中职《新能源汽车概论》教案第7课认识整车控制系统.docx

课题认识整车控制系统课时2课时(90min)教学目标知识目标：(I)掌握整车控制策略(2)掌握整车控制系统的组成和基本功能技能目标：能够识别整车控制系统的各组成部分素质目标：(1)培养知难而进、勇于探索的创新精神(2)培育崇尚技艺、求实创新的职业品质(3)树立科技成才、技能报国的人生理想教学重难点教学重点：掌握整车控制策略；掌握整车控制系统的组成和基本功能教学难点：能够识别整车控制系统的各组成部分教学方法任务引入法、问答法、讨论法、实践操作法教学用具电脑、投影仪、多媒体课件、教材教学设计第1节课：课前瞄T考勤(2min)任务引入(5min)传授撤口(33min)课堂讨论(5min)第2节课：传授新知(30min)课堂讨论(10min)课堂小结(3min)作业布置(2min)教学过程主要教学内容及步骤设计意图第一节课课前任务【教师】布置课前任务，和学生负责人取得联系，组织学生下载“任务工单认识整车控制系统”，并根据任务工单进行组内分工，同时提醒同学通过APP或其他学习软件，收集整车控制系统的相关资料，井进行了解【学生】提前上网观看相关资料，熟悉教材通过课前的预热，让学生了解所学课程的大概内容，激发学生的学习欲望考勤(2min)【教师】使用APP进行签到【学生】按照老师要求签到培养学生的组织纪律性，掌握学生的出勤情况任务引入(5min)【教师】讲述整车控制系统是纯电动汽车的中央控制单元的背景知识【学生】聆听、思考通过讲解任务相关背景知识，让学生带着相关背景去探索新知识传授新知(33min)【教师】讲解整车控制策略、整车控制系统的基本结构4.1.1整车控制策略【多媒体演示】组织学生扫码观看“整车控制系统”视频，帮助学生了解整车控制系统通过讲解、图片展示、课堂互动等教学方法，让学生了解整车控制策略、整车控制系统的基本结 构为保证车辆的动力性、平顺性和其他基本性能，整车控制系统应根据驾驶员的驾驶意图选择合适的整车控制策略。针对纯电动汽车的特性及车辆的行驶工况,整车控制策略应能保证能量在驱动电机、动力电池之间被合理而有效地分配，使整车效率达到最高，以降低车辆的能量消耗，提高车辆的续驶里程，从而获得整车最大的经济性及平稳的驾驶性能。具体而言，整车控制系统应实时监控车辆行驶工况、动力电池SOC等状态信息，根据整车控制策略向各控制单元发出各种控制指令，合理分配动力电池的电能，调节驱动电机的输出转矩，同时限定动力电池SOC的范围和驱动电机的工作区域，确保动力电池和驱动电机能够长时间保持高效的运行状态。若出现异常，整车控制系统可根据预先设定的控制策略对车辆的工作模式进行判断和选择。最终，整车控制系统与各控制单元组成一个实时通信的闭环控制网络。这样既能使驾驶员的驾驶意图得到充分满足，又能对车辆的运行状态进行控制，使车辆的安全性和舒适性都得到保证.整车控制系统通常采用分层控制架构：整车控制器作为第一层，负责总体控制，协调各控制单元的工作及信息处理；其他控制单元作为第二层，包括电机控制器、电池管理系统、车载充电机、DaDC变换器、仪表控制单元、空调控制单元、转向控制单元、制动控制单元等。整车控制器及各控制单元的输入信号由相应的传感器负责采集。如下图所示为整车控制系统的控制策略。整车控制器与各控制单元之间通过CAN总线进行信息交互，协同工作，实现整车控制功能.整车控制系统利用传感器采集加速踏板信号、制动踏板信号、挡位开关信号等，接收CAN总线上的电机控制器信号和电池管理系统信号，对接收到的数据信息进行分析判断，由此获取驾驶员的驾驶意图和车辆行驶状态，最后利用CAN总线发出指令，控制各控制单元的工作.【课堂讨论】随机挑选学生回答问题整车控制系统一般采取怎样的控制策略？【学生】聆听、思考、讨论问题【教师】总结学生的回答4.1.2整车控制系统的基本结构整车控制系统一般由各种传感器、整车控制器、CAN总线，以及挂接在总线上的电机控制器、电池管理系统、车载充电机及其他控制单元组成，如图所示。