纯电动汽车电子控一汽制关键技术研究-

中国第一汽车集团公司ChinaFAWGroupCorporation1纯电动汽车电子控制关键技术研究中国第一汽车集团公司技术中心2010.10.15中国第一汽车集团公司ChinaFAWGroupCorporation2目录课题研究目标与技术指标3主要研究内容2课题的目的和意义1项目组织与管理5课题研究技术路线4中国第一汽车集团公司ChinaFAWGroupCorporation3汽车工业节能减排减碳压力巨大发展节能与新能源汽车势在必行如果到2030年,大部分汽车都是混合动力汽车和纯电动汽车,与传统汽车相比,二氧化碳排放将减少42%。发展新能源汽车产业将成为中国实现碳减排诺言和经济结构调整的重要举措。不仅考虑原油的成本与环保问题，从国家的经济安全角度上，也必须要主动地减少我们对国际原油市场的依赖，来保证我们国家的能源的安全。发展混合动力汽车和电动汽车能够缩短我国汽车工业与世界先进汽车工业的差距。因此：国务院七大新兴战略性产业之一：电动汽车；工信部五个新兴支柱产业之一：节能和新能源汽车。汽车工业高速发展2008年1、日本：1156.42、中国：934.53、美国：868.14、德国：604.15、韩国：382.72006年1、日本：11482、美国：11263、中国：7194、德国：5925、韩国：394数据来源：世界汽车工业国际协会2009年1、中国：13792、日本：7933、美国：5714、德国：5215、韩国：3512009年汽车保有量达7619.31万辆。人均保有量水平：中国56辆/千人；世界平均拥有量120辆/千人；发达国家500辆/千人.温室气体大量排放，大气污染日趋严重欧洲，2007年12月通过了一项议案，即到2012年，新出厂汽车的平均二氧化碳排放量强制限制在每公里130g以内，日本为实现2020年减排25%中期目标，决定2020年新车中环保车所占比例由2005年1%提高到50%。2009年12月丹麦的哥本哈根峰会前夕中国政府率先在北京向世界庄重承诺：到2020年，单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%—45%。石油资源日渐枯竭，能源安全受到威胁2020年以后，全球石油需求与常规石油供给之间将出现净缺口，2050年供需缺口将达到每年500亿桶，几乎相当于2000年世界石油总产量的两倍。据有关专家勘测，如果按照目前的消费水平，世界石油资源仅供维持60-100年左右。2009年中国石油表观消费量为40837.5万吨，仅次于美国，位居世界第二。2009年中国石油净进口量21888.5万吨，石油进口依存度达到53.6%。1.课题目的与意义—研究背景中国第一汽车集团公司ChinaFAWGroupCorporation纯电动汽车可最大幅度减低燃油消耗和改善排放；是近期节能与新能源汽车发展战略的主流。整车电子控制系统（VCU）是电动汽车动力系统集成的核心部件，是体现整车企业自主知识产权和产品水平的核心技术；技术成熟度及产品水平直接影响整车的动力性、安全性及经济性，是纯电动汽车产业化成功与否的关键技术；是促进节能与新能源汽车创新体系和产业链形成的不可或缺的关键环节，具有重要的战略意义。VCU关键技术研究和产品开发有助于推动电动汽车产业化进程，符合国家节能减排发展战略；有利于突破外国公司的技术垄断，尽快掌握纯电动汽车的关键技术；有助于推进一汽集团新能源汽车开发进程，增强企业自主开发和自主创新能力。1.课题目的与意义—目的意义中国第一汽车集团公司ChinaFAWGroupCorporation丰田、日产、通用和福特等整车企业，德尔福、大陆、博世集团等汽车电子零部件巨头，都在进行整车控制器研发和生产。