混合动力汽车整车控制器开发与试验

新能源汽车动力系统控制器硬件在环测试解决方案相比较传统汽车，新能源电动汽车（包括纯电动汽车与混合动力电动汽车）动力系统增加了电机驱动系统、电池及其管理系统、整车控制器等关键零部件。

如图1所示，为一种常见的插电式混合动力汽车拓扑结构，与传统汽车相比，动力系统复杂程度增加，控制器数量增多，控制器测试的工作量与难度也相应增加。

图1 一种常见的插电式混合动力汽车拓扑结构新能源电动汽车对动力系统的动力性、经济性、制动性、排放性、可靠性等方面都有很高要求，需要对动力系统进行全面的测试，主要包括：动力性测试：最大输出功率最大扭矩加速时间最大爬坡度最高车速经济性测试：燃油消耗率平均燃油消耗量1 / 6电池能量消耗率平均电池能量消耗量制动性测试制动能量回收功能制动加速度制动距离制动时方向稳定性其它测试相关排放物含量安全防护通信故障诊断在传统的电动汽车动力系统测试中，需要使用大功率直流电源、测功机、功率分析仪、电池检测、数据采集等设备，并需要专门的配套实验室。

即使有了测试环境与测试工具，传统的测试方法还存在以下问题：耗费大量电能并产生废旧电池测试过程繁琐，耗费大量人力物力电机、电池等在极端运行环境下有较大的安全风险测试重现性较差，无法进行自动化测试使用硬件在环(HIL)测试方法，结合传统测试方法，将新能源电动汽车动力系统测试分成两个关键步骤：1.各个控制器的HIL测试，包括电池管理系统的HIL测试，电机控制器的HIL测试、整车控制器的HIL测试以及多个控制器的集成HIL测试，经过这个步骤，可以发现各个控制器存在的大部分问题，大幅降低后续大功率测试的风险与成本；2.整车动力系统的联合测试，利用HIL设备与传统测试台架相结合的联合测试台，对整车动力系统进行联合测试，用于验证动力系统的动力性、经济性、制动性、排放性、可靠性等指标，同时，对动力系统的通信、安全防护、故障诊断等进行全面测试。

相比较传统测试方法，联合测试方法可以更早地发现问题，降低风险与成本，使测试更加全面的同时缩短测试周期。

电动汽车整车控制器（VCU）技术及开发流程深度剖析整车控制器（VCU），电动汽车的大脑，相当于电脑的Windows，手机的Andrio。

作为电动汽车上全部电气的运行平台，它的性能优劣，直接影响其他电气性能的发挥，是整车性能好坏的决定性因素之一。

1. 组成1.1结构组成VCU，结构上，由金属壳体和一组PCB线路板组成。

1.2硬件组成功能上由主控芯片及其周边的时钟电路、复位电路、预留接口电路和电源模块组成最小系统。

在最小系统以外，一般还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. 各电气与VCU之间是怎样工作的一些用于监测车体自身状态的信号或者车载部件中比较重要的开关信号、模拟信号和频率信号，由传感器直接传递给VCU，而不通过CAN总线。

电动汽车上的其他具有独立系统的电气，一般通过共用CAN总线的方式进行信息传递。

2.1直接传递的信号们开关信号包括：钥匙信号，档位信号，充电开关，制动信号等；模拟信号一般有：加速踏板信号，制动踏板信号，电池电压信号等；频率信号，比如车速传感器的电磁信号。

输出的开关量，动力电池供电回路上的接触器和预充继电器，在一些车型上，由VCU负责控制。

2.2通过CAN交互的电气单元CAN总线上的通讯参与者地位不分主从，随时随地向总线发动信息。

信息之间的先后顺序由发出信息者的优先级确定。

优先级在通讯协议中已经做出规定，每条信息里都有发信者的地址编码；通讯中的信息编码，都有相应的通讯协议予以明确规定。

谁发出什么样的代码提供哪些类型的信息，主要依据是供需双方的约定。

比如下面表格中的电气单元地址编码，就是来自一份整车厂与VCU供应商的技术协议。

CAN故障记录，是维修调试人员最好的小帮手。

下图是通讯协议中对故障代码的规定，常见的故障类型都位列其中，只要对照协议表格，大家都可以读懂故障记录了。

比较例外的是充换电相关的系统，由于通用性的强烈需求，通讯协议需要统一，有国家标准予以统一编码（下文列举了相关国标）。

上汽商用车技术中心企业标准CVTC 38002-201124V新能源汽车整车控制器电气试验技术要求24V VCU Electrical Test Requirements for New Energy Vehicle2011—12—30发布2011—12—30实施上汽商用车技术中心标准化技术委员会发布前言本标准按照 CVTC 15003-2010 给出的规则起草。

