纯电动汽车整车电控系统的研究

车辆工程技术 2 车辆技术纯电动汽车整车控制器（VCU）研究宋述铨（天津优控智行科技有限公司,天津 300000）摘　要：电动汽车主要由电池管理系统(BMS)，整车控制系统(VCS)，以及电机控制器(MCU)等构成。

整车控制器(VCU)是电动汽车的重要控制结构，对汽车的各种信息进行检测、对车内通信网络和异常信息进行监控等，能够提高整车驾驶性能，进行制动能量回馈完善能源管理。

提升整车舒适性，使用户获得完美体验。

关键词：纯电动汽车；整车控制器；完美体验 随着社会的发展与科技的进步，各个城市的汽车使用户喷井式增加。

传统的内燃机汽车消耗石油，排出大量废气，使得城市的空气质量不断下降。

纯电动汽车由于不使用传统化石能源，对环境不造成污染，受到人们的青睐。

随着科技的进步，电动汽车的核心技术不断地革新与突破，逐渐完善的城市基础设施提供了有利的帮助，电动汽车已经成为潜力股，逐步取代传统汽车变为可能。

本文从汽车结构出发，结合整车信息传输过程，设计了整车控制器的软硬件结构。

1　整车电控系统组成 整车电控系统主要由整车控制器VCU为核心，通过硬线信号指挥各控制器使能，通过CAN总线信号控制储能系统、电机系统等关键总成执行相应的上下电动作以及扭矩指令。

最终完成整车的驾驶运行以及高压充电。

其中，低压部分完成车辆控制器供电和信号采集通讯。

高压部分通过高压线束将动力电池的电能传输到空调压缩机、电动机等高压供电设备，实现动力电能的传输。

其中电机、电池、电控系统被称为“三电”系统，主要包括：1.1　整车控制器 整车控制器系统为整车的运行大脑，具有高可靠性、高运行效率、逻辑缤密性。

整车控制系统上电后首先运行初始化程序并且自检，在自身没有问题后驱动端口使能储能系统、电机系统上电。

储能系统和电机系统完成上电后同样分别进行上电自检。

所有系统自检无故障且驾驶员有上高压指令时，整车控制系统通过总线驱动储能系统、电机系统完成上高压动作。

1.2　储能系统 储能系统包括动力电池组和BMS管理单元。

◆文/北京 李玉茂纯电动汽车学习入门(九)——整车控制系统(上)(接上期)一、概述1.整车控制系统整车控制系统(VMS)是电动汽车的神经中枢，承担了各系统的数据交换、信息传递、动力电池能量管理、驾驶人意图解析、安全监控、故障诊断等作用，对电动汽车动力性、经济性、安全性和舒适性等有很大的影响。

整车控制系统分成三大子系统，如图1所示，包括低压电气系统、高压电气系统、网络控制系统。

图中弱电控制部件称作ECU(ECM)，强电控制部件称作控制器。

(1)低压电气系统主要由12V电池、低压线路、点火开关、继电器、电动水泵、电动制动真空泵、电动助力转向器、ICM(组合仪表)等组成。

作用是为各电子控制单元、各高压部件控制器、各12V电动辅助设备供电。

(2)高压电气系统主要由动力电池、驱动电机、MCU(驱动电机控制器)、OBC(车载充电机)、DC/DC变换器、空调压缩机、压缩机控制器、PTC、PTC控制器等组成。

作用是将电能转换成机械能，或者整流、逆变、直流电压变换。

(3)网络控制系统主要由V C U (整车控制单元)、B M S (电池管理系统)、RMS(远程通信终端)、网关、CAN总线等组成。

作用是控制低压电气系统和高压电气系统。

2.整车控制单元(1)VCU基本作用整车控制单元英文缩写VCU，英文全称Vehicle Controller Unit，如图2所示。

VCU是整车控制系统的核心部件，VCU接收加速踏板、制动踏板、车速和剩余电量等信息，通过网络综合控制驱动车所需要的工作部件，属于整个车辆的管理协调型控制部件。

图2 VCU(2)VCU分层管理VCU的组成包括微处理器、电源及保护电路模块、I/O接口图1 整车控制系统和调试模块、A/D模数转换模块、CAN总线通讯模块等，根据信号重要程度和实现次序，运算分为四层，如图3所示。

