新能源汽车动力系统控制技术

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1、邹滔亮New EnergyPage 2新能源汽车分类及构型介绍新能源汽车分类及构型介绍纯电动汽车控制技术纯电动汽车控制技术控制系统开发管理流程控制系统开发管理流程电控系统故障诊断电控系统故障诊断动力电池及其管理系统介绍（实操）动力电池及其管理系统介绍（实操）混动汽车控制技术混动汽车控制技术电机及整车控制系统介绍（实操）电机及整车控制系统介绍（实操）Page 3控制系统开发管理流程控制系统开发管理流程开发管理流程概述开发管理流程概述需求管理系统需求管理系统变更管理系统变更管理系统配置管理系统配置管理系统控制系统开发管理流程概述控制系统开发流程Page 4Page 5控制系统开发管理流程概述控制系

2、统架构Page 6控制系统开发管理流程概述控制系统开发流程Page 7控制系统开发管理流程概述控制系统架构Page 8控制系统开发管理流程概述单元测试及MIL测试Page 9控制系统开发管理流程概述SIL及PIL测试Page 10控制系统开发管理流程概述控制系统开发流程Page 11测试中需要使用的几种典型路况Page 12Page 13Page 14Page 15Page 16Page 17Page 18美国美国CAFE/CAFE/欧洲欧洲NEDC/NEDC/日本日本JC08JC08油耗测试油耗测试 相关数据对比相关数据对比测试时间测试时间(单位单位 s)s)平均车速平均车速(单位单位 km

3、/h)km/h)最高车速最高车速(单位单位 km/h)km/h)最大加速度最大加速度(单位单位 kmh/s)kmh/s)美国美国SFTP(SFTP(郊区郊区)76677.496.45.3美国美国FTP(FTP(市区市区)137531.791.35.3NEDC(NEDC(欧洲欧洲)118133.674.63.9JC08JC08120424.550.76.1基于模型的软件开发（MBD:Model Based Design）项目繁多各种类型产品，各种产品平台产品种类不断增加方案多样每种产品多种配置方案配置方案定期更新开发周期短产品更新换代快项目从立项到结束时间短系统复杂产品功能越来越齐全产品性能提高

4、系统越来越复杂Page 19MBD项目繁多系统复杂开发周期短方案多样Page 20MATLABMATLAB与与C C比较比较优点优点图形化设计简洁明了，便于交流，便于维护升级测试验证测试简便快捷，可以及早纠错，改善开发过程代码自动生成开发效率高，代码质量高，不易出错文档自动化提高工作效率，方便交流及维护，改善开发过程Page 21V V流程流程使用工具使用工具交付物交付物控制需求分析Microsoft Office开发需求文档控制系统定义与设计Microsoft Office系统定义与设计文档策略模型开发Simulink、Stateflow控制模型模块单元单元测试Model Advisor、D

5、esign Verifier、Verification and Validation单元测试报告模型集成Simulink、Stateflow控制策略模型MIL测试SimscapeMIL测试报告自动代码生成MATLAB Coder、Embedded Coder控制策略代码SIL测试MATLAB、SimulinkSIL测试报告HIL测试Dspace/ETAS RT/Labview RTHIL测试报告台架匹配标定测试CANoe、CANape/INCA/Vision台架标定测试报告装车标定测试CANoe、CANape/INCA/Vision整车标定测试报告Page 22目前各行业控制系统开发的范例康明

6、斯(Cummins)Page 23美国康明斯(Cummins)软件开发工作减少80%测试工作减少了50%提升了测试覆盖程度提升了产品质量减少了开发支出Page 24Page 25戴姆勒(DAIMLER)Page 26Page 27Page 28Page 29Page 30丰田(TOYOTA)Page 31Page 32Page 33Page 34福特(Ford)Page 35Page 36德尔福(DELPHI)Page 37Page 38Page 39北汽Page 40Page 41奇瑞Page 42Page 43Page 44Page 45柯世达-华阳Page 46Page 47控制系统开发

