本文旨在说明如何开发一款电动车整车控制器。
整车控制器（VCU）是电动汽车的核心部件，VCU技术是体现整车企业自主知识产权和产品水平的核心技术；VCU 技术水平的高低和成熟度直接影响整车的动力性、 经济性及安全性。
1.需求分析
整车控制器的功能
VCU 作为上层控制单元负责协调动力系统各个部件的运行，根据驾驶员操作信号进行驾驶意图解释、 根据各部件和整车工作状态进行整车安全管理和能量分配决策，向各部件控制器发送控制指令，并向仪表及多功能显示单元等设备输出动力系统状态信息。各部件控制器根据其指令控制相应部件，驱动汽车正常行驶。概括起来整车控制系统的功能主要是实现：1）动力系统的控制（信号采集及处理、 驾驶意图识别、 能量管理、上下电管理）；2）附件管理；3）整车网络管理；4）汽车状态的监示和故障诊断及保护。
整车控制器的组成
电控系统一般由传感器、 ECU 及执行器三部分组成。传感器又叫 “转换器” ，把非电量（物理量）变为电量，以模拟量和数字量的形式输出给 ECU；ECU 是许多半导体基片制成模拟电路、 数字电路和逻辑分析、 运算电路，其中中央处理器 CPU 是核心部件；执行器多为继电器、 电机及阀等部件，它把电量变成非电量，定时、定量地完成 ECU 的指令任务，实现随机伺服控制[2]。VCU 是一种车用 ECU，作为电动汽车的 “大脑” ，采集汽车传感器的相关信号，控制汽车上相关的执行器，实现驾驶员的意图，保证汽车的安全行驶。VCU 主要由VCU 硬件、 VCU 基础软件和 VCU 应用软件三部分组成，其中硬件是软件运行的载体；应用软件实现驾驶员意图解析、 路况及汽车运行状态的判断、 能量管理、 故障诊断及处理等功能，是VCU的核心；基础软件是应用软件与硬件的桥梁和通道，三者相互配合，缺一不可。
2.VCU 硬件开发
整车电气原理
VCU 通过控制智能配电箱控制其他部件高低压电路的通断；通过 CAN 网络与电机控制器、 电池管理系统 BMS、电动仪表、 BCM及远程监控等 ECU 单元实现通讯；通过采集钥匙、 油门、 制动、 挡位及手刹等信息，进行驾驶意图识别；通过总线或硬线命令，控制电机、电池及电附件的工作； 通过高端驱动或低端驱动，控制相应继电器闭合或断开，实现各部件的上下电动作。
硬件设计
VCU 需求硬件资源和功能梳理：
1）供电电压12 V；
2）低端驱动通道、 高端驱动通道、 开关量输入、 模拟量输入、 频率量输入、 CAN
总线通道；
3）具备内部延时掉电功能、 板载温度监测、 12 V 供电电压检测、板载 5 V 电源电压检测、板载电源指示灯、 总线支持最大 500 kB/s 通讯速率、 内置硬件看门狗电路；
4）存储温度 ：-20～60 ℃，工作温度：-40～85 ℃，防护等级 IP67。
之后根据需求开展设计。
VCU 硬件是软件运行的载体，VCU 硬件的可靠性至关重要，根据设计经验，在VCU 硬件设计中应注意 3 个方面：
1）部件的冗余设计；
2）磁兼容设计：布局、 布线、 屏蔽、 接地、 滤波及静电放电防护；
3）控制器散热设计。
3.基础软件开发
VCU 基础软件设计采用模块化与平台化的设计思想，其软件架构，如图 所示。实现了数字输入 出（DIO） 驱动、 ADC 驱动、 DAC 驱动、 PWM 驱动及 CAN驱动等基本及复杂的驱动程序，以及微处理器驱动、 内存驱动、通讯驱动和 I/O 驱动等微处理器抽象层驱动；设计了基于 CAN 通讯的 Bootloader、 标定、 故障诊断、监测模式、 自测试及调试等功能，使得开发的 VCU 具备多种工作模式；通信模块实现了网络管理及与其他ECU 单元的通信（与驱动电机、 动力电池、 仪表、 车身控制器及远程监控等）。
4.应用软件开发
VCU 应用软件作为电动汽车 “大脑” 的 “指挥官” ，主要根据驾驶员动作分析其驾驶意图，并实时考虑行驶工况及电池SOC等影响因素，根据规则将转矩合理地分配给电机。同时限定电机的工作区域和 SOC 值的范围，确保电机和动力电池能够长时间保持高效状态。在满足汽车行驶安全性、动力性和舒适性的前提下，采用制动能量回收技术，大大增加了电动汽车的续驶里程。当系统出现故障时，系统能够根据预先设定的规则对汽车的工作模式进行判断和选择，能够先于零部件自身的保护，或者在零部件控制失效时发现并处理故障。
基于 MBD 的设计方法已成为当前车辆控制系统开发的主流方法， 本 VCU 应用软件正是采用 Mat-lab/Simulink/Stateflow 实现的，通过 input 和 output 模块与底层软件进行接口， VCU 应用软件架构，如图所示。基于转矩控制的设计思想，综合考虑动力电池系统、 驱动电机系统及传动系统的工作能力，根据驾驶员意图以及故障诊断情况，进入相应工作模式，发给电机相应的目标扭矩指令。同时对上下电进行逻辑设计实现和仪表显示信息的实现。特别是故障诊断及处理是应用软件设计的一个核心工作之一，根据故障级别，分为报警提醒、限制功率运行及紧急下电等多种情况处理。实现了电机系统、 电池系统、 油门、 制动、 继电器、 附件（DC-DC 故障等） 、 冷却系统、 网络、 换挡手柄故障诊断和保护以及误操作保护（如同时踩油门和刹车，刹车优先；D 挡与 R 挡瞬间切换的平滑处理保护等） 。
5.集成实现与验证
应用层软件是在 Matlab/Simulink 环境下开发的，通过 RTW自动代码生成工具将控制策略模型生成 C代码，之后与 VCU 基础软件进行胶合，在CodeWarrior环境下进行编译调试，调试通过后生成 S19 目标文件代码，通过 Bootloader 服务程序和下载工具（如 CANape、 VESION）将目标文件下载到目标VCU 硬件中。
在进行 RTW代码生成之前，首先对应用层的控制模型进行单元测试和 MIL 测试，其次采用 RCP 技术对控制策略进行了实际的功能逻辑测试，最后采用上述介绍的 VCU 集成开发模式的办法将 VCU 的软硬件结合起来，进行了HIL测试和实车测试。 经测试验证发现的bug，应进行改进设计，最终 VCU 功能不断完善，使开发的整车性能逐渐提高。
版权声明：本文内容由互联网用户自发贡献，该文观点仅代表作者本人。本站仅提供信息存储空间服务，不拥有所有权，不承担相关法律责任。如发现本站有涉嫌抄袭侵权/违法违规的内容， 请发送邮件至 举报，一经查实，本站将立刻删除。