整车控制系统、整车控制器
整车控制系统、整车控制器
整车控制系统电动汽车动力系统各零部件的工作都是由整车控制器统一协调。
对纯电动汽车而言，电动机驱动和制动能量回收的最大功率都受到电池放电／充电能力的制约。
对混合燃料电池轿车和燃料电池大巴而言，由于其具有两个或两个以上的动力源，增加了系统设计和控制的灵活性，使汽车可以在多种模式下工作适应不同工况下的需求，获得比传统汽车更好的燃料电池性能，降低了有害物的排放，减小对环境的污染和危害，从而达到环保和节能的双重标准。
首先要针对给定的车辆和参数的条件，选择合适的动力系统构型，完成动力系统的参数匹配和优化。
在此基础上，建立整车控制系统来协调汽车工作模式的切换和多个动力源／能量源之间的功率／能量流的在线优化控制。
整车控制系统由整车控制器、通信系统、零部件控制器以及驾驶员操纵系统构成，其主要功能是根据驾驶员的操作和当前的整车和零部件工作状况，在保证安全和动力性的前提下，选择尽可能优化的工作模式和能量分配比例，以达到最佳的燃料经济性和排放指标。
(1)整车控制系统及功能分析1)控制对象：电动汽车驱动系统包括几种不同的能量和储能元件（燃料电池，内燃机或其他热机，动力电池和／或超级电容），在实际工作过程中包括了化学能、电能和机械能之间的转化。
电动汽车动力系统能流图如图5—6所示。
2)整车控制系统结构：电动汽车动力系统的部件都有自己的控制器，为分布式分层控制提供了基础。
分布式分层控制可以实现控制系统的拓扑分离和功能分离。
拓扑分离使得物理结构上各个子系统控制系统分布在不同位置上，从而减少了电磁干扰，功能分离使得各个子部件完成相对独立的功能，从而可以减少子部件的相互影响并提高了容错能力。
电动汽车分层结构控制系统如图5-7所示。
最底层是执行层，由部件控制器和一些执行单元组成，其任务是正确执行中间层发送的指令，这些指令通过CAN总线进行交互，并且有一定的自适应和极限保护功能；中间层是协调层，也就是整车控制器(VMS)，它的主要任务一方面根据驾驶员的各种操作和汽车当前的状态解释驾驶员的意图，另一方面根据执行层的当前状态，做出最优的协调控制；最高层是组织层，由驾驶员或者制动驾驶仪来实现车辆控制的闭环。
27174063_纯电动汽车学习入门(九)——整车控制系统(上)
◆文/北京 李玉茂纯电动汽车学习入门(九)——整车控制系统(上)(接上期)一、概述1.整车控制系统整车控制系统(VMS)是电动汽车的神经中枢，承担了各系统的数据交换、信息传递、动力电池能量管理、驾驶人意图解析、安全监控、故障诊断等作用，对电动汽车动力性、经济性、安全性和舒适性等有很大的影响。
整车控制系统分成三大子系统，如图1所示，包括低压电气系统、高压电气系统、网络控制系统。
图中弱电控制部件称作ECU(ECM)，强电控制部件称作控制器。
(1)低压电气系统主要由12V电池、低压线路、点火开关、继电器、电动水泵、电动制动真空泵、电动助力转向器、ICM(组合仪表)等组成。
作用是为各电子控制单元、各高压部件控制器、各12V电动辅助设备供电。
(2)高压电气系统主要由动力电池、驱动电机、MCU(驱动电机控制器)、OBC(车载充电机)、DC/DC变换器、空调压缩机、压缩机控制器、PTC、PTC控制器等组成。
作用是将电能转换成机械能，或者整流、逆变、直流电压变换。
(3)网络控制系统主要由V C U (整车控制单元)、B M S (电池管理系统)、RMS(远程通信终端)、网关、CAN总线等组成。
作用是控制低压电气系统和高压电气系统。
2.整车控制单元(1)VCU基本作用整车控制单元英文缩写VCU，英文全称Vehicle Controller Unit，如图2所示。
VCU是整车控制系统的核心部件，VCU接收加速踏板、制动踏板、车速和剩余电量等信息，通过网络综合控制驱动车所需要的工作部件，属于整个车辆的管理协调型控制部件。
图2 VCU(2)VCU分层管理VCU的组成包括微处理器、电源及保护电路模块、I/O接口图1 整车控制系统和调试模块、A/D模数转换模块、CAN总线通讯模块等，根据信号重要程度和实现次序，运算分为四层，如图3所示。
