纯电动汽车-电机及控制器
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。
汽车电动汽车用电机及控制器布置规范
电动汽车用电机及控制器布置规范1范围本蟒准规定了电动汽车用电机及控制器（以下荷称电机及控制器）及其相关附件的布置形式和布置原则°本标准适应于本公司生产的混合动力、纯电动等所有新能源车型.2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不“少的。
凡是注日期的引用文件，仪所注日期的版本适用于本文件。
凡是不注日期的引用文件，其量新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
Q/OC JT108-2008整车二维数模装配间隙设计3术语和定义Q/OC TU08—2008界定的术语和定义适用于本标?（L4布置形式4-1分类电机及控制器布置可简单分为前丘、后置，控制器一般布置在电机正上方。
4.2纯电动汽车本公司研发的纯电动汽车的电机布置一段为前置，其布置形式如下二a）纯电动汽车电机前过，电机与减速器同轴布:a,与整车ZX平面垂直，如图1所示：b）貌电动汽车控制器前置.为了接线方便和缩近堆束长度，控制群布置在电机接战盒位置的正上•方与整车ZX平面垂直，如图2所示工图1前置电机布置形式I图2前亘控翻器布克形式］<3混合动力汽车混合动力汽车的电机布置M以前置也可以后置，其布置形式如下，El）混合动力汽车电机前置,电机与发动机同轴布置与整车ZX平面垂直，如图3所示：b）混合动力汽车控制楼而置，为了接线方便和筋短缓束长度，同时要避让发动机及其附件J控制器布置在电机上方与整车ZX平面垂直,如图4所示Fc）混合动力汽车电机及控制器后置，为了实现四强功能,发动机前置，电驱动桥后:B・电机及控制器后置，电机与旗速器同轴布丘修整车ZX平面垂直.图3前五电机布适形式n图4前置控制赤布置形式II图5后置电机布置形式对于电机、控制器及其附件的布置，底保证工作川配J井能灌足整车布置的需要和整车性能的发挥；应保证机舱与发动机、变速器,底盘之间布置和设计的合理也电机及控制器的通风散热.诏音隔热良好，与其他零部件最小间隙合理、拆卸方便F同时还要保证安装T艺性、有足热的刚度和强度.一般从以下几个方面进行布置考出r动、除占间隙要求工装配工艺性要求；雄脩方便性等要求：。
纯电动汽车整车控制器的构成、原理、功能说明
纯电动汽车整车控制器的构成、原理、功能说明整车控制器是电动汽车正常行驶的控制中枢，是整车控制系统的核心部件，是纯电动汽车的正常行驶、再生制动能量回收、故障诊断处理和车辆状态监视等功能的主要控制部件。
整车控制器包括硬件和软件两大组成部分，它的核心软件和程序一般由生产厂商研发，而汽车零部件供应商能够提供整车控制器硬件和底层驱动程序。
现阶段国外对纯电动汽车整车控制器的研究主要集中在以轮毂电机驱动的纯电动汽车。
对于只有一个电机的纯电动汽车通常不配备整车控制器，而是利用电机控制器进行整车控制。
国外很多大企业都能够提供成熟的整车控制器方案，如大陆、博世、德尔福等。
1整车控制器组成与原理纯电动汽车整车控制系统主要分为集中式控制和分布式控制两种方案。
集中式控制系统的基本思想是整车控制器独自完成对输入信号的采集，并根据控制策略对数据进行分析和处理，然后直接对各执行机构发出控制指令，驱动纯电动汽车的正常行驶。
集中式控制系统的优点是处理集中、响应快和成本低；缺点是电路复杂，并且不易散热。
分布式控制系统的基本思想是整车控制器采集一些驾驶员信号，同时通过CAN总线与电机控制器和电池管理系统通信，电机控制器和电池管理系统分别将各自采集的整车信号通过CAN总线传递给整车控制器。
整车控制器根据整车信息，并结合控制策略对数据进行分析和处理，电机控制器和电池管理系统收到控制指令后，根据电机和电池当前的状态信息，控制电机运转和电池放电。
