前  言

純電動(dòng)汽車是由多個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成的一個(gè)復(fù)雜控制系統(tǒng)，除了傳統(tǒng)車具備的各種功能和系統(tǒng)外，還包括動(dòng)力電池系統(tǒng)、電機(jī)及其控制系統(tǒng)等。各子系統(tǒng)都通過自己的控制單元來(lái)實(shí)現(xiàn)各自的功能和目標(biāo)。

汽車作為單體，有整體目標(biāo)和要求，如動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、駕駛性等目標(biāo)，為了滿足這些要求，一方面各部件必須具有智能化的人車交互接口；另一方面，各系統(tǒng)之間還必須彼此進(jìn)行緊密的配合和有序的協(xié)作，以實(shí)現(xiàn)互相之間的動(dòng)態(tài)優(yōu)化和匹配。因此，純電動(dòng)汽車控制系統(tǒng)必須需要一個(gè)整車控制器來(lái)完成這些協(xié)調(diào)匹配的工作，統(tǒng)籌管理各電子控制部件。

1  整車控制器設(shè)計(jì)概述

整車控制器的技術(shù)、性能的好壞直接決定了電動(dòng)汽車整車性能的優(yōu)劣，起到了至關(guān)重要的作用，被稱為電動(dòng)汽車的三大核心技術(shù)之一。

1.1  硬件電路設(shè)計(jì)

總的來(lái)說，硬件電路通常分為以下幾個(gè)部分：

1）微處理器電路

2）傳感器信號(hào)采集電路

3）負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路

4）電源電路

5）通訊電路

6）輔助單元電路

微處理器部分一般都是最小工作電路系統(tǒng)，我們下面只描述外圍的功能電路的設(shè)計(jì)技術(shù)。

1.1.1  傳感器信號(hào)采集

低壓車用傳感器分為3種類型，電壓型，電阻型和PWM信號(hào)型。

電壓型傳感器一般根據(jù)信號(hào)電壓的最大值，分為5V和12V，采集電路只需要將濾波后的信號(hào)通過電阻網(wǎng)轉(zhuǎn)換成芯片采集管腳兼容的電壓范圍，采集芯片就可進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換了。

電阻型傳感器還需要對(duì)電阻網(wǎng)的電阻值進(jìn)行匹配，以保證采集芯片管腳能采集到合適電壓值。

PWM信號(hào)型傳感器采集電路應(yīng)該有滯回比較電路，否則難以避免邊沿抖動(dòng)導(dǎo)致的采集錯(cuò)誤。

1.1.2  負(fù)載驅(qū)動(dòng)器

負(fù)載驅(qū)動(dòng)器用于驅(qū)動(dòng)各類負(fù)載，按照驅(qū)動(dòng)方式又分為低邊驅(qū)動(dòng)和高邊驅(qū)動(dòng)方式。

1.1.3  電源

整車控制器的電源系統(tǒng)也分為以下幾類：

一是系統(tǒng)電源，整車控制器的主芯片和輔助芯片需要穩(wěn)定的1.2~1.3V、3.3V和5V三種電源，我們?cè)O(shè)計(jì)的時(shí)候可采用集成式設(shè)計(jì)，并且需對(duì)電源的供電參數(shù)和負(fù)載額定參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)的匹配，以保證整車控制器核心電路可靠工作。

二是傳感器供電電源，如油門踏板、剎車踏板等電壓信號(hào)型傳感器，都是需要外部電源供電才能正常工作的。這些傳感器的額定電流較小，范圍在50mA~150mA，目前都是采用專用芯片的解決方案。

1.1.4  通訊

目前整車控制器主要通過CAN總線與其他設(shè)備進(jìn)行信息交互。

CAN總線電路包括CAN控制器和CAN物理層（收發(fā)器）二部分，一般CAN控制器都會(huì)集成在主芯片中，所以外部電路一般只有CAN收發(fā)器、終端電阻網(wǎng)絡(luò)和抗干擾網(wǎng)絡(luò)幾個(gè)部分。如果需要CAN喚醒功能的話，需要支持此功能的收發(fā)器芯片。

1.1.5  輔助單元

此外，電路設(shè)計(jì)上必須額外設(shè)計(jì)一塊輔助單元電路，用以對(duì)主芯片、主通訊電路及各個(gè)重要電子功能部件進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

總體上來(lái)說，輔助單元雖功能不多，但比較關(guān)鍵，其具體功能要基于需求進(jìn)行詳細(xì)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

1.2  軟件功能

1.2.1  整車驅(qū)動(dòng)控制

根據(jù)司機(jī)駕駛意圖、車輛狀態(tài)、工況，對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的工作狀態(tài)及功率輸出進(jìn)行合理分配、協(xié)調(diào)和控制，精確滿足駕駛員對(duì)車輛控制的具體要求。主要包括加減速、恒速、制動(dòng)和后退等工況。

1.2.2  制動(dòng)能量回饋

根據(jù)制動(dòng)踏板和加速踏板數(shù)據(jù)、車輛行駛綜合信息、動(dòng)力電池狀態(tài)，對(duì)制動(dòng)模式進(jìn)行判斷，通過計(jì)算制動(dòng)力矩分配，對(duì)部分制動(dòng)能量進(jìn)行適當(dāng)回收并將此能量回存到儲(chǔ)能裝置中，再在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候（滿足充電條件），將能量反向充電給動(dòng)力電池。

