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整車控制器(簡稱VCU)是整車控制的核心控制器，通過CAN/LIN總線或者硬線，實(shí)現(xiàn)對電池系統(tǒng)、電驅(qū)系統(tǒng)、熱管理系統(tǒng)等的管理(VCU的控制簡圖如圖1所示)，具體包括檔位、加速踏板、制動(dòng)踏板的控制，根據(jù)實(shí)時(shí)的動(dòng)力電池電量，計(jì)算出需要輸出的扭矩控制，整車的低壓、高壓的上下電、能量回收等控制，VCU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡圖如2所示。 
圖2 VCU內(nèi)部簡圖(來源網(wǎng)絡(luò))
詳細(xì)來說說VCU的各項(xiàng)功能：
在開車的時(shí)候，有沒有遇到過有時(shí)候掛擋掛不上去，比如不踩剎車，是掛不上D檔的。這個(gè)就是VCU控制的。當(dāng)你在掛擋時(shí)，檔位控制器將檔位請求信號發(fā)送給VCU，VCU判斷換擋條件是否滿足，再執(zhí)行檔位切換。都有哪些條件呢？3、低壓蓄電池是否在有效范圍內(nèi)(比如9~16V)；檔位的控制主要分為三個(gè)階段，分別為上電階段、正常運(yùn)行階段、下電階段。在車輛上電時(shí)，VCU默認(rèn)向檔位控制器發(fā)送P檔請求，并且在儀表盤上點(diǎn)亮P檔指示燈。在車輛下電時(shí)，VCU會(huì)檢測到車速達(dá)到要求時(shí)，發(fā)出P檔請求。在車輛正常運(yùn)行時(shí)，會(huì)檢測上述的那些條件是否都滿足，只有全滿足后才能正常進(jìn)行檔位切換。輸入信號：檔位請求；當(dāng)前車速信號，高壓狀態(tài)信號，鑰匙信號，制動(dòng)踏板信號。踏板信號包括油門和剎車，其是整車最重要的輸入量之一，直接反映了駕駛員的操作意圖，并且影響車輛和人員的安全，因此這兩個(gè)信號通常是有冗余的，通常是各有兩路獨(dú)立的信號采集鏈路，在此基礎(chǔ)上，還有很嚴(yán)格的錯(cuò)誤檢測機(jī)制，比如：1.當(dāng)兩路油門或者剎車信號的差值超過一定范圍，則認(rèn)為是踏板開度不同步，報(bào)踏板故障；2.當(dāng)踏板傳感器的供電電壓不在正常范圍，報(bào)踏板故障；
3.當(dāng)兩路信號電壓不在正常范圍時(shí)，報(bào)踏板故障；4．當(dāng)油門和制動(dòng)踏板同時(shí)請求時(shí)，優(yōu)先響應(yīng)制動(dòng)踏板。當(dāng)上述的前三條條故障中任意一條發(fā)生，VCU中使用該信號的軟件模塊不再使用該信號進(jìn)行處理，并且車輛進(jìn)入跛行，點(diǎn)亮儀表盤上的故障燈。局域網(wǎng)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)管理如圖1中，VCU負(fù)責(zé)局域網(wǎng)內(nèi)控制器的上下電管理。當(dāng)VCU收到鑰匙信號時(shí)，VCU首先被喚醒，并且開始自檢，自檢主要包括上電過程中是否有故障報(bào)出、低壓蓄電池電壓是否在正常范圍，自檢通過后通過網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文或者是KL15硬線，將局域網(wǎng)的控制器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行喚醒。下電過程則是，當(dāng)VCU檢測到鑰匙信號OFF后，VCU首先停發(fā)網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文，等待局域網(wǎng)內(nèi)其他各節(jié)點(diǎn)都停發(fā)網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文后，再一起停發(fā)應(yīng)用報(bào)文，同步將進(jìn)入下電休眠。