本标准由上海汽车股份有限公司商用车技术中心新能源技术部提出。

本标准由上海汽车股份有限公司商用车技术中心标准化技术委员会归口。

本标准起草部门：上海汽车股份有限公司商用车技术中心新能源技术部。

本标准主要起草人：朱正礼、杜建福。

本标准于 2011年 12月首次发布引言对整车控制器进行电气、环境、EMC 测试是保证零部件质量的重要环节。

本标准和《24V新能源整车控制器环境试验技术要求》、《24V新能源整车控制器 EMC试验技术要求》一起构成 24V新能源整车控制器的测试技术要求。

为了规范测试工程师在进行测试要求和测试方法的制定，提高工程师制定测试项目和测试方法的工作效率。

我们引用现行有效的国际标准和行业的相关内容编制了本标准。

需要说明的是，本标准所规定的内容，仅是对整车控制器常规、通用、普适的内容。

各测试工程师在参照本标准制定测试要求和方法时，宜结合控制器的实际情况，对具体测试内容进行补充和选择。

24V新能源整车控制器电气试验技术要求1 范围本标准规定了新能源整车控制器所有验证试验的操作模式、负载的曲线图及测试条件。

本标准适用于24V新能源汽车整车控制器并包括售后件。

针对每一个安装区域，本标准还是整车控制器产品设计规范、质量规范和试验规范的基础。

在获得任何工程签署前，供应商必须提交一份符合所有验证或有偏差许可的最终验证报告。

任何与本标准的偏差，都必须完全地得到上海汽车商用车技术中心新能源技术部的批准。

2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。

汽车研发：整车控制器（VCU）策略及开发流程！整车控制器是电动汽车各个子系统的调控中心，协调管理整车的运行状态，也是电动汽车的核心技术之一。

就像真正的美女是需要智慧与美貌并存，光有身材，哪怕前凸后翘，S型，xiong器逼人，也只能从肉体上感觉很诱人，可远观却无法多沟通，这就是大家常说的胸大无脑，而VCU就是汽车的大脑，能够让汽车变得智能化，更懂你，可远观也可亵玩焉！今天漫谈君就和大家聊一聊整车控制器（VCU）开发的方法和流程一、VCU的作用与功能在电动汽车中，VCU是核心控制部件，它根据加速踏板位置、档位、制动踏板力等驾驶员的操作意图和蓄电池的荷电状态计算出运行所需要的电机输出转矩等参数，从而协调各个动力部件的运动，保障电动汽车的正常行驶。

此外，可通过行车充电和制动能量的回收等实现较高的能量效率。

在完成能量和动力控制部分控制的同时，VCU还可以与智能化的车身系统一起控制车上的用电设备，以保证驾驶的及时性和安全性。

因此，VCU的设计直接影响着汽车的动力性、经济性、可靠性和其他性能。

1、VCU主要功能1）整车能量分配及优化管理；根据驾驶员的具体操作和实际工况对车辆进行管理、优化及调整，以实现优化能量供给，延长车辆使用寿命，提高车辆运行经济性。

2）故障处理及诊断功能；对出现的异常情况进行诊断、提示和主动修复工作。

3）系统状态仪表显示；4）整车设备管理监控各设备运行状态，及时进行动态调整。

5）系统控制根据既定的操控程序对驾驶员的各项操作进行及时响应，实时与数据库进行比对，对各节点进行动态控制。

二、VCU的结构VCU为纯电动汽车的调度控制中心，负责与车辆其他部件进行通信，协调整车的运行。

VCU系统结构，如下图所示。

其主要包含电源电路、开关量输入/输出模块、模拟量输入模块及CAN通讯模块。

1）电源模块从车载12V蓄电池取电，开关量输入模块接收的信号主要有钥匙信号、挡位信号、制动开关信号等；2）开关量输出信号主要是控制继电器，其在不同整车系统中意义略有不同，一般情况下控制如水泵继电器及PTC继电器等；3）模拟量输入模块采集加速踏板和制动踏板开度信号及蓄电池电压信号等；4）CAN模块负责与整车其他设备通信，主要设备有电机控制器（MCU）、电池管理系统（BMS）及充电机等。

国内外电动汽车整车控制器（VCU）性能指标及设计思路一、国外产品介绍（1）丰田公司整车控制器丰田公司整车控制器的原理图如下图所示：该车是后轮驱动，左后轮和右后轮分别由2个轮毂电机驱动。

