汽车控制器概述

目录

一、整车控制器（VCU）

功能

工作模式

二、发动机控制器/电子控制单元（ECU）

ECU基本组成

ECU的作用

ECU的工作原理

常见的ECU的类型

三、电机控制器（MCU）

四、 电池管理系统（BMS）

        如上图所示，新能源汽车中的各种控制器主要包括：整车控制器（VCU）、发动机控制器（ECU）、电机控制器（MCU）和电池管理系统（BMS）。

一、整车控制器（VCU）

功能

驱动系统控制

        根据驾驶员加速踏板的位置、档位、制动踏板力等操作意图，计算出电动机所需转矩等参数，协调各动力部件运动，保证电动汽车正常行驶。

整车能量管理和优化

        根据实际工况，对整车进行管理，监控电动汽车以及制动能量的回收，控制车上其他用电设备，实现能量高效分配，提高整车经济性，延长整车使用寿命。

整车通信和网络管理

        电动汽车上除了整车控制器，还有电动机控制器、电池管理系统等各个控制系统，这些控制器之间需要通信，整车控制器通过CAN通信网络将各个子系统连接在一起，协调管理整个通信网络。

故障处理与诊断

        实时监控各设备运行状态，对出现的异常情况进行诊断、提示和主动修复，保证电动汽车安全运行。

汽车状态显示

        对汽车的状态信息进行采集和处理，将重要的状态和故障信息发送给仪表进行显示，如车速、电动机转速、电池剩余电量、电动机或者电池故障信息等。

工作模式

自检模式

        当钥匙门信号处于ON档，启动自检模式，整车控制器上电进行自检，如果自检通过则等待启动模式；如果自检失败则进入故障模式。

启动模式

        钥匙门信号处于START档，同时自检模式通过，整车控制器会唤醒整车CAN通信网络上的其他节点（电动机、变换器、空调系统）开始工作，进行高压上电，档所有设备都正常启动后，整车进入Ready状态，仪表上显示Ready灯亮，指示驾驶员可以进行正常操作，完成启动模式。

起步模式

        当驾驶员不踩加速踏板起步时，整车控制器会协调电动机转矩达到起步目标，车速逐渐上升，并控制在合理的速度范围之内，实现平稳起步。

行驶模式

        汽车在行驶过程中，整车控制器实时采集驾驶员加速踏板位置以及开度变化率等信息，并根据当前车辆的行驶状态（车速、电池电流、电压、温度等），实时控制电动机的转矩和动力电池的输出功率，从而按驾驶员意图控制汽车的运行，实现前进、后退、巡航、加速等。

制动模式

        当驾驶员踩下制动踏板时，汽车处于制动或减速状态时，整车控制器根据当前车辆行驶状态，计算出所需制动转矩，控制电动机转为发动机模式，向动力电池充电。

停车模式

        驾驶员关闭钥匙，整车控制器控制子系统下电，设备关闭后，完成停车。

故障模式

        当整车控制器检测到汽车发生故障时，会启动自我诊断和主动修复功能，同时限制系统功率输出，使汽车进入限速或者紧急停止状态，并将故障信息显示给驾驶员。

充电模式

        当插上充电器时，充电电动机开始，整车控制器会协调电池管理系统启动充电，并持续监测电池管理系统及充电电动机的状态，将充电信息显示给驾驶员；当充电过程出现故障时，整车控制器会及时切断电池管理系统继电器，以中断充电过程。

二、发动机控制器/电子控制单元（ECU）

        Engine Control Unit即发动机控制单元，特指电喷发动机的电子控制系统。后来随着电子汽车的迅速发展，ECU的定义变成了Electronic Control Unit，即电子控制单元，泛指汽车上所有电子控制系统。原来的发动机ECU有很多公司称为EMS：Engine Management System。

ECU基本组成

        ECU和普通的单片机一样，由微控制器（MCU）、存储器（ROM、RAM）、输入/输出接口（I/O）、模数转换器（A/D）以及整形、驱动等大规模集成电路组成。

        微控制器（MCU）是汽车电子控制单元ECU的核心，以CPU为核心，是集成在一块芯片上的微型计算机。ECU是包括微控制器和相关外围接器件的电路板的总称，是微控制器在汽车的应用系统。

