1、新能源汽车整车控制器VCU功能概述：
纯电动汽车整车控制器VCU，一个优良可靠且具有一定通用性的VCU是一项巨大的系统工程，它绝不仅仅只是VCU硬件的开发(或选取)与软件编写，更为重要的是整个动力总成中核心零部件（电机、电池等）的高度集成与匹配，否则整车性能、安全性和可靠性必打折扣。
VCU作为新能源汽车核心部件，负责整车的能量分配管理，包括扭矩管理、电机电池协调管理、充电管理和故障诊断等；根据采集驾驶员的操作指令、车速、驱动电机转速、SOC和水温等参数，选择新能源整车最佳的能量输出模式，实现既定的电机、电池和传动系统的优化匹配目标。因此，一款高性能、低成本的VCU对新能源汽车的动力性、经济性、安全性等整车性能具有十分重要的影响。
2、VCU开发流程：
VCU开发过程按照V流程开发模式分阶段进行实施，在VCU软件开发过程中，开发流程及开发工具是保证开发软件质量的重要手段之一。从前期的需求分析、软件系统设计、软件设计、代码实现及硬件匹配、硬件在环（HiL）仿真测试等开发流程中的各个环节都需要借用专业的工具来提高开发效率和保证开发质量。
V字形开发流程
1）需求分析：需求分析是依据设计目标及配置参考信息，完成整车控制器需求分析，确定整车控制器需要实现的功能逻辑、功能与性能指标。然后根据功能需求文档，制定整车控制器功能定义，纯电动车整车控制器功能需求文档。
2）系统设计：软件开发人员根据功能需求文档设计软件功能详述文档；测试人员根据功能需求文档设计系统测试规范文档。
3）软件设计：软件开发人员根据各模块软件功能详述文档搭建各模块控制算法模型。
4）MiL测试：测试人员根据各模块软件功能详述文档设计各模块MiL单元测试用例，测试人员执行MiL单元测试，输出测试报告。
5）HiL测试：测试人员根据系统测试规范文档设计HiL测试用例，根据HiL测试用例编辑HiL测试序列，通过HiL测试管理软件加载测试序列，执行测试，输出测试报告。
6）台架测试：台架集成测试包含上电及基本初始化标定、各工况下系统功能测试及标定、控制算法验证/测试、 测试结果分析评定、整理测试数据，撰写测试报告；
7）实车测试：在功能样车上进行VCU的标定及功能验证测试。
3、软件架构：
VCU软件开发采用任务模块化，对各任务模块制定明确界限与接口，进行同步、独立开发。VCU软件采用标准应用层接口要求，分层应用层、接口层，以及基础软件层。
VCU软件架构规范
规范的VCU软件，包括以下三层：
1）最上层的ASW（Application SofeWare），即应用层软件部件。ASW层是以功能为依据进行划分的软件模块，并留有规范的的标准接口。一个标准的ASW具有以下特征：独立于其将要映射进去的控制器的单片机的类型；独立于目标控制器的类型；独立于与它通讯的其它ASW模块。这样，软件开发者在开发上层软件时，可以专注于算法研究，而不必花大量精力于底层算法与底层驱动，以及算法软件模块之间的拼接工作。ASW应用层软件开发为本项目的重点工作内容；
2）最底层的的BSW（Basic Software），即基本软件。简单地说，基本软件层主要包括控制器相关的底层驱动以及实时操作系统。AUTOSAR对于这些底层软件的编写也做出了详细的规定，包括接口定义，函数类型划分等等；
3）在上层软件部件和下层基本软件之间，有一层被称为RTE（Real Time Environment），即实时运行环境的层级，总的来说，RTE层的主要作用就是根据具体应用，在上层的软件部件之间、上层软件部件与底层基本软件之间通过标准化接口建立起联系，从而将各个独立的软件模块联系起来成为一个具体控制器的软件应用。
4、控制功能：