信印媾 高压线*y CAN总线整车控制骞电机控制器 DCZbC高压配电盒电池管理系统动力电池整车控制器是整车控制系统的核心东袋充电机直流充电接口,下面主要介绍其基本结构，低压蓄电池制动器如图所示。电源模块整车控制器¾i管理系统加速踏板传感器制动踏板传感器充电开关启动钥匙空调开关模式开关制动踏板开关微控制器模拟量调节模块低速CAN总线接口模块 光电隔离装置开关量调节模块组盒表电H身速车速电池SOC故障指示灯主继电器空调继电器DC/DC继电器备用继电器电源模块：可为微处理器及各输入、输出模块提供隔离电源，并对电源电压进行监控，其一端与低压蓄电池相连，另一端与微控制器相连。微控制器：接收各输入模块传输的数据并对其进行运算，根据运算结果向对应的输出模块发送控制指令。模拟量调节模块：分为模拟量输入模块和模拟量输出模块两部分，可采集O5V模拟信号，并可输出模拟信号，其一端与多个传感器相连，另一端与微控制器相连。开关量调节模块：用于对输入的开关量进行电平转换和整形，其一端与多个开关量传感器相连，另一端与微控制器相连。继电器驱动模块：用于驱动多个继电器，其一端通过光电隔离装置与微控制器相连，另一端与多个继电器相连。高速CAN总线接口模块：用于提供高速CAN总线接口，其一端通过光电隔离装置与微控制器相连，另一端与高速CAN总线相连。低速CAN总线接口模块：用于向组合仪表提供车辆状态参数和相关故障信息，其一端通过光电隔离装置与微控制器相连，另一端与组合仪表相连。【学生】聆听、思考、理解、记忆课堂讨论(5min) 【教师】组织学生以小组为单位讨论以下问题：简述整车控制系统的基本结构？ 【学生】聆听、思考、小组讨论，由小组代表发表讨论结果 【教师】与学生一起评价各组的发言通过课堂讨论，激发学生的学习兴趣，加深学生对所学知识的理解第二节课传授新知(30min)【教师】通过大家的发言，引入新知，讲解整车控制系统的基本功能4.1.3整车控制系统的基本功能整车控制系统的基本功能包括驾驶员驾驶意图解析、整车状态监测与显示、整车工作模式管理、整车驱动控制、整车能量优化管理、整车通信网络管理、制动能量回收控制、故障诊断和处理、电动化辅助系统管理、远程控制等。1.驾驶员驾驶意图解析整车控制系统可根据加速踏板、制动踏板位置信号，解析驾驶员的驾驶意图(如加速、减速、制动等).具体来说，整车控制系统通过位置传感器将驾驶员对加速踏板和制动踏板的踩踏程度转化为电信号，根据相关计算规则进行分析计算，得出车辆所需的驱动电机转矩和转速，并将相应的控制指令发送至电机控制器，通过调节电机控制器的输出功率来调整驱动电机的转矩和转速。对于纯电动汽车，驾驶员最简单的驾驶意图是通过控制加速踏板的开度得到期望的驱动电机输出功率。对此，整车控制系统通常以加速踏板的开度平衡曲线为基准，解析驾驶员的驾驶意图。当车辆在平直道路上匀速行驶时，车辆的运动状态点应落在加速踏板的开度平衡曲线上，如图所示.通过讲解、图片展示、课堂互动等教学方法，让学生了解整车控制系统的基本功能OIO20304050607080功率（kW）【课堂讨论】随机挑选学生回答问题观察上图，说一说加速踏板开度与功率的关系？【学生】聆听、思考、讨论问题【教师】总结学生的回答2 .整车状态监测与显示整车控制系统可通过相关传感器和CAN总线对车辆的状态进行实时监测，并将车辆的状态信息和故障诊断信息发送至车载信息显示系统，通过组合仪表显示出来。组合仪表的显示内容包括车速、行驶里程，驱动电机的转速、温度，动力电池的剩余电量、续驶里程、电压、电流，以及各系统的故障信息等。3 .整车工作模式管理整车控制系统根据各种状态信息（如启动开关信号、充电信号、加速/制动踏板位置信号、当前车速、车辆故障信息等）来判断车辆所需的工作模式，如图4-5所示。车辆常用的工作模式如下。驱动力输出1）自检模式如果在下电状态下将车辆的启动开关置于ON挡，则启动自检模式，闭合主继电器，同时整车控制系统上电并进行自检.如果自检失败则进入故障模式，对于较严重的故障，为保证安全，整车控制系统将断开主继电器，进入下电模式；如果自检通过则等待启动信号，以进入启动模式。