基于纯电动汽车的整车控制器分析
纯电动汽车整车控制器(vcu)研究
车辆工程技术 2 车辆技术纯电动汽车整车控制器（VCU）研究宋述铨（天津优控智行科技有限公司,天津 300000）摘 要：电动汽车主要由电池管理系统(BMS)，整车控制系统(VCS)，以及电机控制器(MCU)等构成。
整车控制器(VCU)是电动汽车的重要控制结构，对汽车的各种信息进行检测、对车内通信网络和异常信息进行监控等，能够提高整车驾驶性能，进行制动能量回馈完善能源管理。
提升整车舒适性，使用户获得完美体验。
关键词：纯电动汽车；整车控制器；完美体验 随着社会的发展与科技的进步，各个城市的汽车使用户喷井式增加。
传统的内燃机汽车消耗石油，排出大量废气，使得城市的空气质量不断下降。
纯电动汽车由于不使用传统化石能源，对环境不造成污染，受到人们的青睐。
随着科技的进步，电动汽车的核心技术不断地革新与突破，逐渐完善的城市基础设施提供了有利的帮助，电动汽车已经成为潜力股，逐步取代传统汽车变为可能。
本文从汽车结构出发，结合整车信息传输过程，设计了整车控制器的软硬件结构。
1 整车电控系统组成 整车电控系统主要由整车控制器VCU为核心，通过硬线信号指挥各控制器使能，通过CAN总线信号控制储能系统、电机系统等关键总成执行相应的上下电动作以及扭矩指令。
最终完成整车的驾驶运行以及高压充电。
其中，低压部分完成车辆控制器供电和信号采集通讯。
高压部分通过高压线束将动力电池的电能传输到空调压缩机、电动机等高压供电设备，实现动力电能的传输。
其中电机、电池、电控系统被称为“三电”系统，主要包括：1.1 整车控制器 整车控制器系统为整车的运行大脑，具有高可靠性、高运行效率、逻辑缤密性。
整车控制系统上电后首先运行初始化程序并且自检，在自身没有问题后驱动端口使能储能系统、电机系统上电。
储能系统和电机系统完成上电后同样分别进行上电自检。
所有系统自检无故障且驾驶员有上高压指令时，整车控制系统通过总线驱动储能系统、电机系统完成上高压动作。
1.2 储能系统 储能系统包括动力电池组和BMS管理单元。
简谈整车控制器 VCU
1.概述整车控制器VCU（Vehicle control unit）作为新能源车中央控制单元，是整个控制系统的核心。
VCU 采集电机及电池状态、加速踏板信号、制动踏板信号及其它执行器传感器控制器信号，根据驾驶员的驾驶意图综合分析并做出相应判定后，监控下层的各部件控制器的动作，它负责汽车的正常行驶、制动能量回馈、整车发动机及动力电池的能量管理、网络管理、故障诊断及处理、车辆状态监控等，从而保证整车在较好的动力性、较高经济性及可靠性状态下正常稳定的工作。
可以说整车控制器性能的优劣直接决定了新能源汽车整车性能的好坏，起到了中流砥柱的作用。
2.发展过程整车控制器可谓是起源于传统汽车，落地于新能源汽车。
传统汽车包含发动机控制器、变速箱控制器、车身控制器、底盘控制器等，各控制器是由不同的Tier1 提供，为解决各自零部件的功能及性能指标而定制设计。
比如EMS 是解决发动机燃油经济性、排放法规及热处理等。
变速箱是解决操作杆与齿轮动作的相互协调及切换。
各自独立控制车辆某一部分，无法总体考虑整车性能与功能需求。
因此部分OEM 为了实现整车定制功能、个性化设计、摆脱国外Tier1高昂的开发费及开发周期，有了整车控制器最初的概念设想。
由于国内电控技术起步晚，OEM对国外Tier1的控制力不足，直到新能汽车快速发展，混合动力迫切需要解决燃油动力系统与电池动力系统之间的有效协调，纯电动车需要解决整车动力管理，因此明确了整车控制器的概念及功能定义，奠定了VCU 获得的高速发展的基础。
传统汽车E／E 架构传统汽车E／E 架构行业分析新能源起步阶段，大概在2012－2015年诞生了第一代VCU产品。
技术来源于传统汽车电控ECU，以发动机控制器及车身控制器为主要技术来源。
行业典型产品有德尔福的HCU－2、联电的VCU、大陆的H300及普华第一代VCU－1。
VCU－1 是普华软件与国内知名OEM 合作开发，采用主从的硬件解决方案，AUTOSAR3．1．5软件平台，是国内最早自主AUTOSAR 软硬一体化的VCU 解决方案。
