一、整車控制器功能需求

在基于常規(guī)400V高壓平臺(tái)的分布式電子電氣架構(gòu)的新能源汽車上，整車控制器（VCU）作為核心控制節(jié)點(diǎn)承擔(dān)著車輛安全穩(wěn)定駕駛的重要任務(wù)，在新能源汽車的應(yīng)用過程中，對(duì)于該控制節(jié)點(diǎn)的功能需求從整車層面出發(fā)可將其歸為如下數(shù)項(xiàng)，如下圖所示：

車輛狀態(tài)信息獲取。車輛狀態(tài)信息的獲取可分為主動(dòng)與被動(dòng)兩種方式，其中主動(dòng)方式是指VCU通過其外圍所連接的如溫度、轉(zhuǎn)速、檔位等各傳感器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，進(jìn)而對(duì)整車狀態(tài)進(jìn)行主動(dòng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測。被動(dòng)的方式則是通過CAN總線被動(dòng)的獲取由其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送的相關(guān)系統(tǒng)狀態(tài)信息，由此對(duì)整車的狀態(tài)進(jìn)行判斷。

整車控制模式判斷。通過整車狀態(tài)信息判斷當(dāng)下車輛所需的工作模式并執(zhí)行。如根據(jù)檔位、踏板、車速等信息判斷車輛是位于駐車、起步、行車還是其他狀態(tài)，并可通過加速踏板開度信號(hào)、動(dòng)力電池信息以及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的相關(guān)狀態(tài)信息等計(jì)算出適合當(dāng)下車輛狀態(tài)的輸出扭矩、轉(zhuǎn)速或功率。

需要注意的是，在新能源汽車的運(yùn)行過程中，為了盡可能合理并有效的利用行車能量以延長整車的續(xù)航里程，對(duì)于整車的能量回收機(jī)制在VCU的控制策略中常是關(guān)鍵的一環(huán)，而對(duì)于能量回收機(jī)制，不同主機(jī)廠所采用的控制策略也有所差異，但通常情況下能量回收的應(yīng)用領(lǐng)域多是行車狀態(tài)下的減速模式，策略中根據(jù)駕駛員是否踩踏制動(dòng)踏板，將其分為制動(dòng)能量回收與滑行能量回收。

由于能量回收的機(jī)制是將行車動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能存儲(chǔ)的過程，而此過程所涉及到的有整車的行車狀態(tài)、電機(jī)及電機(jī)控制器的反向控制發(fā)電、動(dòng)力電池狀態(tài)等領(lǐng)域，我們知道一項(xiàng)好的控制策略首先需要確保過程的安全有效，其次才是功能的實(shí)現(xiàn)。在此背景下，對(duì)于是否可進(jìn)行能量回收則需要同時(shí)滿足多項(xiàng)條件，此處列舉數(shù)項(xiàng)以作參考：

其一，行車狀態(tài)的判斷。根據(jù)檔位及踏板信息判斷車輛是否處于減速行車狀態(tài)，且當(dāng)下車速應(yīng)該高于某一閾值；

其二，根據(jù)車輛狀態(tài)信息判斷整車是否存在與行車相關(guān)的高等級(jí)故障或處于危險(xiǎn)狀態(tài)，如故障導(dǎo)致的跛行、剎車導(dǎo)致的ABS介入等；

在滿足上述條件后整車方可實(shí)行能量回收機(jī)制，但在實(shí)施過程中，VCU需根據(jù)動(dòng)力電池狀態(tài)、MCU溫度等信息對(duì)回收能量實(shí)施合適的管控，如在動(dòng)力電池可允許充電狀態(tài)不佳或MCU溫度過高等情況下，雖可實(shí)行能量回收機(jī)制，但此時(shí)執(zhí)行能量回收的扭矩較之正常要低甚至為0，此舉是為了避免因能量回收導(dǎo)致的安全問題。

故障管理。根據(jù)狀態(tài)信息判斷外圍傳感器、執(zhí)行器以及相關(guān)系統(tǒng)的狀態(tài)，對(duì)于故障系統(tǒng)執(zhí)行錯(cuò)誤標(biāo)志，按照OBD/UDS對(duì)相關(guān)故障進(jìn)行記錄、執(zhí)行與清除，并可根據(jù)相關(guān)故障的等級(jí)實(shí)行對(duì)應(yīng)的處理機(jī)制，對(duì)整車實(shí)現(xiàn)安全的、合理的臨時(shí)管理。

