新能源汽車電動化VCU控制器系統(tǒng)功能分類和概覽

新能源汽車電動化的動力總成增加了很多高低壓電氣部件（如圖1）。VCU是新能源汽車驅(qū)動系統(tǒng)控制的“大腦”，成熟的系統(tǒng)軟件在提高運行效率、降低能耗排放、提高故障后處理的魯棒性等方面都發(fā)揮著重要作用。是電動化動力總成系統(tǒng)解決方案真正落地的核心能力之一。

作為車輛驅(qū)動協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的核心控制器，VCU需要負責整車狀態(tài)協(xié)調(diào)、駕駛員駕駛需求實現(xiàn)等最基本也是最重要的功能。因此VCU軟件的完善度直接影響了車輛運行的穩(wěn)定性和行駛安全性。隨著“域融合”的概念推廣，越來越多的新功能也逐漸被融合到VCU控制器中，例如：跟充電相關的AC/DC車輛端充電主控功能，以及跟底盤相關的電動四驅(qū)控制功能。

圖1? VCU協(xié)調(diào)控制的高低壓部件

從系統(tǒng)功能劃分角度考慮，可以把VCU的功能劃分為：車輛系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、熱管理系統(tǒng)，以及OBD診斷、通訊、安全監(jiān)控等系統(tǒng)功能。VCU的主要功能如下圖2。

圖2? VCU系統(tǒng)功能分類和概覽

VCU軟件核心功能介紹（上）

基于多個已經(jīng)量產(chǎn)的客戶項目，經(jīng)過多年的系統(tǒng)知識建立和功能軟件開發(fā)驗證工作，目前聯(lián)合汽車電子的VCU軟件已經(jīng)在“扭矩”“電”“熱” 三個核心領域都具備完整的并且可根據(jù)客戶需求靈活配置的VCU系統(tǒng)解決方案。本文會主要圍繞與“扭矩”相關的車輛驅(qū)動方面介紹一些VCU軟件中的核心功能。后續(xù)還會有其它文章介紹與“電”“熱”相關的核心功能介紹。

支持多模式的車輛運行模式管理功能(混合動力)?

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混合動力車輛的運行模式?jīng)Q策和切換過程控制可以實現(xiàn)：純電運行、串聯(lián)增程、并聯(lián)驅(qū)動三種運行模式?jīng)Q策和切換（圖3）。

圖3 混動運行模式和能量流

整車運行模式?jīng)Q策功能基于ECMS(等效燃油消耗最小)算法（圖4），在各種工況下決策出能量消耗最小的運行模式（圖5）并實現(xiàn)電機/發(fā)動機最優(yōu)能量分配比例，以達到更好的動力性和經(jīng)濟性：在中低速時通過增程器發(fā)電，使發(fā)動機始終工作在高效區(qū)并為動力系統(tǒng)提供動力源；在高速時讓發(fā)動機和電機共同驅(qū)動車輛行駛，滿足動力性和經(jīng)濟性需求。該模式?jīng)Q策相比行業(yè)中應用廣泛的基于規(guī)則的能量管理策略，ECMS能夠達到更好的節(jié)油效果，與全局優(yōu)化策略和基于工況自適應的能量管理策略相比，ECMS能夠更好應用于實際工程項目中。

圖4 混動模式管理功能架構(gòu)

圖5 WLTC循環(huán)中模式分布

當車輛運行工況發(fā)生變化車輛運行模式需要切換時，模式切換過程控制功能可以確保在不影響駕駛員駕駛需求扭矩實現(xiàn)的前提下，VCU通過協(xié)調(diào)發(fā)動機、增程器、驅(qū)動電機和離合器之間的轉(zhuǎn)速和扭矩配合，實現(xiàn)快速平穩(wěn)的模式切換控制過程（圖6）。

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圖6 模式切換過程測試效果

基于部件物理層級的扭矩管理

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扭矩管理需要協(xié)調(diào)來自駕駛員、駕駛輔助功能的驅(qū)動和制動扭矩需求，并可以根據(jù)整車運行模式功能和模式切換功能的輸出，協(xié)調(diào)各驅(qū)動部件(發(fā)動機、發(fā)電機、前驅(qū)動電機、后驅(qū)動電機)準確響應各種來源的扭矩需求。

已開發(fā)應用的扭矩管理功能實現(xiàn)了可靈活配置拓展的扭矩結(jié)構(gòu)（圖7），可支持純電、混動項目，四驅(qū)/兩驅(qū)項目的靈活配置?；趯嶋H部件物理層級的扭矩結(jié)構(gòu)，也更易于拓展應用到其它拓撲結(jié)構(gòu)的混合動力/純電車輛。

圖7 扭矩管理示意圖

多種分配方式的四驅(qū)控制功能

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四驅(qū)控制功能是將駕駛員需求扭矩按照當前四驅(qū)控制需求進行前后軸扭矩分配，最終輸出至前后驅(qū)動電機，四驅(qū)控制功能在分配前后軸扭矩時能夠充分考慮不同因素的影響，兼顧整車的經(jīng)濟性，動力性和操縱穩(wěn)定性。也可以識別車輛的運動趨勢，主動介入車輛的運動控制，實現(xiàn)無級全范圍分配比調(diào)節(jié)（圖8）。

圖8 四驅(qū)控制功能架構(gòu)

四驅(qū)經(jīng)濟性分配功能可以在平穩(wěn)駕駛的過程中使前后軸驅(qū)動電機工作在當前需求下的系統(tǒng)整體效率最優(yōu)點，實現(xiàn)雙電機、三電機及四電機的效率最優(yōu)分配，降低能耗增加續(xù)航里程。

四驅(qū)動力性分配中的負載分配功能可以通過識別當前路面坡度及車輛加減速情況，建立前后軸載荷模型計算前后軸扭矩的最佳分配比，在載荷轉(zhuǎn)移時通過前后軸扭矩智能分配充分利用地面最大附著力，減少車輪滑轉(zhuǎn)提高車輛加速能力（圖9）。

圖9? 加速負載轉(zhuǎn)移四驅(qū)分配測試效果

四驅(qū)動力性分配中的脫困防滑功能能夠在車輛單軸處于滑轉(zhuǎn)狀態(tài)時主動調(diào)整前后軸扭矩分配向未滑轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)移，降低動力損失，在識別到前后軸交替滑轉(zhuǎn)時，動態(tài)控制前后軸扭矩分配，充分利用路面附著系數(shù)，提高車輛在低速時的脫困能力，降低無力感，提升駕駛舒適性。（圖10）

圖10 驅(qū)動防滑功能測試效果

四驅(qū)操縱穩(wěn)定性分配使汽車跟隨駕駛員轉(zhuǎn)向意圖，提高轉(zhuǎn)向敏捷度，主要包含轉(zhuǎn)向狀態(tài)監(jiān)測與轉(zhuǎn)向扭矩控制?？梢栽贓SP介入前通過前后軸扭矩分配實時調(diào)整車輛運動姿態(tài)，及時抑制車輛轉(zhuǎn)向不足(US)和轉(zhuǎn)向過度(OS)的失穩(wěn)狀況發(fā)生，在加速轉(zhuǎn)向工況降低ESP的介入頻次，減少制動沖擊與橫擺感，提高駕駛員的駕駛感受（圖11）。

圖11 OS及US工況下的穩(wěn)定性控制

四驅(qū)控制功能具有很強的擴展性和通用性，在EV和PHEV車輛上都可以使用。該方案將動力域與底盤域的部分相關控制功能進行了整合，提高了車輛運動相關的跨域整合能力。

編輯：黃飛

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