淺析純電動汽車的整車控制器

南京交通技師學院 宋云波

整車控制器是純電動汽車的核心控制器件，相當于電動汽車的大腦，是電動汽車上全部電氣的運行平臺，其性能對整車的安全性尤為關鍵，同時也直接影響其他電氣性能的發(fā)揮，是整車性能好壞的決定性因素之一。目前，現(xiàn)有維修資料及院校教材對整車控制器深入介紹的很少，導致廣大維修人員及院校師生在工作和學習中缺乏理論參考，本文主要針對整車控制器功能、控制策略、設計過程等方面進行解析，供維修和學習人員參考。

整車控制器（VCU，Vehicle Control Unit），即動力總成控制器，有的車輛以單獨的模塊運行，如北汽新能源車；有的與車身控制器集成，如比亞迪；有的與電池控制器BMS或電機控制器集成，如微型共享電動汽車。

1 純電動汽車整車控制器結構與功能

1.1 整車控制器的結構

整車控制器結構上由金屬殼體和PCB線路板組成，功能上由主控芯片及其周邊的時鐘電路、復位電路、預留接口電路和電源模塊組成最小系統(tǒng)。在最小系統(tǒng)以外，一般還配備數字信號處理電路、模擬信號處理電路、頻率信號處理電路、通訊接口電路（包括CAN通訊接口和RS232通訊接口）。

1.2 整車控制器的功能

整車控制器采集加速踏板信號、制動踏板信號及其他部件信號，并做出相應判斷后，控制下層的各部件控制器的動作，可實現(xiàn)整車驅動、制動、能量回收等功能，電動汽車整車控制系統(tǒng)框圖如圖1所示。主要功能如下。

圖1 整車控制系統(tǒng)框圖

（1）整車驅動控制。接收、處理駕駛人的駕駛操作指令，并向各個部件控制器發(fā)送控制指令，使車輛按駕駛人意愿行駛。

（2）能量管理功能，如充電和放電回收。

（3）整車輔助系統(tǒng)控制，如電動空調、暖風等控制。

（4）整車安全管理和診斷功能，如預警和故障干預。系統(tǒng)故障的判斷和存儲，動態(tài)檢測系統(tǒng)信息，記錄出現(xiàn)的故障。對整車具有保護功能，根據故障的類別對整車進行分級保護，緊急情況下可以關閉發(fā)電機及切斷母線高壓系統(tǒng)。

（5）整車網關的管理功能，實現(xiàn)新能源CAN和車身CAN交互。與電機、DC/DC、蓄電池組等進行可靠通訊，通過CAN總線以及關鍵信息的模擬量進行狀態(tài)的采集輸入及控制指令的輸出。

（6）整車信息管理功能，如儀表顯示、遠程監(jiān)控等。接收處理各個零部件信息，結合能源管理單元提供當前的能源狀況信息。

（7）高低壓安全管理與保護功能。根據故障的類別對整車進行分級保護，緊急情況下可以切斷母線高壓系統(tǒng)。

2 整車控制邏輯和策略

2.1 整車控制邏輯

純電動汽車整車控制節(jié)點包括：電機控制器、電池控制器、充電控制器、空調控制器、儀表控制器、真空泵、風扇控制器等，其控制邏輯如圖2所示。一級控制為整車控制器直接控制。其中電機控制器、電池控制器、充電控制器、空調控制器、儀表控制器通過CAN網絡通訊傳輸控制指令；真空泵、風扇控制器直接通過普通導線傳輸控制指令，為硬線控制。

圖2 整車控制邏輯

2.2 整車控制策略

（1）整車狀態(tài)的獲取，主要內容如下。

1）點火鑰匙狀態(tài)為OFF、ACC、ON、START。

2）充電監(jiān)控狀態(tài)為充電喚醒或充電連接狀態(tài)。

3）變速器擋位狀態(tài)為P、R、N、D。

4）加速踏板位置（加速踏板開度為0%～100%）。

5）制動踏板狀態(tài)為踩下制動踏板或未制動。

6）電池控制器中繼電器、電壓、電流等狀態(tài)。

7）MCU工作模式、轉速、扭矩等狀態(tài)。

8）EAS、PTC狀態(tài)信息。

9）ABS 狀態(tài)、ICM狀態(tài)等。

（2）駕駛人的意愿識別和控制模式的判斷。純電動汽車整車有2種工作模式，即充電模式和行駛模式。整車控制器有低壓喚醒后，周期執(zhí)行整車模式的判斷，其中充電模式優(yōu)先于行駛模式。

充電模式：充電喚醒信號，（快慢充）充電門板信號或連接確認信號。

行駛模式：點火開關置于ON位時，無充電喚醒信號，無充電門板信號或連接確認信號。

純電動汽車工作模式的切換：充電模式不能切換到行駛模式，當點火開關處于ON位并充電時，此時關閉充電口，車輛不能上高壓，需要駕駛人將點火開關打到非ON位，并再次轉到ON位方可上電；行駛模式可以切換到充電模式，整車行駛時，如果檢測有充電需求，整車控制器需要先執(zhí)行高壓下電后，再進行正常的充電流程。

（3）整車故障的判別及處理。整車控制器根據電機、電池、DC/DC等零部件故障、整車CAN網絡故障及整車控制器硬件故障進行綜合判斷，確定整車的故障等級，并進行相應的控制處理。整車故障等級有四級，見表1所列。

（4）外圍相連驅動模塊的管理。整車控制器外圍相連驅動模塊控制有電池內高壓主負繼電器、空調系統(tǒng)高壓繼電器、冷卻液泵、DC/DC、冷卻風扇、電子轉向助力系統(tǒng)、快充繼電器等。

表1 整車故障等級劃分表

3 整車控制器的開發(fā)流程

整車控制器的開發(fā)過程，一般會遵循V模式開發(fā)過程。V模式開發(fā)的理念是通過協(xié)同合作，使得軟件設計達到高效與高質兼得的目的，具體流程如下。

（1）根據提煉出來的需求，建立數學模型，并進行模型仿真。

（2）將模型數據下載到快速原型中，用硬件接口替代原來模型中的邏輯接口。

（3）利用專業(yè)軟件，生成C代碼，與底層程序集成后，通過接口程序下載到整車控制器硬件中，準備進行調試。這個過程中，每個功能模塊會分別進行調試。

（4）硬件在環(huán)仿真測試，利用模擬器模擬車輛運行環(huán)境，對整車控制器進行功能測試。

（5）整車控制器裝車，進行實車測評，完成通訊協(xié)議標定。測評通過后，得到產品的第一個版本。