图3 VCU分为四层运算①数据交换管理层，接收CAN总线信息，对馈入VCU的物理量进行采集处理，并通过CAN总线发送控制指令，通过I/O接口提供对显示单元和继电器等的驱动信号，该层的功能是实现其他功能的基础和前提。
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。
整车控制器的功能
整车控制器的功能
随着新能源技术的发展，车辆的控制系统也发生了巨大的变化，整车控制器也成为驱动技术的重要组成部分。
整车控制器是一种控制系统，用于控制车辆的驱动系统，包括底盘控制、发动机控制和悬架控制等。
整车控制器方案以及相应的控制策略，有助于提高车辆性能和安全系数。
整车控制器有助于车辆的安全性和操纵性。
它可以实现车辆的动态控制，通过控制车辆的动力总成和车轮的平衡，有效减轻车辆的操纵风险，使车辆能够在快速行驶中保持稳定，增强行车安全性。
另外，整车控制器还可以帮助车辆节省燃油，通过改善车辆换挡管理来减少车辆能耗，提高车辆经济性能。
整车控制器也可以实现车辆高效控制，有助于改善车辆行为，提高车辆操纵性和安全性。
整车控制器通过分析和调整车辆路况和当前环境的条件，实现最佳的行车模式，使车辆在行车过程中有效地把握车辆的操纵性，从而提高车辆的操纵性和安全性。
此外，整车控制系统还可以实现智能化管理，让车辆具备智能化的功能，比如自动刹车、自动照明等。
整车控制系统可以实现实时监控和控制，可以根据驾驶员的操作状况，实时调整车辆的动力总成，调节车辆行驶的速度，从而有效减少事故的发生。
总而言之，整车控制器对于车辆的行车性能、安全性和节能性有着重要的意义。
它既可以改善车辆的操纵性和安全性，也可以改善车辆的能耗性能，是一种核心技术，在提升车辆性能和提高乘客的安全
和舒适性方面有着重要意义。
整车控制器
整车控制器（VMS，vehicle management System）,即动力总成控制器.是整个汽车的核心控制部件，它采集加速踏板信号、制动踏板信号及其他部件信号，并做出相应判断后，控制下层的各部件控制器的动作，驱动汽整车控制器通过采集司机驾驶信号和车辆状态，通过CAN总线对网络信息进行管理,调度，分析和运算，针对车型的不同配置，进行相应的能量管理，实现整车驱动控制、能量优化控制、制动回馈控制和网络管理等功能。
介绍纯电动汽车整车控制器(Vehicle Controller）是纯电动汽车整车控制系统的核心部件，它对汽车的正常行驶,再生能量回收，网络管理，故障诊断与处理,车辆的状态与监视等功能起着关键的作用.与各部件控制器的动态控制相比，整车控制器属于管理协调型控制.体系结构整个车辆系统采用一体化集成控制与分布式处理的车辆控制系统的体系结构，各部件都有独立的控制器，整车控制器对整个系统进行能量管理及各部件的协调控制。
为满足系统数据交换量大，实时性、可靠性要求高的特点，整个分布式控制系统之间采用CAN总线进行通讯。
整车控制器主要由控制器主芯片，Flash存储器和RAM存储器及相关电路组成,控制器主芯片的输出与Flash存储器和RAM存储器的输入相连.组成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。
CAN，全称为“Controller Area Network”,即控制器局域网，是一种国际标准的,高性价的现场总线，在自动控制领域具有重要作用。
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）详细介绍嘿，伙计们！今天我要给大家讲讲一个非常酷的东西——纯电动汽车整车控制器(VCU)。
别看它是个小小的东西，但它可是电动汽车的大脑，负责控制着整个车辆的运行呢！让我们一起来揭开它神秘的面纱吧！咱们来了解一下什么是VCU。
VCU是英文“Vehicle Control Unit”的缩写，翻译成中文就是“车辆控制单元”。
它是一种专门用于控制电动汽车的电子设备，可以实现对电池管理系统、电机控制系统、辅助系统等多种功能的综合控制。
有了VCU,电动汽车就可以像传统汽车一样行驶了！那么，VCU到底是怎么工作的呢？其实很简单，它就像是一个指挥家，指挥着电动汽车的各个部件协同工作。
