纯电动汽车整车控制器（VCU）详细介绍

一、国外产品先容：

（1）丰田公司整车节制器

丰田公司整车节制器的道理图如下图所示。该车是后轮驱动，左后轮和右后轮分手由2个轮毂电机驱动。其整车节制器接管驾驶员的操作旌旗灯号和汽车的运动传感器旌旗灯号，此中驾驶员的操作旌旗灯号包括加速踏板旌旗灯号、制动踏板旌旗灯号、换档位置旌旗灯号和转向角度旌旗灯号，汽车的运动传感器旌旗灯号包括横摆角速率旌旗灯号、纵向加速旌旗灯号、横向加速旌旗灯号和4个车轮的转速旌旗灯号。

整车节制器将这些旌旗灯号颠末节制策略谋略，经由过程阁下2组电机节制器和逆变器分手驱动左后轮和右后轮。

（2）日立公司整车节制器

日立公司纯电动汽车整车节制器的道理图如下图所示。图中电动汽车是四轮驱动布局， 此中前轮由低速永磁同步电机经由过程差速器驱动，后轮由高速感应电机经由过程差速器驱动。整车节制器的节制策略是在不合的工况下应用不合的电机驱动电动汽车，或者按照必然的扭矩分配比例，联合应用2台电机驱动电动汽车，使系统动力传动效率最大年夜。

当电动汽车起步或爬坡时，由低速、大年夜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）日产公司整车节制器

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。采纳200V家用交流电，大年夜约必要8h可以将电池充溢；快速充电必要10min，可供给其行驶50km的用电量。日产聆风LEAF的整车节制器道理图如下图所示，它接管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旌旗灯号，经由过程子节制器节制直流电压变换器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办理规划

该节制器可兼容12V及24V两种供电情况，可用于新能源乘用车、商用车电控系统，作为整车节制器或混杂动力节制器。该节制器对新能源汽车动力链的各个环节进行治理、协调和监控，以前进整车能量使用效率，确保安然性和靠得住性。

该整车节制器采集司机驾驶旌旗灯号，经由过程CAN总线得到电机和电池系统的相关信息，进行阐发和运算，经由过程CAN总线给出电机节制和电池治理指令，实现整车驱动节制、能量优化节制和制动回馈节制。具备完善的故障诊断和处置惩罚功能。

此外，该节制器还采纳专门加入了一个16位处置惩罚器单元用于实现针对主处置惩罚器的安然监控及Safety IO的节制。、

机能指标：

主节制器：Infineon 32-bit TC1782

安然节制器：Infineon 16/32bit XC2000

事情电压范围：9～32V；

事情温度范围：-40～105；

通讯接口：3-chn *CAN；1-chn*LIN；

数字输入：26-chn

模拟输入：6-chn*10-bit@0～5V；7-chn*12-bit@0～12V；

低边驱动：>14-chn；

高边驱动：>7-chn；

传感器供电：>1-chn@ Vbat；4-chn@5V；

样件图片：

二、海内产品：

海内市场的整车节制器主要由一些高校和钻研单位研发。其技巧规划是经由过程微处置惩罚器的嵌入布局，编写节制软件代码，实现高效率驱动纯电动汽车的功能。它一样平常采集加速踏板、制动踏板、换档位置、车速等旌旗灯号，应用CAN总线与电机节制器和电池治理系统通信，实现对整车的治理与节制。

（1）天津清源电动车辆有限责任公司和一汽天津夏利株式会社牵头，中国汽车技巧钻研中间、天津大年夜学、天津和平海湾公司和天津蓝天高科公司等十几个单位合营介入相助开拓出XL2000型纯电动轿车。其节制系统如下图所示。

该电动汽车采纳集中电机驱动要领，使用CAN通讯总线连接各个节制节点。整车节制器对采集到的模拟量、开关量以及其他节制单元反馈的数据进行综合处置惩罚，判断车辆行驶工况，节制电机以及其他部件和谐事情，包管纯电动汽车的正常行驶。

（2）众泰公司整车节制器

众泰2008EV是众泰汽车集团开拓的海内第1款纯电动SUV汽车，2009年3月参加上海车展。2010年7月，众泰5008EV纯电动车以10.08万元出售给了杭州一位小我客户，成为中国首台挂牌上路的纯电动汽车。