車輛驅(qū)動(dòng)管理包括駕駛模式管理，扭矩輸出管理、定速巡航管理、自適應(yīng)巡航管理等。駕駛模式管理主要是按ECO、NORMAL、SPORT三種模式來管理動(dòng)力輸出和功率輸出。在ECO模式下通過限制功率輸出、車速來降低能量消耗，達(dá)到節(jié)能經(jīng)濟(jì)的目的。NORMAL通常為整車默認(rèn)模式，能耗、車速都相對均衡，運(yùn)動(dòng)模式下通常是默認(rèn)整車設(shè)計(jì)的最大功率輸入，提供強(qiáng)勁的動(dòng)力表現(xiàn)。這些控制都是通過油門開度與不同的扭矩響應(yīng)來達(dá)到的，在不同模式下有不同的映射表,也就是所說的map。在ECO模式下，扭矩輸出比較柔和。在SPORT模式下，映射表中的對應(yīng)值更高，也就意味著響應(yīng)更加快速，動(dòng)力來的更加澎湃。VCU給電驅(qū)總成的扭矩請求值是根據(jù)三個(gè)值來確定的。其中之一為VCU根據(jù)不同駕駛模式下，標(biāo)定的map表中當(dāng)前轉(zhuǎn)速對應(yīng)的最大扭矩與油門開發(fā)的乘積。第二個(gè)為BMS在當(dāng)前條件下最大的輸出功率值。
第三個(gè)為當(dāng)前轉(zhuǎn)速下電驅(qū)總成能輸出的最大扭矩值。VCU根據(jù)這三個(gè)值，選擇其中最小的發(fā)送給電驅(qū)總成，進(jìn)行扭矩響應(yīng)。另外為了保證油門響應(yīng)更加線性，在將扭矩請求值發(fā)送給電驅(qū)總成之前還會(huì)收扭矩變化率map影響。在ECO模式下，扭矩變化率更加平緩，則動(dòng)力響應(yīng)偏慢，比較柔和，SPORT模式下扭矩變化率比較激進(jìn)，扭矩變化率更大，動(dòng)力響應(yīng)快。
高壓系統(tǒng)(如圖3所示)的上下電，在純電車中，這是很重要的一環(huán)，首先高壓存在安全問題，另外如果高壓無法上電，車輛是無法開動(dòng)的，類似于傳統(tǒng)車上，發(fā)動(dòng)機(jī)沒有啟動(dòng)，車輛動(dòng)不了一樣。
圖3 高壓系統(tǒng)電氣圖(來源知網(wǎng))1、避免車輛出現(xiàn)非預(yù)期的加速、減速、轉(zhuǎn)向等動(dòng)作；2、應(yīng)避免因高壓故障引起人員傷亡及設(shè)備損壞；首先高壓上電功能需求主要包括：鑰匙上電、直流/交流充電、遠(yuǎn)程控制(例如遠(yuǎn)程打開空調(diào))，這三種場景僅僅是喚醒的方式不一樣，高壓上電的邏輯和時(shí)序是差不多的。對于整個(gè)上電過程，通過會(huì)有時(shí)間要求，比如要求1s內(nèi)局域網(wǎng)內(nèi)各ECU(通常包括VCU、DCDC、DCU、BMS等)應(yīng)完成上電流程，并進(jìn)入工作模式。在上電流程中，首先是VCU被喚醒(鑰匙喚醒、網(wǎng)絡(luò)喚醒、或者充電cc信號硬線喚醒)，啟動(dòng)后發(fā)送請求閉合HVIL回路使能線和必要的12V低壓繼電器的CAN報(bào)文，同時(shí)監(jiān)控HVIL回路狀態(tài)，然后DCU、DC/DC、BMS被喚醒(VCU發(fā)送的網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文或者IG ON信號喚醒)并進(jìn)行自檢，監(jiān)控HVIL回路狀態(tài)，對于BMS來說還需計(jì)算絕緣阻值，確認(rèn)絕緣是否正常，無故障后進(jìn)入待機(jī)模式(standby狀態(tài))。隨后VCU請求BMS閉合主繼電器，BMS則先后閉合主負(fù)繼電器和預(yù)充繼電器，當(dāng)檢測到母線電壓達(dá)到閾值后，判斷預(yù)充電成功，然后閉合主正繼電器，并斷開預(yù)充繼電器，到這則高壓上電完成，在VCU請求BMS閉合主繼電器時(shí)，同時(shí)也會(huì)請求DCU、DC/DC進(jìn)入工作模式，時(shí)序圖如圖2所示。