当驾驶员踩下油门时，VCU会接收到这个信号，然后通过电池管理系统向电机控制系统发送指令，让电机产生动力；VCU还会根据车辆的速度、加速度等参数，调整能量回收系统的工作状态，确保电池的能量得到最大限度的利用。
接下来，我们再来聊聊VCU的一些重要功能。
首先就是电池管理系统。
这个系统负责监控和管理电动汽车的电池，确保电池在良好的状态下运行。
它可以实时监测电池的剩余电量、充电状态、温度等参数，并根据这些信息制定相应的充放电策略。
这样一来，不仅可以延长电池的使用寿命，还能提高电动汽车的续航里程。
其次就是电机控制系统。
这个系统负责控制电动机的转速和扭矩，从而实现对车辆的驱动。
VCU会根据驾驶员的需求和车辆的状态，向电机控制系统发送指令，让电动机产生合适的动力输出。
VCU还会对电机的工作状态进行监控和保护，防止因为过载或故障导致的损坏。
最后就是辅助系统。
这个系统包括了很多辅助功能，比如空调、音响、照明等。
VCU会根据驾驶员的需求和车辆的状态，向这些系统发送指令，实现各种功能的切换和调节。
这样一来，即使在没有发动机的情况下，电动汽车也可以享受到舒适便捷的驾驶体验。
VCU是电动汽车的核心部件之一，它的存在使得电动汽车变得更加智能、高效和环保。
整车控制器的工作原理
整车控制器的工作原理
整车控制器是一种基于嵌入式系统的电子控制器，通常由处理器、存储器、输入输出接口和各种传感器组成。
它的任务是实时监测车辆的各种参数，如发动机转速、车速、车轮转速、油耗、温度、氧气传感器等，并根据这些参数自动控制车辆的各种电子和机械系统，包括引擎、变速器、制动系统、燃油管理系统和安全系统等。
整车控制器通过不断调整各种参数，以保持车辆的最佳状态，提高行驶的安全性、舒适性和燃油效率。
整车控制器的工作原理是基于一系列预设程序和算法，这些程序和算法主要依赖传感器、执行器和人机界面三个方面的数据。
传感器收集车载元件的动态数据、环境数据和用户数据，执行器受控于整车控制器，根据整车控制器的指令执行任务，人机界面则是导向传感器和执行部件之间或者车主和整车控制器之间的信息传递。
整车控制器读取传感器数据，确定车辆的当前状态，判断和选择最佳控制策略，然后通过执行器驱动车辆执行各种功能，最终让车子在不同的工况下保持最佳的运行状况。
总而言之，整车控制器工作原理简单描述就是，整车控制器通过实时检测传感器的数据，对车辆进行分析、判断、综合处理，生成适当的控制命令，使执行机构实现调整车辆转向、刹车、油门等，从而不断调整车辆的行驶方式，以达到优化各种控制指标的目标。
整车控制器名词解释
整车控制器名词解释
整车控制器（Vehicle Control Unit，简称VCU）是一种汽车
电子控制单元，负责管理和协调车辆的各个系统和子系统之间的通
信和协作。
它是车辆电气架构中的核心控制模块，通常集成在车辆
的电控系统中。
整车控制器的主要功能包括但不限于以下几个方面：
1. 车辆状态监测与控制，整车控制器通过传感器实时监测车辆
各个子系统的状态，如发动机、变速器、刹车系统、转向系统等，
并根据监测到的数据进行相应的控制和调节，以确保车辆的安全和
性能。
2. 电能管理，整车控制器负责管理车辆的电力系统，包括电池、发电机、电动机等，以确保电能的有效利用和供应。
它监测电池状态、充电状态和电能需求，并根据需要进行充电控制、能量回收等
操作，以提高能源利用效率。
3. 驱动控制，整车控制器负责控制车辆的驱动系统，包括电动机、传动系统等。
它根据驾驶员的操作和车辆状态，控制电动机的
输出功率、转速和扭矩，并协调传动系统的工作，以实现车辆的动力输出和运动控制。
4. 故障诊断与安全控制，整车控制器通过监测车辆各个系统的工作状态和传感器数据，能够及时识别和诊断故障，并采取相应的措施，如报警提示、限制功能等，以保障车辆的安全性和可靠性。
总之，整车控制器在车辆中起着重要的作用，通过对各个子系统的协调和控制，实现车辆的安全、高效和智能化运行。
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整车控制系统
电动汽车动力系统各零部件的工作都是由整车控制器统一协调。
