整车控制系统的组成与功能

学习领域2电动汽车整车控制系统结构原理与检修学习情境1整车控制系统的组成与功能【学习目标】1.熟悉整车控制系统的组成和功用；2.了解北汽故障诊断仪的使用方法；3.会进行常见典型故障的诊断与排除。【任务描述】小李新入职一家电动汽车4S店，经过2周的培训后。今天店里来了一辆故障车，师傅老王叫小李用专用故障诊断仪读取故障信息。小李使用故障诊断仪去测试，却发现诊断仪无法与车辆连接，小李该怎么来排除这一故障呢？客户委托:更换整车控制器一、整车控制系统的组成Ø纯电动汽车的整车控制系统通常包含低压电气子系统、高压电气子系统和整车网络化控制系统三部分。一、整车控制系统的组成纯电动汽车低压电气子系统：一、整车控制系统的组成纯电动汽车高压电气子系统：一、整车控制系统的组成纯电动汽车整车网络化控制系统：CAN总线系统Controller（控制器）Area（局域）Network（网络）CANBus-控制器局域网络总线CAN总线系统-历史历史:–CAN是由Bosch和Intel在八十年代末开发,用于连接客车和卡车ECU的标准化的总线系统。–CAN2.0标准在1991年发布，迄今沿用。–在1992年首先应用在MercedesS-系列车中(连接发动机和变速箱ECU)。–1993年CAN成为国际标准ISO11898(高速应用)和ISO11519（低速应用）。–如今CAN总线在自动化领域中作为现场总线普遍使用。–任何官方应用需要向Bosch支付费用。CAN总线-应用目前世界上绝大多数汽车制造厂商都采用CAN总线来实现汽车内部控制系统之间的数据通信。CAN总线为什么在汽车上得到了如此广泛的应用呢？CAN总线-应用CAN总线-优点在该例中，共需要5条数据线进行数据传递，也就是说，每项信息都需要一个独立的数据线。面临问题：如果传递信号项目多，还需要更多的信号传输线，这样会导致电控单元针脚数增加、线路复杂、故障率增多及维修困难。各控制单元之间的所有信息都通过两根数据线进行交换——CAN数据总线通过该种数据传递形式，所有的信息，不管控制单元的多少和信息容量的大小，都可以通过这两条数据线进行传递，能大规模的减少系统的复杂性。CAN总线-优点?................................................5个控制器原始网络10个连接线只是为了必要的数据交换780-1000个连接线还能以此来实现必要的数据交换吗？40-60个控制器...通过CANBUS-技术找到了解决办法和可能性CAN总线-优点各控制单元之间的所有信息都通过两根数据线进行交换——CAN数据总线CAN总线-优点（1）利用最少的传感器信号线来传递多用途的传感信号，车辆控制更加精确、智能。CAN总线-优点（2）电控单元和电控单元插脚最小化应用，节省有限空间。（3）线束与接头更少，故障率低，检修方便，系统稳定性高。（4）如果系统需要增加新的功能，仅需软件升级即可。（5）各电控单元的监测器对所连接的CAN总线进行实时监测。通过控制单元和辅助安全措施对传递信息的持续检查，可以达到最低的故障率。（6）CAN数据总线符合国际标准，以便于一辆车上不同厂家的电控单元间进行数据交换。CAN总线系统-基础概念数据总线:各个节点间进行数据通信的通道，即所谓的信息高速公路。多路传输:在同一个通道上或线路上同时进行多条信息的传输。CAN总线使用的“时分多路传输”CAN总线系统-基础概念二进制:二进制是计算技术中广泛采用的一种数制。二进制数据是用0和1两个数码来表示的数。00111100600101000080CAN总线系统-基础概念CAN总线组成CAN总线硬件软件数据传输线数据传输终端数据传输终端通信节点通信节点CAN总线组成-硬件（导线）传输线:两条扭绞在一起的导线称为双绞线，两条导线分别叫CAN-High和CAN-Low线，或者简称CAN-H和CAN-L。