為什么要預(yù)充呢？對于低壓來說，例如平時(shí)用的電池或者是12V低壓蓄電池，是不需要開關(guān)，直接拔電池不會(huì)有什么風(fēng)險(xiǎn)。但對高壓而言，直接接電池是不行的，有可能會(huì)產(chǎn)生較大的沖擊，燒壞功率器件。
預(yù)充是將預(yù)充電阻串聯(lián)到高壓回路中，由預(yù)充電阻分掉一部分電壓，然后，隨著各ECU內(nèi)的電容充電上來，等到電壓上升到某一閾值，主正繼電器閉合，這樣預(yù)充回路就完成了它的工作了，如圖4。
圖4 高壓正常上電時(shí)序(來源知網(wǎng))在正常下電流程中，當(dāng)檢測到鑰匙信號、硬線信號關(guān)閉或網(wǎng)絡(luò)喚醒信號停發(fā)，VCU立即請求DCU離開工作模式，并且功率器件迅速降低功率，隨后VCU請求DC/DC離開工作模式，然后VCU在請求BMS斷開繼高壓繼電器，BMS完成響應(yīng)后，VCU斷開HVIL回路和低壓繼電器，各節(jié)點(diǎn)進(jìn)入下電休眠流程，如圖5所示。
圖5 高壓正常下點(diǎn)(來源知網(wǎng))在正常上電狀態(tài)下，如果出現(xiàn)絕緣阻值低于閾值、高壓互鎖斷開、IGBT過流等嚴(yán)重故障時(shí)，VCU會(huì)進(jìn)行緊急下高壓電流程，首先VCU請求DC/DC脫離工作模式，DCU進(jìn)入failure模式，隨后VCU請求BMS斷開高壓繼電器，并且斷開HVIL回路，隨后 VCU 請求 IPU 進(jìn)入緊急放電模式， DCU在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成余電泄放， 若鑰匙為關(guān)閉狀態(tài)，則各節(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠流程，如圖6所示。
能量管理是VCU根據(jù)動(dòng)力電池充放電能力、車輛運(yùn)行模式、運(yùn)行狀態(tài)，以及各用電負(fù)載的優(yōu)先級，實(shí)時(shí)調(diào)整各用電負(fù)載的功率。在常規(guī)工況下，各個(gè)用電負(fù)載的用電優(yōu)先級為DCDC＞電池制熱/制冷＞乘員艙制冷＞乘員艙制熱＞電機(jī)功率；在急加速工況下，通過判斷駕駛員是否有緊急加速意圖，VCU的能量管理優(yōu)先滿足動(dòng)力需求，限制空調(diào)等系統(tǒng)的工作。在動(dòng)力電池饋電工況下，優(yōu)先滿足基本駕駛需求?？照{(diào)系統(tǒng)功能會(huì)被限制。除了以上簡介的之外，還有PTC的控制，自動(dòng)駕駛中的定速巡航，自適應(yīng)巡航都是需要VCU來實(shí)現(xiàn)的。在當(dāng)前電子電氣架構(gòu)變革之際，VCU也將朝著集成化和域控化發(fā)展。集成化是指將整車控制系統(tǒng)中的部分控制功能集成到一個(gè)控制器中，例如比亞迪E3.0平臺(tái)中的八合一，其就是將原來分開的VCU、電機(jī)控制器、BMS、車載充電器集成到一個(gè)控制器中，如圖7所示。
圖7 比亞迪E3.0平臺(tái)的八合一 域控化是在集成化的基礎(chǔ)上將VCU升級為動(dòng)力域的域控制平臺(tái)，更高性能的芯片將使其支持整車實(shí)現(xiàn)SOA服務(wù)架構(gòu)，另外可以嘗試更復(fù)雜的模型預(yù)測控制算法，讓VCU對需求扭矩、能量分配和管理做更好，更加精準(zhǔn)的控制和分配，從而達(dá)到整車電耗的優(yōu)化，提升電車的續(xù)航里程。 參考： https://mp.weixin.qq.com/s/Fyymq5tRGr0M4twG2xRgVw https://mp.weixin.qq.com/s/lvTNgTAwzICE_WFrR_Ko5Q 其他網(wǎng)絡(luò)資料
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