对纯电动汽车而言，电动机驱动和制动能量回收的最大功率都受到电池放电／充电能力的制约。
对混合燃料电池轿车和燃料电池大巴而言，由于其具有两个或两个以上的动力源，增加了系统设计和控制的灵活性，使汽车可以在多种模式下工作适应不同工况下的需求，获得比传统汽车更好的燃料电池性能，降低了有害物的排放，减小对环境的污染和危害，从而达到环保和节能的双重标准。
首先要针对给定的车辆和参数的条件，选择合适的动力系统构型，完成动力系统的参数匹配和优化。
在此基础上，建立整车控制系统来协调汽车工作模式的切换和多个动力源／能量源之间的功率／能量流的在线优化控制。
整车控制系统由整车控制器、通信系统、零部件控制器以及驾驶员操纵系统构成，其主要功能是根据驾驶员的操作和当前的整车和零部件工作状况，在保证安全和动力性的前提下，选择尽可能优化的工作模式和能量分配比例，以达到最佳的燃料经济性和排放指标。
(1)整车控制系统及功能分析
1)控制对象：电动汽车驱动系统包括几种不同的能量和储能元件（燃料电池，内燃机或其他热机，动力电池和／或超级电容），在实际工作过程中包括了化学能、电能和机械能之间的转化。
电动汽车动力系统能流图如图5—6所示。
2)整车控制系统结构：电动汽车动力系统的部件都有自己的控制器，为分布式分层控制提供了基础。
分布式分层控制可以实现控制系统的拓扑分离和功能分离。
拓扑分离使得物理结构上各个子系统控制系统分布在不同位置上，从而减少了电磁干扰，功能分离使得各个子部件完成相对独立的功能，从而可以减少子部件的相互影响并提高了容错能力。
电动汽车分层结构控制系统如图5-7所示。
最底层是执行层，由部件控制器和一些执行单元组成，其任务是正确执行中间层发送的指令，这些指令通过CAN总线进行交互，并且有一定的自适应和极限保护功能；中间层是协调层，也就是整车控制器(VMS)，它的主要任务一方面根据驾驶员的各种操作和汽车当前的状态解释驾驶员的意图，另一方面根据执行层的当前状态，做出最优的协调控制；最高层是组织层，由驾驶员或者制动驾驶仪来实现车辆控制的闭环。
3)整车控制系统对车辆性能的影响主要有三个方面：
①动力性和经济性：整车控制器决定发动机和电动机转矩的输出，直接关系到汽车动力性能，影响驾驶员的操纵感觉；燃料电池轿车和大巴有两个或两个以上的能量来源，在汽车实际行使过程中，整车控制器实施控制能量源之间的能量分配，从而实现整车能量的优化，获得较高的经济性。
②安全性：燃料电池轿车和大巴上包括氢气瓶，动力电池等能量储存单元和动力总线，电动汽车电机及其控制器等强电环节，除了原有的车辆安全性问题（如制动和操作稳定性）之外，还增加了高压电安全和氢安全等新的安全隐患。
整车控制器必须从整车的角度及时检测个部件的工作状态，并对可能出现的危险进行及时处理，以保证成员和车辆的安全。
③驾驶舒适性及整车的协调控制：采用整车控制器管理汽车上的各部件工作，可以整合汽车上各项功能，如自动巡航、ABS、自动换档等，实现信息共享和全局控制，改善驾驶舒适性。
整车控制器根据驾驶员操作信号进行驾驶意图解释，根据各个部件和整车工作的
状态进行整车安全管理和能量分配决策，通过CAN总线向部件ECU发送命令，并通过硬件资源驱动整车安全操作和仪表显示。
电动汽车整车控制系统如图5-8所示：
(2)整车控制器
1)整车控制器功能：整车控制器是控制系统的核心，承担了数据交换、安全管理和能量分配的任务。
根据重要程度和实现次序，其功能划分如下。
①数据交互管理：整车控制器要实时采集驾驶员的操作信息和其他各个部件的工作状态信息，这是实现整车控制器其他功能的基础和前提。
该层接受CAN总线的信息，对直接馈入整车控制器的物理层进行采样处理，并且通过CAB发送控制命令，通过I/O、D／A和PWM提供对显示单元、继电器等的驱动信号。
②安全故障管理层：实车运行中，任何部件都可能产生差错，从而可能导致器件损坏甚至危及车辆安全。
电动汽车控制器要能对汽车各种可能的故障进行分析处理，这是保证汽车行驶安全的必备条件。
对车辆而言，故障可能出现在任何地方，但对整车控制器而言，故障只体现在第一层中继承的数据中。
对继承的数据进行分析判断将是该层的主要工作之一。