分布式控制系统的优点是模块化和复杂度低；缺点是成本相对较高。
典型分布式整车控制系统示意图如下图所示，整车控制系统的顶层是整车控制器，整车控制器通过CAN总线接收电机控制器和电池管理系统的信息，并对电机控制器、电池管理系统和车载信息显示系统发送控制指令。
电机控制器和电池管理系统分别负责驱动电机和动力电池组的监控与管理，车载信息显示系统用于显示车辆当前的状态信息等。
典型分布式整车控制系统示意图下图为某公司开发的纯电动汽车整车控制器组成原理图。
纯电动汽车驱动系统的组成
纯电动汽车驱动系统的组成
驱动系统是电动汽车的核心，一般由控制器、功率转换器、驱动电机、机械传动装置和车轮组成。
其功用是将蓄电池组中的化学能以电能为中间媒介高效地转化为车轮动能，进而推动汽车行驶，并能在汽车制动及下坡时，实现再生制动（即将汽车动能吸收并转化为蓄电池化学能储存起来，从而增加续驶里程）。
驱动电机的作用是将动力电池的电能转化为机械能，通过传动装置驱动车轮，或由其直接驱动车轮。
电子控制器即电机调速控制装置，其作用是控制电机的电压或电流，完成电机的转矩和转向的控制，从而实现电动汽车变速和变向。
功率转换器用做DC—DC转换（直流一直流）和DC—AC转换（直流一交流）。
DC—DC 转换器又称直流斩波器，其作用是将蓄电池的直流电转换为电压可变的直流电，并将再生制动能量进行反向转换，用于直流电机驱动系统。
DC—AC转换器通常称为逆变器，其作用是将蓄电池的直流电转换为频率、电压均可调节的交流电，也能进行双向能量转换，用于交流电机驱动系统。
机械传动装置是将电机的转矩传给汽车传动轴或直接传给车轮（轮毂电机）。
相对于传动内燃机汽车，电动汽车的机械传动装置大大简化，故其机械效率得以提高。
电源系统包括蓄电池组、充电器和能量管理系统。
电源是制约电动汽车发展的主要因素，其应具有高的比能量（即能量密度）和比功率（即功率密度），以满足汽车的续驶里程和动力性的要求。
辅助系统包括辅助动力源、动力转向系统、导航、照明、刮水器、收音机和音响等，它们是汽车操纵性和乘坐舒适性的保证。
电动汽车电机控制器国家标准分析
发动机舱 （纯电动） 后备箱及其他
储存温度范围
表1 长安对相关器件的温度要求
3、电机控制器抗振及壳体强度要求
定频振动和扫频振动： 针对控制器的抗振性能，标准中规定需满足QC/T 413-2002中的要求。（该标 准是针对普通汽车制定的通用技术条件，对于电动汽车，由于没有发动机， 振动环境已发生变化，直接引用普通汽车的振动要求来考核电动汽车不一定 能准确反映实际运行情况） 振动曲线要求如图1所示。
7、电机控制器应具备的保护功能
标准规定了电机控制器的基本保护功能，即短路保护、过流保护、 过压保护、欠压保护、过热保护。
长安汽车电机控制器保护功能见下表：
高压短路保护 母线电压过压保护 母线电压欠压保护 电机控制器输出过流保护 电机过问保护功能 控制器过温保护功能 功率模块故障保护
通讯故障保护
标准同时规定保护功能的测试按GB/T 3859.1—6.4.13的要求进行。
8、电机控制器EMC要求
标准只对电机及控制器的电磁辐射以及电磁辐射抗扰度进行了要求， 目前长安相关电机控制器的EMC均需满足长安的EMC测试的规范（规范 名），电机控制器需要进行的EMC测试项目如下表所示。
电机控制器相关试验方法
1. 试验准备 2. 一般性试验项目 3. 环境试验 4. 温升试验 5. 效率测试 6. 再生能量回馈试验 7. EMC要求
控制器壳体强度要求： 控制器壳体30X30cm的面积上应能承受100kg质量的物体产生的重力，壳体不 发生塑性变形。
4、电机控制器防护等级要求
防护等级要求
标准规定控制器的防护等级可参考GB/T 4942.1-2001和GB/T4942.2-1993的要 求。针对该点，长安根据不同器件以及其不同布置位置情况，对器件的防 护等级进行了规范，详见表2。
