纯电动汽车控制系统集成开发设计

前言

第1章概述………1

1.1我国发展新能源汽车的必要性………1

1.2电动汽车技术发展趋势………8

第2章控制系统集成设计………14

2.1整车电子电气架构………14

2.1.1概念定义………14

2.1.2电子电气架构开发过程………14

2.2OTA技术………19

2.2.1OTA技术介绍………19

2.2.2OTA系统整体需求………19

2.2.3OTA系统方案………20

2.3基于功能安全的产品开发………22

2.3.1ISO 26262标准简述………22

2.3.2ASIL………23

2.3.3功能安全开发流程………23

2.3.4功能安全的趋势………24

2.4整车功能全链条开发………24

2.4.1功能域………24

2.4.2功能域的分配………25

2.4.3功能域的协同………34

2.4.4功能开发工具链………35

2.4.5恒润整车系统开发概况………38

2.5整车总线及诊断开发………40

2.5.1CAN总线物理层设计要求………41

2.5.2OSEK网络管理………48

2.5.3UDS（统一诊断服务）诊断要求………65

2.5.4Bootloader刷新规范要求………75

2.6整车总线及诊断测试………83

2.6.1总线/诊断测试方法及流程体系………83

2.6.2测试工作实施………84

2.6.3网络诊断自动化测试系统的应用………86

2.7整车功能测试………86

2.7.1概念定义………86

2.7.2功能测试流程………87

2.7.3功能测试工作内容………88

2.7.4自动化功能测试系统的建设………89

2.8整车电磁兼容………90

2.8.1电磁兼容基本概念与术语………90

2.8.2整车EMC设计基本原则………91

2.8.3车辆电磁兼容标准与试验规范………93

2.8.4整车EMC的评价指标100

第3章高压电气系统及电源系统设计………103

3.1高压电气系统设计………103

3.1.1高压电气系统设计概述………103

3.1.2高压电气系统设计通用要求………103

3.1.3高压电气系统设计规范………110

3.1.4高压配电电气架构………114

3.2电源系统设计………123

3.2.1车载充电器设计………123

3.2.2DC/DC变换器设计………129

3.3充电桩………130

3.3.1分类………130

3.3.2当前问题………132

第4章整车控制器开发与设计………133

4.1整车控制器（VCU）系统概述………133

4.1.1VCU 的产品定位………133

4.1.2VCU 的发展简述………133

4.1.3VCU 产品开发的主要方法………134

4.2VCU 硬件的设计与开发………140

4.2.1硬件的开发工具链………140

4.2.2关键元器件的选型………142

4.2.3VCU硬件模块介绍………142

4.2.4PCB设计………149

4.2.5硬件的功能测试………151

4.2.6设计失效模式及后果分析………152

4.3VCU 结构的设计与开发………154

4.3.1VCU 的结构组成………154

4.3.2VCU在整车上的布局………156

4.3.3VCU安装要求………156

4.4VCU 底层软件的设计与开发………157

4.4.1VCU 底层软件开发工具链………157

4.4.2VCU底层软件的系统架构………163

4.4.3VCU底层软件的主要模块………167

4.4.4底层模块调试、代码评审和单元测试………176

4.5VCU策略软件的设计与开发………179

4.5.1VCU策略软件开发工具链………179

4.5.2VCU策略软件的主要模块——**部分………181

4.5.3VCU 策略软件的主要模块——第二部分………187

4.5.4VCU 策略软件的MIL测试………192

4.6VCU硬件在环(HIL)测试………194

4.6.1HIL测试的流程………194

4.6.2HIL测试环境搭建………196

4.6.3HIL测试用例开发………198

4.6.4HIL测试执行………206

4.6.5HIL测试的产出和报告分析………209

4.7VCU设计验证（DV）和产品验证（PV）测试………209

4.7.1DV测试………209

4.7.2PV测试………211

4.8VCU实车测试………211

4.8.1实车测试目的………211

4.8.2实车测试内容………211

4.9VCU标定………212

4.9.1标定工具链………213