众泰5008EV采纳锂离子动力电池，设置设置设备摆设摆设了车载充电机，可选择家用电源充电模式或快速充电模式进行充电。最大年夜功率是27 kW，最高车速可达110km／h，充溢电后续驶里程为300 km，百公里的耗电仅12kW·h。

今朝，众泰5008EV在享受国家6万元补贴及杭州市地方补贴之后，价格是10.08万元。众泰2008EV的整车节制器 （VCU） 道理图如下图所示。

它连接加速踏板、节制电机节制器、电池治理系统、直流电压变换器DC／DC、电动助力转向系统EPS、真空助力系统、空调系统、组合仪表。整车节制器能够统计整车所有电器设备的功耗，比较动力电池能够供给的电量，根据功率模型谋略结果，输出节制器指令旌旗灯号至电机节制器，电机节制器调剂牵引电机的转矩值。

当整车节制器接管到加速踏板输入的功率需求信息后，根据整车所有电器设备的功率分配环境和电池治理系统输入的供电电池的电压、电流等信息进行综合阐发，合理地调剂牵引电机的扭矩输出，包管其具有足够的牵引力。

三、海内某公司整车节制用具体先容

1、描述：

整车节制器是纯电动汽车的核心节制器件，主要功能为采集车辆信息、驾驶员意图，节制车辆运行，诊断车辆故障等。

整车部件拓扑：

主要功能：VCU完成对车辆各个模块的监控和通讯，是整车的“大年夜脑”。

（1） 车辆驾驶：采集司机的驾驶需求，治理车辆动力分配；

（2） 收集治理：监控通信收集，信息调整，信息汇总，网关；

（3） 仪表的帮助驱动；

（4） 故障诊断处置惩罚：诊断传感器、履行器和系统其他部件故障并进行响应的故障处置惩罚，按照标准款式存储故障码。标准故障码显示；

（5） 在线设置设置设备摆设摆设和掩护：经由过程车载标准CAN端口，进行节制参数改动，匹配标定，功能设置设置设备摆设摆设，监控，基于标准接口的调试能力等；

（6） 能量治理：经由过程对电动汽车车载耗能系统（如空调、电动泵等）的协调和治理，以得到最佳的能量使用率；

（7） 功率分配：经由过程综合车辆信息、电池和电机信息谋略电机功率的分配，进行车辆的驱动节制和制动能量回馈节制。从而在系统容许范围内得到最佳的驾驶机能；

（8）真空助力泵的节制及故障诊断，真空泵故障时电制动帮助节制；

（9）坡道驻车帮助节制；

（10）坡道起步时防止后溜节制。

VCU机能参数：硬件机能参数：

（1）事情特点参数

事情电压范围： 9～18V

功率耗损： ≤50W

储存情况温度： -40℃～90℃

事情情况温度： -40℃～85℃

事情湿度： ≤90%，不结露

指令履行速率： ≥20MIPS

（2）I/O功能指标

采集油门踏板、刹车踏板、钥匙旌旗灯号、档位旌旗灯号等，节制车辆部件开关。

6 路模拟电压输入： 分辨率12bit，量程为0-5V

2 路模拟电流输入： 分辨率12bit，量程为0-20mA

10 路高边数字输出： 最大年夜输出电流2A

2路大年夜功率高边数字输出： 最大年夜输出电流11A

4 路低边数字输出： 最大年夜接受电流1A

10 路高边数字输入： 逻辑1阈值≥8V

8 路低边数字输入： 逻辑0阈值≤6V

电路噪声： ≤10mV

（3）通讯功能：

完成与电机节制器、电池治理系统、仪表系统的CAN总线通信，波特率达到250KHz，兼容J1939标准。三路自力CAN总线，高可扩展性。

（4）靠得住性、电磁兼容性方面满意：

防护等级 QC/T413-2002 IP65

抗震 QC/T413-2002

电磁兼容性 GB/T18655-2002

GB/T17619-1998

GB/T21437.2-2008

耐电压 QC/T413-2002，具有过压、过流、短接、反接保护

耐盐雾性 24h盐雾试验后，产品内部干燥、无腐蚀征象，常温正常应用

温度冲击 电子节制器经10个轮回（温度范围：-40～85℃）转换光阴：＜10 s；停顿光阴：-40℃时停顿40 min、90℃时停顿20 min温度冲击试验后，能满意常温正常应用的要求

