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纯电动客车VCU下线检测仪控制策略设计
2020-03-31 08:21:28· 来源：《纯电动客车VCU下线检测仪控制策略设计》 作者：东风襄阳旅行车有限公司
本文以某公司的纯电动客车为对象，介绍其整车控制器（VCU）下线检测仪的控制策略设计。VCU是整个汽车的大脑，主要作用是通过接收操作指令和根据车辆的各种状态信
本文以某公司的纯电动客车为对象，介绍其整车控制器（VCU）下线检测仪的控制策略设计。VCU是整个汽车的大脑，主要作用是通过接收操作指令和根据车辆的各种状态信息，合理地控制电机以及整车上各个部件的平稳运转，驱动车辆正常行驶。因此纯电动客车的性能与VCU的控制质量和控制策略密不可分。VCU下线检测仪为检测VCU下线装车前的最后一道环节，是把控VCU是否合格的重要手段。
1 整车控制器硬件信号分布
VCU的主要输入输出环有CAN总线信号､数字输入信号､数字输出信号､模拟量输入信号和PWM输出信号等。因此，上位机要对这些信号逐一检测并作出分析报告，当VCU收到上位机发出的检测指令时需要作出相应的输入输出指示，以此判断整车控制器各路信号的输入､输出是否正常。
以某型号VCU为例，该控制器采用飞思卡尔的MPC5604 芯片，该芯片是基于Power Architecture 架构的32 位单片机，它满足汽车和工业功能安全应用的最高功能安全标准，在汽车控制领域应用广泛。
图1 为VCU下线检测仪功能组成示意图。其基本思路为：通过广播式CAN通讯，将指定协议的报文广播到CAN总线上，然后VCU根据协议作出相应回复，机载板卡再对回复进行判断，然后将结果反馈给上位机，上位机将结果显示出来，以达到检测的目的。上位机与VCU有着相同的协议，上位机发送报文及VCU反馈报文的周期均为100ms。
2 VCU软件控制策略设计
2.1 对数字输入信号的检测
VCU的数字输入信号分为高电平输入与低电平输入，控制策略为：上位机通过CAN广播的报文发送检测指令，同时将板卡引脚信号置高或置低，VCU收到报文指令，并检测引脚接收到的高低电平信号，通过CAN广播将引脚接收到的状态信息发送给上位机，上位机根据接收到的报文与实际输出进行比对，判断当前VCU引脚硬件的数字输入是否正常，如图2 所示。
具体实施步骤如下：
1）上位机发送报文指令，同时根据报文将相应的引脚置高或置低。报文ID 为0x1801A1B1，8 字节数据分别为：
其中，Mode 为上位机检测的模式，Mode=0x01 为数字输入检测，Mode=0x02 为模拟量输入检测；Chan⁃nel 为VCU与板卡对应的通道号；Enable 为板卡输入检测使能信号。
2）VCU收到报文指令后，对输入引脚进行检测，并将检测后的引脚状态信息通过CAN报文发送给上位机，该报文数据样例为：
其中，Mode 和Channel 含义如上所述；xx3 为该通道的状态反馈；xx4 与xx5 为模拟输入信号输出值。
3）当板卡收到VCU发出的有效报文后，将报文解析并与板卡输出状态信息对比判断后，将结果显示在上位机上。
4）上位机板卡对VCU引脚逐一进行检测，直至将VCU所有的输入引脚全部都检测完。
2.2 对CAN通讯信号的检测
VCU的CAN信号分为三路，分别为CANA､CANB 和CANC。CAN信号由VCU主动连续发送报文进行检测。CANA 信号线路发送的报文ID 为0x0CFF00EF，数据格式如式（2）所示，其中A_Counter表示CANA 的计数器，上位机对该报文的末尾计数器进行检测。若10个周期的计数发现计数器还未更新，则认为该CAN通讯故障。CANB 和CANC 的检测方式同CANA。
2.3 对模拟输入信号的检测
模拟信号的检测流程与数字输入信号类似，但VCU返回的报文解析后为该引脚的电压值，并且板卡发送的是一个模拟量的值。VCU检测后将该值发送给上位机，上位机校验后显示该模拟量是否正确。由于通常情况下模拟量的检测有误差，因此规定板卡的模拟量与VCU检测到的模拟量之间相差±3% 以内。如图3 所示。
VCU返回报文格式，如式（2）所示，其中，xx4 为低字节，xx5 为高字节，规定偏移量为0，分辨率为0.01。则报文与实际数据E 之间的计算关系为：
E=（xx5xx4）×0.01 （3）
当VCU收到上位机发来的模拟量测试信号报文后，VCU将所测得的电压值根据式（3）转换成报文发送给上位机，上位机以±3% 的误差分析报文，将检测的结果显示在上位机上。
2.4 对PWM 输出信号的检测
VCU输出PWM 信号通常用于控制各散热风扇的运转，实现风扇的无极调速。在VCU控制程序中占空比和周期（频率）是其最重要的两个参数，因此测试板卡只需要对VCU发出波形的占空比和周期进行检查即可完成对VCU硬件引脚的测试，如图4 所示。
1）上位机发送控制指令报文，ID 为0x18FFA1B1，报文为：
07 82 33 xx1 xx2 xx3 xx4 00（4）
其中，xx1 表示测试VCU引脚对应的通道号，xx2､xx3 分别表示PWM 波形的频率的低字节和高字节，xx4 表示PWM 的使能信号。
2）当VCU收到上位机发来的允许使能测试报文后，将根据报文中对应的通道和频率输出PWM波形。
3）上位机板卡接收到PWM 信号后，测量对应通道的占空比与频率，以±3% 的误差为基准，然后判断VCU输出波形是否合格，将结果显示在上位机上。
2.5 对数字输出信号的检测
VCU的输出信号通常用于驱动某些低压器件和一些需要硬线控制的电器件，例如接触器､打气泵控制使能､主接触器控制使能等。如图5 所示，测试步骤如下：
1）上位机首先发送报文，报文ID 为0x1802A1B1，报文为：
01 Channel xx1 xx2 00000000（5）
其中，Channel 为VCU与板卡对应的通道号；xx1为引脚空位字节，0x00表示将当前通道置低，0x01 表示将当前引脚置高；xx2 为使能控制字节，0x01 表示将该引脚输出，0x00不使能该引脚。
2）上位机发送控制指令后，检测该引脚输出是否与实际一致。
3 结束语
本文介绍了一种VCU下线检测仪的控制策略设计，其中涉及到常用的5 种信号的测试，重点说明了通过CAN报文将收到的信息与目标值进行匹配校验的检测方法，并且将数字量输入检测､模拟输入信号检测与CAN信号检测的信息内容包含在同一ID 中，尽可能节省CAN总线资源，便于后期扩展。
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