項目三混合動力汽車控制系統構造與檢修PART031.了解混合動力汽車整車控制系統的組成。2.掌握混合動力汽車整車控制系統控制內容和策略。3.掌握混合動力汽車整車控制系統的工作原理。任務目標一、混合動力汽車控制系統控制要求①使混合動力汽車的動力性能能夠達到或優于內燃機汽車的水平，逐步實現混合動力汽車的實用化。②最大限度地發揮了電機驅動的輔助作用，使混合動力汽車的燃油消耗量盡量降低，實現發動機的節能化。③在環保方面，達到“超低污染”的環保標準。任務1混合動力汽車控制系統構造與原理④在混合動力汽車上實現多能源動力控制，混合動力汽車關鍵的控制技術，是對內燃機驅動系統和對電機驅動系統實現雙重控制。⑤在操縱裝置和操縱方法上繼承或沿用內燃機汽車主要的操縱裝置和操縱方法，以符合駕駛人的操作習慣，使操作簡單化和規范化。在整車控制系統中，采用全自動、機電一體化控制系統，達到安全、可靠、節能、環保和靈活的目的。任務1混合動力汽車控制系統構造與原理二、混合動力汽車控制系統組成為了達到混合動力汽車的控制要求，混合動力系統要實現數據交換、信息傳遞、故障診斷、安全監控、駕駛員意圖解析、發動機和電機能量協調管理、車身電器等輔助系統的控制等功能，從而實現混合動力汽車的動力性、安全性、舒適性和節能環保的控制目標。混合動力汽車控制系統主要由整車控制單元、混合動力控制單元、發動機控制單元、電機控制器、車載充電機、電池管理器、高壓電纜、駕駛員操縱傳感器、數據總線、漏電監測裝置、高壓互鎖系統、低壓輔助電源、DC/DC轉換器以及電器輔助系統等組成。任務1混合動力汽車控制系統構造與原理任務1混合動力汽車控制系統構造與原理（一）能量管理系統1.整車控制單元（VCU）（1）整車控制器組成在混合動力汽車整車控制系統中，各種整車控制器硬件組成都大同小異，主要由印制電路板、殼體、線束插接座和固定螺栓等構成，印制電路板一般都是封裝在鋁制金屬殼體內部，并通過線束插接件與整車線束相連接。任務1混合動力汽車控制系統構造與原理整車控制器硬件系統主要由：電源模塊、數據采集模塊（模擬量輸入模塊和數字量輸入模塊）、存儲模塊、CAN通信模塊、微控制器模塊、功率驅動及保護模塊、輸出模塊和顯示模塊等組成。任務1混合動力汽車控制系統構造與原理（2）整車控制器的工作任務①接收、處理駕駛員的駕駛操作指令，并向各個部件控制器發送控制指令。②與電機、DC/DC、蓄電池組等進行可靠通信，通過CAN總線進行狀態的采集輸入及控制指令量的輸出。③接收處理各個零部件信息，結合能源管理單元提供當前的能源狀況信息。④系統故障的判斷和存儲，動態檢測系統信息，記錄出現的故障。⑤對整車具有保護功能，視故障的類別對整車進行分級保護。⑥協調管理車上其他電器設備。任務1混合動力汽車控制系統構造與原理（3）整車控制器工作模式①停車狀態。②充電狀態。③起動狀態。④運行狀態。⑤車輛前進、后退狀態。任務1混合動力汽車控制系統構造與原理⑥回饋制動狀態。⑦機械制動狀態。⑧一般故障狀態。⑨重大故障狀態2.混合動力控制單元（HVECU）混合動力控制單元可以接收整車控制單元、發動機控制單元的有關車輛狀態的信息，根據內部存儲的控制邏輯進行分析處理，從而向發動機控制單元或者整車控制單元發出控制電機、發動機以及動力蓄電池工作的指令，使車輛合理切換電驅和發動機驅動兩個狀態，最終有效地控制動力系統的工作。任務1混合動力汽車控制系統構造與原理3.發動機控制單元（ECU）發動機ECU接收HVECU發送的目標發動機轉速和所需的發動機動力，來控制ETCS-i系統、燃油噴射量、點火正時和VVT-i系統。任務1混合動力汽車控制系統構造與原理4.電機控制器（1）電機控制器控制特點①實現了對三相交流電機的調速控制，拓寬了交流電機的轉速范圍，實現恒功率范圍內的運轉，可以對交流電機進行高速驅動。②可以實現大范圍內的高效率連續調速控制，進行高頻率起動與停止運轉，并進行電氣制動，快速控制交流電機的正、反轉的切換。③所需要的電源容量較小，電源功率因數較大，能夠用一臺變頻器對數臺交流電機進行控制，組成高性能的控制系統等。