VCU具有整车转矩管理、电池能量协调管理、电机功率协调管理、充电管理、故障诊断等功能。能够对上/下电时的高/低压控制逻辑进行管理，能够根据驾驶员输入对需求转矩做出准确判断，能够对车辆当前工况进行判断，能够实现扭矩请求和扭矩限制功能；可以实现再生制动功能，并且协调制动能量回收过程电机制动与ABS系统，保证制动安全；能够识别零部件及系统功能故障，并采取相应的应对策略，提供系统故障保护下的跛行功能。
1）输入信号处理：VCU实现采集的物理信号及接收的CAN信号进行处理。
- 采集接口设置
- 数据解析
- 数据滤波
- 开关防抖
- 物理信号真伪的判定
- 对信号输入处理，主要分为数字量输入信号、模拟量输入信号、脉冲量输入信号和CAN总线接收信号四种；输入信号处理模块根据采集到的硬线信号或者接收到总线信号根据信号类型对相应的信号进行滤波、抗抖、滞回等处理，并对信号进行诊断判断及处理，防止信号失真，确保信号的有效即可靠。对于CAN总线接收信号，需要对接收的信号根据信号类型做丢帧和掉线等方面的检测，确保信号传输的有效性和可靠性。
2）整车状态监控：VCU根据CAN报文及物理信号，准确识别车辆各用电器所处的状态。
- 各个车载用电器的状态识别，即需要识别出各个车载用电器是否正常工作（车载用电器包括并不限于：DC/DC、电池系统、电机系统、空调、PTC、压缩机、真空泵、水泵、风扇、P挡电机等）
3）驾驶意图识别：VCU根据车辆状况及驾驶员的操作，准确识别驾驶员意图。
- 钥匙信号识别（一般旋钮式钥匙信号与PEPS信号识别）
- 慢充充电插枪
- 快充充电插枪
- 换挡意图
- 加速意图
- 刹车意图
- 驾驶模式转换意图
- 转向意图
- 用电器开启与关闭意图
- 应急状态响应意图
4）扭矩控制：VCU根据驾驶员意图及车辆状态进行车辆扭矩控制。
- VCU应根据驾驶员意图（加速踏板、挡位等）进行需求扭矩计算
- 驾驶模式转换意图进行需求扭矩计算
- VCU应进行车辆启动扭矩的计算与控制
- VCU进行蠕动扭矩计算及控制
- VCU进行驻坡扭矩计算及控制
- VCU进行能量回馈扭矩计算及控制
- VCU进行定速巡航扭矩计算及控制
- VCU进行跛行模式的扭矩计算及控制
- VCU进行整车扭矩限制
- VCU进行整车扭矩减震处理
- VCU进行整车扭矩梯度处理
- VCU进行扭矩平滑处理
- 扭矩控制过程不会影响人员安全及车辆安全，并且考虑了用户体验，尽量减少能量消耗。
5）档位控制：VCU根据驾驶员意图及车辆状态进行车辆扭矩控制。
- 车辆当前挡位识别及提示
- 模式识别
- 档位容错
- 档位切换控制
- 档位控制过程不会影响人员安全及车辆安全，并且考虑了用户体验，尽量减少能量消耗。
6）整车状态识别及切换控制：VCU可以准确识别整车所处的状态，并且根据驾驶员意图及车辆状态进行整车状态的切换控制。
- VCU可以准确识别车辆低压回路是否闭合
- VCU准确识别车辆高压回路是否闭合
- VCU应准确识别车辆是否处于慢充充电模式，并且能够准确识别慢充充电状态（未开始、已结束、正在充电、充电故障）
- VCU准确识别车辆是否处于快充充电模式，并且能够准确识别快充充电状态（未开始、已结束、正在充电、充电故障）
- VCU能够准确识别车辆是否处于蠕动模式
- VCU能够准确识别车辆是否处于能量回馈模式
- VCU能够准确识别车辆是否处于定速巡航模式
- VCU能够准确识别车辆是否处于驻坡模式
- VCU能够准确识别车辆是否处于跛行模式
- VCU能够准确识别车辆是否处于主动放电模式
- VCU能够根据驾驶员意图及车辆所处的状态进行不同模式的切换控制（包括并不限于正常行驶模式、待机模式、蠕动模式、能量回馈模式、定速巡航模式、驻坡模式、充电模式、跛行模式等）
- VCU能够判断运行模式异常状态并有应对处理措施
- 整车状态识别及切换控制过程不会影响人员安全及车辆安全，并且考虑了用户体验，尽量减少能量消耗。