在检测出错误后，该层会做出相应的处理，在保证车辆足够安全的条件下，给各部件提供可使用的工作范围，以便尽可能地满足驾驶员的驾驶意图。
③驾驶员意图层：驾驶员的所有与驱动驾驶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驾驶员操作信息进行正确的分析处理，计算出驱动系统的目标转矩和车辆
的需求功率来实现驾驶员的意图。
④能量流管理层：该层的主要工作是在多个能量源之间进行需求功率分配，这是提高燃料电池汽车经济性的必要途径。
要实现整车控制器的上述功能，必须设计合理的硬件和软件整车控制器功能划分如图
5-9所示。
2)整车控制器硬件：现有的动力总成控制器一般为采用高性能单片机的嵌入式系统，有Cygnal公司的C8051F020单片机，Intel的80C196，TI的TMS320LF2407数字信号处理器，Freescale的MC68376系列单片等方案，此外还有支持Simulink自动代码生成的微处理器有Freescale公司的HC12、MPC555，Infineon公司的C166,TI公司的DSP C2000、C6000等。
以上这些控制器都具有高速高精度，存储器容量较大的特点，能满足实时控制算法对计算能力的需求。
同时还具有丰富的片内IO接口，网络总线通信接口，为分布式网络控制和集中控制提供了可能。
为了能在芯片上移植诸如OSEK／VDX之类的实时操作系统，对中断和定时器等硬件资源也有较为特殊的要求。
其中一些控制器在传统汽车的发动机和传动系统的控制中已经得到广泛的应用，其可靠性也得充分的验证。
这其中以工作频率为40MHz且具有64位浮点运算PowerPC内核的3 2位RISC构架的MPC555处理器运算能力最为强大，集成的片内RAM和Flash容量较大，片内外围设备接口最为丰富，Simulink对其所提供的驱动程序模块库支持也最完善。
故选择其作为VMS 控制器的嵌入式硬件平台基础。
MPC555模块示意图如图5-10所示：
3)整车控制器开发：在传统的控制单元开发流程中，通常采用串行开发模式，即首先根据应用需要，提出系统需求并进行相应的功能定义，然后进行硬件设计，使用汇编语言或
C语言进行面向硬件的代码编写，随后完成软硬件和外部接口集成最后对系统进行测试标定。
现在的ECU开发多采用V模式开发流程(图5-11)。
软硬件技术的不断发畏，为并行开发提供了强有力的工具。
例如德国dSPACE公司开发了基于PowerPC和Matlab／Simulink的实时系统仿真，为控制器开发及半实物仿真提供了很好的软硬件工作基础。
第一步，功能定义和离线仿真。
首先根据应用需要明确控制器应该具有的功能，为硬件设计提供基础；然后借助MATLAB建立整个控制系统（包括控制器和被控对象）的仿真模型，并进行离线仿真，运用软件仿真的方法设计和验证控制策略。
第二步，快速控制器原型和硬件开发。
从控制系统的Matlab仿真模型中取出控制器模型，并且结合dSPACE的物理接口模块(A／D、D／A、I/O、RS232、CAN)来实现与被控对象的物理连接，然后运用dSPACE提供编译工具生成可执行程序，并下载到dSPACE 中。
DSPACE此时作为目标控制器的替代物，可以方便地实现控制参数在线调试和控制逻辑调节。
在进行离线仿真和快速控制其原型的同时，根据电动汽车控制器的功能设计，同步完成硬件的功能分析并进行相应硬件设计，制作，并且根据软件仿真的结果对硬件进行完善和修改。
第三步，目标代码生成。
前述的快速控制原型基本生成了满意的控制策略，硬件设计也形成了最终物理载体ECU，此时运用dSPACE的辅助工具Tar—getLink生成目标代码，然后编写目标ECU的底层驱动软件，两者集成后生成目标代码下载到ECU中。
第四步，硬件在环仿真。
其目的是验证控制器电控单元ECU的功能。
在这个环节中，除了电控单元是真实的部件，部分被控对象也可以是真实的零部件，如果将Matlab仿真模型中的被控对象模型生成代码并下载到dSPACE中，则可用于被控对象的特性。
第五步，调试和标定。
把经过硬件再换仿真验证的ECU链接到完全真实的被控对象中，进行实际运行试验和调试。