任務1混合動力汽車控制系統構造與原理（2）電機控制器基本結構①交-直-交逆變器電路。②交-交逆變器電路。任務1混合動力汽車控制系統構造與原理③直-交逆變器電路。任務1混合動力汽車控制系統構造與原理5.車載充電機（1）車載充電機組成混合動力汽車與純電動汽車充電機一樣，其主要由散熱風扇組、低壓通信端、直流輸出端、交流輸入端幾部分組成。任務1混合動力汽車控制系統構造與原理（2）車載充電機工作原理車載充電機工作過程需協調BMS等部件進行充電綜合管理，由BMS通過CAN通信控制車載充電機的工作狀態，當監測到車載充電機溫度高于75℃時，充電機的輸出電流變小；若溫度高于80℃時，車載充電機將切斷供電，停止輸出電能。電池管理系統為車載充電機提供過電壓、欠電壓、過電流、欠電流等多種保護措施。任務1混合動力汽車控制系統構造與原理6.電池管理器電池管理器是電池管理系統的核心部件，其主要功能有充放電管理、接觸器控制、功率控制、電池異常狀態報警和保護、SOC/SOH計算、自檢以及通信功能等。任務1混合動力汽車控制系統構造與原理7.高壓電纜高壓電纜將變頻器與HV蓄電池、發電機、電機以及空調壓縮機等部件相連，用以傳輸高電壓、大電流。高壓電線一端接在行李艙中HV蓄電池左前連接器上，而另一端從后排座椅下經過，穿過地板并沿著地板下加強件一直連接到發動機室中的變頻器。任務1混合動力汽車控制系統構造與原理（二）駕駛員信息傳遞系統混合動力汽車的駕駛員信息傳遞系統也就是駕駛員操縱傳感器和各種開關。混合動力汽車的駕駛員信息傳遞系統主要包括擋位傳感器、制動位置傳感器、加速踏板傳感器和模式選擇開關等。任務1混合動力汽車控制系統構造與原理1.擋位傳感器擋位傳感器的作用是檢測汽車變速桿的位置，并將信號送給整車控制器，為控制汽車的行駛狀態提供必要的信息。擋位傳感器分為接觸式和非接觸式，由于接觸式擋位傳感器工作過程會有磨損，其壽命、可靠性通常較差，所以優先選擇非接觸式擋位傳感器。而非接觸式傳感器目前大多采用霍爾式傳感器和光電式傳感器。任務1混合動力汽車控制系統構造與原理2.制動踏板位置傳感器制動位置傳感器安裝在制動踏板軸一端。制動踏板位置傳感器有霍爾式、滑動電阻式和開關型三種。為了提高信息檢測的精確度，現出現了新型制動踏板位置傳感器，包括雙滑動電阻式和線性雙霍爾式兩種。任務1混合動力汽車控制系統構造與原理3.加速踏板位置傳感器加速踏板位置傳感器安裝在駕駛室加速踏板軸的一端，用于檢測汽車加速或減速信號。加速踏板位置傳感器有霍爾式和滑動電阻式兩種，新型加速踏板位置傳感器有雙滑動電阻式和線性雙霍爾式。混合動力汽車中常用的為滑動電阻式加速踏板位置傳感器。任務1混合動力汽車控制系統構造與原理（三）信息通信系統1.數據總線的類型（1）A類總線（2）B類總線（3）C類總線（4）C+類總線（5）D類總線任務1混合動力汽車控制系統構造與原理2.數據總線原理數據總線實現了整車控制系統的各控制模塊、傳感器和執行元件之間的連接和控制信息的傳輸，具體原理如下：當數據總線空閑時，數據總線上連接的其他器件都以高阻態形式連接在總線上。當某一器件要與目的器件通信時，發起通信的器件驅動總線，發出數據。其他以高阻態形式連接在總線上的器件都能接收總線上的數據。發送器件完成通信，將總線讓出，輸出變為高阻態。任務1混合動力汽車控制系統構造與原理3.數據總線特點（1）結構特點控制總線從結構上簡化了硬件設計和系統結構，具有良好的功能和規模擴充性、系統更新性。（2）信息傳輸特點控制總線具有實時性強、傳輸距離較遠、抗電磁干擾能力強、成本低等優點。（3）使用特點控制總線采用雙線通信方式，檢錯能力強，便于故障診斷和維修，并可在高噪聲干擾環境中工作。任務1混合動力汽車控制系統構造與原理（四）安全保障管理系統1.漏電監測裝置混合動力汽車的絕緣監測裝置也稱為漏電傳感器，它可以準確、實時地檢測高壓系統對車輛底盤的絕緣性能，以保證乘客安全、電氣設備正常工作和車輛安全運行，是電動汽車必備的漏電保護裝置。