7）定速巡航：VCU根据驾驶员意图及车辆状态进行定速巡航控制。
- 只有驱动电机的作用下，车辆必须能够在一定的坡道上停留超一定时间
- 向前向后均可以实现驻坡功能
- 驻坡过程中车辆平稳
- 设置有退出驻坡平稳溜坡功能
- 驻坡控制保证人员安全及车辆安全，并且考虑了用户体验，尽量减少能量消耗
8）驻坡控制：VCU根据驾驶员意图及车辆状态进行驻坡控制。
- 只有驱动电机的作用下，车辆必须能够在一定的坡道上停留超一定时间
- 向前向后均可以实现驻坡功能
- 驻坡过程中车辆平稳
- 设置有退出驻坡平稳溜坡功能
- 驻坡控制保证人员安全及车辆安全，并且考虑了用户体验，尽量减少能量消耗。
9）低速蠕动控制：VCU根据驾驶员意图及车辆状态进行低速蠕动控制。
- 低速蠕动过程车辆必须处于某一恒定车速区间
- 向前向后双向分别控制
- 进入和退出低速蠕行模式实现平稳过渡
- 低速蠕动过程车辆不会出现因VCU扭矩控制原因引发的抖动
- 低速蠕动控制不能影响车辆起步性能
- 低速蠕动控制保证人员安全及车辆安全，并且考虑了用户体验，尽量减少能量消耗。
10）车辆上下电控制：VCU根据驾驶员意图及车辆状态进行车辆上下电的控制。
- 车辆低压回路上下电控制
- 相关车载低压用电器的上下电控制
- 车辆高压回路上下电时序控制
- 相关车载高压用电器的上下电控制
- 故障模式下车辆低压回路及高压回路的上下电控制
- 电机控制使能控制
- 车辆Ready模式判断
- 紧急模式下电控制
- 车辆上下电过程不会影响人员安全及车辆安全，并且考虑了用户体验，尽量减少能量消耗。
11）热管理：VCU根据冷却对象（电池、电机、散热器、DC/DC、充电机等）的温度分布计算所需的换热量，并据此进行相关器件的控制。
- VCU实时监控冷却对象的温度，并判断是否需要进行热管理
- VCU根据冷却对象的温度分布，准确计算整车所需的换热量，并据此进行水泵等相关器件的控制
- VCU根据冷却液温度，实现对风扇等部件动态控制，可以维持温度处于恒定区间
- 热管理过程必须保证相关对象的温度处于恒定区间
- 热管理过程中应尽量减少动力电池的能量消耗
- 热管理过程中设置有滞慧功能可以避免相关用电器的频繁启动，以延长使用寿命
- 热管理过程不回影响人员安全及车辆安全，并且考虑了用户体验，尽量减少能量消耗。
12）仪表显示控制：VCU根据车辆状态及驾驶员需求进行仪表显示控制。
- 车辆故障信息显示
- 车辆行驶的基本信息显示
- 充电过程重要信息显示
13）跛行控制：VCU根据车辆状态进行跛行控制。
- 车辆出现相应故障才允许进入跛行模式
- 根据故障类型，VCU设置有不同的跛行策略
- 跛行过程满足车辆驾驶的基本需求（爬坡、行驶车速等）
- 跛行扭矩在VCU中做单独处理和限制
- 跛行车速会控制一定范围内
- 跛行控制过程不能影响人员安全及车辆安全，并且需要考虑到用户体验，尽量减少能量消耗
14）挡驻车控制：VCU根据驾驶员意图及车辆状态进行P挡驻车的控制。
- 当前P挡状态的识别
- 实际驻车状态识别
- 驻车传感器状态及故障识别
- P挡容错
- P挡切换控制
- P挡驻车控制过程不会影响人员安全及车辆安全，并且考虑了用户体验，尽量减少能量消耗。
15）刹车助力控制：VCU根据驾驶员意图及车辆状态进行刹车助力控制。
- 当前刹车助力大小的监控
- 刹车助力系统故障的判断
- 刹车助力大小的控制
- 刹车助力故障和失效控制
- 刹车助力控制过程不会影响人员安全及车辆安全，并且考虑了用户体验，尽量减少能量消耗。
16）整车能量管理：VCU根据驾驶员意图及车辆状态进行整车能量管理。
- 行驶模式下车辆的能量管理
- 充电模式下车辆的能量管理
- 跛行模式下车辆的能量管理