纯电动汽车整车控制器(TAC)
整车控制器通过CAN总线接口连接到整车的CAN网络上与整车其余控制节点进行信息交换和控制。
控制器硬件包括微处理器、CAN通信模块、BDM调试模块、串口通信模块、电源及保护电路模块等。微处理器选用了Motorola公司专门为汽车电子开发的MCgS12，它具有运算速度快和内部资源与接口丰富的特点，适合实现整车复杂的控制策略和算法。CAN通信模块符合CAN2.0B技术规范，采用了光电隔离、电源隔离等多项抗干扰设计;BDM调试模块用于实时对控制程序进行调试、修改;串口通信模块用于对控制系统的诊断和标定; 电源模块进行了二级滤波的冗余设计，保证控制器在车载12V系统供电情况下正常工作，并具短路保护功能。
其硬件结构框图如图一所示。
整车控制器实物图如图二所示。
性能指标：
1）工作环境温度： -30℃—+80℃
2）相 对湿度： 5%~93%
3）海 拔高度： 不大于3000m
4）工作电压： 18VDC—32VDC
5）防护等级： IP65
功能指标：
1）系统响应快，实时性高
2）采用双路CAN总线（商用车SAE J1939协议）
3）多路模拟量采样(采样精度10位)；2路模拟量输出（精度12位)
4）多路低/高端开关输出
5）多路I/O输入
6）关键信息存储
7）脉冲输入捕捉
8）低功耗，休眠唤醒功能
该项目使用的INFINEON的物料清单：
TC1782
TLE7368-Biblioteka ETLE6240GPBTS4880R
IPG20N06S2L-65
纯电动汽车整车控制器软件设计
纯电动汽车整车控制器软件设计作者：文 / 杨凡来源：《时代汽车》 2020年第15期杨凡湖南猎豹汽车股份有限公司湖南省长沙市 410100摘要：整车控制器作为电动汽车的控制核心部件之一，对电动汽车的动力经济性、平顺性和安全性都有很大的影响。
本文以某纯电动汽车为对象，针对其整车控制需求进行分析，采用基于模型的开发方式，对其整车控制策略进行设计，实现了整车控制软件所需的功能。
关键词：电动汽车整车控制器控制软件Software Design of the Vehicle Control Unit for Battery Electric VehicleYang FanAbstract：As one of the core control components of electric vehicles, thevehicle control unit has great influence on the power economy, ride comfort and safety of electric vehicles. This paper takes a battery electric vehicle as the object, analyzes its vehicle control requirements, adopts a model-based development method, designs its vehicle control strategy, and realizes the functions requiredby the vehicle control software.Key words：electric vehicle,vehicle control unit, control software近年来，随着国内消费者对电动汽车的认可度不断提升，电动汽车市场不断扩容，各整车企业纷纷加大电动汽车的研发投入。
基于功能安全的电动汽车整车控制器开发与实现
在MATLAB/Simulink软件环境中建立相应的软件模型,并根据不 同任务的触发周期设计精确的调度系统模型予以实现。(4)建立 模块化整车前向仿真模型,完成VCU的模型在环测试。
搭建基于NI硬件设备及NI VeriStand软件的硬件在环测试平台。 最后通过故障注入的测试方案,进行硬件在环测试以验证该VCU 的整车控制及监控策略。