图3 VCU分为四层运算①数据交换管理层，接收CAN总线信息，对馈入VCU的物理量进行采集处理，并通过CAN总线发送控制指令，通过I/O接口提供对显示单元和继电器等的驱动信号，该层的功能是实现其他功能的基础和前提。

纯电动重卡整车控制策略开发浅析摘要：步入“十四五”规划后，新能源汽车产业的发展由量变向质变转化，乘用车领域，新能源的渗透率突飞猛进，一度超过30%，一时间新能源成了炙手可热的话题。

相比于乘用车，重卡领域的使用场景的多样化导致电动化的技术路线也多样化。

主流的技术路线有换电重卡、纯电重卡、氢燃料电池重卡、氢燃料发动机重卡、混动重卡等。

众多的技术路线其控制策略也不尽相同。

本文主要从整车各系统结构入手，来对新能源重卡的控制策略进行概述，力求能起到抛砖引玉的作用，能够给读者以启发。

关键词：新能源重卡；整车控制器；控制策略；控制系统；引言步入“十四五”规划后，新能源汽车产业的发展由量变向质变转化，乘用车领域，新能源的渗透率突飞猛进，一度超过30%，一时间新能源成了炙手可热的话题。

受乘用车带动，重卡领域的电动化也在快速推进，各大重卡主机厂开始相继积极谋划布局。

着眼全局，基于国家能源安全及环保的大力推进，汽车的电动化承担着国家产业结构升级的大任，正以摧枯拉朽的不可逆之势迅速崛起，一个新的赛道已经出现。

相比于乘用车，重卡领域的使用场景的多样化导致电动化的技术路线也多样化。

主流的技术路线有换电重卡、纯电重卡、氢燃料电池重卡、氢燃料发动机重卡、混动重卡等。

众多的技术路线其控制策略也不尽相同。

本文主要从整车各系统结构入手，来对新能源重卡的控制策略进行概述，力求能起到抛砖引玉的作用，能够给读者以启发。

1新能源重卡系统概述1.1新能源重卡系统简述图1纯电动重卡简图如图1所示，动力电池作为车辆的动力源，为车辆提供行驶的能量或者在能量回收时储存能量。

多合一控制器控制转向油泵，打气泵、低压蓄电池DC供电、空调及PTC和氢堆DCDC的配电。

如果是氢燃料重卡，氢堆作为增程系统为车辆行驶提供额外的能量。

电机控制器驱动电机工作，整车控制器控制车辆上所有控制模块协同工作。

1.2新能源重卡高压系统介绍图2纯电动系统架构图如图2所示，新能源技术兴起于乘用车，重卡入局较晚，由于两者面对的客户群体和工况不一样，高低压架构也有所区别。

纯电动汽车整车控制器的构成、原理、功能说明整车控制器是电动汽车正常行驶的控制中枢，是整车控制系统的核心部件，是纯电动汽车的正常行驶、再生制动能量回收、故障诊断处理和车辆状态监视等功能的主要控制部件。

整车控制器包括硬件和软件两大组成部分，它的核心软件和程序一般由生产厂商研发，而汽车零部件供应商能够提供整车控制器硬件和底层驱动程序。

现阶段国外对纯电动汽车整车控制器的研究主要集中在以轮毂电机驱动的纯电动汽车。

对于只有一个电机的纯电动汽车通常不配备整车控制器，而是利用电机控制器进行整车控制。

国外很多大企业都能够提供成熟的整车控制器方案，如大陆、博世、德尔福等。

1整车控制器组成与原理纯电动汽车整车控制系统主要分为集中式控制和分布式控制两种方案。

集中式控制系统的基本思想是整车控制器独自完成对输入信号的采集，并根据控制策略对数据进行分析和处理，然后直接对各执行机构发出控制指令，驱动纯电动汽车的正常行驶。

集中式控制系统的优点是处理集中、响应快和成本低；缺点是电路复杂，并且不易散热。

分布式控制系统的基本思想是整车控制器采集一些驾驶员信号，同时通过CAN总线与电机控制器和电池管理系统通信，电机控制器和电池管理系统分别将各自采集的整车信号通过CAN总线传递给整车控制器。