其整车控制器接收驾驶员的操作信号和汽车的运动传感器信号，其中驾驶员的操作信号包括加速踏板信号、制动踏板信号、换档位置信号和转向角度信号，汽车的运动传感器信号包括横摆角速度信号、纵向加速信号、横向加速信号和4个车轮的转速信号。

整车控制器将这些信号经过控制策略计算，通过左右2组电机控制器和逆变器分别驱动左后轮和右后轮。

（2）日立公司整车控制器日立公司纯电动汽车整车控制器的原理图如下图所示。

图中电动汽车是四轮驱动结构，其中前轮由低速永磁同步电机通过差速器驱动，后轮由高速感应电机通过差速器驱动。

整车控制器的控制策略是在不同的工况下使用不同的电机驱动电动汽车，或者按照一定的扭矩分配比例，联合使用2台电机驱动电动汽车，使系统动力传动效率最大。

当电动汽车起步或爬坡时，由低速、大扭矩永磁同步电机驱动前轮。

当电动汽车高速行驶时，由高速感应电机驱动后轮。

（3）日产公司整车控制器日产聆风LEAF是5门5座纯电动轿车，搭载锂离子电池，续驶里程是160km。

采用200V家用交流电，大约需要8h可以将电池充满；快速充电需要10min，可提供其行驶50km的用电量。

日产聆风LEAF的整车控制器原理图如下图所示，它接收来自组合仪表的车速传感器和加速踏板位置传感器的电子信号，通过子控制器控制直流电压变换器DC／DC、车灯、除霜系统、空调、电机、发电机、动力电池、太阳能电池、再生制动系统。

（4）英飞凌新能源汽车VCU & HCU解决方案该控制器可兼容12V及24V两种供电环境，可用于新能源乘用车、商用车电控系统，作为整车控制器或混合动力控制器。

该控制器对新能源汽车动力链的各个环节进行管理、协调和监控，以提高整车能量利用效率，确保安全性和可靠性。

混合动力电动汽车测试评价方法及测试指标混合动力电动汽车的动力总成主要由发动机，发电机，驱动电机，蓄电池以及变速器等构成。

混合动力电动汽车按动力总成配置和部件的组合方式不同，可以将其分为串联式，并联式和混联式三种类型。

1 常见的测试评价方法1.1 道路测试法这是基于整车的测试方法，通过在实际道路进行实车测试来评价混合动力电动汽车性能的优劣。

道路测试分为安全性测试、噪声测试、动力性测试、能耗和排放测试（车载测试），这些测试均需要在专用试验场地上按规定的试验方法完成。

该方法比较简单、直观。

使用该方法，试验结果可以很快地评价整车性能的优劣，为试验样车的参数标定、控制策略优化以及新车的开发提供可靠的试验依据，但是受温度和风速等外界干扰因素影响较大，道路测试方法的可控性和重复性较差。

1.2 底盘测功机法底盘测功机试验也是从整车角度出发的测试方法，该方法通过负荷设定来精确模拟汽车在实际道路上的行驶阻力，以实现其道路行驶阻力在底盘测功机上的再现，这也是底盘测功机试验的关键，将对汽车的动力性和能耗排放等性能的研究产生直接影响。

与道路测试法相比，底盘测功机试验能够控制室内环境等可变因素，可以精确模拟多种典型行驶状况，试验结果重复性好，但是试验需要昂贵的试验设备，这对处于研发阶段的企业来说成本较高。

1.3 台架测试法台架测试是把发动机、电动机/发电机、蓄电池及变速器等总成部件按照混合动力总成布置方案安装在发动机台架上，利用CAN 总线把台架测试控制系统与整车多能源控制器和各总成部件ECU连接起来。

实时测量混合动力总成的各项参数，控制动力总成的运行状态，并借助相关测试设备(如油耗仪、排放分析仪及电功率计等）完成动力性、燃油经济性、排放及噪声等整车性能测试试验。

台架试验受外界自然环境的限制较少，并可以使各零部件的布置不受整车总布置的限制。

此外，台架测试还可以利用不同总成部件的模块化设计进行高效率的安装和调试，不仅减少了开发成本，而且大大缩短了混合动力总成的研发周期。

整车控制器（VCU）策略及开发流程一、VCU的作用与功能在电动汽车中，VCU是核心控制部件，它根据加速踏板位置、档位、制动踏板力等驾驶员的操作意图和蓄电池的荷电状态计算出运行所需要的电机输出转矩等参数，从而协调各个动力部件的运动，保障电动汽车的正常行驶。