主要完成了以下工作:(1)根据ISO 26262标准第3部分功能安全 概念设计的要求,从相关项定义出发,对VCU完成HARA分析。根据 HARA分析导出功能安全概念的设计方案及技术安全需求规范,并 基于MPC5744P芯片的双核硬件架构,设计了包括功能层、冗余监 控层和控制器监控层的软件架构方案。
(2)完成整车控制器硬件设计方案及安全分析流程。根据所制定 的技术安全需求设计了 VCU关键模块电路图,并运用故障树分析 法及硬件架构度量分析法对该硬件方案进行了安全分析,以确保 该硬件方案可车控制器应用层软件设计及建模工作。根据软件技术 安全需求及目标电动方程式赛车的结构特点,制定了 VCU的整车 控制及监控策略。
基于功能安全的电动汽车整车控制器 开发与实现
近年来,由于环境污染、能源危机所带来的影响越来越明显,汽 车领域的重心逐渐向无污染、低耗能的电动汽车转移。但是由 于电动汽车对于电子部件的集成度越来越高,因此其安全性也成 为人们最为关心的热点之一。
为了保证复杂系统下汽车的安全性,国际标准化组织针对汽车功 能安全发布了 ISO 26262《道路车辆功能安全标准》,旨在提高 汽车避免功能发生非预期失效的能力。本文依托湖南大学电动 方程式赛车项目,按照ISO 26262标准提供的功能安全开发流程, 开发一款可靠、安全的整车控制器软硬件。
基于纯电动汽车整车控制器的功能安全分析与设计
Internal Combustion Engine&Parts0引言随着技术的进步和更新迭代，世界汽车领域的产品越来越多元化（电动化、网联化、智能化）。
更多的汽车配备了电子电气系统，例如电驱动系统（BMU）、电动转向系统（EPS）、电池管理系统（BMS）辅助驾驶系统等，传统的机械部件被先进的电子器件所替代。
引入如此复杂的电子电气系统对整车安全带来了极大的风险，而ISO26262是第一个适用于量产车辆的功能安全标准，ISO26262的目标是筛选出所有会对驾驶员、乘客、路人、周边车辆中人员造成伤害的不合理的风险，因此通过功能安全的开发要求来避免这些风险。
1新能源汽车整车控制器(VCU)概述整车控制器（VCU）作为一辆整车控制系统中的重要技术核心和系统组成部件，主要是负责和协调控制整车各子系统的重要功能和任务。
为了更好地满足提高整车系统的安全性、动力性、经济性和舒适性的技术目标，第一，必须使整车具有一个智能化的人机和整车交互网络接口。
第二，各整车子系统还必须彼此紧密协作，优化功能匹配。
第三，基于总线的整车分布式控制和交互网络是目前使众多整车子系统能够实现协同运行和控制的理想解决途径。
VCU主要功能如下：1.1车辆的驾驶控制VCU根据司机驾驶的加速踏板开度、制动力、挡位、转向等驾驶意图和动力电池的荷电状态，经分析和处理，协调各动力系统的工作状态及电机功率和扭矩输出，满足驾驶工况要求。
包括启动、加速、滑行、制动和倒退等工况，以实现车辆的正常行驶。
1.2整车的网络化管理VCU在实现车辆驾驶控制的同时，通过CAN总线完成与众多电子控制单元之间进行数据交换。
其负责信息的组织与传输、网络状态的监控、网络节点的管理以及网络故障的诊断与处理。
1.3整车能量优化管理根据制动踏板和加速踏板信息、车辆行驶状态信息、蓄电池状态信息，判断制动模式，计算制动力矩分配，向电机控制器发出制动指令，在不影响原车制动性能的前提下，考虑行驶状态和电池状态来回收部分能量。
纯电动汽车整车控制器（VCU）设计方案
纯电动汽车整车控制器（VCU）设计⽅案纯电动汽车整车控制器设计⽅案书⽬录1 整车控制器控制功能和原理 (1)2 电动汽车动⼒总成分布式⽹络架构 (2)3 整车控制器开发流程 (3)3.1 整车及控制策略仿真 (3)3.2 整车软硬件开发 (4)3.2.1 整车控制器的硬件开发 (5)3.2.2 整车控制器的软件开发 (8)3.3 整车控制器的硬件在环测试 (9)3.4 整车控制器标定 (11)3.4.1 整车控制器的标定系统 (11)3.4.2 电动汽车整车控制器的标定流程 (12)1整车控制器控制功能和原理电动汽车是由多个⼦系统构成的⼀个复杂系统，主要包括电池、电机、变速箱、制动等动⼒系统，以及其它附件如空调、助⼒转向、DCDC及充电机等。
各⼦系统⼏乎都通过⾃⼰的控制单元来完成各⾃功能和⽬标。