注：對(duì)于故障等級(jí)的劃分（如一級(jí)故障、二級(jí)故障等），根據(jù)不同廠家內(nèi)部定義的嚴(yán)重度順序而定，并不一定一級(jí)故障＞二級(jí)故障，也有反過來的情況。

外圍設(shè)備及功能模塊控制。如根據(jù)溫度傳感器信息對(duì)空調(diào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)相關(guān)控制等功能，這部分屬于輔助控制功能。

遠(yuǎn)程控制及管理。如遠(yuǎn)程控制座艙空調(diào)啟動(dòng)、預(yù)熱、充電管理等功能。遠(yuǎn)程控制的實(shí)現(xiàn)是傳統(tǒng)VCU朝著域控以及智能化發(fā)展的重要表現(xiàn)，對(duì)于這部分功能的開發(fā)傳統(tǒng)VCU廠家應(yīng)該得到重視。

二、整車及控制器上下電管理

在車端，車輛的上下電模式一般有4種，即OFF（lock）、ACC、ON以及START，如下圖：

當(dāng)鑰匙位于不同電源模式下時(shí)，整車節(jié)點(diǎn)的供電狀態(tài)也不盡相同，其中：

OFF：整車處于下電模式，整車各控制節(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠狀態(tài)；

ACC：整車部分控制節(jié)點(diǎn)上電，如VCU、儀表、收音機(jī)等；

ON：整車低壓控制節(jié)點(diǎn)上電；

START：整車上高壓，并進(jìn)入Ready狀態(tài)，隨時(shí)可進(jìn)入駕駛狀態(tài)。

在如今一鍵啟動(dòng)普及的市場環(huán)境下，大多數(shù)車型通過一鍵啟動(dòng)按鈕實(shí)現(xiàn)不同電源模式的切換，其之間的大致關(guān)系參考如下：

在車輛電源的切換過程中，整車實(shí)現(xiàn)高低壓上下電，其中根據(jù)系統(tǒng)電氣方式的不同，整車上下電流程也有些許差異，在如圖6所示中的流程，其主正/負(fù)繼電器是由BMS所控制。

注：在高壓回路中的預(yù)充電路是為了防止主繼電器在閉合的瞬間所形成的強(qiáng)流、高壓對(duì)回路中的控制單元形成沖擊進(jìn)而導(dǎo)致控制單元的損壞，因此在新能源汽車的高圧回路中預(yù)充電路基本都會(huì)有。而對(duì)于改制過驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的車輛，需要根據(jù)新的高壓回路對(duì)預(yù)充電阻重新匹配，否則容易造成器件損壞。

話歸正題，因此在整車的上下電過程中VCU與部分主要節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系可如下圖示意：

在部分上下電策略中，直流母線的高壓繼電器由VCU所控制，在此電氣系統(tǒng)中上下電模式按照整車的不同工況可大致分為常規(guī)上下電、緊急下電以及充電模式三類。由于不同企業(yè)有不同策略，這里簡單畫個(gè)緊急下電的流程做說明，流程如下：

緊急下電過程被應(yīng)用于車輛發(fā)生嚴(yán)重故障后為了確保人員安全而實(shí)施的特殊方案，因此此過程將不再檢測母線電壓、電流以及電機(jī)轉(zhuǎn)速等信息，而是通過相關(guān)標(biāo)志位信息強(qiáng)制執(zhí)行下電流程。其過程也是先執(zhí)行系統(tǒng)下高壓，接著再執(zhí)行下系統(tǒng)低壓，然后是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)后的單元延時(shí)下電。過程中若出現(xiàn)因?yàn)榕鲎驳仁鹿蕦?dǎo)致的高壓無法斷開的異常，那么相應(yīng)的低壓也將無法正常下電。

另外，在充電模式中對(duì)于VCU的上低壓電可能并非來自于鑰匙開關(guān)，因此該過程的電源喚醒方式可能會(huì)來源于充電槍的低壓電或者是通過網(wǎng)絡(luò)報(bào)文來被動(dòng)喚醒，而對(duì)于國六的混動(dòng)車型而言，其在加油的過程中對(duì)VCU的喚醒則通常是通過網(wǎng)絡(luò)報(bào)文來喚醒。此模式需要根據(jù)不同車型、不同策略而定。