VCU功能結(jié)構(gòu)說明

1、VCU系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能說明書新能源汽車作為一種綠色的運(yùn)輸工具在環(huán)保、節(jié)能以及駕駛性能等方面具有諸多內(nèi)燃機(jī)汽車無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，其是由多個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成的一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，主要包括電池、電機(jī)、制動(dòng)等動(dòng)力系統(tǒng)以及其它附件（如圖1所示）。各子系統(tǒng)幾乎都通過自己的控制單元（ECU）來完成各自功能和目標(biāo)。為了滿足整車動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、安全性和舒適性的目標(biāo)，一方面必須具有智能化的人車交互接口，另一方面，各系統(tǒng)還必須彼此協(xié)作，優(yōu)化匹配，這項(xiàng)任務(wù)需要由控制系統(tǒng)中的整車控制器來完成?；诳偩€的分布式控制網(wǎng)絡(luò)是使眾多子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)協(xié)同控制的理想途徑。由于CAN總線具有造價(jià)低廉、傳輸速率高、安全性可靠性高、糾錯(cuò)能力強(qiáng)和實(shí)時(shí)性好等優(yōu)點(diǎn)

2、，己廣泛應(yīng)用于中、低價(jià)位汽車的實(shí)時(shí)分布式控制網(wǎng)絡(luò)。隨著越來越多的汽車制造廠家采用CAN協(xié)議，CAN逐漸成為通用標(biāo)準(zhǔn)。采用總線網(wǎng)絡(luò)可大大減少各設(shè)備間的連接信號(hào)線束，并提高系統(tǒng)監(jiān)控水平。另外，在不減少其可靠性前提下，可以很方便地增加新的控制單元，拓展網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)功能。圖1 新能源汽車控制系統(tǒng)硬件框架一、整車控制器控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)公司自行設(shè)計(jì)開發(fā)的新能源汽車整車控制器包括微控制器、模擬量輸入和輸出、開關(guān)量調(diào)理、繼電器驅(qū)動(dòng)、高速CAN總線接口、電源等模塊。整車控制器對(duì)新能源汽車動(dòng)力鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行管理、協(xié)調(diào)和監(jiān)控，以提高整車能量利用效率，確保安全性和可靠性。該整車控制器采集司機(jī)駕駛信號(hào)，通過CAN總線獲得電機(jī)

3、和電池系統(tǒng)的相關(guān)信息，進(jìn)行分析和運(yùn)算，通過CAN總線給出電機(jī)控制和電池管理指令，實(shí)現(xiàn)整車驅(qū)動(dòng)控制、能量?jī)?yōu)化控制和制動(dòng)回饋控制。該整車控制器還具有綜合儀表接口功能，可顯示整車狀態(tài)信息；具備完善的故障診斷和處理功能；具有整車網(wǎng)關(guān)及網(wǎng)絡(luò)管理功能。其結(jié)構(gòu)原理如圖2所示。圖2 整車控制器結(jié)構(gòu)原理圖下面對(duì)每個(gè)模塊功能進(jìn)行簡(jiǎn)要的說明：1、開關(guān)量調(diào)理模塊開關(guān)量調(diào)理模塊，用于開關(guān)輸入量的電平轉(zhuǎn)換和整型，其一端與多個(gè)開關(guān)量傳感器相連，另一端與微控制器相接； 2、繼電器驅(qū)動(dòng)模塊繼電器驅(qū)動(dòng)模塊，用于驅(qū)動(dòng)多個(gè)繼電器，其一端通過光電隔離器與微控制器相連，另一端與多個(gè)繼電器相接； 3、高速CAN總線接口模塊高速CAN總線接

4、口模塊，用于提供高速CAN總線接口，其一端通過光電隔離器與微控制器相連，另一端與系統(tǒng)高速CAN總線相接；4、電源模塊電源模塊，可為微處理器和各輸入和輸出模塊提供隔離電源，并對(duì)蓄電池電壓進(jìn)行監(jiān)控，與微控制器相連； 5、模擬量輸入和輸出模塊模擬量輸入和輸出模塊，可采集05V模擬信號(hào)，并可輸出04.095V的模擬電壓信號(hào)。6、脈沖信號(hào)輸入和輸出模塊可采集脈沖信號(hào)并調(diào)理，范圍1Hz20KHZ, 幅度6-50V；輸出PWM信號(hào)范圍1HZ10KHZ，幅度014V。7、故障和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊 鐵電存儲(chǔ)器可以存儲(chǔ)標(biāo)定的數(shù)據(jù)和故障碼，車輛特征參數(shù)等，容量32K。二、整車控制器功能說明新能源汽車整車控制器基本上以下幾

