整車控制器（VCU），電動汽車的大腦，相當(dāng)于電腦的Windows，手機的Andrio。作為電動汽車上全部電氣的運行平臺，它的性能優(yōu)劣，直接影響其他電氣性能的發(fā)揮，是整車性能好壞的決定性因素之一。

1組成

結(jié)構(gòu)組成

VCU，結(jié)構(gòu)上，由金屬殼體和一組PCB線路板組成。

硬件組成

功能上由主控芯片及其周邊的時鐘電路、復(fù)位電路、預(yù)留接口電路和電源模塊組成最小系統(tǒng)。

在最小系統(tǒng)以外，一般還配備數(shù)字信號處理電路，模擬信號處理電路，頻率信號處理電路，通訊接口電路（包括CAN通訊接口和RS232通訊接口）

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2各電氣與VCU之間是怎樣工作的

一些用于監(jiān)測車體自身狀態(tài)的信號或者車載部件中比較重要的開關(guān)信號、模擬信號和頻率信號，由傳感器直接傳遞給VCU，而不通過CAN總線。

電動汽車上的其他具有獨立系統(tǒng)的電氣，一般通過共用CAN總線的方式進行信息傳遞。

2.1直接傳遞的信號們

這里所說的開關(guān)信號包括：鑰匙信號，檔位信號，充電開關(guān)，制動信號等；

模擬信號一般有：加速踏板信號，制動踏板信號，電池電壓信號等；

頻率信號，比如車速傳感器的電磁信號。

輸出的開關(guān)量，動力電池供電回路上的接觸器和預(yù)充繼電器，在一些車型上，由VCU負責(zé)控制。

2.2通過CAN交互的電氣單元

CAN總線上的通訊參與者地位不分主從，隨時隨地向總線發(fā)動信息。信息之間的先后順序由發(fā)出信息者的優(yōu)先級確定。優(yōu)先級在通訊協(xié)議中已經(jīng)做出規(guī)定，每條信息里都有發(fā)信者的地址編碼；

通訊中的信息編碼，都有相應(yīng)的通訊協(xié)議予以明確規(guī)定。誰發(fā)出什么樣的代碼提供哪些類型的信息，主要依據(jù)是供需雙方的約定。比如下面表格中的電氣單元地址編碼，就是來自一份整車廠與VCU供應(yīng)商的技術(shù)協(xié)議。

CAN故障記錄，是維修調(diào)試人員最好的小幫手。下圖是通訊協(xié)議中對故障代碼的規(guī)定，常見的故障類型都位列其中，只要對照協(xié)議表格，大家都可以讀懂故障記錄了。

比較例外的是充換電相關(guān)的系統(tǒng)，由于通用性的強烈需求，通訊協(xié)議需要統(tǒng)一，有國家標準予以統(tǒng)一編碼（下文列舉了相關(guān)國標）。

2.2.1VCU與動力電池系統(tǒng)

動力電池是純電動汽車動力的唯一來源。VCU與電池管理系統(tǒng)（BMS）通過整車CAN總線進行信息交互。

動力電池包實時監(jiān)測并上報給VCU參數(shù)包括：總電流，總電壓，最高單體電壓，最低單體電壓，最高溫度，電池包荷電狀態(tài)SOC（StateofCharge），某些系統(tǒng)還監(jiān)測電池包健康狀態(tài)SOH（StateofHealth）。

VCU發(fā)送給電池包的命令包括充電，放電和開關(guān)指令。

充電，在最初的充電連接信號確認后，整車處于禁止行車狀態(tài)，VCU交出控制權(quán)。整個充電過程由電池管理系統(tǒng)（BMS）和充電機共同完成，直至充電完成或者充電中斷，車輛控制權(quán)重新回到VCU手中。

放電，VCU根據(jù)駕駛員意圖，推算出車輛的功率需求，換算成電流需求，發(fā)送給BMS。BMS根據(jù)自身SOC，溫度和系統(tǒng)設(shè)計閾值，確定提供的電流值。

當(dāng)熱管理系統(tǒng)需要使用電池包以外的資源時，需要電池包與VCU協(xié)調(diào)處理讓管理過程，比如壓縮機系統(tǒng)，冷卻液循環(huán)系統(tǒng)等的開啟關(guān)閉。如果熱管理過程只涉及電池包內(nèi)部電氣，比如開啟內(nèi)置的PTC、加熱膜加熱，或者開啟風(fēng)扇降溫，則信息只在電池包內(nèi)部處理即可，不需要與VCU溝通。

