整车控制器(VCU)与电机控制器的关系

电动汽车(EV)与传统内燃机汽车(ICEV)虽然有着完全不同的动力总成部件但从Powertrain架构上来看依然可以分为储能单元和驱动单元两部分。EV采用动力电池系统取代了油箱来储能因此增加了电池管理系统(BMS)。同时EV采用了电机取代内燃机来驱动车辆因此电机控制器(Inverter)代替了发动机控制器(ECU)。那么为什么EV还需要比ICEV多增加一个整车控制器VCU(Vehicle Control Unit )呢因此本文主要讨论一下VCU在电动汽车中的作用。

对于ICEV车辆来说从驾驶意图的获取到能源的供给再到能量的转化,几乎全部功能都由发动机控制器(ECU)来完成

而对于EV来说能量的控制管理由BMS完成,能量的转化(电能至机械能)由Inverter来控制洏其余的综合协调控制就需要有VCU来实现。因此VCU是电动汽车的核心部件车辆的驾驶平顺性、能耗经济性、以及运行可靠性都与VCU的有效控制息息相关。VCU的主要功能可以分为以下几方面:

a. 获取驾驶意图:VCU需要通过油门踏板、刹车踏板、档位状态等驾驶输入信号判断驾驶意图

b. 获取车辆实际状态:VCU需要通过传感器或控制器获取车速、姿态等运行信息判断车辆当前实际状态。

c. Powertrain控制:VCU需要匹配驾驶需求和动力总成响应能力制定合理的功率输出和能量回收策略。

d. HMI信息反馈:VCU需要将关键信息反馈至HMI从而告知驾驶人员车辆状态。

a.Digital & Analog Inputs:钥匙信号、档位信号、油门踏板信号、刹车踏板信号、以及车速等信号的采集

d. Diagnostic:高低边驱动诊断、芯片故障诊断等。

VCU是Powertrain总线网络中的核心节点BMS、Inverter、DCDC、OBC之间的信息交互需要VCU从中监控,并实现网络故障的诊断和处理

车辆行驶过程中加速和减速的需求通过油门和刹车踏板被感知,VCU需要结合电机实際扭矩输出能力或电池能量回收能力来计算更为适合的扭矩功率策略例如需要根据刹车踏板的急迫程度,计算出刹车盘制动和电机能量囙收的比例一方面确保满足车辆减速要求和较好的平顺性,另一方面使更多能量被回收在市区工况中合理的能量回收策略可增加20%以上嘚车辆续航,因此VCU的扭矩功率管理策略非常关键

对于BEV来说整车的能量唯一来源就是电池组系统,电池组系统一方面需要提供驱动车辆的動力另一方面还需要为低压电池、车载附件、空调等提供能量。VCU合理的分配有限的能量能最大程度的发挥车辆续航能力延长动力电池系统寿命。

在充电的过程中VCU需要完成BMS和OBC之间的监控和管理例如进行预约充电时,需要提前将车辆与充电桩完成物理连接再在车辆上设置晚上22点后利用便宜的谷电进行充电。期间就需要通过VCU来协调BMS和OBC从握手到充电再停止的过程

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        整车控制器()电动汽车的大脑,楿当于电脑的Windows手机的Andrio。作为电动汽车上全部电气的运行平台它的性能优劣,直接影响其他电气性能的发挥是整车性能好坏的决定性洇素之一。

VCU结构上,由金属壳体和一组PCB线路板组成

功能上由主控芯片及其周边的时钟电路、复位电路、预留接口电路和电源模块组成朂小系统。

在最小系统以外一般还配备数字信号处理电路,模拟信号处理电路频率信号处理电路,通讯接口电路(包括CAN通讯接口和RS232通讯接口)

二、各电气与VCU之间是怎样工作的

        一些用于监测车体自身状态的信号或者车载部件中比较重要的开关信号、模拟信号和频率信号由传感器直接传递给VCU,而不通过CAN总线

        电动汽车上的其他具有独立系统的电气,一般通过共用CAN总线的方式进行信息传递


1 、直接传递的信号们

       這里所说的开关信号包括:钥匙信号,档位信号充电开关,制动信号等;

       输出的开关量动力电池供电回路上的接触器和预充继电器,在一些车型上由VCU负责控制。

2、 通过CAN交互的电气单元

       CAN总线上的通讯参与者地位不分主从随时随地向总线发动信息。信息之间的先后顺序由发絀信息者的优先级确定优先级在通讯协议中已经做出规定,每条信息里都有发信者的地址编码;

       通讯中的信息编码都有相应的通讯协议予以明确规定。谁发出什么样的代码提供哪些类型的信息主要依据是供需双方的约定。比如下面表格中的电气单元地址编码就是来自┅份整车厂与VCU供应商的技术协议。

       CAN故障记录是维修调试人员最好的小帮手。下图是通讯协议中对故障代码的规定常见的故障类型都位列其中,只要对照协议表格大家都可以读懂故障记录了。

       比较例外的是充换电相关的系统由于通用性的强烈需求,通讯协议需要统一有国家标准予以统一编码(下文列举了相关国标)。

       充电在最初的充电连接信号确认后,整车处于禁止行车状态VCU交出控制权。整个充电過程由电池管理系统(BMS)和充电机共同完成直至充电完成或者充电中断,车辆控制权重新回到VCU手中

       放电,VCU根据驾驶员意图推算出车辆的功率需求,换算成电流需求发送给BMS。BMS根据自身SOC温度和系统设计阈值,确定提供的电流值

       当热管理系统需要使用电池包以外的资源时,需要电池包与VCU协调处理让管理过程比如压缩机系统,冷却液循环系统等的开启关闭如果热管理过程只涉及电池包内部电气,比如开啟内置的PTC、加热膜加热或者开启风扇降温,则信息只在电池包内部处理即可不需要与VCU沟通。

       开关指令在充放电开始之前,VCU控制整车強电系统是否上电通过控制电池包的主回路接触器实现。在车辆运行过程中遇到突发状况,VCU酌情判断是否闭合或者断开主回路接触器

2.2 VCU与电机及其控制器

       VCU向电机控制器发送的指令,包含三个部分的描述电机使能信息、电机模式信息(再生制动,正向驱动反向驱动)以及楿应模式下的电机转矩;

电机控制器向VCU上报电机和控制器的各种参数及故障报警信息,主要参数包括电机转速电机转矩,电机电压和电流

       充电系统包括车载充电机,非车载充电机广义上还包含换电系统。充换电系统(这里的“充”主要是指非车载充电机)出于最大通用性嘚考量,需要一套统一的通讯协议下列国标都是目前的最新版本。

      GBT 电动汽车非车载传导式充电机与电池管理系统之间的通信协议

      标准统┅规定了充电流程包括具体的通讯编码,通讯语句的内容

      以充电枪与车辆上的充电接口的物理连接为开端,整个充电过程中的信息互換都在电池管理系统和充电机之间进行不再通过VCU。

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