此外，可通过行车充电和制动能量的回收等实现较高的能量效率。

在完成能量和动力控制部分控制的同时，VCU还可以与智能化的车身系统一起控制车上的用电设备，以保证驾驶的及时性和安全性。

因此，VCU的设计直接影响着汽车的动力性、经济性、可靠性和其他性能。

1、VCU主要功能1）整车能量分配及优化管理；根据驾驶员的具体操作和实际工况对车辆进行管理、优化及调整，以实现优化能量供给，延长车辆使用寿命，提高车辆运行经济性。

2）故障处理及诊断功能；对出现的异常情况进行诊断、提示和主动修复工作。

3）系统状态仪表显示；4）整车设备管理监控各设备运行状态，及时进行动态调整。

5）系统控制根据既定的操控程序对驾驶员的各项操作进行及时响应，实时与数据库进行比对，对各节点进行动态控制。

二、VCU的结构VCU为纯电动汽车的调度控制中心，负责与车辆其他部件进行通信，协调整车的运行。

VCU系统结构，如下图所示。

其主要包含电源电路、开关量输入/输出模块、模拟量输入模块及CAN通讯模块。

1）电源模块从车载12V蓄电池取电，开关量输入模块接收的信号主要有钥匙信号、挡位信号、制动开关信号等；2）开关量输出信号主要是控制继电器，其在不同整车系统中意义略有不同，一般情况下控制如水泵继电器及PTC继电器等；3）模拟量输入模块采集加速踏板和制动踏板开度信号及蓄电池电压信号等；4）CAN模块负责与整车其他设备通信，主要设备有电机控制器（MCU）、电池管理系统（BMS）及充电机等。

三、整车通信网络管理整车系统通过CAN通信网络将各个子控制系统连接在一起。

整车系统通讯网络结构如下图所示。

VCU起到协调管理整个通信网络的功能，是各个子设备的通信服务端。

电动汽车整车控制系统电力驱动车辆是以电力作为能源、由电动机驱动的机动车辆。

在外形上, 电动车与传统的汽车并无显著差异, 它们的主要区别在于动力和驱动系统。

如图1 所示, 电动车的基本结构系统[2 ]可分为3 个子系统, 即电力驱动子系统(如图2 所示)、主能源子系统和辅助控制子系统。

其中, 电力驱动子系统由电控系统、电机、机械传动系统和驱动车轮等部分组成; 主能源子系统由主电源和能量管理系统构成, 能量管理系统是实现能源监控、能量再生、协调控制等功能的关键部件; 而辅助控制子系统主要是为电动车提供控制电源, 具有辅助电源的控制、动力转向、充电控制及空气调节等功能。

整车控制系统由整车控制器、通信系统、零部件控制器以及驾驶员操纵系统构成，其主要功能是根据驾驶员的操作和当前的整车和零部件工作状况，在保证安全和动力性的前提下，选择尽可能优化的工作模式和能量分配比例，以达到最佳的燃料经济性和排放标准。

（1）整车控制系统及功能分析1）控制对象：电动汽车驱动系统包括几种不同的能量好饿储能元件（燃料电池，内燃机或其他热机，动力电池和/或超级电容），在实际工作过程中包括了化学能、电能和机械能之间的转化。

电动汽车动力系统能流图如下：能量流信息流3）整车控制系统对车辆性能的影响主要有三个方面：①动力性和经济性②安全性③驾驶舒适性及整车的协调控制电动汽车整车控制系统如下：（2）整车控制器1）整车控制器功能：整车控制器是控制系统的核心，承担了数据交换、安全管理和能量分配的任务。

根据重要程度和实现次序，其功能划分如下。

①数据交互管理层②安全故障管理层③驾驶员意图层④能量流管理层2）整车控制器硬件：ControlBase_VT for AT/AMT/DCT/HEV/EV模块图环境试验电性能试验订购信息3）整车控制器的开发现在的ECU开发多采用V模式开发流程。

V模型开发流程如下：第一步，功能定义和离线仿真第二步，快速控制器原型和硬件开发第三步，目标代码生成第四步，硬件在环仿真第五步，调试和标定控制器开发采用国际流行的V流程开发模式，V流程开发模式示意图如下：控制器开发V流程V流程包含五个基本步骤：(1)图形化建模和离线仿真：在这个阶段，我们将控制器的开发需求转换为SIMULINK模型算法设计，将控制器的算法和被控对象的算法共同在MATLAB/SIMULINK环境下搭建。