为什么要使用双绞线呢？生产麻烦还浪费材料。+1V-1V外界的干扰同时作用于两根导线产生的电磁波辐射相互抵消~0VCAN总线组成-硬件（导线）为了减少干扰，CAN-Bus的传输线采用双绞线，其绞距为20mm，截面积为0.35mm2或0.5mm2。CAN总线组成-硬件（导线）修理要求：修理时不能有大于50mm的线段不绞合。修理点之间的距离至少要相隔100mm，以避免干扰。CAN总线组成-硬件（导线）CAN总线组成-硬件（导线信号）导线上的具体是什么样的电信号呢？CAN总线上应该出现的只有0和1信号。通过两条信号线上电压差的大小来表示0和1，即差分电压传输。信号=CAN_H-CAN_LCAN-H的高电平为：3.5伏CAN-H的低电平为：2.6伏CAN-L的高电平为:2.4伏CAN-L的低电平为：1.5伏逻辑“1”:CAN-H=2.6VCAN-L=2.4V电压差=2.6V-2.4V=0.2V逻辑“0”：CAN-H=3.5VCAN-L=1.5V电压差=3.5V-1.5=2.0V驱动性CAN总线电压信号（大众）CAN总线组成-硬件（导线信号）CAN总线组成-硬件（数据传输终端）数据传输线数据传输终端数据传输终端通信节点通信节点数据传输终端实际上就是两个阻抗为120欧姆的电阻，也称为终端电阻。总线上的总阻抗大概是60-70欧姆左右。终端电阻的大小和传输线相关。CAN总线组成-硬件（分支线）数据传输线数据传输终端数据传输终端通信节点通信节点分支线的长度不能太长，一般要去不要超过6MCAN总线组成-硬件（通信节点）数据传输线数据传输终端数据传输终端通信节点通信节点通信节点：总线上数据通信的发起者和接受者。在汽车上CAN总线的通信节点一般是各种电脑，例如：发动机控制电脑、自动变速器电脑、ESP电脑、灯光组合开关电脑、仪表电脑等等。传感器执行元件模块控制器CAN控制器CAN收发器TXRX汽车电脑传感器执行元件模块控制器CAN控制器CAN收发器TXRX汽车电脑CAN-HCAN-LCAN总线组成-硬件（通信节点）二、整车控制器的主要功能Ø整车控制器的主要功能包括：整车控制模式判断和驱动控制、整车能量优化管理、整车通信网络管理、制动能量回馈控制、故障诊断和处理、车辆状态监测与显示等。二、整车控制器的主要功能：1.整车控制模式判断和驱动控制Ø整车控制器通过各种状态信息（启动钥匙、充电信号、加速/制动踏板位置、当前车速和整车是否有故障信息等）来判断当前需要的整车工作模式（充电模式和行驶模式）。然后根据当前的参数和状态及前一段时间的参数及状态，算出当前车辆的扭矩能力，按当前车辆需要的扭矩，计算出合理的最终实际输出的扭矩。例如，当驾驶员踩下加速踏板时，整车控制器向电机控制单元发送电机输出扭矩信号，电机控制系统控制电机按照驾驶员的意图输出扭矩。二、整车控制器的主要功能：2.整车能量优化管理Ø纯电动汽车有很多用电设备，包括电机和空调设备等。整车控制器可以对能量进行合理优化来提高纯电动汽车的续驶里程。例如当动力电池组电量较低时，整车控制器发送控制指令关闭部分起辅助作用的电气设备，将电能优先保证车辆的安全行驶。二、整车控制器的主要功能：3.整车通信网络管理Ø在整车的网络管理中，整车控制器是信息控制的中心，负责信息的组织与传输，网络状态的监控，网络节点的管理,信息优先权的动态分配以及网络故障的诊断与处理等功能。通过CAN(EVBUS)线协调电池管理系统、电机控制器、空调系统等模块相互通信，如图二、整车控制器的主要功能：4.制动能量回馈控制Ø电动汽车的电机可以工作在再生制动状态，对制动能量进行回收利用是电动汽车和传统能源汽车的重要区别。整车控制器根据行驶速度、驾驶员制动意图和动力电池组状态(如电池荷电状态SOC值)进行综合判断后，对制动能量回馈进行控制。