開關(guān)指令，在充放電開始之前，VCU控制整車強電系統(tǒng)是否上電，通過控制電池包的主回路接觸器實現(xiàn)。在車輛運行過程中，遇到突發(fā)狀況，VCU酌情判斷是否閉合或者斷開主回路接觸器。

2.2.2VCU與電機及其控制器

VCU向電機控制器發(fā)送的指令，包含三個部分的描述，電機使能信息、電機模式信息（再生制動，正向驅(qū)動，反向驅(qū)動）以及相應(yīng)模式下的電機轉(zhuǎn)矩；

電機控制器向VCU上報電機和控制器的各種參數(shù)及故障報警信息，主要參數(shù)包括電機轉(zhuǎn)速，電機轉(zhuǎn)矩，電機電壓和電流。

2.2.3VCU與充電系統(tǒng)

充電系統(tǒng)包括車載充電機，非車載充電機，廣義上還包含換電系統(tǒng)。充換電系統(tǒng)（這里的“充”主要是指非車載充電機），出于最大通用性的考量，需要一套統(tǒng)一的通訊協(xié)議。下列國標都是目前的最新版本。

GBT27930-2015電動汽車非車載傳導(dǎo)式充電機與電池管理系統(tǒng)之間的通信協(xié)議

GB∕T32895-2016電動汽車快換電池箱通信協(xié)議

GBT32896-2016電動汽車動力倉總成通信協(xié)議

標準統(tǒng)一規(guī)定了充電流程，包括具體的通訊編碼，通訊語句的內(nèi)容。

以充電槍與車輛上的充電接口的物理連接為開端，整個充電過程中的信息互換都在電池管理系統(tǒng)和充電機之間進行，不再通過VCU。

2.2.4VCU與制動系統(tǒng)

采用復(fù)合制動系統(tǒng)的電動汽車，需要綜合考慮液壓制動系統(tǒng)，電機制動和防抱死系統(tǒng)（ABS）的協(xié)調(diào)一致性，進而需要有自己的管理系統(tǒng)，稱為制動管理系統(tǒng)（BCU）。BCU可以獨立于VCU之外，只通過CAN通訊，也可以把功能集成到VCU內(nèi)部。

根據(jù)制動踏板的開度和開度變化的速度，VCU計算出車輛的制動需求力矩，傳遞給BCU。BCU根據(jù)車輛的具體狀態(tài)做出具體力矩分配。

車速中等的一般制動，直接切入電機能量回饋制動，以最大數(shù)量的回收制動能量；

車速高，駕駛員急踩踏板，需要緊急制動。則BCU會首先啟動液壓制動系統(tǒng)，待減速狀態(tài)穩(wěn)定以后，再引入能量回饋制動，并逐漸加大比例。

行駛在冰雪路面，BCU則會引入ABS，并將其優(yōu)先級設(shè)置為最高，以車輛正常安全行駛為要。

2.2.5VCU與智能儀表

電動汽車儀表盤，結(jié)合傳統(tǒng)車原來的布置，國標GB/T19836-2005對顯示內(nèi)容提出了要求，如下表所示。

智能儀表，高端和低端的原理區(qū)別比較大。我們只以其中一種形式為例。

儀表系統(tǒng)通過CAN總線與VCU相連，從VCU獲取需要顯示的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳輸進儀表控制器以后，信號處理電路，將信息還原成各個儀表的顯示內(nèi)容。

上一代的指針式儀表，需要以步進電機為媒介，把獲得的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成驅(qū)動表針旋轉(zhuǎn)的動力。稍微先進一點的液晶顯示器，則不需要驅(qū)動步進電機這個過程，直接通過信息處理，即可在顯示屏上實時顯示。下面是一個智能儀表硬件設(shè)計框圖，僅供獲得感性認識。

3典型工況詳述

VCU作為車輛的核心，控制和監(jiān)測著車輛的每一個動作。車輛的控制過程，就是針對不同的運行模式，對關(guān)切的幾個參數(shù)進行比較。參數(shù)屬于哪個范圍，汽車就執(zhí)行怎樣的運行模式。

車輛工作模式，一般的劃分法：空檔模式、正常驅(qū)動模式、制動模式、失效保護模式、起步模式和充電模式。

下面按照車輛的不同運行模式，粗略講述它的工作過程。

3.1起步模式

這個模式的最重要特點是，進入起步模式以后，如果車輛處于水平路面，則車輛會以較小的速度開始行使；如果車輛處于斜坡上，則車輛至少會維持住原地不動的狀態(tài)。這是起步模式的特殊設(shè)計，該模式下，不必踩踏加速踏板，電機自動輸出一個基礎(chǔ)轉(zhuǎn)矩，防止溜車。

