纯电动汽车的整车控制器VCU.docx

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1、纯电动汽车的整车控制器VCU目录1 .VeU是什么意思12 .组成23 .新能源汽车整车控制器（VeU）是怎样工作的23.1.概述23.2.整车控制器主要交互的系统33.2.1.行驶控制；43.2.2.附件管理；43.2.3.能量管理；43.2.4.故障处理：53.2.5.信息交互（主要是与仪表等交互，进行状态或数值显示）53.3.新能汽车原理图63. 4.新能源整车控制器关键技术64. 5.整车网络架构发展趋势75. 6.AUTOSAR分层结构及应用软件层功能84.功能104.1. 驱动系统控制104. 2.整车能量管理和优化114. 3.整车通信和网络管理114. 4.故障处理与诊断114

2、. 5.汽车状态显示114. 6.自检模式114. 7.启动模式114. 8.起步模式114. 9.行驶模式114. 10.制动模式125. 11.停车模式124. 12.故障模式126. 13.充电模式127. 图片121.VCU是什么意思VCU是纯电动汽车的电控系统。这套系统是纯电动汽车的核心部件，相当于汽油车的ECU。VCU可以控制纯电动汽车的电动机的运行，也可以控制纯电动汽车上其他电子设备的运行。VCU相当于纯电动车的大脑。没有VCU,纯电动汽车无法正常运行。随着地球环境污染的日益严重，世界各国都在出台更加严格的排放法规，所以很多汽车厂商都在积极研发纯电动汽车。纯电动汽车相比内燃机汽车

3、有很多优势。纯电动汽车行驶时没有尾气排放，有利于保护环境。而且纯电动车依靠电机驱动车辆前进，电机在运行时没有过多的抖动和噪音。所以纯电动车车内的安静性更好。然而，纯电动汽车也面临一些亟待解决的问题，如续航里程短、充电速度慢、电池回收等。纯电动汽车的电池需要定期更换。随着充放电次数的增加，电池的性能会下降，需要定期更换。如果不正确回收和处理被替换的废电池，它们将对全球环境造成严重污染。2 .组成整车控制器主要由硬件和软件组成，硬件包括壳体和硬件电路，软件分为应用软件和底层软件。壳体主要用于硬件电路的保护以及密封，要满足防水、防尘等清洁度要求，也要满足避免跌落、振动等机械要求。硬件电路主要由主控芯

4、片(32位处理芯片)及周边的时钟电路、复位电路、电源模块组成，一般还配备数字信号/模拟信号处理电路，频率信号处理电路和通信接口电路等。应用软件和底层软件一般由C语言编写。应用软件主要是上层控制策略，主要负责根据车辆状态和驾驶员意图实时控制能量流向和分配比例。底层软件主要负责单片机初始化设置、CAN总线信号的实时收发和输入、输出信号的实时处理与诊断。3 .新能源汽车整车控制器(VCU)是怎样工作的3.1.概述整车控制器是用在纯电车型中的控制器，其功能类似于燃油车的发动机控制器(EMS),是新能源车辆控制系统中的“大脑级”控制器。在某些插电式混合动力车型中，也会用到整车控制器。整车控制器主要交互的

5、控制器如下图所示。3.2.整车控制器主要交互的系统相应地，可以看出整车控制器的主要功能包含:任务调度器故障诊断附件控制上下电蠕行模式中间数据DO驱动驱动A1驱动制斤控前动能量回收模式1超速模式1Emios驱动滑行能量回收模式CAN驱动正常驱动模式CCP扭矩控制功率限制OBD硬件层3.2.1.行驶控制；新能源汽车的动力电机必须按照驾驶员意图输出驱动或制动扭矩。当驾驶员踩下加速踏板或制动踏板，动力电机要输出一定的驱动功率或再生制动功率。踏板开度越大，动力电机的输出功率越大。因此，整车控制器要合理解释驾驶员操作；接收整车各子系统的反馈信息，为驾驶员提供决策反馈；对整车各子系统的发送控制指令，以实现车

6、辆的正常行驶。3.2.2.附件管理；对DCDC、车载充电机、水泵、空调压缩机等进行控制管理。决定什么时候使能高压部件，使部件工作；并根据整车及部件的温度、电压、电流条件进行1oS(HmitatiOnoPeratiOnStrategy)处理，适当的降功率甚至停机。当部件温度过高时请求冷却，计算冷却需求水流量。当车辆开启空调时，启动空调压缩机工作，通过PWM控制压缩机工作，为整车制冷。3.2.3.能量管理；在纯电动汽车中，电池除了给动力电机供电以外，还要给电动附件供电，因此，为了获得最大的续驶里程，整车控制器将负责整车的能量管理，以提高能量的利用率。在电池的SoC值比较低的时候，整车控制器将对某些

7、电动附件发出指令，限制电动附件的输出功率，来增加续驶里程。新能源汽车以电动机作为驱动转矩的输出机构。电动机具有回馈制动的性能，此时电动机作为发电机，利用电动汽车的制动能量发电，同时将此能量存储在储能装置中，当满足充电条件时，将能量反充给动力电池组。在这一过程中，整车控制器根据加速踏板和制动踏板的开度以及动力电池的SOC值来判断某一时刻能否进行制动能量回馈，如果可以进行，整车控制器向电机控制器发出制动指令，回收能部分能量。3.2.4.故障处理；整车控制器应该对车辆的状态进行实时检测，并且将各个子系统的信息发送给车载信息显示系统，其过程是通过传感器和CAN总线，检测车辆状态及其各子系统状态信息，驱