2）启动模式整车控制系统在上电后将唤醒CAN网络上的其他节点（即各控制单元）开始工作。当整车所有设备都正常启动后，系统进入READY状态，指示驾驶员可以进行正常驾驶操作。具体来讲，如果将车辆的启动开关置于START挡，挡位置于P挡，同时车辆自检通过，没有禁止启动的故障信息，则车辆启动高压上电程序，同时整车控制系统向电机控制器、DC/DC变换器及空调控制器发送高压上电请求指令；电机控制器、DC/DC变换器及空调控制器开始高压自检，若没有检测到高压故障，则将信息反馈给整车控制系统，准许高压上电，整车控制系统通过控制高压预充电装置及主继电器实现高压上电；高压上电结束后，组合仪表上对应的READY指示灯点亮，启动模式完成.3）起步模式如图所示，当车辆由静止状态开始起步时，驱动电机的转矩以某一个可标定的启动转矩（TSl）为目标值，使车速在V<Vl时以固定斜率线性上升,以克服车辆的静摩擦力；当车速v>时，整车控制系统通过控制驱动电机的输出功率，将车速控制在一个合理的速度范围内，并对驱动电机输出的转矩进行平滑处理，从而实现平稳起步。依据上图，说一说转矩与车速的关系？【学生】聆听、思考、讨论问题【教师】总结学生的回答4）行驶模式行驶模式主要根据加速踏板的位置及车辆行驶状态，实时控制驱动电机的转矩，实现按驾驶员驾驶意图控制车辆运行的目的。行驶模式的控制方式分为恒转矩控制和恒功率控制两种，如图所示。【课堂讨论】随机挑选学生回答问题依据上图，说一说转矩与转速的关系?【学生】聆听、思考、讨论问题【教师】总结学生的回答当驱动电机的输出功率没有达到期望功率时，整车控制系统采用恒转矩控制，期望转矩等于输出转矩。当驱动电机的输出功率达到期望功率后，整车控制系统采用恒功率控制，期望功率等于输出功率，此时的输出转矩随转速的增大而减小。整车控制系统采集来自驾驶员的控制指令（如挡位信号、加速踏板位置信号、车辆运行模式等）和车辆状态信息，根据驾驶员的不同需要，可以实现蠕行、前进、后退、巡航等功能。5）制动模式当车辆处于制动状态时，整车控制系统通过采集车辆的状态信息以及制动踏板位置信号，推算车辆所需的制动力矩，并通过制动控制器实现制动力矩的调节。6）再生模式再生模式是在特定工况下控制驱动电机给动力电池充电，实现制动能量回收.再生模式根据制动踏板状态的不同分为滑行再生和制动再生两种情况，如图标OTlViV2：车高,J滑行再生制动再生2【课堂讨论】随机挑选学生回答问题依据上图，说一说转矩与车速的关系？【学生】聆听、思考、讨论问题【教师】总结学生的回答滑行再生和制动再生均采取恒转矩发电，滑行再生转矩为T】，制动再生转矩为T2当车速V大于Vl但小于、，2时，驱动电机的再生转矩按比例逐渐减小，当车速V小于VI时停止再生发电。驱动电机的再生转矩取决于与当前车速及驱动电机的发电能力。【知识链接】拓展知识面【教师】讲述什么是凸极结构及其特征与传统燃油汽车相比纯电动汽车可以在滑行制动过程中实现能量回收。此时，驱动电机将从电动机模式转换为发电机模式向动力电池充电。【学生】聆听、思考7）停车模式停车模式是整车运行过程中无故障出现，驾驶者正常关闭启动开关（ON挡）时所采用的模式.在此模式中，整车控制系统控制驱动电机系统和动力电池系统下电，然后控制各附件设备关闭，完成自动下电过程。8）故障模式整车故障主要来自整车控制器、电池管理系统、电机控制器、空调控制器等控制模块，驱动电机、车载充电机、DoDC变换器、电动压缩机等执行设备，或者加速踏板位置传感器等输入设备。整车故障一般分为三级，通常定义一级故障为严重故障，二级故障为一般故障，三级故障为轻微故障。其中，三级故障不影响车辆正常行使；当出现二级故障时，车辆进入跛行模式，限制驱动系统的输出功率；当出现一级故障时，整车系统进入紧急停止工作状态.9）充电模式充电时，插上充电枪，充电系统开始工作，整车控制系统被唤醒并上电。在检测到充电连接信号后，整车控制系统监控车辆当前状态，若允许充电则启动电池管理系统，并启动充电电路为动力电池充电。充电过程中，整车控制系统持续监测电池管理系统及充电系统的状态信息，并用组合仪表显示充电状态、剩余电量等信息。