7、管理流程概述电子产品/系统开发管理平台：包括需求管理平台（Rational DOORs）、需求缺陷变更管理平台（Rational Change）和软件配置管理平台（Rational Synergy），这些管理平台是当今汽车行业在开发阶段流行推广应用的平台管理软件。Rational DOORs：是做需求管理的时候需要的产品，主要用于定制和管理项目中的各种需求，可以与Change和Synergy工具无缝集成。Rational Change：是做变更管理的时候需要的产品，主要用于定制和管理项目中的各种工作流程以及变更流程。Rational Synergy：是做配置管理的时候需要的产品，主要用于项目的

8、代码和数据的管理。Page 48控制系统开发管理流程概述Page 49控制系统开发管理流程概述Page 50Page 51控制系统开发管理流程控制系统开发管理流程开发管理流程概述开发管理流程概述需求管理系统需求管理系统变更管理系统变更管理系统配置管理系统配置管理系统需求管理系统Page 52需求管理系统在需求阶段发现错误与在维护阶段发现错误的成本比是 200:1 56%的漏洞源于需求阶段的错误 Page 53需求管理系统Page 54需求管理系统需求要确保可跟踪同时要确保需求的一致性Page 55需求管理系统Page 56Page 57控制系统开发管理流程控制系统开发管理流程开发管理流程概述开

9、发管理流程概述需求管理系统需求管理系统变更管理系统变更管理系统配置管理系统配置管理系统变更管理系统Page 58变更管理系统Page 59变更管理系统Page 60Page 61控制系统开发管理流程控制系统开发管理流程开发管理流程概述开发管理流程概述需求管理系统需求管理系统变更管理系统变更管理系统配置管理系统配置管理系统配置管理系统配置管理(configuration Management)是通过对在产品生命周期的不同的时间点上的产品配置项进行标识，并对这些标识的产品配置项的更改进行系统控制，从而保持产品完整性、一致性和可溯性的过程。完整的CM工具包括变更跟踪、版本管理、配置、内部版本管理、产

10、品发布管理 Page 62配置管理系统Page 63配置管理系统Page 64配置管理系统Page 65Page 66新能源汽车分类及构型介绍新能源汽车分类及构型介绍纯电动汽车控制技术纯电动汽车控制技术控制系统开发管理流程控制系统开发管理流程电控系统故障诊断电控系统故障诊断动力电池及其管理系统介绍（实操）动力电池及其管理系统介绍（实操）混动汽车控制技术混动汽车控制技术电机及整车控制系统介绍（实操）电机及整车控制系统介绍（实操）Page 67电控系统故障诊断电控系统故障诊断故障诊断概述故障诊断概述电池故障诊断电池故障诊断电机故障诊断电机故障诊断整车故障诊断整车故障诊断故障诊断概述车辆的诊断主要用

11、来进行：功能监控错误检测记录、存储故障信息读取数据程序刷写更新等等Page 68故障诊断概述Page 69故障诊断概述客户端(Client)发送诊断请求，如诊断仪（Tester）服务器端(Server)响应诊断请求，车辆上的ECU远程客户端/服务器端(Remote Client/Server)与客户端/服务器端不在一个网段，中间通过网关转发信号Page 70协议数据单元(PDU)一组数据和信息的组合，包含发送方和接收方之间传递的数据和信息。包括：协议控制信息(PCI)和数据(Data)单针传输数据长度6/7字节报文类型：单帧(SF)多针传输数据长度6/7字节，最多允许4095个字节报文类型：第

12、一帧(FF)：传输的开始流控制帧(FC)：报文流控制连续帧(CF)：传输数据Page 71故障诊断概述源地址：发送节点地址目标地址：接收节点地址物理通信(1:1)采用物理寻址的方式通信，客户端与服务器1对1的诊断通讯功能通信(1:N)采用功能寻址的方式通信，客户端向多个服务器发送统一功能的诊断通讯Page 72故障诊断概述相关诊断规范ISO 14230KWP2000，K线(串行传输，最大通信速率10.4Kbps)ISO 14229-1UDS，只定义诊断服务，不涉及网络及实现ISO 15765基于CAN网络的诊断协议，目前主流CAN网络(串行传输，最大通信速率1Mbps)定义了网络传输层(Par