3.2正常驅(qū)動模式

指車輛處于正常運行狀態(tài)，包括加速，減速，倒車。這個過程中，VCU持續(xù)監(jiān)測各個電氣系統(tǒng)電流，電壓，溫度等參數(shù)，以及車輛自身的車速，滑移率等等行車參數(shù)。識別駕駛員意圖，按照加速踏板的開度和開度變化率，計算電機的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩和電池的輸出功率。

3.3制動模式

制動踏板被踩下，起動制動模式。VCU分析制動踏板的開度和開度變化率以及車速，結(jié)合車輛自身的車型參數(shù)，推算制動力矩。指揮制動控制器，做出最合理的制動力矩分配方案（提供制動力矩的主體包括液壓制動系統(tǒng)和電機回收制動），以及是否優(yōu)先啟動ABS主導(dǎo)制動過程。安全有效的實現(xiàn)駕駛員的制動意圖。

3.4失效保護模式

電動汽車運行過程中，把系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)的故障定義成幾個等級。

故障等級最低的，一般只是提示駕駛員。比如電池溫度達到50°C；

故障等級最高的，會強制車輛在一個比較小的時間內(nèi)停車，比如檢測出了系統(tǒng)絕緣故障。

而介于之間的故障，不會強制停車，但會對車輛的運行狀態(tài)進行限制。比如電池電量SOC低于30%，限速行駛。此時的動力電池系統(tǒng)，已經(jīng)無法輸出額定功率，而只能以一個較小的功率工作。

3.5空檔模式

電機與車輛的傳動系統(tǒng)之間沒有機械連接，電機處于懸空狀態(tài)，不會向外輸出任何轉(zhuǎn)矩。

3.6充電模式

充電槍與車輛充電插座物理連接確認后，輔助電源上電，相互發(fā)送握手報文并完成絕緣檢測。

握手完成，進行參數(shù)確認。充電機發(fā)送充電機最大輸出能力報文，BMS確認，是否可以以最大能力充電，若不可，則發(fā)送電池包的最大接受能力。

進入正式充電階段，在此過程中，充電機和BMS實時互相發(fā)送狀態(tài)信息，BMS周期性發(fā)送需求參數(shù)。

充電結(jié)束，其判別條件根據(jù)BMS的不同設(shè)置而有所不同，一般做法，充電最后恒壓階段，電流衰減到一個設(shè)定值或者設(shè)定的倍率，即認為電池包已經(jīng)充滿，充電過程可以結(jié)束。

過程中，任何一方發(fā)生故障，比如過溫、過流等，充電機都會發(fā)出報警，根據(jù)故障等級的不同，有的直接終止，有的等待人為處理。

5開發(fā)過程

在汽車行業(yè)，V模式開發(fā)已經(jīng)是一個公認的高效模式，VCU的開發(fā)過程，一般也會遵循這個過程。下面是一幅通用的V模式開發(fā)流程圖。

V模式開發(fā)，其理念就是通過協(xié)同合作，使得軟件設(shè)計達到高效與高質(zhì)兼得的目的。模型的水平方向，強調(diào)驗證的及時性和適用性。通用的經(jīng)驗，在“V”字的最下面，比較基礎(chǔ)的工作，采用白盒測試，越往上，系統(tǒng)越復(fù)雜，傾向于向黑盒測試過度。

具整車控制器的開發(fā)過程。

首先，根據(jù)提煉的需求，建立數(shù)學(xué)模型，并進行模型仿真；

然后，將模型數(shù)據(jù)下載到快速原型中，用硬件接口替代原來模型中的邏輯接口；

下一步，利用專業(yè)軟件，生成C代碼，與底層程序集成后，通過接口程序下載到整車控制器硬件中，準備進行調(diào)試。這個過程中，每個功能模塊會分別進行調(diào)試；

接下來，硬件在環(huán)仿真測試，利用模擬器模擬車輛運行環(huán)境，對VCU進行功能測試；

最后，VCU裝車，實車測評，完成通訊協(xié)議標定。測評通過后，得到產(chǎn)品的第一個版。

6主要廠家

純電動汽車整車控制器，各大汽車電子零部件巨頭是國外廠商主體，如德爾福、大陸、博世集團等。

國內(nèi)，稍具規(guī)模的車企，都傾向于自行研發(fā)整車控制器，像比亞迪、長安、上汽、宇通、金龍等，都是自己配套。除此以外的主要VCU供應(yīng)商還有一些電機廠家，如大洋電機，方正電機，匯川技術(shù)等。

整車控制器，主控芯片性能和系統(tǒng)集成度，是國內(nèi)廠商提升性能的主要瓶頸。