4.9.2桌面标定………213

4.9.3转鼓车辆试验………213

4.9.4车辆道路标定………216

4.10VCU技术发展与趋势………220

4.10.1VCU 未来发展的方向………220

4.10.2更加安全可靠………221

4.10.3融合新的功能………221

第5章电驱动系统开发与设计………225

5.1电驱动系统概述………225

5.1.1电驱动系统架构………225

5.1.2新能源汽车优劣势分析………227

5.1.3产品评价维度和方法………230

5.1.4三合一动力总成系统设计………234

5.1.5技术发展趋势及评价指标………235

5.2功率电子驱动原理………238

5.2.1IGBT特性及支撑电容………238

5.2.2脉冲宽度调制………242

5.3电驱动软件开发………249

5.3.1软件开发流程简述………249

5.3.2软件架构及功能………250

5.3.3开发工具………252

5.3.4HIL系统………256

5.4电机控制器设计………259

5.4.1FOC算法………259

5.4.2*大转矩电流比（MTPA）和*大转矩电压比（MTPV）………263

5.4.3变频技术………265

5.4.4无传感器控制技术………267

5.4.5连接传动后的控制补偿………270

5.5电驱动系统的热管理设计………273

5.5.1电机热管理………273

5.5.2MCU热管理及IGBT热可靠性设计………275

5.6系统安全：故障定义及诊断………279

5.6.1故障风险后果分析………279

5.6.2故障应对策略设计………281

5.6.3故障定义、功能安全设计………282

5.7电驱动系统的台架及实车标定………284

5.7.1台架测试工具………284

5.7.2测试项………284

5.7.3实车测试………288

第6章电池系统的开发与设计………291

6.1电池系统………291

6.1.1电池系统简述………291

6.1.2电池技术介绍………296

6.1.3电池未来发展方向………299

6.2电池管理系统………301

6.2.1电池管理系统的功能………301

6.2.2电池管理系统的设计架构………303

6.2.3电池管理系统方案介绍………306

6.3电池系统测试………311

6.3.1BMS硬件测试………311

6.3.2BMS软件测试………314

6.3.3BMS的HIL测试………315

6.3.4电池包测试………320

6.3.5电池包实车测试………322

第7章空调及冷却系统设计………326

7.1空调及冷却系统概述………326

7.1.1电动汽车冷却系统工作原理………327

7.1.2电动汽车空调系统工作原理………328

7.1.3电动汽车空调的发展趋势………332

7.2空调系统性能开发………334

7.2.1制冷系统理论循环及热力计算………334

7.2.2空调系统热负荷理论计算………334

7.2.3空调系统关键零部件选型计算………337

7.2.4仿真分析………341

7.3冷却系统性能开发………342

7.3.1冷却系统匹配计算………342

7.3.2冷却系统主要零部件选型计算………344

7.3.3冷却系统回路设计………347

7.3.4仿真分析………348

7.4空调及冷却装置自动控制开发………353

7.4.1控制系统的组成及方框图………353

7.4.2空调控制系统的分类………355

7.4.3自动空调控制系统的评价指标………356

7.4.4控制系统执行器件构成………356

7.4.5压缩机能量调节与自我保护………362

7.4.6制热装置能量调节与自我保护………363

7.4.7蒸发器流量调节………364

7.4.8出风模式自动控制………364

7.4.9进气模式自动控制………364

7.4.10温度自动控制………365

7.4.11鼓风机转速控制………366

7.4.12电机、电机控制器冷却控制系统………366

7.5空调装置通风系统设计………368

7.5.1出风口整车布置………369

7.5.2通风性能………370

7.5.3气流性能………372

7.6空调及冷却系统试验………374

7.6.1关键零部件台架试验………374

7.6.2关键系统台架试验………383

7.7整车试验、标定………389

7.7.1新能源汽车整车热管理标定内容………389

7.7.2热管理标定流程………389

7.7.3环境舱标定………390

7.7.4道路标定………390

参考文献………391