(VCU) 是电动汽车的大脑，相当于一台电脑和一部手机。作为电动汽车上全电动的操作平台，其性能直接影响其他电气性能的表现，是整车性能的决定性因素之一。

1 作文

结构

VCU，在结构上，由一个金属外壳和一组PCB电路板组成。

硬件组件

从功能上看，最小系统由主控芯片及其外围时钟电路、复位电路、预留接口电路和电源模块组成。

除最小系统外，一般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）

2 各电器与VCU之间是如何工作的

一些用于监测车身状态的信号或者车辆部件中比较重要的开关信号、模拟信号和频率信号等都是由传感器直接传输到VCU，而不是通过CAN总线。

电动汽车上其他具有独立系统的电器，一般都是通过共享CAN总线来传递信息的。

2.1 直接信号

这里所说的开关信号包括：按键信号、档位信号、充电开关、刹车信号等；

模拟信号一般包括：油门踏板信号、刹车踏板信号、电池电压信号等；

频率信号，例如来自车速传感器的电磁信号。

动力电池供电电路上的输出开关量、接触器和预充电继电器在部分机型上由VCU控制。

2.2 个通过 CAN 交互的电气单元

CAN总线上通信参与者的状态不分主从，随时随地向总线发送信息。消息的顺序由发送者的优先级决定。通信协议中已经指定了优先级，每条消息都有发送者的地址码；

通信中的信息编码由相应的通信协议明确规定。谁发布什么代码，提供什么类型的信息，主要是根据供需双方的约定。例如，下表中的电气单元地址代码来自OEM与VCU供应商之间的技术协议。

CAN故障记录是维修调试人员的最佳帮手。下图为通讯协议中的故障代码规定。列出了常见的故障类型。只要比对协议表，每个人都可以读取故障记录。

例外是与充电和更换相关的系统。由于对通用性的强烈需求，需要对通信协议进行统一，有统一编码的国家标准（相关国家标准如下）。

2.2.1个VCU及动力电池系统

动力电池是纯电动汽车的唯一动力来源。 VCU 和电池管理系统 (BMS) 通过车辆 CAN 总线交换信息。

动力电池组参数实时监控并上报至VCU包括：总电流、总电压、最大电芯电压、最小电芯电压、最高温度、电池组荷电状态SOC（State of），以及部分系统同时监控电池组的健康状态为SOH（State of ）。

VCU向电池组发送的命令包括充电、放电和开关命令。

充电中，初始充电连接信号确认后，车辆处于禁止行驶状态，VCU交接控制。整个充电过程由电池管理系统（BMS）和充电器完成，直到充电完成或充电中断，车辆的控制权交还给VCU。

放电，VCU根据驾驶员意图计算车辆的电力需求，转换成电流需求，发送给BMS。 BMS根据自身的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组以外的资源时，电池组需要与VCU协调处理管理过程，如压缩机系统的开闭、冷却液循环系统等. 如果热管理过程只涉及电池组的内部电气，如打开内置PTC、加热加热膜、或打开风扇降温，则只能在电池组内部处理信息，无需与VCU通信。

开关指令，充放电开始前，VCU控制车辆强电系统是否通电，通过控制电池组主电路接触器实现。在车辆运行过程中，遇到紧急情况时，VCU判断是否合闸或分闸主电路接触器。

2.2.2 VCU及电机及其控制器

VCU发送给电机控制器的指令包括电机使能信息、电机模式信息（再生制动、正向驱动、反向驱动）和对应模式下的电机转矩三部分的描述；

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

2.2.3 VCU及充电系统

充电系统包括车载充电器、非车载充电器和广义的换电系统。充换电系统（这里的“充电”主要指非车载充电机）需要统一的通信协议，以实现最大的通用性。以下国家标准为最新版本。

GBT 27930-2015 电动汽车非车载导电充电器与电池管理系统通信协议

GB∕T 32895-2016 电动汽车用快换电池盒通信协议

GBT 32896-2016 电动汽车动力舱总成通信协议

标准统一规定了计费流程，包括具体的通信代码和通信语句的内容。

从充电枪与车辆上充电接口的物理连接开始，整个充电过程中的信息交换在电池管理系统和充电器之间进行，不再通过VCU。

2.2.4 VCU和制动系统

使用复合制动系统的电动汽车需要综合考虑液压制动系统、电机制动和防抱死制动系统（ABS）的协调性和一致性，然后需要有自己的管理系统，称为制动管理系统（BCU） ）。 BCU 可以独立于 VCU，也可以仅通过 CAN 进行通信，也可以将功能集成到 VCU 中。