8、动显示仪表，将状态信息和故障诊断信息经过显示仪表显示出来。显示内容包括：电机的转速、车速，电池的电量，故障信息等。连续监视整车电控系统，进行故障诊断。故障指示灯指示出故障类别和部分故障码。根据故障内容，及时进行相应安全保护处理。对于不太严重的故障，能做到低速行驶到附近维修站进行检修。3.2.5.信息交互（主要是与仪表等交互，进行状态或数值显示）。将动力系统，电机、电池、高压系统、空调的主要数据、故障状态等传到仪表，接收驾驶员的控制信息。此外整车控制器还有充放电管理等功能。有部分车企还会将部分热管理的功能放进HCU中，主要用来控制水泵、风扇、空调控制阀、热交换器等工作。3.3.新能汽车原理图新能

9、源上图为新能源整车控制器关键技术，主要是扭矩分配、换挡调节、能量回收等。HCU和其他控制器之间主要通过CAN通信进行信息交互。会有少数信息通过硬线、1IN线、F1exray等方式传递。主要架构类似于下图中分布式结构。整车系统根据功能分若干CAN子网络，不同CAN子网络之间通过网关连接。网关负责不同子网络之间的信号路由。从图中可以看出以后的总体发展方向是向少控制器，高速化方向发展。这主要是因为，随着汽车电气化、智能化的发展，通信信息量大大增加，对通信的实时性要求更高，所以需要更高的通信速率。对通信实时性要求高的同时，对控制器CPU的计算能力提出更高要求，所少控制器方案便于集成计算能力更强的CPU

10、,降低成本。整车控制器分硬件结构(PCB板)如下图，来自百度成。业内普遍采用的控制器架构是autosar架构。AUTOSARarChiteCtUre的分层式设计，用于支持完整的软件和硬件模块的独立性(IndePendence),中间RTE(RuntimeEnVirOnment)作为虚拟功能总线VFB(Virtua1Functiona1Bus)的实现，隔离了上层的应用软件层(APP1iCation1ayer)与下层的基础软件(BaSiCSoftWare),摆脱了以往ECU软件开发与验证时对硬件系统的依赖。软硬件分离的分层设计，对于OEM及供应商来说，提高了系统的整合能力，尤其标准化交互接口以及软

11、件组件模型的定义提高了各层的软件复用能力，从而降低了开发成本，使得系统集成与产品推出的速度极大提升。3. 6.AUTOSAR分层结构及应用软件层功能App1ication1ayerHar(areautosar分层更细一层如下:IApp1icationSoftwareIComponentActuatorSoftwareComponentSnorSoftwareComponentAUTOSARSoftwareApp1ication1SoftwareComponentIIAUTOSAR1ntrfacIIRTEIAUTOSARISoftwareFOfnpOgn1iI1ntrtc10SUndardize

12、dAUTOSARInterfaceStandardized1ntdacAUTOSARInterfaceAUTOSARInterfaceSrvicsommunicatiorECUAbstractionSUdardUd1ntrfacStendardUd1ntdacStandardized1ntdacComp1exDeviceDriversStandardizedInWfECUHardwareMtCrOCOntrogAbstraction详见链接:ecuFirmwareStandardSoftwareAUTOSAR软件架构（一）JO14252814的博客CSDN博客_autosar软件架构我们可以了

13、解应用软件层(APP1iCation1ayer)，即asw层；基础软件(BaSiCSoftWare)即bsw层，是控制器主要的两层。应用层软件开发流程多为V字形开发流程。V字形开发流程V模式开发，其理念就是通过协同合作，使得软件设计达到高效与高质兼得的目的。模型的水平方向，强调验证的及时性和适用性。通用的经验，在“V”字的最下面，比较基础的工作，采用白盒测试，越往上，系统越复杂，倾向于向黑盒测试过度。具体整车控制器的开发过程：首先，根据提炼的需求，建立数学模型，并进行模型仿真；然后，将模型数据下载到快速原型中，用硬件接口替代原来模型中的逻辑接口；下一步，利用专业软件，生成C代码，与底层程序集成

14、后，通过接口程序下载到整车控制器硬件中，准备进行调试。这个过程中，每个功能模块会分别进行调试；接下来，硬件在环仿真测试，利用模拟器模拟车辆运行环境，对VeU进行功能测试；最后，VCU装车，实车测评，完成通讯协议标定。测评通过后，得到产品的第一个版。4.功能4. 1驱动系统控制协调各动力部件运动，保证电动汽车正常行驶。5. 2.整车能量管理和优化根据实际工况，对整车进行管理，监控电动汽车充电以及制动能量的回收，控制车上其他用电设备，实现能量高效分配，提高整车经济性，延长整车使用寿命。4. 3.整车通信和网络管理电动汽车上除了整车控制器，还有电动机控制器、电池管理系统等各个子控制系统，这些控制器之间需要通信，整车控制器通过CAN通信网络将各个子控制系统连接在一起，协调管理整个通信网络。4. 4.故障处理与诊断实时监控各设备运行状态，对出现的异常情况进行诊断、提示和主动修复，保证电动汽车安全运行。4. 5.汽车状态显示对汽车的状态信息进行采集和处理，将重要的状态和故障信息发送给仪表进行显示，如车速、电动机转速、电池剩余电量、电动机或者电池故障信息等。3.工作模式4. 6.自检模式当钥匙门信号处于ON挡，启动自检模式，整车控制器