前言

電動(dòng)汽車（EV）與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車（ICEV）雖然有著完全不同的動(dòng)力總成部件，但從Powertrain(動(dòng)力系統(tǒng))架構(gòu)上來看依然可以分為儲(chǔ)能單元和驅(qū)動(dòng)單元兩部分。EV采用動(dòng)力電池系統(tǒng)取代了油箱來儲(chǔ)能，因此增加了電池管理系統(tǒng)（BMS）。同時(shí)EV采用了電機(jī)取代內(nèi)燃機(jī)來驅(qū)動(dòng)車輛，因此電機(jī)控制器（MCU）代替了發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元（ECU）。那么為什么EV還需要比ICEV多增加一個(gè)整車控制器VCU（Vehicle Control Unit ）呢？因此本文主要討論一下VCU在電動(dòng)汽車中的作用。

整車控制器(vehicle control unit，VCU)即動(dòng)力總成控制器，是新能源汽車的核心控制部件，它必須具有高可靠性以及良好的容錯(cuò)性、電磁兼容性和環(huán)境適應(yīng)性，以保障新能源汽車的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

如果把整車控制系統(tǒng)比作學(xué)學(xué)生會(huì)，那么整車控制器則是學(xué)生會(huì)主席，其他控制單元?jiǎng)t是各部部長(zhǎng)。就像學(xué)生會(huì)主席可以為各部部長(zhǎng)分配任務(wù)一樣，整車控制器可以控制新能源汽車的其他控制單元，使新能源汽車實(shí)現(xiàn)行走、制動(dòng)、轉(zhuǎn)向等功能。

整車控制器能采集加速踏板位置信號(hào)、制動(dòng)踏板信號(hào)及其他部件信號(hào)并進(jìn)行相應(yīng)判斷，控制下層各部件控制單元?jiǎng)幼?，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。同時(shí)， 整車控制器還能通過CAN總線對(duì)整車運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行管理和調(diào)度。

02

組成與原理

主要分為集中式控制和分布式控制兩種方案

集中式控制系統(tǒng)的基本思想是整車控制器獨(dú)自完成對(duì)輸入信號(hào)的采集，并根據(jù)控制策略對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，然后直接對(duì)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制指令，驅(qū)動(dòng)純電動(dòng)汽車的正常行駛。

集中式控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是處理集中、響應(yīng)快和成本低；缺點(diǎn)是電路復(fù)雜，并且不易散熱。

分布式控制系統(tǒng)的基本思想是整車控制器采集一些駕駛員信號(hào)，同時(shí)通過CAN總線與電機(jī)控制器和電池管理系統(tǒng)通信，電機(jī)控制器和電池管理系統(tǒng)分別將各自采集的整車信號(hào)通過CAN總線傳遞給整車控制器。整車控制器根據(jù)整車信息，并結(jié)合控制策略對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，電機(jī)控制器和電池管理系統(tǒng)收到控制指令后，根據(jù)電機(jī)和電池當(dāng)前的狀態(tài)信息，控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)和電池放電。

分布式控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是模塊化和復(fù)雜度低；缺點(diǎn)是成本相對(duì)較高。

03

基本功能

（1） 對(duì)汽車行駛控制的功能電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)必須按照駕駛員意圖輸出驅(qū)動(dòng)或制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。當(dāng)駕駛員踩下加速踏板或制動(dòng)踏板時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)要輸出一定的驅(qū)動(dòng)功率或再生制動(dòng)功率。踏板開度越大，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出功率越大。因此，整車控制器要合理解釋駕駛員操作；接收整車各子系統(tǒng)的反饋信息，為駕駛員提供決策反饋；對(duì)整車各子系統(tǒng)的發(fā)送控制指令，以實(shí)現(xiàn)車輛的正常行駛。

（2） 整車的網(wǎng)絡(luò)化管理整車控制器是電動(dòng)汽車眾多控制器中的一個(gè)，是CAN總線中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)。在整車網(wǎng)絡(luò)管理中，整車控制器是信息控制的中心，負(fù)責(zé)信息的組織與傳輸、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的管理以及網(wǎng)絡(luò)故障的診斷與處理。

（3） 對(duì)制動(dòng)能量的回收純電動(dòng)汽車區(qū)別于內(nèi)燃機(jī)汽車的重要特征就是能夠進(jìn)行制動(dòng)能量回收，這是通過將純電動(dòng)汽車的電機(jī)工作在再生制動(dòng)狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)，整車控制器分析駕駛員制動(dòng)意圖、動(dòng)力電池組狀態(tài)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)狀態(tài)等消息，并結(jié)合制動(dòng)能量回收控制策略，在滿足制動(dòng)能量回收的條件下對(duì)電機(jī)控制器發(fā)送電機(jī)模式指令和轉(zhuǎn)矩指令，使得驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作在發(fā)電模式，在不影響制動(dòng)性能的前提下將電制動(dòng)回收的能量?jī)?chǔ)存在動(dòng)力電池組中，從而實(shí)現(xiàn)制動(dòng)能量回收。

（4） 整車能量管理和優(yōu)化在純電動(dòng)汽車中，動(dòng)力電池除了給驅(qū)動(dòng)電機(jī)供電以外，還要給電動(dòng)附件供電，因此，為了獲得最大的續(xù)駛里程，整車控制器將負(fù)責(zé)整車的能量管理，以提高能量的利用率。在電池的SOC值比較低的時(shí)候，整車控制器將對(duì)某些電動(dòng)附件發(fā)出指令，限制電動(dòng)附件的輸出功率，來增加續(xù)駛里程。

（5） 對(duì)車輛狀態(tài)的監(jiān)測(cè)和顯示整車控制器通過直接采集信號(hào)和接收CAN總線上的數(shù)據(jù)的方式獲得車輛運(yùn)行的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，包括速度、電機(jī)的工作模式、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、電池的剩余電量、總電壓、單體電壓、電池溫度和故障等信息，然后通過CAN總線將這些實(shí)時(shí)信息發(fā)送到車載信息顯示系統(tǒng)進(jìn)行顯示。此外整車控制器定時(shí)檢測(cè)CAN總線上各模塊的通信，如果發(fā)現(xiàn)總線上某一節(jié)點(diǎn)不能夠正常通信，則在車載信息顯示系統(tǒng)上顯示該故障信息，并對(duì)相應(yīng)的緊急情況采取合理的措施進(jìn)行處理，防止極端狀況的發(fā)生，使得駕駛員能夠直接、準(zhǔn)確地獲取車輛當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)信息。

（6） 故障診斷與處理連續(xù)監(jiān)測(cè)整車電控系統(tǒng)，進(jìn)行故障診斷。故障指示燈指示出故障類別和部分故障碼。根據(jù)故障內(nèi)容，及時(shí)進(jìn)行相應(yīng)安全保護(hù)處理。對(duì)于不太嚴(yán)重的故障，能做到低速行駛到附近維修站進(jìn)行檢修。

（7） 外接充電管理實(shí)現(xiàn)充電的連接，監(jiān)控充電過程，報(bào)告充電狀態(tài)，充電結(jié)束。

（8） 診斷設(shè)備的在線診斷和下線檢測(cè)負(fù)責(zé)與外部診斷設(shè)備的連接和診斷通信，實(shí)現(xiàn)UDS診斷服務(wù)，包括數(shù)據(jù)流的讀取，故障碼的讀取和清除，控制端口的調(diào)試。

審核編輯：黃飛