整车控制器根据整车信息，并结合控制策略对数据进行分析和处理，电机控制器和电池管理系统收到控制指令后，根据电机和电池当前的状态信息，控制电机运转和电池放电。

分布式控制系统的优点是模块化和复杂度低；缺点是成本相对较高。

典型分布式整车控制系统示意图如下图所示，整车控制系统的顶层是整车控制器，整车控制器通过CAN总线接收电机控制器和电池管理系统的信息，并对电机控制器、电池管理系统和车载信息显示系统发送控制指令。

电机控制器和电池管理系统分别负责驱动电机和动力电池组的监控与管理，车载信息显示系统用于显示车辆当前的状态信息等。

典型分布式整车控制系统示意图下图为某公司开发的纯电动汽车整车控制器组成原理图。

纯电动汽车电控系统的工作原理
纯电动汽车电控系统是指通过电能储存系统（如电池组）为动力源，通过电动机驱动车辆前进、制动、转向等等，并通过电控单元对电机和电池组进行实时监测和控制的系统。

其主要工作原理如下：
1. 电能储存：纯电动汽车采用电池组储存电能，电池组的电压、电流、温度等参数会不断变化，因此需要对电池组进行实时监测和控制。

2. 电机驱动：电池组通过电控单元输出电能，驱动电机转动以推动车辆前进、制动、转向等操作。

3. 能量回收：在制动或惯性滑行时，电机通过反向转动将动能转化为电能储存在电池组中，以实现能量回收，提高能源利用效率。

4. 车速控制：电控单元根据车速信号和驾驶员的指令控制电机输出电能，从而控制车速。

5. 压缩制动：电控单元根据制动信号控制电机回转，使车轮减速，达到制动效果。

6. 转向控制：电控单元通过控制电机转速差实现转向，例如左转时，左侧轮胎电机转速增加，右侧轮胎电机转速减小。

总之，纯电动汽车电控系统的工作原理是通过电池组储存电能，通过电控单元实时监测和控制电池组和电机，从而实现车辆的驱动、制动、转向等操作。

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纯电动汽车整车控制策略研究董伟【摘要】随着纯电动汽车的快速发展,整车电控系统成为一种非常重要的应用技术.为了更加深入研究纯电动汽车整车控制策略,阐述了整车电控系统的重要性以及研究的必要性,介绍了纯电动汽车整车基本结构,并对整车控制策略进行详细分析.纯电动汽车整车控制策略的研究对整车控制系统的设计开发具有较强的指导意义.【期刊名称】《现代制造技术与装备》【年(卷),期】2018(000)007【总页数】3页(P51-53)【关键词】纯电动汽车;电控系统;整车控制器;控制策略【作者】董伟【作者单位】三门峡职业技术学院,三门峡 472000【正文语种】中文与传统汽车的控制系统相比，纯电的汽车电控系统的控制单元数量与复杂程度高出很多。

电控系统是保证纯电动汽车整车功能集成和优化的核心单元，为保证纯电动汽车各部件系统在最佳工况下能够协调运行，需要制定相应的控制系统和控制策略。

纯电动汽车电控系统主要包括整车控制系统、电池管理系统、电机控制系统以及能量回收系统等环节。

各系统之间要协调工作，方能保证整车的稳定性和安全性。

可以说整车控制系统是纯电的汽车的核心技术之一，对纯电的汽车的发展意义重大。

1 纯电动汽车系统概述1.1 纯电动汽车系统结构组成纯电动汽车仅仅依靠动力电池组提供的电能作为动力源驱动电动机转动，以此为整车提供动力。

纯电动汽车结构主要包括电机驱动系统、能源管理系统、整车控制单元、充电控制单元、电源变换装置（DC/DC）及仪表显示系统等[1]。

纯电动汽车系统结构如图1所示。

图1 纯电动汽车整车控制结构动力电池为整车的能量来源，而电池管理系统主要负责监控电池的状态，提高电池的利用率；电机是纯电动汽车的动力部件及能量回收的核心部件，而电机控制系统将动力电池的直流高压电转换成三相交流电驱动电机转动；整车控制器采集挡位信号和踏板信号等，控制电池的放电及电机的运行为整车提供动力；仪表为驾驶者提供车辆运行状况信息。