13、t 2)Page 73故障诊断概述OBDOn-Board Diagnostics第一代OBD(OBD-I)美国加州环保局(CARB)1985年立法，1988年开始实施诊断要求针对硬件失效诊断主要零部件包括氧传感器、EGR、供油系统和EMS没有同意的故障码和通讯协议第二代OBD(OBD-II)美国加州环保局1989年立法扩大了诊断零部件范围增加了对系统的诊断要求，如催化器失效、失火、蒸汽泄漏等建立了标准化故障码和通讯协议Page 74故障诊断概述K线Page 75故障诊断概述CAN网络Page 76故障诊断概述基于K线与基于CAN网络的区别Page 77故障诊断概述Page 78故障诊断概述Pa

14、ge 79诊断服务ISO 15031-5Page 80故障诊断概述网络层功能发送方与接收方的数据传递保证数据传输的可靠性多包数据传输：打包解包、同步定时、流控制以及错误处理应用层数据CAN数据帧网络层协议PDU定义单帧/多帧报文传输定时处理Page 81故障诊断概述Page 82各功能单元诊断服务诊断和通讯管理功能单元数据传输功能单元传输储存的数据功能单元输入输出控制功能单元远程激活例程功能单元上传下载功能单元Page 83应用层协议A_SDU 应用层服务数据单元SA,TA,TA_type,RA,parameter,A_PCI 应用层协议控制信息A_PCI(SI):Service ID(Req

15、uest和Positive Response)A_PCI(NR_SI,SI):Negative Service IDA_PDU 应用层协议数据单元SA,TA,TA_type,RA,A_DataA_Data=A_PCI+parameter,A_PDU=A_PCI+A_SDUPage 84服务标识符SIPage 85否定响应吗NRC最常见的否定响应码如下表Page 86带子功能参数的请求消息的响应物理寻址方式Page 87带子功能参数的请求消息的响应功能寻址方式Page 88不带子功能参数的请求消息的响应物理寻址方式Page 89不带子功能参数的请求消息的响应功能寻址方式Page 90Page 9

16、1代码应答流程故障诊断概述统一的诊断服务ISO 14229-1Page 92故障诊断概述诊断与通信管理ISO 14229-1Page 93故障诊断概述DiagnosticSessionControl(0 x10)服务诊断会话模式状态转移Page 94故障诊断概述DiagnosticSessionControl(0 x10)服务DiagnosticSessionType子功能模式Page 95DiagnosticSessionControl(0 x10)服务不同会话模式所允许的诊断服务Page 96Page 97SecurityAccess(0 x27)服务子功能securityAccessTy

17、pePage98CommunicationControl(0 x28)服务子功能ControlTypePage 99LinkControl(0 x87)服务子功能LinkControlType诊断和通信管理ECUReset(0 x11)服务请求ECU复位AccessTimingParameter(0 x83)服务读取和修改通信链路的定时参数SecuredDataTransmission(0 x84)服务保护数据传输免遭第三方攻击，通过ISO 15764安全保护子层实现ControlDTCSetting(0 x85)服务停止或恢复诊断故障码的设置ResponseOnEvent(0 x86)服务启

18、动或停止服务器中某特定事件触发的响应Page 100数据传输功能单元Page 101数据传输功能单元ReadDataByIdentifier(0 x22)服务数据标识符DID(Data Identifier)ReadMemoryByAddress(0 x23)服务客户端读取服务器中指定的内存数据DynamicallyDefineDataIdentifier(0 x2C)服务通过现有的DID或存储器地址定义新的DIDPage 102传输存储的数据功能单元ReadDTCInfomation(0 x19)服务ClearDiagnosticInformation(0 x141)服务DTCDiagnos

