简介如下:
一、低压系统调试
低压系统调试主要为各类传感器类的电器功能调试以及传感器标定。
- 传感器类电器功能调试主要分为模拟量输入、数字量输入和数字量输出。模拟量输入主要有加速踏板传感器信号、制动踏板传感器信号、挡位传感器信号、巡航开关模拟信号、真空压力传感器信号等,主要将传感器的输入电压信号给到VCU,由VCU对各类电压信号进行处理,转换成相应的输出信号。数字量输入主要有制动开关、高压互锁信号、碰撞信号等,通过输入布尔信号给到VCU,由VCU进行该类信号的判断及执行处理。另外,VCU通过控制低边/高边驱动端口来实现数字量输出,实现控制功能。如低压器件的各类继电器开闭控制、充电灯开闭控制、电子风扇开闭控制、水泵开闭控制、电池阀开闭控制等。
- 传感器标定。由于各类传感器的电器特性不同,需要对传感器进行标定。标定范围主要集中在传感器特性曲线的有效范围内。如油门踏板,根据初始位置跟末端位置的电压值,映射到0~100%的开度。其他类型的传感器标定方法类似。常用的标定工具有INCA、Canape等,配合Can卡可实现标定功能。
二、上下电调试
上电调试是指纯电动汽车完成上高压的过程,使高压器件具备工作的条件。下电调试是指纯电动汽车完成下高压的过程,停止整车的高压器件工作。
- 上电过程调试主要为检测BMS、IPU、DCDC的预充情况、高压器件工作模式的切换(如Standby模式切换至Work模式),整车高压互锁功能是否正常、Can网络通讯报文发送及与VCU交互是否正常等内容。如果在上电过程中出现上电失败,则需根据VCU的上电时序进行排查,常见的故障类型有高压互锁断开、预充失败、各高压器件控制器报文发送周期异常等导致。
- 下电过程调试主要为确认BMS断开高压继电器,IPU放电成功,BMS/IPU/DCDC工作模式的切换,Can总线休眠等。
三、高压系统联合调试
完成高压上电后,纯电动汽车处于高压状态,车辆各类高压器件可正常工作及具备可行驶功能。调试过程中则需要对各类高压器件的电器功能进行调试,确保其可正常运行,保证车辆的功能完整及安全。
高压系统联合调试主要包括BMS功能调试、DCDC功能调试、挡位切换功能调试、空调压缩机调试、PTC采暖调试、车辆动态形驶功能调试等。调试过程中,可利用Busmaster软件进行通讯调试,目前该软件是免费使用,在官网可自由下载。
- BMS功能调试。调试过程中,主要关注BMS的充放电功率能力、SOC、单体电压、温度、绝缘监测、系统有无故障、与VCU相关的工作时序等内容;
- DCDC功能调试。DCDC主要是讲高压直流转换成低压直流,供整车附件工作。调试时,主要关注DCDC是否响应VCU的使能指令,DCDC的输出情况,确保低压输出正常,预防整车馈电,控制器无法正常工作。
- 挡位切换功能调试。车辆具备可行驶状态时(一般指车辆在Ready模式下),可进行换挡操作。调试过程中,P/R/N/D可进行切换。在请求P挡过程中,需关注P挡控制器是否正确响应VCU的请求指令,正确挂/解P挡。
- 空调压缩机。空调压缩机的作用主要为驾驶舱的制冷及响应VCU的请求给BMS制冷。调试时,需要分2个场景执行。驾驶舱的制冷可以通过车内的AC按钮开启,观测空调压缩机的工作状态。给BMS制冷可通过标定手段,使VCU向空调压缩机请求给BMS制冷,观测空调压缩机是否响应。
- PTC采暖调试。PTC采暖跟空调压缩机类似,主要也分为驾驶舱的采暖跟响应VCU的请求给BMS采暖。一般车辆会带2个PTC,一个提供给驾驶舱回路采暖,另一个提供给BMS采暖使用。调试手段与空调压缩机一样,分驾驶舱请求跟VCU向PTC请求2种方式,观测各个PTC是否响应。
- 车辆动态形势调试。完成以上的调试后,整车基本具备完整的电器功能,此时可进行动态行驶调试。动态行驶调试主要是电机的调试。VCU根据驾驶员的踩油门意图,判断并发起扭矩请求,此时IPU响应VCU的扭矩请求,进一步驱动电机工作,使车辆进行行驶。可以通过仪表上观测到车辆的车速、功率消耗等信息。
四、充电调试
充电调试主要是给BMS进行充电,保证车辆有足够的驱动能源。充电分为慢充跟快充,未来会进一步发展到超充。充电的流程及时序应符合国标标准,可参考《GB_T 18487.1-2015 电动汽车传导充电系统》等标准文件。调试时主要关注VCU的充电流程、BMS的响应时序、充电机的响应时序、充电桩的响应时序等。如图3,简介了一种慢充的时序流程。调试时根据时序,对VCU、BMS软件进行观测,看是否符合时序流程图。通过Can报文等信息判断充电过程是否正常,确保充电流程及充电电流等符合设计要求,保护电芯。
图3 一种充电时序图简介
结语:
通过完成以上的调试内容,整车的三电系统调试基本结束,车辆基本具备正常的电器功能,可正常使用及行驶。在后续的调试工作中,会更加注重VCU相关的逻辑控制问题。在车辆出现相关的故障后,根据故障的内容,定位到VCU的软件功能逻辑模块,查找软件的Bug,进一步优化。通过完整的测试用例功能测试后,VCU软件具备完整的功能,则可冻结,正式发布。以上是对纯电动汽车三电方面的调试内容分享,更多内容欢迎关注
作者 李壮哲 | 小鹏汽车动力总成中心 工程师
来源:小鹏汽车