电动汽车控制器原理
电动汽车控制器原理
控制器是电动汽车中的核心设备之一，它通过调节电池与电动机之间的电流来控制电动汽车的速度和力度。
控制器的工作原理可以简单概括为以下几个步骤：
1. 接收信号：控制器通过接收来自油门踏板的信号，了解驾驶员的意图。
油门踏板的位置决定了控制器应该输出多少电流。
2. 电流控制：控制器接收到信号后，根据预设的算法，将信号转化为相应的电流输出。
这个过程实际上是一种电流放大器的操作，调整电流的大小和方向。
3. 电池管理：控制器还负责管理电池的使用情况，以保证电池长时间的使用寿命。
控制器会监测电池的电压和电流，根据情况采取相应的措施，例如过载保护、电池均衡等。
4. 电机控制：最后，控制器将调整后的电流输出到电动汽车的电机中。
电机根据接收到的电流，转化为相应的力矩，推动车辆行驶。
总的来说，电动汽车控制器的原理就是根据驾驶员的意图，控制电池与电机之间的电流，从而实现对电动汽车的控制。
控制器通过精确的信号处理和电流调节，使得电动汽车能够平稳、高效地运行。
在此过程中，控制器还负责对电池进行管理，确保电池的安全和寿命。
电动汽车用车电机及控制器技术条件
ID号：9034790 受控文件归档日期：2009-04-21 09:13:27 编码：ID号：xxxxxxx 受控文件归档日期：2009-04-xx 编码：JLYY-XX -09电动汽车用电机及控制器技术条件编制：校对：审核：审定：标准化：批准：浙江吉利汽车研究院有限公司二○○九年五月前言为了规范电动汽车用电机及控制器的技术特性，控制驱动电机及控制器系统质量和出厂检验规则编制了本标准。
本标准由浙江吉利汽车研究院有限公司提出。
本标准由浙江吉利汽车研究院有限公司新能源技术开发部负责起草。
本标准主要起草人：刘波。
本标准于2009年5月13日发布并实施。
1 范围本标准规定了吉利电动汽车使用的电机及控制器型号、要求、检验规则、标志、随车技术文件、包装、运输、贮存及质量承诺。
本标准适用于吉利电动汽车用的驱动电机及其控制器。
2 规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。
凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。
GB 755-200 旋转电机定额和性能GB/T 2423.17-1993 电工电子产品基本环境试验规程试验Ka：盐雾试验方法GB/T 4772.1-1999 旋转电机尺寸和输出功率等级第1部分：机座号56～400和凸缘号55～1080GB/T 4942.1-1985 电机外壳防护分级GB/T 4942.2-1993 低压电器外壳防护等级GB 10068.2-2000 轴中心高为56 mm及以上电机的机械振动—振动的测量、评定及限值GB 10069.3-1988 旋转电机噪声测定方法及限值噪声限值GB/T 12665-1990 电机在一般环境条件下使用的湿热试验要求GB/T 12668-1990 交流电动机半导体变频调速装置总技术条件GB 1471l-1993 中小型旋转电机安全通用要求GB/T 17619-1998 机动车电子电器组件的电磁辐射抗扰性限值测量方法GB/T 18488.2-2001 电动汽车用电机及其控制器试验方法GB/T 2900.25-1994 电工术语旋转电机GB/T 2900.26-1995 电工术语控制电机GB/T 2900.33-1993 电工术语电力电子技术GB/T 10069.1-2006 旋转电机噪声测定方法及限值第1部分：旋转电机噪声测定方法GB 10069.3 旋转电机噪声测定方法及限值第3部分：噪声限值GB/T 18488.1-2001 电动汽车用电机及其控制器技术条件GB/T 18488.2-2001 电动汽车用电机及其控制器试验方法3 定义本标准除采用GB/T 2900.25、GB/T 2900.26、GB/T 2900.33中的定义外，还增加了下列定义。