若出现充电故障，整车控制系统会及时切断主继电器，以中断充电过程，防止发生危险事故。10）下电模式如果启动开关位于OFF挡，则启动下电模式。整车控制系统根据驱动电机系统、空调系统等高压系统的准许下高压电的信号来控制电池管理系统断开高压继电器；同时根据驱动电机系统的温度来确认冷却系统是否要延迟下电，从而直接或延迟关闭冷却系统，关闭主继电器，完成下电。4 .整车驱动控制整车驱动控制主要控制驱动电机输出的驱动转矩，并确定车辆的性能。整车驱动控制的主要目的是基于制动踏板位置信号、加速踏板位置信号、挡位信号等和当前的车辆运行状态，核算出当前车辆的转矩输出能力和最终实际输出的合理转矩，通过电机控制器的功率调节，得到驾驶员预期的车速。5 .整车能量优化管理整车能量优化管理最主要的工作是对动力电池电量的管理和整车能量流动的控制。整车能量优化管理的目标是使能量得到合理有效的利用，同时也应保证动力电池、驱动电机等设备的安全。在正常运行期间，动力电池的电能通过电机控制器输送给驱动电机，使驱动电机运行。车辆在减速、制动期间不需要动力电池供电，相反，通过驱动电机产生再生电能为动力电池充电，可有效提升车辆的续驶里程。整车控制系统能通过控制相关设备来对车辆的能量进行优化管理，从而提高车辆的续驶里程。例如，当动力电池电量较低时，整车控制系统会发送控制指令，关闭部分辅助设备（如音响、空调等），将电能优先供给车辆行驶使用并保证车辆的安全。6 .整车通信网络管理整车控制系统能对整车通信网络进行管理，并通过CAN总线协调电池管理系统、驱动电机系统、空调系统、转向系统、制动系统、冷却系统之间的通信，具体包括信息的组织与传输、网络状态的监控、网络节点的管理、信息优先权的动态分配、网络故障诊断与处理等。7 .制动能量回收控制整车控制系统能对车辆行驶速度、驾驶员制动意图和动力电池的状态进行综合判断，并控制驱动电机回收制动能量。制动能量回收的具体过程为：当车辆达到制动能量回收的条件时，整车控制系统向电机控制器发送指令，使驱动电机在发电机模式下工作，将部分制动能量转化成电能储存在动力电池中.8 .故障诊断和处理整车控制系统能实时监控车辆电控系统，根据传感器的输入信息及CAN总线的通信信息，对各种故障进行诊断、故障等级划分、报警显示、故障码存储等，并采取相应的应急处理措施。9 .电动化辅助系统管理电动化辅助系统包括空调系统、电动助力转向系统、动力电池加热系统等。整车控制系统将根据动力电池的状态，对电动化辅助系统进行管理。10 .远程控制整车控制系统能实现车辆的远程控制，包括远程信息杳询、远程充电控制、远程空调控制等。例如，人们可以通过应用程序实时直询整车状态，如动力电池剩余电量、续驶里程、空调状态、动力电池温度等；人们可以在离车较远的情况下，提前打开车内空调，调节车内温度。另外，汽车厂商也可以通过远程控制功能收集车辆的故障信息，实现远程协助，并为后续开发工作提供数据支持。【学生】聆听、思考、理解、记忆课堂讨论(5min) 【教师】组织学生以小组为单位讨论以下问题：简述驾驶员驾驶意图的解析过程？ 【学生】聆听、思考、小组讨论，由小组代表发表讨论结果 【教师】与学生一起评价各组的发言通过课堂讨论，激发学生的学习兴趣，加深学生对所学知识的理解课堂小结(3min)【教师】简要总结本节课的要点本节课学习整车控制策略、整车控制系统的基本结构及基本功能；希望大家课下能多练习，对整车控制策略、整车控制系统的基本结构及基本功能有一定认识，并能正确、熟练的识别整车控制系统的各组成部分【学生】总结回顾知识点总结知识点，巩固印象作业布置(2min)【教师】布置课后作业【学生】完成课后任务复习巩固学到的知识，并能学以致用教学反思本节课在教学中，采用个别学习，小组合作、全班交流等多种课堂教学组织形式，这些形式就为学生创造提供了合作交流的空间,同时教师还必须给学生的自主学习提供充足的时间,让他们有一个宽松、和谐的学习环境。学生才是学习的主人，教师的一个重要任务就是为学生提供学生合作交流的空间与时间，这是学生自己学习最重要的学习资源环境。