部分汽车设计公司，如奥地利AVL、德国FEV、英国RICARDO等，也为整车厂提供整车控制器技术方案；控制器核心软件基本是由整车厂研发，硬件和底层驱动软件一般选择汽车零部件厂商提供；国外VCU技术趋于成熟，控制策略成熟度高，整车节能效果良好，控制器产品也通过市场检验证实了其可靠性；控制器产品日趋标准化，AUTOSAR（汽车开放系统架构）已成为控制器开发的一个趋势。国内整车控制器主要是以高校为依托进行研究；现阶段各企业和高校初步掌握了整车控制器的软、硬件开发能力；产品功能较为完备，基本满足电动汽车需求，已经应用到样车及小批量产品。存在问题：各厂家技术积累有限，水平参差不齐，控制器基础硬件水平与国外存在一定差距等因素，控制器产品技术水平和产业化能力与国外相比仍有较大差距。表现在（1）整车控制器软件多数停留在功能实现，上层软件诊断功能、整车安全控制策略、监控功能均有待优化和提高；（2）应用软件方面开发与应用工具体系薄弱；（3）控制器硬件设计制造能力有待提高；（4）控制器接口和网络通讯协议尚未标准化。不利于整车控制器产品的产业化发展。发展动态开展以面向产业化应用为主的工程化、标准化和可靠性等方面的研究工作；提高整车控制策略的技术成熟度、整车控制器产品的技术水平及其产业化能力；在动力系统集成和控制系统开发方面突破国外技术垄断，形成具有自主知识产权的产品核心竞争能力。专利（不完全统计）：国内28，国外13---纯电动汽车，控制系统（控制器），能量管理国外：1.课题目的与意义—研究现状中国第一汽车集团公司ChinaFAWGroupCorporation6目录课题研究目标与技术指标3主要研究内容2课题的目的和意义1项目组织与管理5课题研究技术路线4中国第一汽车集团公司ChinaFAWGroupCorporation72.主要研究内容重点研究整车控制系统的核心控制算法与应用软件的开发方法，研究制定以提高动力系统能量利用效率并兼顾行驶平顺性为目的的整车驱动与制动控制策略和控制算法，确定满足整车行驶工况的安全控制策略及故障诊断和容错控制算法，构建基于CAN通讯协议的纯电动汽车整车控制系统结构体系，建立控制系统快速控制原型开发与测试标定技术平台。内容包括：整车控制系统结构与CAN网络设计从车辆行驶的角度明确细化整车驱动、制动及能量管理、故障诊断等各项控制性能要求，提出一汽纯电动汽车整车控制系统结构与CAN网络设计方案；纯电动平台CAN通讯协议的开发：基于整车电子电器架构，根据控制流、诊断流、网络管理的需求，建立通讯协议体系，保障整车电控系统协调工作的顺利实现；研究制定基于GPRS、GSM和蓝牙无线技术的远程监控协议；整车控制系统控制策略制定与控制算法研究整车驱动控制策略与算法研究开发整车制动能量回馈控制算法研究开发整车运行状态安全控制与故障诊断技术研究中国第一汽车集团公司ChinaFAWGroupCorporation8VCU快速控制原型开发与控制算法标定在AUTOSAR架构下借助V型开发流程，应用OSEK高可靠性嵌入式控制系统及32位高性能CPU软硬件原型技术，进行整车控制器快速控制原型开发；结合整车行驶循环工况，进行整车控制算法与控制参数的在线标定和优化；研究开发基于CCP(CANCalibrationProtocol)协议的整车控制系统匹配标定和监控软件，对整车控制系统性能、动力系统能量利用效率以及整车经济性等指标进行评行评估与验证；整车VCU产品开发基于汽车计算平台，整合控制算法、标定监控、故障诊断、网络管理、文件下载模块于一体，形成完整的汽车级用户产品。VCU台架测试、装车调试及整车性能验证完善动力系统试验台架，进行整车控制系统测试平台的调试，对主要控制参数进行标定和优化，完善系统控制策略和控制算法。整车VCU装车调试，对整车控制系统CAN网络性能、整车的动力性能、经济性能等进行比较全面的试验。2.