1.2.3  整車能量管理和優(yōu)化

在純電動(dòng)汽車中，電池除給電機(jī)供電以外，還要給電動(dòng)附件供電，因此，為了獲得最大的續(xù)駛里程，整車控制器將負(fù)責(zé)整車的能量管理，以提高能量利用率。在電池SOC值較低時(shí)，整車控制器將對(duì)某些電動(dòng)附件發(fā)出限制功率指令，來(lái)增加續(xù)駛里程。

1.2.4  故障診斷和保護(hù)

整車控制器通過總線，實(shí)時(shí)監(jiān)視整車電控系統(tǒng)，并進(jìn)行故障診斷。故障產(chǎn)生時(shí)，控制器通過總線信息傳送部分故障碼，并點(diǎn)亮故障指示燈。

整車控制器可與外部診斷設(shè)備連接并診斷通訊，通過UDS診斷服務(wù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流讀取，故障碼的讀取和清除，并且具有控制端口的調(diào)試功能。

1.2.5  整車網(wǎng)絡(luò)管理

整車網(wǎng)絡(luò)管理是通過共同遵循一種提前約定的機(jī)制，以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的高效、安全、及時(shí)傳輸?shù)囊环N方法，目前大都采用OSEK或AUTOSAR網(wǎng)絡(luò)管理機(jī)制。

2  整車控制器技術(shù)的發(fā)展

2.1  傳統(tǒng)控制器改造階段

國(guó)內(nèi)新能源開發(fā)剛起步時(shí)，出現(xiàn)了第一代量產(chǎn)型整車控制器產(chǎn)品。

當(dāng)時(shí)零部件供應(yīng)商的技術(shù)主要來(lái)源于傳統(tǒng)汽車電控ECU，設(shè)計(jì)方法、電路、軟件、標(biāo)準(zhǔn)等都來(lái)源于發(fā)動(dòng)機(jī)控制器及車身控制器等傳統(tǒng)技術(shù)。


2.2  專用的整車控制器產(chǎn)品

2013年之后國(guó)內(nèi)市場(chǎng)迅速成長(zhǎng)，整車控制器開發(fā)已形成一套專業(yè)方法，市場(chǎng)上出現(xiàn)成熟的專用產(chǎn)品，如德爾福HCU-2、聯(lián)電VCU、大陸H300等。

硬件方面設(shè)計(jì)變化并不大，軟件方面形成了基于模型自動(dòng)代碼的開發(fā)方式，引入了V開發(fā)流程，專用集成工具等。

2.3  高性能，通用化和平臺(tái)化

2018年之后至今，整車控制器功能技術(shù)發(fā)展進(jìn)入一個(gè)高速階段，為整車控制器高實(shí)時(shí)性需求、復(fù)雜應(yīng)用和算法提供了強(qiáng)有力的保障和基礎(chǔ)。

最引人注目的技術(shù)是AUTOSAR技術(shù)和功能安全（ISO26262）標(biāo)準(zhǔn)的引入，這些技術(shù)引入極大地加速了整車控制器產(chǎn)品通用化和平臺(tái)化的腳步，可以說AUTOSAR+ISO26262的組合代表了目前整車控制器開發(fā)的主要技術(shù)路線。

2.4  域控制和網(wǎng)絡(luò)化

汽車未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)是電動(dòng)化、智能化（甚至是軟件定義汽車），那么整車控制器未來(lái)發(fā)展必將是高度集成及高度安全可靠。

以域?yàn)閱挝坏挠蚩刂破骷苫軜?gòu)就是當(dāng)前最佳的解決方案。

域控制器技術(shù)將汽車電子各部分功能劃分成幾個(gè)功能域，例如：動(dòng)力域、傳動(dòng)域、傳統(tǒng)車身電子域、智能及輔助駕駛域，安全域等，利用域內(nèi)唯一的處理能力強(qiáng)大得多核CPU/GPU芯片，對(duì)控制域內(nèi)原本歸屬各個(gè)ECU的大部分功能進(jìn)行綜合監(jiān)控，以此來(lái)取代傳統(tǒng)的分布式架構(gòu)。

3  結(jié)論

有人說整車控制器的功能會(huì)在新能源技術(shù)發(fā)展和集成化的過程中被分解到其他零部件上，從而導(dǎo)致整車控制器最終會(huì)被自然淘汰掉。筆者認(rèn)為，雖然這種思路已經(jīng)被提出來(lái)很多年了，但整車控制器仍然在發(fā)揮著不可替代的作用；可以肯定得是，伴隨著新能源汽車技術(shù)的發(fā)展，市場(chǎng)擴(kuò)大，不斷涌現(xiàn)的新需求等變化，最終形成整車控制器的穩(wěn)定技術(shù)路線和全新架構(gòu)，會(huì)形成一種在技術(shù)實(shí)現(xiàn)、傳統(tǒng)延續(xù)、功能性能、價(jià)格成本、擴(kuò)展性、新型安全等方面都能夠滿足需求的一種形態(tài)，整車控制器將發(fā)揮更積極重要的作用。