为了满⾜整车动⼒性、经济性、安全性和舒适性的⽬标，⼀⽅⾯必须具有智能化的⼈车交互接⼝，另⼀⽅⾯，各系统还必须彼此协作，优化匹配。
因此，纯电动汽车必须需要⼀个整车控制器来管理纯电动汽车中的各个部件。
纯电动车辆以整车控制器为主节点、基于⾼速CAN总线的分布式动⼒系统控制⽹络，通过该⽹络，整车控制器可以对纯电动车辆动⼒链的各个环节进⾏管理、协调和监控，提⾼整车能量利⽤效率，确保车辆安全性和可靠性。
整车控制器的功能如下：1)车辆驾驶：采集司机的驾驶需求，管理车辆的动⼒。
2)⽹络管理：监控通信⽹络，信息调度，信息汇总，⽹关。
3)故障诊断处理：诊断传感器、执⾏器和系统其他部件的故障，并进⾏相应的故障处理，按照标准格式存储故障码。
4)在线配置和维护：通过车载标准CAN端⼝，进⾏控制参数修改，匹配标定，功能配置，监控，基于标准接⼝的调试能⼒等。
5)能量管理：通过对电动汽车车载耗能系统（如空调、电动泵等）的协调和管理，以获得最佳的能量利⽤率。
6)功率分配：通过综合电池的SOC、温度、电压、电流和电机的温度等车辆信息计算电机功率的分配，进⾏车辆的驱动和制动能量回馈控制。
纯电动汽车整车控制器（VCU）详细介绍
纯电动汽车整车控制器（VCU）详细介绍⼀、国外产品介绍：（1）丰⽥公司整车控制器丰⽥公司整车控制器的原理图如下图所⽰。
该车是后轮驱动，左后轮和右后轮分别由2个轮毂电机驱动。
其整车控制器接收驾驶员的操作信号和汽车的运动传感器信号，其中驾驶员的操作信号包括加速踏板信号、制动踏板信号、换档位置信号和转向⾓度信号，汽车的运动传感器信号包括横摆⾓速度信号、纵向加速信号、横向加速信号和4个车轮的转速信号。
整车控制器将这些信号经过控制策略计算，通过左右2组电机控制器和逆变器分别驱动左后轮和右后轮。
（2）⽇⽴公司整车控制器⽇⽴公司纯电动汽车整车控制器的原理图如下图所⽰。
图中电动汽车是四轮驱动结构，其中前轮由低速永磁同步电机通过差速器驱动，后轮由⾼速感应电机通过差速器驱动。
整车控制器的控制策略是在不同的⼯况下使⽤不同的电机驱动电动汽车，或者按照⼀定的扭矩分配⽐例，联合使⽤2台电机驱动电动汽车，使系统动⼒传动效率最⼤。
当电动汽车起步或爬坡时，由低速、⼤扭矩永磁同步电机驱动前轮。
当电动汽车⾼速⾏驶时，由⾼速感应电机驱动后轮。
（3）⽇产公司整车控制器⽇产聆风LEAF是5门5座纯电动轿车，搭载锂离⼦电池，续驶⾥程是160km。
采⽤200V家⽤交流电，⼤约需要8h可以将电池充满；快速充电需要10min，可提供其⾏驶50km的⽤电量。
⽇产聆风LEAF的整车控制器原理图如下图所⽰，它接收来⾃组合仪表的车速传感器和加速踏板位置传感器的电⼦信号，通过⼦控制器控制直流电压变换器DC／DC、车灯、除霜系统、空调、电机、发电机、动⼒电池、太阳能电池、再⽣制动系统。
（4）英飞凌新能源汽车VCU & HCU解决⽅案该控制器可兼容12V及24V两种供电环境，可⽤于新能源乘⽤车、商⽤车电控系统，作为整车控制器或混合动⼒控制器。
该控制器对新能源汽车动⼒链的各个环节进⾏管理、协调和监控，以提⾼整车能量利⽤效率，确保安全性和可靠性。
该整车控制器采集司机驾驶信号，通过CAN总线获得电机和电池系统的相关信息，进⾏分析和运算，通过CAN总线给出电机控制和电池管理指令，实现整车驱动控制、能量优化控制和制动回馈控制。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
基于纯电动汽车的整车控制器分析
发表时间：2019-09-12T11:46:14.157Z 来源：《基层建设》2019年第17期作者：丘东海[导读] 摘要：本文主要对纯电动汽车整车控制器做进一步的分析和了解。
中兴智能汽车有限公司 519040
摘要：本文主要对纯电动汽车整车控制器做进一步的分析和了解。
随着纯电动汽车的快速发展，整车电控系统成为一种非常重要的应用技术。
纯电动汽车整车控制对整车控制系统的设计开发具有较强的指导意义。
关键词：纯电动汽车；整车控制器；分析引言：
整车控制系统是纯电动汽车电控系统的三大核心技术之一，纯电动电控系统与传统汽车的控制系统相比，纯电的汽车电控系统的控制单元数量与复杂程度高出很多。