VCU根据制动踏板的开度和开度变化的速度，计算出车辆的制动需求扭矩，并传递给BCU。 BCU根据车辆的具体状态进行具体的扭矩分配。

对于中等车速的一般制动，直接切入电机能量回馈制动，回收最大量的制动能量；

车速较高，驾驶员紧急踩下踏板，需要紧急制动。然后BCU首先启动液压制动系统，待减速状态稳定后，引入能量回馈制动，逐步增加比例。

在冰雪路面行驶时，BCU会引入ABS并将其优先级设置为最高，使车辆能够正常安全行驶。

2.2.5 VCU 和智能电表

电动汽车仪表盘，结合传统汽车原有布局，国标GB/T 19836-2005对显示内容提出了要求，如下表所示。

智能电表，高端和低端的原理大不相同。我们只使用其中一种形式作为示例。

仪表系统通过CAN总线与VCU相连，从VCU获取要显示的数据。数据传输到仪表控制器后，信号处理电路将信息还原为各仪表的显示内容。

上一代指针式仪表需要以步进电机为媒介，将获取的数据转化为动力来驱动指针转动。稍微高级一点的液晶显示器不需要驱动步进电机，通过信息处理直接在显示器上实时显示。以下是智能电表的硬件设计框图，仅供感性理解。

3种典型工况详情

作为车辆的核心，VCU 控制和监控车辆的每一次运动。车辆的控制过程是比较不同操作模式下的几个关注参数。参数属于哪个范围，小车会在什么运行模式下执行。

车辆工作模式，一般划分方法：空档模式、正常行驶模式、制动模式、故障保护模式、启动模式和充电模式。

下面根据车辆不同的运行模式对其工作过程进行粗略的描述。

3.1 启动模式

该模式最大的特点是进入启动模式后电动车控制器正常寿命，如果车辆在平坦的道路上，车辆会以较低的速度开始行驶；如果车辆在斜坡上，车辆将至少保持静止。状态。这是启动模式的特殊设计。该模式下无需踩油门踏板，电机自动输出基本扭矩，防止车子侧滑。

3.2普通驾驶模式

指车辆的正常运行，包括加速、减速和倒车。在此过程中，VCU不断监测各个电气系统的电流、电压、温度等参数，以及车辆自身的速度、滑移率等行驶参数。识别驾驶员意图，根据油门踏板开度和开度变化率计算电机驱动扭矩和电池输出功率。

3.3种制动模式

踩下制动踏板以激活制动模式。 VCU分析制动踏板的开度和开度的变化率，以及车速，结合车辆自身的模型参数计算制动力矩。指示制动控制器制定最合理的制动扭矩分配方案（提供制动扭矩的主体包括液压制动系统和电机恢复制动），以及是否优先采用ABS来主导制动过程。安全有效地实现驾驶员的制动意图。

3.4 故障保护模式

电动汽车在运行过程中，系统中的故障被定义为几个级别。

最低级别的故障一般只提示司机。例如，电池温度达到50℃；

最高故障级别将迫使车辆在相对较短的时间内停止，例如检测到系统绝缘故障。

中间的故障不会强制停车，但会限制车辆的运行状态。例如，如果电池的 SOC 低于 30%，则速度受到限制。此时动力电池系统不能再输出额定功率，只能以较小的功率工作。

3.5 中性模式

电机和车辆的驱动系统之间没有机械连接。电机处于暂停状态，不会向外输出任何扭矩。

3.6种充电模式

确认充电枪与车载充电插座物理连接后，辅助电源上电，互相发送握手信息，完成绝缘测试。

握手完成，参数确认。充电器发送充电器最大输出容量消息，BMS确认是否能以最大容量充电。如果不是，则发送电池组的最大接收容量。

进入正式收费阶段。在此过程中，充电器与BMS实时相互发送状态信息，BMS周期性发送需求参数。

充电后，根据BMS的不同设置判断条件不同。一般来说，在充电的最后恒压阶段，电流衰减到设定值或设定速率，即认为电池组已充满，充电过程可以结束。

在此过程中，任何一方出现故障，如过温、过流等，充电器都会发出报警。根据故障等级的不同，有的直接终止，有的等待人工处理。

5 开发过程

在汽车行业，V-mode开发已经是公认的高效模式，VCU开发流程一般遵循这个流程。下面是一个通用的V-mode开发流程图。

V-mode开发的理念是通过协同合作实现软件设计的高效率和高质量。模型的横向强调验证的时效性和适用性。一般的经验电动车控制器正常寿命，在“V”字的底部，比较基础的工作，使用白盒测试，级别越高，系统越复杂，对黑盒测试往往过度。

随车控制器的开发过程。

首先，根据精炼要求，建立数学模型，进行模型仿真；

然后，将模型数据下载到快速原型中，将原模型中的逻辑接口替换为硬件接口；

下一步，使用专业软件生成C代码，与底层程序集成，通过接口程序下载到车载控制器硬件，准备调试。在这个过程中，每个功能模块都会被单独调试；

接下来，硬件在环仿真测试使用模拟器模拟车辆运行环境，并对VCU进行功能测试；

最后加载VCU，评估实车，完成通信协议标定。评估通过后，获得第一版产品。

6大厂商

纯电动汽车整车控制器，主要汽车电子零部件巨头为国外主要厂商，如德尔福、大陆、博世集团等。

国内、小型车企倾向于自主研发整车控制器，如比亚迪、长安、上汽、宇通、金龙等，都是自配套的。除此之外，主要的VCU供应商还包括一些电机厂商，如大洋电机、方正电机、汇川科技等。

整车控制器、主控芯片性能和系统集成是国内厂商提升性能的主要瓶颈。

参考

纯电动汽车整车控制系统的研究与设计

电动汽车复合制动系统研究现状综述

纯电动汽车的整车控制策略