ECU的作用

        参数控制：ECU的作用是通过各种传感器来计算车辆的行驶状况，从而对发动机的点火、空燃比、怠速、废气再循环等多项参数进行控制。

        故障自诊断和保护功能。当系统产生故障时，他还能在存储器中自动记录故障代码并采取保护措施从上述的固有程序中读取替代程序来维持发动机的运转。

ECU的工作原理

        ECU由传感器输入电路、微处理器、和输出执行电路等三个部分组成。各种传感器把信号传给输入电路，输入电路完成信号过滤处理，并把各种信号统一转换为数字信号，然后传给微机。微机将处理过的信号进行运算，结果送至输出电路。输出电路将微机传输过来的数字信息放大，根据需要把某些信号转换为模拟信号，驱动被控的调节伺服元件工作。

常见的ECU的类型

        ECU的控制范围已经扩张到巡航控制、灯光控制 、安全气囊控制 ,悬架控制 、燃油加热控制、排气控制、制动控制、EGR和增压压力控制等。当然 ,随着车上电子元件的日益增多,线路也越来越复杂 。为了简化电路和降低成本，现在汽车上多个ECU之间的数据交换是CAN总线连接起来的,通过它将整车的ECU形成一个网络系统 。

        EMS（Engine Mangement System）发动机管理系统，应用在包括汽油机PFI（如上图）、GDI，柴油机，混合动力系统等，主要控制发动机的喷油、点火、扭矩分配等功能。

        TCU（Transmision Control Unit）自动变速箱控制单元，常用于AMT、AT、DCT、CVT等自动变速器中，根据车辆的驾驶状态采用不同的档位策略。

        BCM（Body Control Module）车身控制模块，主要控制车身电器，比如整车灯具、雨刮、洗涤、门锁、电动窗、天窗、电动后视镜、遥控等。

        ESP（Electronic Stability Program）车身电子稳定控制系统，车身电子稳定控制系统。ESP可以使车辆在各种状况下保持最佳的稳定性，在转向过度或转向不足的情形下效果更加明显。ESP是博世公司的专门叫法，譬如日产的车辆行驶动力学调整系统VDC（Vehicle Dynamic Control ），丰田的车辆稳定控制系统VSC（Vehicle Stability Control ），本田的车辆稳定性控制系统VSA（Vehicle Stability Assist Control），宝马的动态稳定控制系统DSC（Dynamic Stability Control ）等。现如今很多中高端合资车、国产车都会配备这个模块。

        BMS（Battery Management System）电池管理系统，顾名思义这个控制器是专门针对配备有动力电池的电动车或者混合动力车准备的。主要功能就是为了能够提高电池的利用率，防止电池出现过度充电和过度放电，延长电池的使用寿命，监控电池的状态。

        VCU（Vehicle Control Unit）整车控制器，用于混合动力/纯电动汽车动力系统的总成控制器，负责协调发动机、驱动电机、变速箱、动力电池等各部件的工作，提高新能源汽车的经济性、动力性、安全性并降低排放污染。

三、电机控制器（MCU）

        MCU是新能源汽车特有的核心功率电子单元，通过接受VCU的车辆行驶控制指令，控制电机输出指定的扭矩和转速，驱动车辆行驶。实现把动力电池的直流电能转换为所需的高压交流电、并驱动电机本体输出机械能。

        MCU具有电机系统故障诊断保护和存储功能；MCU由外壳及冷却系统、功率电子单元、控制电路、底层软件和控制算法软件组成

四、 电池管理系统（BMS）

        电池包是新能源汽车核心能量源，为整车提供驱动电能，主要通过金属材质的壳体包络构成电池包主体，模块化的结构设计实现了电芯的集成。通过BMS实现对电芯的管理，以及与整车的通讯及信息交换；BMS能够提高电池的利用率，防止电池出现过充电和过放电，延长电池的使用寿命，监控电池状态。

        BMS是电池包最关键的零部件，与VCU类似，核心部分由硬件电路、底层软件和应用层软件组成。

        BMS硬件由主板（BCU）和从板（BMU）两部分组成，从板安装于模组内部，用于检测单体电压、电流和均衡控制；主板安装位置比较灵活，用于继电器控制、荷电状态值（SOC）估计和电气伤害保护等。

        BMU硬件部分完成电池单体电压和温度测量，并通过高可靠性的数据传输通道与BCU 模块进行指令及数据的双向传输。

        BCU 可选用基于汽车功能安全架构的32 位微处理器完成总电压采集、绝缘检测、继电器驱动及状态监测等功能。

最后

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