匀称无端障光阴 ﹥6000小时

2、技巧上风和特色：

1、优秀的硬件电路设计、接口保护、电磁防护设计、器件选型等硬件系统是整车节制器的硬件根基，是驱动软件、利用软件、收集调试、节制策略运行的载体。强力稳定的硬件设计可以前进全部系统的稳定性、靠得住性，削减故障率。

a、四层电路板，中心层是电源层和地层，电平稳定

b、数字电路电源与功率电路电源分开，数字地与功率地瓜分设计，削减耦合滋扰

c、隔离的CAN总线设计，避免总线收集受到串扰的影响，2500VRMS隔离

d、顶层和地层电路板采纳1OZ加厚铺铜，铜厚约35um

e、电路板四周采纳穿孔地墙设计，樊篱电磁辐射

f、端口EMI（Electro Magnetic Interference) 防电磁滋扰设计，采纳旌旗灯号硬件滤波，浪涌保护器件

g、采纳美国Freescale公司专为汽车级电子设计的16位微节制器MC9S12XEQ512为核心节制芯片。MC9S12XEQ512具有32K内部RAM，512KB片内Flash Memory，4K内部EEPROM和32K片内D-Flash，5路MSCAN，2路分离的12位A/D，2路SCI，3路SPI，事情温度范围-40至+125℃，40MHz时钟

h、整车器件选型依照汽车级标准，包管在温度、震荡、形变方面具备汽车级标准

2、实时节制软件，有限状态机模式处置惩罚事故

整车软件采纳实时节制，采样距离光阴1ms。采纳合理的底层驱动编写，削减处置惩罚光阴，为上层利用法度榜样的驾驶员意图判断、策略解析等供给支持。

3、针对轻卡设计的能量节制策略

（1）在线法度榜样更新、匹配标定、离线故障诊断支持软件开拓根据在线法度榜样更新对象的需求，在动力总成节制器中嵌入基于CAN通讯协议的法度榜样更新接口；根据ISO15765或SAE J1939/73协议标准，在VCU中嵌入基于CAN协议的故障诊断软件的支持接口。这些接口将为整车节制器的更新、优化、诊断带来便利。

（2）驱动节制器策略

电动卡车必要根据实际应用工况，拟订得当车辆的运行策略，以达到前进运行效率，削减能量耗损的目的。由此，在相应驾驶员加速踏板、刹车踏板等信息时就必要结合当前车辆状态进行修正、并输出相宜的动力。

（3）能量回馈策略

能量回馈是指车辆在制动时使用电机特点进行电能反馈到动力电池同时孕育发生制动力矩的一种能量收受接收策略。其制动扭矩安然输出问题由以下前提约束：电池快速充电能力约束，电池单体以及SOC状态约束，前后桥制动力平衡约束。

再生制动导致的车辆前后轴制动力分配不均问题，包管ABS系统的靠得住性和整车制动系统标准。

如下图所示，如仍采纳传统车的定比例制动力分配策略，新的“机器+再生制动”分配曲线将会在I曲线之上，在附出力低的路面上会呈现后轮先抱逝世的不稳定工况，影响ABS系统的靠得住性。要钻研电动卡车专用制动系统，以包管整车制动系统达到标准要求。回馈制动策略：限定最大年夜回馈制动力，同时在轮速低于必然阈值时，退出能量回馈制动。

（4）故障处置惩罚策略

严格故障分类分级，根据实际环境拟订故障处置惩罚机制，包管车辆安然运行。

对故障进行三个等级分类：

a、低等级故障：仪表声光报警，车辆继承运行；.

b、中等级故障：仪表声光报警，车辆50%功率运行，仪表提示降功率；

c、高等级故障：仪表声光报警，泊车，断高压（绝缘电阻、短路、碰撞）。