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整车控制器VCU简介

2021-06-09 14:35:48·  来源:汽车电子与软件  
 
整车控制器VCU(Vehicle control unit)作为新能源车中央控制单元,是整个控制系统的核心。VCU采集电机及电池状态,采集加速踏板信号、制动踏板信号、执行器及传感
整车控制器VCU(Vehicle control unit)作为新能源车中央控制单元,是整个控制系统的核心。VCU采集电机及电池状态,采集加速踏板信号、制动踏板信号、执行器及传感器信号,根据驾驶员的意图综合分析做出相应判定后,监控下层的各部件控制器的动作,它负责汽车的正常行驶、制动能量回馈、整车驱动系统及动力电池的能量管理、网络管理、故障诊断及处理、车辆状态监控等,从而保证整车在较好的动力性、较高经济性及可靠性状态下正常稳定的工作。可以说整车控制器性能的好坏直接决定了新能源汽车整车性能的好坏,起到了中流砥柱的作用。
新能源起步阶段,大概在11到15年诞生了第一代VCU产品。技术来源于传统汽车电控ECU,以发动机控制器及车身控制器为主要技术来源。行业典型产品有德尔福的HCU-2、联电的VCU、大陆的H300及普华第一代VCU-1
(我工作的时候,做的第一款新能源汽车,就是用的大陆的32位控制器,H300,因为成本太高,后来被嵌入式的同事给破解了……哦对,那时候还普遍叫HCU)
第二代产品起步阶段是16年到19年。目前行业解决方案主要产品,联电的VCU8、德尔福的HCU-5、大陆H500及普华ORIENTAIS_HCU-6,二代产品受制于补贴滑坡及车辆安全事件影响,因此出现了符合功能安全和不符合功能安全要求的两种产品。但从长远发展来看VCU的功能安全及AUTOSAR软硬件平台是势在必行。
如果说汽车未来发展趋势是电动化、智能化(甚至是软件定义汽车),那么整车控制器未来发展必将是高度集成及安全可靠。无论汽车发展到什么阶段,安全、舒适与经济性永远是发展的硬性指标。开放合作、分工合作是未来OEM、Tier1及Tier2主流合作模式。
现在的第三代的技术,已经更加高度集成化,例如集合了VCU功能的域控制器
当然,还有一种方式是,取消VCU,将VCU的功能分解到其他控制器,例如安全和上下电的功能,分到到BMS,行车相关的功能,分解到MCU
至于,VCU到底有哪些作用?我来稍微系统的给大家介绍一下:
说白了,就是汽车的大脑!接受外部的信号信息,然后运算后,给出相应的指令,给其他部件,进行车辆的工作。

一.  VCU长什么样子?
如下图:

整车控制器VCU简介

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拆开之后,是一些电路板

整车控制器VCU简介2

VCU包含的部分,如下图所示。——我个人负责的,就是其中应用层软件的集成化测试工作。

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二.  VCU的基本工作方式如何?

一切都是电信号!如下图:

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三.  VCU软件控制方向的架构如何?

当前来说相对成体系。如下图:

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四.  VCU的具体作用详解:

1.  驾驶员意图解析

VCU通过采集加速踏板,制动踏板,档位,等人机交互的接口信息(智能汽车还接收大屏等信号),并综合车辆当前的状态,如电池电量,车速,等关键信息,给出驾驶员对车辆的驱动或者制动需求,进行加速或者减速。

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2.  整车模式管理

实车车辆模式状态的变化和管控,纯电动车辆总体分为初始化模式,高压保持模式,交流充电模式,直流充电模式,行车模式,补电模式,故障模式等,VCU通过合理且明确的状态转移的条件和路径,实现车辆各状态之间的切换

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3.  整车能量管理

对于纯电动车辆来说,VCU通过对整车能量状态的监控,协调车辆动力输出和其他高压部件的工作状态,最大化的利用车辆的能量,以达到最优的能量使用效果——更强的动力,或更长的续航里程。

如低电量时对电机的限功率,限制空调使用。或者在用户选择不同的驾驶模式(如Sport模式)时,更大偏向于能量偏向动力输出。

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4.  驱动控制

以驾驶员驱动扭矩需求和车辆实际状态为基础,对整个驱动系统控制的动态管控过程进行优化和管理。使动力系统部件,在最优化的工作模式下,符合驾驶员的驾驶需求。

例如,通过油门踏板的控制(深度,踩下速率等)解析,判断驾驶员的需求扭矩大小,实现不同的加速效果。

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5.  制动控制

此处的制动控制的说法,其实不太严谨,更准确的说法,是能量回收的控制。VCU根据车辆当前的车速,驾驶员对踏板的操作,以及当前车辆状态的预估(例如,电池温度,SOC等状态),计算符合当前状态下的能量回收,由车辆的驱动系统进行执行。从而获得最优的能量的回收和制动的感觉。

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但是,能量回收和制动这个话题非常大,这里不具体展开。

6.  扭矩监控

从整车功能安全角度出发,VCU采集动力系统(驱动电机控制器)所反馈的客观参数,进行运算得到的车辆实际扭矩,从而对整车的扭矩进行监控,以确保车辆动力系统工作在安全的范围内

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7.  整车故障监控

VCU通过综合分析比较各零部件上传的信号值,和传感器采集的数值,进行实时的计算,比较。对车辆零部件的状态进行有效的识别和管理。

例如对电池上报的电池温度,或者充电口的温度传感器采集的温度值,进行判断,有效的避免车辆发生故障。或者在发生故障时,进行提醒或者安全措施。

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8.  部件故障监测

通过整车级别的设计,VCU可以进行相关冗余设计,在部分部件发生故障时,可以有效的进行诊断和处理,保证车辆的基本功能不会丧失。

例如,在电机过温时,VCU通过一定的冗余设计,可以降低行车功率,保证车辆部分基本功能完善。基于整车角度,对故障进行适应性处理。

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9.  整车附件的管理

VCU可以实现对车辆的附件功能,例如,空调功能的管理,DCDC需求管理,水泵,仪表,真空泵倒车灯,制动灯的管控。进行能量的最优化计算管理和整车需求。

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10.  故障诊断

VCU根据故障诊断的要求,便于售后进行维护和诊断。包括诊断仪开发都和VCU的诊断方案息息相关

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11.  在线标定

通过对VCU的扭矩Map和一些温度map的标定,包括一些故障限制的标定。可以对VCU内的一些标定量参数进行修改。因为车辆的软件并不是一开始就写死的,通常都会预留一些可调的数值,让标定工程师进行修改,以实现车辆达到最好的状态。

例如,对驾驶员的扭矩Map进行标定,可以改变车辆的驾驶性。

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以上,就是VCU的大概的介绍。 
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