當動力蓄電池包漏電時，傳感器發出一個信號給電池管理器，電池管理器接到漏電信號后，進行相關保護操作并報警，防止動力蓄電池包的高壓漏電，造成人或物品的傷害和損失。任務1混合動力汽車控制系統構造與原理任務1混合動力汽車控制系統構造與原理2.高壓互鎖（1）高壓互鎖的組成圖為高壓動力蓄電池總成、電機控制器、電動空調壓縮機總成以及電機總成的導線連接器組成的高壓互鎖回路。任務1混合動力汽車控制系統構造與原理互鎖系統中高壓動力蓄電池總成、電機控制器等相關高壓部件連接器中安裝的互鎖開關如圖所示。任務1混合動力汽車控制系統構造與原理（2）高壓互鎖工作原理電池管理器中的高壓互鎖監測器向高壓互鎖回路提供1個監測電壓，然后檢測返回的信號電壓，若整個動力系統高壓回路任一部分高壓部件的導線連接器連接異常或未連接，則檢測到的信號電壓不在正常范圍內，說明高壓互鎖回路故障，電池管理器會切斷高壓供電。任務1混合動力汽車控制系統構造與原理（五）輔助系統1.低壓輔助電源混合動力汽車的低壓輔助電源的作用是給混合動力汽車控制單元、控制電路以及其他各種輔助裝置，如動力轉向單元、制動壓力調節器、燈光、空調、電動門窗、電動座椅等提供所需要的低壓穩定電源，一般為12V或24V的穩定直流電。一般，混合動力汽車用鉛酸蓄電池、低壓鐵鋰電池作為低壓輔助電源。任務1混合動力汽車控制系統構造與原理2.DC/DC轉換器DC/DC轉換器作用是將動力蓄電池的高壓直流電轉化為12V的低壓直流電，為車輛輔助設備供電，并為低壓輔助蓄電池充電，將低壓輔助蓄電池控制在恒定電壓。3.電器輔助系統混合動力汽車的電器輔助系統與傳動汽車基本一樣，主要有電動助力轉向系統、電子控制制動系統、空調系統、燈光系統、音響、喇叭、儀表以及電動車窗、電動座椅等電動輔助裝置等，它們的作用是給混合動力汽車提供必備的光線、助力，并滿足行車過程中駕乘人員對行車舒適性的要求。任務1混合動力汽車控制系統構造與原理三、混合動力汽車控制系統工作原理（控制原理）混合動力汽車行駛過程中，整車控制器根據檢測到的車輛狀態信息、駕駛員操縱傳感器信號和各種開關量信號，進行分析處理得出結論，進行發動機控制、電機控制、電池管理控制、空調控制、電動助力轉向控制、制動控制、車輛的故障診斷及處理以及低壓電器的工作控制。任務1混合動力汽車控制系統構造與原理任務1混合動力汽車控制系統構造與原理（一）混合動力汽車控制策略①滿足駕駛員的動力要求。②保持電池的充電狀態。③滿足一定的駕駛性要求。任務1混合動力汽車控制系統構造與原理基于規則的穩態能量管理策略的主要依據是工程經驗，根據部件的穩態效率MAP圖來確定如何進行發動機和電機之間的動力分配。將混合動力汽車控制分成了3種模式，即正常行駛模式、充電模式及制動能量回饋模式，同時將發動機的效率MAP圖劃分為純電動、發動機驅動和電機功率輔助3個區域任務1混合動力汽車控制系統構造與原理（二）混合動力汽車控制系統控制原理1.工作或驅動模式的判定混合動力汽車在運行過程中，整車控制器根據采集的鑰匙信號、充電信號、加速/制動踏板位置信號、擋位信號、模式開關等來判斷當前需要的工作模式。若當前為經濟運行模式，則根據當前的參數和前段時間工作時的記憶參數，計算出合理的輸出轉矩和顯示數據，從而保證汽車正常行駛。任務1混合動力汽車控制系統構造與原理2.車輛發動機點火起動控制混合動力汽車的整車控制器增加了對發動機管理系統的工作控制，并對發動機減速斷油模式進行了重新標定，實現了發動機起動、停機控制。混合動力汽車整車控制器根據檢測的駕駛員操作信號、接收發動機管理系統傳輸的發動機轉速信號，控制發動機點火和燃油噴射系統的工作，從而達到控制發動機起動和停機的控制。任務1混合動力汽車控制系統構造與原理任務1混合動力汽車控制系統構造與原理3.車輛上下電控制混合動力汽車具有復雜的電氣結構，既有需要動力蓄電池提供電能的強電部件，如驅動電機、動力蓄電池、DC/DC轉換器等，又有需要輔助蓄電池提供電能的弱電部件，如電機控制器、動力蓄電池管理系統、發動機控制器、整車控制器、車身控制器。