新能源汽车用电机控制器的设计与测试摘要：在当前汽车行业，新能源汽车已然成为主要发展趋势。

与传统燃油型汽车明显不同的是，新能源汽车不仅仅能够降低汽车为其对环境造成的污染，而且还能够有效保证汽车自身行驶的距离及其速度。

通过进一步推进新能源汽车的不断发展以及产业化，能够有效实现节能减排这一发展目标，同时还能够有效推进其创新能力提升，进一步推动汽车产业自身结构的进一步调整，这是培养新的经济增长点以及振兴中国汽车工业的一个重大举措。

由此可见，新能源汽车维修问题开始得到重视。

关键词：新能源汽车；用电机控制器；设计；测试引言随着环保概念的提出，各个领域都在倡导绿色环保，因此针对人类不可或缺的出行也将逐步推广绿色能源的电动车辆，其中电动车辆除了当前燃油车辆具备的各项功能之外，还可以针对车辆运行场景的不同，实现不同电源模式的跳转。

现有的电动车辆的电源模式的跳转需要先通过当前电源模式下电之后，才可以开始新的电源模式的上电操作，并且随着车辆运行场景的不断丰富，多次的下电-上电的操作使用户操作繁杂，且将在一定程度上影响车辆的使用年限，因此提出一种新的电源模式跳转的方式用以应对当前多种电源模式跳转的需要。

1新能源汽车的工作原理目前常见的新能源汽车有纯电动汽车、混合动力汽车和燃料电池电动汽车，其中纯电动汽车和混合动力汽车技术较成熟，市场保有量较大。

纯电动汽车利用动力电池存储的电能驱动电动机运转，让汽车连续行驶。

混合动力汽车有两个或多个能同时工作的驱动系统，车辆的行驶功率依据车辆实际的行驶状态由单个或多个驱动系统提供。

燃料电池电动汽车实际上是纯电动汽车的一种，只是电池的工作原理不同，燃料电池通过电化学反应将化学能转化为电能，一般利用氢气充当电化学反应的还原剂，用空气中的氧气充当氧化剂。

下面以纯电动汽车为例简要说明其工作原理。

纯电动汽车主要由驱动电机、动力电池组和电控系统组成。

电动机取代传统汽车的发动机驱动汽车行驶，其动力性可轻松超越普通内燃机，动力输出的快速响应能力也远高于发动机，反应更灵敏。

第1篇一、实验目的本次实验旨在了解和掌握整车控制器的结构、原理和工作流程，通过实际操作和数据分析，验证整车控制器在新能源汽车中的关键作用，并加深对整车控制器核心功能模块（VCU、MCU、BMS）的理解。

二、实验原理整车控制器（Vehicle Control Unit，VCU）是新能源汽车的核心电子控制单元，主要负责对动力系统、电机控制器和电池管理系统进行实时监控和控制，确保车辆的安全、稳定和高效运行。

1. VCU（整车控制器）：实现整车控制决策的核心电子控制单元，通过采集油门踏板、挡位、刹车踏板等信号来判断驾驶员的驾驶意图，监测车辆状态（车速、温度等）信息，向动力系统、动力电池系统发送车辆的运行状态控制指令，控制车载附件电力系统的工作模式，具有整车系统故障诊断保护与存储功能。

2. MCU（电机控制器）：负责控制电机的启动、停止、加速、减速等功能，通过接收VCU的控制指令，实现电机的精确控制。

3. BMS（电池管理系统）：负责电池的充放电管理、状态监测、安全保护等功能，确保电池在安全、可靠的前提下运行。

三、实验内容1. 整车控制器硬件结构分析：观察整车控制器的外观结构，分析其内部主要部件和连接方式。

2. 整车控制器软件功能测试：通过编程或使用现有软件工具，对整车控制器的各项功能进行测试，包括油门响应、制动控制、故障诊断等。

3. 整车控制器与电机控制器、电池管理系统交互测试：验证整车控制器与电机控制器、电池管理系统之间的数据交互，确保各个模块协同工作。

4. 整车控制器故障诊断与处理：模拟整车控制器故障，观察其故障诊断和保护功能，分析故障原因和解决方法。

四、实验步骤1. 整车控制器硬件结构分析：- 观察整车控制器的外观结构，记录其主要部件和连接方式；- 分析VCU、MCU、BMS等模块之间的连接关系。

2. 整车控制器软件功能测试：- 编写测试程序，模拟驾驶员操作，测试油门响应、制动控制等功能；- 观察整车控制器的工作状态，记录数据变化。