纯电动汽车结构组成
纯电动汽车结构组成随着环保意识的不断提高，纯电动汽车逐渐成为人们关注的焦点。
那么，纯电动汽车的结构组成是怎样的呢？纯电动汽车的结构组成主要包括电池组、电机、电控系统、车身结构和辅助系统等几个方面。
电池组是纯电动汽车最重要的组成部分之一。
电池组是由多个电池单体组成的，其主要作用是储存电能，为电机提供动力。
电池组的种类有很多，如锂离子电池、镍氢电池等。
其中，锂离子电池是目前应用最广泛的电池类型，因其能量密度高、寿命长、重量轻等优点而备受青睐。
电机是纯电动汽车的动力源，其作用是将电池组储存的电能转化为机械能，驱动车辆行驶。
电机的种类也有很多，如永磁同步电机、异步电机等。
其中，永磁同步电机因其高效率、高功率密度等优点而成为纯电动汽车中最常用的电机类型。
除了电池组和电机，电控系统也是纯电动汽车不可或缺的组成部分。
电控系统主要由控制器、传感器、电缆等组成，其作用是控制电机的转速和转矩，保证车辆的安全性和稳定性。
电控系统的设计和优化对纯电动汽车的性能和续航里程有着至关重要的影响。
车身结构也是纯电动汽车的重要组成部分。
纯电动汽车的车身结构相对于传统汽车来说更加轻量化，采用了更多的高强度材料，如碳纤维、铝合金等。
这不仅可以减轻车身重量，提高车辆的能效，还可以提高车辆的安全性和稳定性。
辅助系统也是纯电动汽车的重要组成部分。
辅助系统包括制动系统、悬挂系统、轮胎等，其作用是保证车辆的行驶安全和舒适性。
纯电动汽车的辅助系统相对于传统汽车来说也有所不同，如采用了电子制动系统、气动悬挂系统等。
纯电动汽车的结构组成包括电池组、电机、电控系统、车身结构和辅助系统等几个方面。
这些组成部分的设计和优化对纯电动汽车的性能和续航里程有着至关重要的影响。
未来，随着技术的不断进步和创新，纯电动汽车的结构组成也将不断完善和优化，为人们带来更加环保、高效、安全的出行体验。
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。
纯电动汽车电机及控制器课件
03
04
能量回收
在制动或滑行状态下，控制 器将电机转化为发电机，将 车辆的动能转化为电能并存 储在动力电池中，实现能量
的回收利用。
故障诊断与处理
控制器具备故障诊断功能， 能够实时监测车辆和电机的 运行状态，一旦发生故障， 立即采取相应的处理措施，
保障车辆的安全性。
控制器的硬件组成
电子控制单元（ECU）
清洁
定期清理电机表面灰尘、污垢，保持 电机散热良好。
检查绝缘
定期检查电机的紧固件，如螺栓、螺 母等，确保无松动。
控制器维护保养
控制器维护保养的重要性
控制器是纯电动汽车的“大脑”，负 责控制车辆运行，定期维护保养能够 确保其稳定、安全运行。
清洁
定期清理控制器表面灰尘、污垢，保 持散热良好。
检查连接线
控制器功能
蔚来的电机控制器能够实 现高效的能量回收，提高 车辆的续航能力。
技术特点
蔚来ES8的电机及控制器 采用了轻量化设计，有助 于降低整车重量，提高能 效。
奥迪e-tron电机及控制器介绍
电机类型
奥迪e-tron采用了永磁同步电机和异步电机的组 合，提供卓越的性能和续航里程。
控制器功能
奥迪的电机控制器能够实现精确的扭矩控制，提 供平稳的加速和行驶表现。
开关磁阻电机
开关磁阻电机是一种双凸极可变磁阻电机，通过改变绕组电 流的方向和大小来改变转子的旋转方向和速度。
开关磁阻电机具有结构简单、可靠性高、维护成本低等特点 ，但噪音较大，且对控制精度要求较高。
03
纯电动汽车控制器原理及功 能
控制器的基本原理
控制器是纯电动汽车的“大脑”，通过接收来自驾驶员的 操作指令和车辆状态信号，经过处理后控制电机输出，实 现车辆的驱动和能量回收。