19、tic Trouble CodeJ 1939-73 DTC FormatISO 14229-1,ISO 15031-6 DTC FormatPage 103传输存储的数据DTC的状态(DTC Status)Page 104Page 105Page 106诊断故障码老化计数器传输存储的数据ISO 15031-6 DTC格式描述Page 107传输存储的数据ClearDiagnosticInformation(0 x14)服务ReadDTCInformation(0 x19)服务Page 108传输存储的数据Page 109输入输出控制功能单元InputOutputControlByIdentif

20、ier(0 x2F)服务用于控制电子系统的输出(执行器)例程控制功能单元RoutineControl(0 x31)服务远程请求启动/停止某个例程或请求例程的执行结果上传下载功能单元RequestDownload(0 x34)服务RequestUpload(0 x35)服务TransferData(0 x36)服务RequestTransferExit(0 x37)服务Page 110Page 111电控系统故障诊断电控系统故障诊断故障诊断概述故障诊断概述电池控制系统故障诊断电池控制系统故障诊断电机控制系统故障诊断电机控制系统故障诊断整车控制系统故障诊断整车控制系统故障诊断电池故障诊断动力电池的

21、故障失效模式Page 112Page 113Page 114Page 115Page 116Page 117电池故障诊断Page 118电池故障诊断Page 119电池故障诊断电池故障诊断Page 120动力电池故障动力电池故障高压绝缘偏低报警电池组总电压偏低报警温度检测硬件故障高压绝缘过低报警电池组总电压过低报警电池组充电电流偏高报警绝缘检测模块故障电池组总电压偏高报警电池组充电电流过高报警高压互锁报警电池组总电压过高报警电池组放电电流偏高报警电池外接充电通讯故障总电压检测硬件故障电池组放电电流过高报警电池外接充电硬件故障电池组温度偏低报警电流检测硬件故障单体电压偏低报警电池组温度过低报警电

22、池SOC偏低报警单体电压过低报警电池组温度偏高报警电池SOC过低报警单体电压偏高报警电池组温度过高报警BMS内部通讯故障单体电压过高报警电池温度差异偏大报警BMS供电电压低单体电压检测硬件故障电池温度差异过大报警电池故障诊断绝缘检测Page 121电池电池电机电机其它其它高压高压部件部件高压母线高压母线+高压母线高压母线-12V12V蓄电池蓄电池+-绝缘检测模块绝缘检测模块车身地绝缘检测无源接地检测原理图有源接地检测原理图Page 122高压互锁Page 123电电池池系系统统高压高压接插件接插件高高压压互互锁锁维修维修开关开关高高压压互互锁锁低压接低压接插件插件整整车车高高压压系系统统高压高

23、压接插件接插件高高压压互互锁锁电池故障诊断Page 124故障内容故障内容故障等级故障等级 故障状态故障状态采取措施采取措施如单体电压偏低、偏高，总电压偏低、偏高，温度偏低、偏高，绝缘偏低，SOC偏低等3级故障一般故障限功率(限制充电功率、限制放电功率等)如单体电压过低、过高，总电压过低、过高，温度过低、过高，绝缘过低，SOC过低等2级故障(次高级)严重故障请求断高压（不允许充电or不允许放电or车辆跛行or断高压）如高压互锁报警，电压检测硬件故障，温度检测硬件故障，BMS内部通讯故障等1级故障(最高级)危险故障紧急断高压（电池主动切断供电）电池故障诊断主要开发内容Page 125BMSBMS

24、硬件硬件底层软件底层软件故障检测故障检测（电流、电压、温（电流、电压、温度等）度等）故障处理故障处理（限功率、紧急下电等）（限功率、紧急下电等）诊断服务接口诊断服务接口（I/OI/O控制、读故障控制、读故障码、会话控制等）码、会话控制等）Page 126电控系统故障诊断电控系统故障诊断故障诊断概述故障诊断概述电池控制系统故障诊断电池控制系统故障诊断电机控制系统故障诊断电机控制系统故障诊断整整车控制系统故障诊断车控制系统故障诊断电机故障诊断Page 127电机故障诊断Page 128电机故障诊断Page 129电机故障诊断Page 130电机故障诊断Page 131电机故障电机故障电机过流偏大电