5、項(xiàng)功能：1. 對(duì)汽車行駛控制的功能新能源汽車的動(dòng)力電機(jī)必須按照駕駛員意圖輸出驅(qū)動(dòng)或制動(dòng)扭矩。當(dāng)駕駛員踩下加速踏板或制動(dòng)踏板，動(dòng)力電機(jī)要輸出一定的驅(qū)動(dòng)功率或再生制動(dòng)功率。踏板開度越大，動(dòng)力電機(jī)的輸出功率越大。因此，整車控制器要合理解釋駕駛員操作；接收整車各子系統(tǒng)的反饋信息，為駕駛員提供決策反饋；對(duì)整車各子系統(tǒng)的發(fā)送控制指令，以實(shí)現(xiàn)車輛的正常行駛。2. 整車的網(wǎng)絡(luò)化管理在現(xiàn)代汽車中，有眾多電子控制單元和測(cè)量?jī)x器，它們之間存在著數(shù)據(jù)交換，如何讓這種數(shù)據(jù)交換快捷、有效、無故障的傳輸成為一個(gè)問題，為了解決這個(gè)問題，德國(guó)BOSCH公司于20世紀(jì)80年代研制出了控制器局域網(wǎng)（CAN）。在電動(dòng)汽車中，電子控制

6、單元比傳統(tǒng)燃油車更多更復(fù)雜，因此，CAN總線的應(yīng)用勢(shì)在必行。整車控制器是電動(dòng)汽車眾多控制器中的一個(gè)，是CAN總線中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)。在整車網(wǎng)絡(luò)管理中，整車控制器是信息控制的中心，負(fù)責(zé)信息的組織與傳輸，網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的監(jiān)控，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的管理以及網(wǎng)絡(luò)故障的診斷與處理。3. 制動(dòng)能量回饋控制新能源汽車以電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的輸出機(jī)構(gòu)。電動(dòng)機(jī)具有回饋制動(dòng)的性能，此時(shí)電動(dòng)機(jī)作為發(fā)電機(jī)，利用電動(dòng)汽車的制動(dòng)能量發(fā)電，同時(shí)將此能量存儲(chǔ)在儲(chǔ)能裝置中，當(dāng)滿足充電條件時(shí)，將能量反充給動(dòng)力電池組。在這一過程中，整車控制器根據(jù)加速踏板和制動(dòng)踏板的開度以及動(dòng)力電池的SOC值來判斷某一時(shí)刻能否進(jìn)行制動(dòng)能量回饋，如果可以進(jìn)行，整車控制器向電

7、機(jī)控制器發(fā)出制動(dòng)指令，回收能部分能量。4. 整車能量管理和優(yōu)化在純電動(dòng)汽車中，電池除了給動(dòng)力電機(jī)供電以外，還要給電動(dòng)附件供電，因此，為了獲得最大的續(xù)駛里程，整車控制器將負(fù)責(zé)整車的能量管理，以提高能量的利用率。在電池的SOC值比較低的時(shí)候，整車控制器將對(duì)某些電動(dòng)附件發(fā)出指令，限制電動(dòng)附件的輸出功率，來增加續(xù)駛里程。5. 車輛狀態(tài)的監(jiān)測(cè)和顯示整車控制器應(yīng)該對(duì)車輛的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，并且將各個(gè)子系統(tǒng)的信息發(fā)送給車載信息顯示系統(tǒng)，其過程是通過傳感器和CAN總線，檢測(cè)車輛狀態(tài)及其各子系統(tǒng)狀態(tài)信息，驅(qū)動(dòng)顯示儀表，將狀態(tài)信息和故障診斷信息經(jīng)過顯示儀表顯示出來。顯示內(nèi)容包括：電機(jī)的轉(zhuǎn)速、車速，電池的電量，故障信息等。6. 故障診斷與處理連續(xù)監(jiān)視整車電控系統(tǒng)，進(jìn)行故障診斷。故障指示燈指示出故障類別和部分故障碼。根據(jù)故障內(nèi)容，及時(shí)進(jìn)行相應(yīng)安全保護(hù)處理。對(duì)于不太嚴(yán)重的故障，能做到低速行駛到附近維修站進(jìn)行檢修。7. 外接充電管理實(shí)現(xiàn)充電的連接，監(jiān)控充電過程，報(bào)告充電狀態(tài)，充電結(jié)束。8. 診斷設(shè)備的在線診斷和下線檢測(cè) 負(fù)責(zé)與外部診斷設(shè)備的連接和診斷通訊，實(shí)現(xiàn)診斷服務(wù)，包括數(shù)據(jù)流讀取，故障碼的讀和清除，控制端口的調(diào)試電源模塊主接觸器模擬信號(hào)處理光電隔離光電隔離繼電器、接觸器驅(qū)動(dòng)CAN總線接口 整車儀表節(jié)點(diǎn) 電池管理系統(tǒng) 電機(jī)控制器光電隔離 微控制器主、副