1.2 整车控制单元汽车整车控制单元（VCU）是纯电动汽车整车控制系统的核心部件。

纯电动汽车电控系统的工作原理
纯电动汽车电控系统是通过控制器对电池组、电机和车辆其他电
气元件进行控制和管理，以实现电动汽车的加速、制动、定速巡航、
转向等功能。

在纯电动汽车电控系统中，控制器是核心部件，负责对整个系统
进行控制和调度。

控制器接收车辆各部件反馈的信息并进行处理，再
向各部件发送对应的控制指令。

电池组是纯电动汽车的能量来源，通过控制器对电池组电流、电
压和温度等参数进行监测和调整，保证电池组的安全可靠运行。

电机是实现车辆驱动的主要部件，通过控制器控制电机的电流输
出和转速，实现车辆的加速和转向等功能。

除此之外，纯电动汽车电控系统中还包括了充电系统、辅助电气
系统和车载网络等部分，以满足电动汽车的充电、照明、通信和娱乐
等多种需求。

总的来说，纯电动汽车电控系统是车载电气系统关键的组成部分，通过对系统各部件进行控制和管理，实现车辆的正常运行和高效能耗。

汽车研发：整车控制器（VCU ）策略及开发流程!摘要：纯电动汽车整车控制系统以VCU为中心，电池、电机及充电系统为外围辅助系的一套完整的电控系统。

随着汽车纯电动汽车的发展，将来对VCU的要求会越来越高。

电动汽车资源网讯: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。

、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.接收驾®S指令,輸岀电机I区前扭矩, 实现躯动系统控制★整车能■分配及优化S理*监测和协调管理车上其他用电器★故障处理及诊断功能★系统状态仪裘显示亠*整车设备營理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。

106AUTO TIMENEW ENERGY AUTOMOBILE | 新能源汽车1　引言现代电动汽车的研究和开发是基于现代控制技术的理论，包括汽车技术、电机驱动技术、电力电子技术和储能技术等。

电动汽车设计过程中需要解决的三大问题，分别是整车技术、电力驱动技术和能源管理技术。

其中，整车技术包括两个方面：一是车身技术，主要是通过减轻电动汽车车身重量，实现加速和爬坡能力提升，有效增加行驶距离；二是整车控制系统集成控制技术，主要是对电动汽车的电子控制单元进行合理布置和协调，节省材料和降低成本，实现系统在控制过程中的优化，提高车辆性能[1]。

在传统燃油汽车中，发动机管理系统控制发动机在满足排放法规的前提下，提高燃油经济性和驾驶性能；对于纯电动汽车，动力电池代替燃油作为动力来源，取代了原有的发动机，因此，纯电动汽车还需要一个车辆控制系统优化能量的分配以提高行驶里程。

而车辆控制系统对车辆行驶性能有着重要影响，是纯电动汽车控制技术研究的重要内容[2]。

2　系统设计需求分析纯电动汽车控制系统集成了包括电机、变流器、动力电池、变速器等在内的各种电控设备，是一个集电气、电子、机械、化学等于一体的非线性动态系统。

因此，无论电动汽车的其他装配性能如何，即使都处于良好状态、一旦整车控制器出现问题，车辆将无法正常运行，无法实现能量回收控制，甚至发生事故。

如何协调各部分功能单元，使之合理、高效地工作成为纯电动汽车控制系统设计的一个非常棘手的问题。

基于国内外车辆控制系统的研究现状，针对车辆控制技术发展过程中存在的一些问题，本文构建了车辆控制系统的整体框架，对车辆控制器的工作原理进行了分析，最终确定了其功能。

3　车辆控制网络架构一般来说，纯电动汽车控制器的功能实现方案有两种：集中式控制和分布式控制，如表1所示。

由于CAN 总线越来越多地应用于分布式控制系统，结合表1提供的两种控制方案的分析，本研究采用了基于CAN 总线的分布式控制系统。