如果达到回收制动能量的条件，整车控制器向电机控制单元发送控制指令，使电机工作在发电状态，将部分制动能量储存在动力电池组中，提高车辆能量利用效率。二、整车控制器的主要功能：5.故障诊断和处理Ø连续监视整车电控系统，进行故障诊断，并及时进行相应安全保护处理。根据传感器的输入及其他通过CAN总线通信得到的电机、电池、充电机等的信息，对各种故障进行判断、等级分类、报警显示；存储故障码，供维修时查看。故障指示灯指示出故障类型和部分故障码。对于不太严重的故障，能做到“跛行回家”二、整车控制器的主要功能：6.车辆状态监测和显示Ø整车控制器应该对车辆的状态进行实时检测,并且将各个子系统的信息发送给车载信息显示系统,其过程是通过传感器和CAN总线,检测车辆状态及其动力系统及相关电器附件相关各子系统状态信息驱动显示仪表,将状态信息和故障诊断信息通过数字仪表显示出来。显示内容包括：车速、里程、电机的转速、温度、电池的电量、电压、电流、故障信息等。三、整车控制系统故障诊断与处理---1.故障分级三、整车控制系统故障诊断与处理---1.故障分级三、整车控制系统故障诊断与处理---2．报警指示灯符号解释三、整车控制系统故障诊断与处理---2．报警指示灯符号解释三、整车控制系统故障诊断与处理：3．电动汽车OBD接口定义图2-4OBD诊断接口三、整车控制系统故障诊断与处理：3．电动汽车OBD接口定义图三、整车控制系统故障诊断与处理：4．北汽新能源EV专用故障诊断仪的使用方法三、整车控制系统故障诊断与处理：4．北汽新能源EV专用故障诊断仪的使用方法三、整车控制系统故障诊断与处理：4．北汽新能源EV专用故障诊断仪的使用方法读数据流及作用：三、整车控制系统故障诊断与处理：4．北汽新能源EV专用故障诊断仪的使用方法Ø12V低压铅酸电池电压，可以分析电池是否馈电、是否DC/DC正在充电等——低压铅酸电池是否馈电、DC/DC是否正常；Ø加速踏板开度，可以分析当前加速踏板的开度——加速油门踏板是否正常；Ø电机系统状态：电机初始化、预充电状态、电机扭矩、电机本体温度、电机控制器温度、电机转速、电机生命信号等——电机是否正常；读数据流及作用：三、整车控制系统故障诊断与处理：4．北汽新能源EV专用故障诊断仪的使用方法Ø电池系统状态：电池总电压、电池当前放电电流、电池电量SOC、单体电池最低电压、单体电池最高电压、单体电池最高温度、单体电池最低温度、电池系统生命信号、电池继电器闭合与断开状态等——电池是否正常；Ø整车信息：档位状态、加速踏板电压值、低速和高速冷却风扇开启与闭合状态——档位、加速油门踏板、高速风扇、低速风扇是否正常。故障冻结帧及作用：三、整车控制系统故障诊断与处理：4．北汽新能源EV专用故障诊断仪的使用方法Ø意义：当车辆确认有故障的瞬间，由整车控制器存储车辆在“这个瞬间”的整车状态信息，比如车辆发生故障时车辆的车速是多少？高压多少？档位状态？驾驶员踩的加速踏板开度？制动状态……这些信息，有助于分析故障时的状态和故障原因，为车辆的检修提供重要依据。故障诊断仪无法与车辆通讯的诊断与排除Ø诊断仪无法与车辆通讯的原因主要从整车控制器是否工作、OBD诊断接口是否正常、OBD诊断接口与VCU的CAN总线线束是否正常。整车控制器的更换：Ø将车钥匙置于OFF档Ø断开蓄电池低压负极电缆Ø按照图2-17所示箭头及提示拔下整车控制器连接线束插头A和BØ拧下固定整车控制器的4个螺钉，位置如图2-18插接器就是通常所说的插头和插座，用于传感器、执行器、控制单元与线束，线束与线束或导线与导线间的相互连接，使多个电气元件构成一个完整的电气系统。为了防止插接器在汽车行驶中脱开，所有的插接器均采用了闭锁装置。插接器接合时，应把插接器的导向槽重叠在一起，使插头和插孔对准，然后平行插入并锁紧即可十分牢固地连接在一起。