混合動力汽車應用最多的控制形式是通過車身控制模塊與整車控制器通信的，也有些混合動力轎車采用無鑰匙進入系統替代傳統車身控制器，并且配備一鍵式起動按鈕，增加了整車舒適性，以及強、弱電管理的靈活性。任務1混合動力汽車控制系統構造與原理任務1混合動力汽車控制系統構造與原理4.整車功率控制混合動力汽車的控制策略最常用的有邏輯門限值控制、動態自適應控制、邏輯模糊控制和神經網絡模糊控制4種。邏輯門限值控制策略是以整車油耗和排放最佳為控制目標，提出同時限制電池和發動機工作區間的控制策略，通過設定門限值，將發動機控制在高效率區運行，提供要求的轉矩；電機作為載荷調節裝置，當需要大轉矩輸出時電機參加驅動，當需要小轉矩輸出時電機吸收發動機轉矩進行發電，并將電池的荷電狀態維持在合理的范圍內。任務1混合動力汽車控制系統構造與原理5.整車能量管理控制混合動力汽車基本的控制策略是通過對發動機-發電機組的開關控制，然后以電池SOC值作為門限值，根據SOC值的變化來判定發動機-發電機組的開關。當汽車以純電動模式行駛一段時間后電池的SOC值會降低，當汽車電池的SOC值小于最低門限值SOCmin時，發動機-發電機組開始工作從而為整車提供電能，使整車進入混合動力工況。如果汽車在行駛過程中，電池的SOC值高于最高門限值SOCmax時，發動機-發電機組將關閉，使整車進入純電動工況。當汽車電池電量在SOCmin與SOCmax之間時，發動機-發電機組將維持之前的工作模式，進入保持模式。任務1混合動力汽車控制系統構造與原理6.高壓互鎖控制在混合動力汽車上與純電動汽車上一樣，高壓互鎖在汽車使用過程中使用低壓信號來檢查汽車上所有與高壓母線相連的高壓回路連接的完整性和可靠性。高壓互鎖可以監測到高壓回路相關的高壓線束插接器自動松脫或者接觸不良跡象，并在高壓斷電之前給整車控制器提供報警信息，預留整車系統采取應對措施的時間，避免人為誤操作給斷電周圍的人員和設備造成傷害。任務1混合動力汽車控制系統構造與原理7.高壓漏電保護控制漏電傳感器在漏電保護控制中起核心作用，漏電傳感器通過將一端和負極相連，一端對車身連接，檢測電流與電壓值，一旦發現有超出限制的電流和電壓，則發出報警，并切斷控制模塊，確保用電安全。任務1混合動力汽車控制系統構造與原理8.車輛充電控制當插電式混合動力汽車進入充電狀態時，車載充電機高壓正接觸器吸合，充電高壓回路接通開始對動力蓄電池充電。此時，DC/DC轉換器輸出低壓直流電給低壓蓄電池充電。在充電狀態時，整車控制器接收到充電信號，鑰匙開關打到任何擋位，車輛其他系統均不能得到高壓，保證車輛處于鎖止狀態，不能行駛；并根據電池狀態信息限制充電功率，保護電池。在充電過程中，若BMS檢測到過充電信號，則發出信息告知充電機停止工作，并且延時3s后，整車控制器切斷充電機高壓正接觸器，從而切斷充電高壓回路。任務1混合動力汽車控制系統構造與原理9.CAN數據通信控制混合動力汽車的整車控制系統是由兩條總線構成，即高速CAN總線和低速總線。高速CAN總線和低速總線是兩個獨立的總線系統。為了便于汽車所有功能的管理，通過網關將這兩個總線網絡連接起來，不同總線間的數據通過網關實現數據的共享。高速CAN總線主要連接混合動力汽車的驅動系統，由驅動系統各個子系統和故障分析記錄系統節點組成，可以實現對電機、電池、轉向、制動等關鍵系統的快速控制。任務1混合動力汽車控制系統構造與原理任務1混合動力汽車控制系統構造與原理10.故障自診斷與處理混合動力汽車通過整車控制器連續監視動力系統，進行故障診斷，并及時進行相應安全保護處理。根據傳感器的輸入及其他通過CAN總線通信得到的電機、電池、踏板等的信息，對各種故障進行判斷、等級分類、報警顯示；存儲故障碼，供維修時查看。任務1混合動力汽車控制系統構造與原理整車控制器將汽車的故障分為4級：①一級為致命故障，需緊急斷開高壓電。②二級為嚴重故障，電機0轉矩輸出，動力蓄電池限流20A輸出。③三級為一般故障，跛行降低功率，限速15～20km/h。④四