电控系统是保证纯电动汽车整车功能集成和优化的核心单元，为保证纯电动汽车各部件系统在最佳工况下能够协调运行，需要制定相应的控制策略。
纯电动汽车电控系统主要包括整车控制系统（简称VCU）、电池管理系统（简称BMS）、电机控制系统（简称MCU）、辅件控制系统等环节。
整车控制系统确保各系统之间要协调工作，方能保证整车的稳定性和安全性，对纯电动汽车的发展意义重大。
一、整车控制系统的介绍
整车控制系统主要包括整车控制器、CAN总线通讯网络以及驾驶员意图解析系统、信息显示系统、动力驱动系统、电机控制系统、辅件控制系统等。
作为纯电动汽车的核心部分，控制各个系统之间的相互配合。
通过接收其他控制器发出的信号，比如驾驶员控制指令信息、加速踏板信息、制动踏板信息等，然后通过特定算法来处理这些信号，通过CAN总线通讯网络输出信号给相应的下层控制器去执行对应的动作。
整车控制策略作为VCU重要的软件部分。
一套成熟、可靠的整车控制策略须包括以下部分：驾驶员解析控制策略、驱动控制策略、上下电管理控制策略、扭矩解析控制策略、辅件控制策略、能量回收控制策略、安全控制策略、故障诊断控制策略等。
要能够符合驾驶员的操作需求，具备智能化的安全控制，从而保证车上人员的安全，提升汽车性能，提高纯电动汽车的续驶里程。
二、整车控制器的功能
VCU作为上层控制单元负责协调动力系统各个部件的运行，根据驾驶员操作信号进行驾驶意图解析、根据各部件和整车工作状态进行整车时序逻辑控制、安全管理和能量分配决策，向各部件控制器发送控制指令，并向仪表等显示设备输出整车电控系统状态信息。
各部件控制器根据其指令控制相应部件，驱动汽车正常行驶。
概括起来整车控制系统就是实现：（1）上下电管理，（2）驾驶员意图识别，（3）动力系统的扭矩解析控制，（4）能量回收管理，（5）辅件控制管理，（6）整车网络管理，（4）车辆状态监视和故障诊断及保护。
整车控制器技术水平直接影响整车的动力性、经济性及安全性，是电动汽车的关键技术。
三、整车控制器的组成
VCU作为纯电动汽车控制系统最核心的部件，其承担了数据交换、安全管理、驾驶员意图解析、能量流管理的任务。
VCU的功能划分如图1所示。
（1）数据交换层。
该层对直接馈入整车控制器的物理量信息（如驾驶员的操作反馈的信息和其它执行部件的工作状态信息）进行采样处理，并通过I/O、D/A和PWM，提供对显示单元、继电器等的控制信号。
（2）安全故障管理层车辆出现故障时，故障只体现在数据交换层。
在检测出故障后，该层会做出相应的处理，在保证车辆安全性的条件下，给出执行部件可供使用的范围，以尽可能满足驾驶员的驾驶意图。
（3）驾驶员意图解释层驾驶员的所有与驾驶操作相关的操作信号都直接进入整车控制器，整车控制器对采集的信息进行处理分析，计算出驱动系统的目标转矩和车辆行驶时的需求功率来实现驾驶员的驾驶意图。
（4）能量流管理层，该层的主要工作是能量源之间进行需求功率分配。
四、整车控制器的硬件设计
（1）微控制器模块：本设计采用主从芯片设计，主从芯片之间进行校验，确保主芯片工作状态正常，主控制芯片选用SPC5606，是整车控制器的控制核心，包括主控制芯片（微控制器）及其外围电路，负责数据的运算及处理，也是控制方法实现的载体；（2）电源模块：为各输入和输出模块提供电源，并对蓄电池电压进行监控，与微控制器相连；（3）信号处理模块：用于模拟和数字量输入信号的调理，包括模拟量信号处理和数字量信号处理，其一端与传感器或开关相连，另一端与微控制器相接；
（4）功率驱动模块：用于驱动多个继电器或系统状态指示灯，包括低端驱动和PW M驱动两部分，与微控制器通过I/O相连，另一端与被控继电器（低端驱动）或指示灯（PW M驱动）相接，微处理器可通过SPI总线进行故障诊断；（5）通讯模块：整车控制器与其他设备相连的接口，包括两路CAN总线、一路FlexRay总线、一路LIN总线及一路RS232总线，其中CAN总线是整车控制器最重要的对外通讯接口。
整车控制器的整体硬件框图，如图2所示。
据通信。
根据上述过程可以初步得到主程序流程图，其结果如图理、CAN。