金浪CLE南京锂电展｜新能源汽车各控制器结构原理、常见故障诊断
实车讲解新能源汽车电机控制器MCU、高压配电盒PDU、整车控制器VCU等结构原理，以及常见故障诊断处理。
整车控制器为纯电动汽车的调度控制中心，负责与车辆其他部件进行通信，协调整车的运行。
一、整车控制器的结构
整车控制器在结构上，由金属壳体和一组PCB线路板组成。
整车控制器系统功能结构下图所示，其主要包含电源电路、开关量输入/输出模块、A/D采集模块及CAN通信模块。
1、电源电路
电源电路负责从车载12V蓄电池取电，为控制器和各输入、输出模块提供隔离电源。
2、开关量输入/输出模块
开关量输入模块接收的信号主要有钥匙信号、挡位信号、充电开关、制动信号等；开关量输出信号主要是控制继电器，其在不同整车系统中意义略有不同，一般情况下控制如水泵继电器及PTC继电器等。
3、A/D采集模块
A/D采集模块主要采集加速踏板和制动踏板开度信号及蓄电池电压信号。
4、CAN通信模块
CAN通信模块负责与整车其他设备通信，主要设备有电机控制器(MCU)、蓄电池管理系统(BMS)及充电机等。不同企业、不同车型的整车控制器的结构与功能是有差异的。下图为一纯电动汽车整车控制器结构图。整车控制器的硬件电路包括微控制器、开关量调理、模拟量调理继电器驱动、高速CAN总线接口、电源等模块。
（1）微控制器模块。微控制器模块是整车控制器的核心，综合考虑纯电动汽车整车控制器的功能及其运行的外界环境，微控制器模块应该具有高速的数据处理性能、丰富的硬件接口、低成本和可靠性高的特点。
（2）开关量调理模块。开关量调理模块用于开关输入量的电平转换和整型，其一端与多个开关量传感器相连，另一端与微控制器相接。
（3）模拟量调理模块。模拟量调理模块用于采集加速踏板和制动踏板的模拟信号，并输送给微控制器。
（4）继电器驱动模块。继电器驱动模块用于驱动多个继电器其一端通过光电隔离器与微控制器相连，另一端与多个继电器相接。
（5）高速CAN总线接口模块。高速CAN总线接口模块用于提供高速CAN总线接口，其一端通过光电隔离器与微控制器相连另一端与系统高速CAN总线相接。
（6）电源模块。电源模块为微处理器和各输入、输出模块提供隔离电源，并对蓄电池电压进行监控，与微控制器相连。
二、整车控制器的原理
纯电动汽车比较重要的开关信号和模拟信号由传感器直接传递给整车控制器(VCU),而不通过CAN总线。开关信号包括钥匙信号、挡位信号、充电开关、制动信号等；模拟信号包括加速踏板信号、制动踏板信号、蓄电池电压信号等。纯电动汽车上的其他具有独立系统的电气，一般通过共用CAN总线的方式进行信息传递。下图为纯电动汽车整车控制器的控制原理图。
1、VCU与动力蓄电池系统
动力蓄电池是纯电动汽车动力的唯一来源。VCU与蓄电池管理是通过整车CAN总线进行信息交互，如下图所示。
动力蓄电池系统实时监测并上报给VCU的参数包括：总电流、总电压、最高单体电压、最低单体电压、最高温度、蓄电池包荷电状态，某些系统还监测蓄电池包健康状态(SOH)。
VCU发送给动力蓄电池系统的命令包括充电、放电和开关指令。
（1）充电。在最初的充电连接信号确认后，整车处于禁止行车状态，VCU交出控制权。整个充电过程由蓄电池管理系统和充电机共同完成，直至充电完成或者充电中断，车辆控制权重新回到CU手中。
（2）放电。VCU根据驾驶员意图，推算出车辆的功率需求，换算成电流需求，发送给蓄电池管理系统。蓄电池管理系统根据自身SOC,温度和系统设计阈值，确定提供的电流值。
（3）开关指令。在充放电开始之前，VCU控制整车强电系统是否上电，通过控制蓄电池包的主回路接触器实现。在车辆运行过程中，遇到突发状况，VCU酌情判断是否闭合或者断开主回路接触器。
2、VCU与驱动电机及其控制器
VCU向电机控制器发送的指令，包含三个部分的描述，电机使能信息、电机模式信息（再生制动，正向驱动，反向驱动)以及相应模式下的电机转矩；电机控制器向VCU上报驱动电机的各种参数及故障报警信息，主要参数包括电机转速，电机转矩，电机电压和电流。
3、VCU与充电系统
充电系统包括车载充电机、非车载充电机，广义上还包含换电系统。充换电系统（这里的“充”主要是指非车载充电机)，出于最大通用性的考量，需要一套统一的通信协议。
以充电枪与车辆上的充电接口的物理连接为开端，整个充电过程中的信息互换都在蓄电池管理系统和充电机之间进行，不再通过VCU。
4、VCU与制动系统
采用复合制动系统的纯电动汽车，需要综合考虑液压制动系统、电机制动和防抱死系统(ABS)的协调一致性，进而需要有自己的管理系统，称为制动管理系统(BCU)。BCU可以独立于VCU之外，只通过CAN通信，也可以把功能集成到VCU内部。
根据制动踏板的开度和开度变化的速度，VCU计算出车辆的制动需求力矩，传递给BCU。BCU根据车辆的具体状态做出具体力矩分配。
车速中等的一般制动，直接切入电机能量回馈制动，以最大数量的回收制动能量；车速高，驾驶员急踩踏板需要紧急制动。则BCU会首先启动液压制动系统，待减速状态稳定以后，再引入能量回馈制动，并逐渐加大比例。
行驶在冰雪路面，BCU侧会引入ABS,并将其优先级设置为最高，以车辆正常安全行驶为要。
5、VCU与智能仪表
智能仪表系统通过CAN总线与VCU相连，从VCU获取需要显示的数据。数据传输进仪表控制器以后，信号处理电路，将信息还原成各个仪表的显示内容。
今天就为大家写到这里，还真有点累了~~，下期我们再来讲解：
整车控制器工作模式、整车控制器实例、整车控制器的常见故障与诊断排除。
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