主要研究内容中国第一汽车集团公司ChinaFAWGroupCorporation9目录课题研究目标与技术指标3主要研究内容2课题的目的和意义1项目组织与管理5课题研究技术路线4中国第一汽车集团公司ChinaFAWGroupCorporation10研究目标深入掌握纯电动汽车整车控制系统核心控制算法与应用软件开发技术；建立整车控制系统关键技术研究、产品开发与性能验证技术平台，形成纯电动汽车电控系统开发、软硬件设计与参数优化、性能测试和评价相结合的产品研发技术流程；研制开发满足纯电动汽车使用需要的高容错、高可靠性、低成本的整车控制器产品；制定整车控制器技术规范等基础性标准，提高整车控制器的通用性与可移植性；为系统掌握纯电动汽车控制系统核心技术、形成完善的VCU产品自主开发能力并满足产业化发展需要提供技术支持。预期成果VCU产品可以形成工程化、标准化与系列化的生产和配套能力；VCU产品满足标准化大批量生产工艺设计，实现批量生产并配套纯电动汽车完成大规模示范；制订出纯电动汽车整车控制器企业技术规范等基础性标准；3.研究目标与技术指标—研究目标中国第一汽车集团公司ChinaFAWGroupCorporation11VCU控制系统功能具有踏板扭矩解析功能；具有驱动、制动能量回收控制功能；具有能量管理、动态协调功能；具有安全保护与网络通信功能。VCU软硬件技术指标3.研究目标与技术指标—技术指标项目技术指标VCU硬件32位微控制器软件规范软件规格推荐符合AUTOSAR、IEC-61508和ISO-26262等标准体系；网络接口具有CAN总线通信接口，支持网关功能，支持CCP（CANCalibrationProtocol）协议的标定。具有GPRS、GSM和蓝牙无线技术的远程监控接口。工作环境储存环境温度：-40℃～90℃工作环境温度：-40℃～(驾驶室内)工作湿度：≤90%，不结露具有过压，过流及短接和反接保护功能，耐电压满足满足QC/T413要求防护等级满足GB/T4942要求抗振满足满足QC/T413要求平均无故障时间≥6000小时电磁兼容性满足国家相关标准GB/T18655，GB/T17619，GB/T21437.2诊断故障诊断协议符合ISO15765硬件成本成本1000元/套(按1万套产量规模)；中国第一汽车集团公司ChinaFAWGroupCorporation12目录课题预期成果与技术指标3主要研究内容2课题的目的和意义1项目组织与管理5课题研究技术路线4中国第一汽车集团公司ChinaFAWGroupCorporation根据整车技术规格和性能指标，结合目标市场定位，确定动力系统技术平台的技术规范（技术要求和性能指标），通过仿真分析和参数匹配，分解对电机、电池、变速器等主要总成的技术要求；确定动力系统技术平台各部件的技术规格。a）根据既定运行工况和所要达到的整车动力性、燃油经济性等性能指标，确定驱动电机功率需求、动力电池的类型、容量、比功率和比能量等；b）根据电动汽车电压等级、输出通断等电气系统方案，确定接触器、熔断器等关键器件的电器参数，并设计整车的电气安全检测系统。在选定车型的基础上，确定动力系统技术平台总体方案。13纯电动汽车动力系统技术平台方案设计4.课题研究技术路线—动力系统设计中国第一汽车集团公司ChinaFAWGroupCorporation14汽车驱动控制整车控制器功能整车控制器需根据司机的驾驶要求、车辆状态、道路及环境状况，经分析和处理，向电机控制器发出指令，满足驾驶工况要求。制动能量回馈控制整车控制器根据制动踏板和加速踏板信息、车辆行驶状态信息、蓄电池荷电状态信息，计算制动减速度，向电机控制器发出指令当满足制动回馈条件时，将能量反充给动力电池组。整车能量管理与优化整车控制器通过CAN总线与电池管理系统连接共同承担整车的能量管理，以提高能量的利用率。在电池管理系统的协助下完成参数监测、信息通讯、充放电控制、热管理、故障诊断等功能，同时针对具体行驶情况实现安全行驶和能量的合理分配。整车网络化管理车辆状态的监示和故障诊断及保护总线所连接的各个子系统控制器实时将各自控制对象的信息发布至CAN总线，由整车控制器通过综合数字仪表显示出来。整车控制器能对故障信息及时处理并做出相应的安全保护处理。整车