25、机电流过大IGBT短路故障电机直流母线电压偏高电机直流母线电压过高电机角度传感器信号故障电机直流母线电压偏低电机直流母线电压过低电流传感器故障IGBT温度偏高IGBT温度过高电机失速电机本体温度偏高电机本体温度过高电机高压互锁报警电机逆变器温度偏高电机逆变器温度过高电机控制板欠压12V供电电压过高12V供电电压过低电机驱动板欠压IGBTPage 132电机故障诊断Page 133故障内容故障内容故障等级故障等级故障状态故障状态故障处理方式故障处理方式如电机电流偏大，直流母线电压偏低，IGBT温度偏高，电机本体温度偏高，逆变器温度偏高等3级故障一般故障限功率20%-50%(限制发电功率、限制驱动

26、功率等)如电机电流过大，直流母线电压过低，IGBT过高，电机本体温度过高，逆变器温度过高等2级故障（次高级）严重故障限功率50%-80%(限制发电功率、限制驱动功率等)如IGBT短路故障，电机失速，电机高压互锁，传感器故障等1级故障（最高级）危险故障紧急断高压、停机电机故障诊断Page 134P PCUCU硬件硬件底层软件底层软件故障检测故障检测（转速、电流、电（转速、电流、电压、温度等）压、温度等）故障处理故障处理（限功率运行、紧急下（限功率运行、紧急下电、停机等）电、停机等）诊断服务接口诊断服务接口（I/OI/O控制、读故障控制、读故障码、会话控制等）码、会话控制等）Page 135电控系

27、统故障诊断电控系统故障诊断故障诊断概述故障诊断概述电池控制系统故障诊断电池控制系统故障诊断电机控制系统故障诊断电机控制系统故障诊断整车控制系统故障诊断整车控制系统故障诊断整车动力系统故障诊断Page 136整车动力系统故障诊断Page 137整车动力系统故障诊断Page 138整车动力系统故障诊断Page 139整车动力系统故障诊断Page 140整车系统故障整车系统故障油门踏板信号短接地真空压力传感器故障直流母线过压油门踏板信号短接电源高压接触器异常断开直流母线过流两路油门踏板模拟量不匹配高压接触器熔焊电机过温制动踏板信号短接地动力系统绝缘电阻偏低水泵故障制动踏板信号短接电源动力系统绝缘电阻

28、过低整车高压互锁故障两个制动踏板开关不匹配整车碰撞信号有效与BMS通讯丢失点火钥匙信号故障档位信号故障与PCU通讯丢失点火钥匙信号逻辑错误档位信号逻辑故障与EMS通讯丢失整车动力系统故障诊断高压接触器Page 141整车动力系统故障诊断Page 142整车动力系统故障诊断油门踏板Page 143整车动力系统故障诊断Page 144整车动力系统故障诊断制动踏板Page 145整车动力系统故障诊断点火钥匙Page 146整车动力系统故障诊断自动排挡Page 147整车动力系统故障诊断Page 148整车动力系统故障诊断真空助力Page 149整车动力系统故障诊断Page 150整车动力系统故障诊断

29、Page 151故障内容故障内容故障等级故障等级故障状态故障状态故障处理方式故障处理方式如真空压力传感器故障，绝缘电阻偏低，电机过温，水泵故障等3级故障一般故障限功率(限制驱动功率，发电功率等)如油门踏板故障，制动踏板故障，点火钥匙故障，档位故障等2级故障（次高级）严重故障跛行回家如高压接触器故障，整车碰撞信号，通讯丢失等1级故障（最高级）危险故障紧急断高压，停车整车动力系统故障诊断Page 152V VCUCU硬件硬件底层软件底层软件故障检测故障检测（油门、刹车、档（油门、刹车、档位、钥匙等）位、钥匙等）故障处理故障处理（报警、限功率运行、（报警、限功率运行、紧急下电等）紧急下电等）诊断服务接口诊断服务接口（I/OI/O控制、读故障控制、读故障码、会话控制等）码、会话控制等）153谢谢 谢！谢！