- 故障模式下车辆的能量管理
- 能量管理需要对动力电池和车载蓄电池（12V蓄电池）的能量进行限制和分配
- 能力管理分配原则及标准控制
- 能量管理过程不会影响人员安全及车辆安全，并且考虑了用户体验，尽量减少能量消耗。
17）续航里程计算：VCU根据车辆状态进行续航里程计算。
- 车辆百公里能耗计算
- 续航里程计算
- 车辆百公里能耗可以连续变化
- 续航里程数值连续变化
- 百公里能耗与续航里程的计算必须尽可能真实，尽量提升用户体验
- 续驶里程计算过程中不断校正精度控制。
18）充电控制：VCU根据驾驶员意图及车辆状态进行充电控制。
- 能够区分并识别慢充充电与快充充电模式
- 充电开始的触发条件识别（充电插枪识别、远程充电指令识别、预约充电指令识别等）
- 充电过程的控制（充电电流的控制等）
- 充电过程的监控（充电连接处温度等）
- 快慢充同时连接等误操作识别及处理
- 充电故障的识别
- 充电结束的判断
- 充电结束的处理
- 充电控制符合GB/T 27930-2015及GB/T18487.1-2015
- 充电控制过程不会影响人员安全及车辆安全，并且需要考虑了用户体验，尽量减少能量消耗。
19）能量回收：VCU根据驾驶员意图及车辆状态进行能量回收的控制。
- VCU根据车辆状况及驾驶员意图进行能量回收模式的判断
- VCU根据车辆状况及驾驶员意图进行回馈扭矩的计算
- VCU需要保证能量回馈过程中的平稳运行
- 能量回馈过程不会影响车辆的刹车性能
- 若存在多种能量回馈方式，则在不同能量回馈方式切换时可以满足车辆的平稳运行
- 进入和退出能量回收时可以实现车辆的平稳运行
- 能量回馈过程不会影响人员安全及车辆安全，并且需要考虑了用户体验，尽量减少能量消耗。
20）DC/DC控制：VCU根据驾驶员意图及车辆状态进行DC/DC控制。
- DC/DC工作指令的输出控制
- DC/DC工作状态的监控识别
- DC/DC控制过程不会影响人员安全及车辆安全，并且考虑了用户体验，尽量减少能量消耗。
21）VSP控制：VCU根据驾驶员意图及车辆状态进行VSP控制。
- 驾驶员意图的识别
- VSP工作指令的输出
- VSP工作状态的监控
- VSP控制过程不会影响人员安全及车辆安全，并且考虑了用户体验，尽量减少能量消耗。
22）冷却水泵控制：VCU根据车辆状态及驾驶员意图进行冷却水泵的控制。
- 冷却部件的温度监控
- 冷却水泵状态监控
- 根据车辆冷却系统的需求进行冷却水泵的控制（考虑到电池热管理、空调系统冷却等等影响冷却水泵工作的因素）
- 多个冷却水泵的协调控制
- 多个冷却水泵监控条件及启动顺序控制
- 冷却水泵控制过程不会影响人员安全，确保车载用电器的使用寿命不受影响，并且考虑用户体验，尽量减少能量消耗。
23）冷却风扇控制：VCU根据车辆状态及驾驶员意图进行冷却风扇的控制。
- 不同循环回路冷却液监控
- 冷却风扇状态监控
- 根据车辆冷却系统的需求进行冷却风扇的控制（考虑到电池热管理、空调系统冷却等影响冷却风扇工作的因素）
- 冷却风扇控制过程不会影响人员安全，尽量确保车载用电器的使用寿命不受影响，并且考虑了用户体验，尽量减少能量消耗。
24）电磁阀控制：VCU根据车辆状态及驾驶员意图进行电磁阀的控制。
- 监控水泵的工作状态
- 电磁阀状态监控
- 根据车辆冷却系统的需求进行电磁阀的控制（考虑到电池热管理、空调系统冷却等影响电磁阀工作的因素）
- 多个电磁阀的协调控制
- 电磁阀控制过程不会影响人员安全，尽量确保车载用电器的使用寿命不受影响，并且需要考虑了用户体验，尽量减少能量消耗。
25）压缩机控制：VCU根据驾驶员意图及车辆状态进行压缩机的控制。
- 室内室外温度状态监控
- 压缩机状态监控
- 考虑除霜除雾的需求
- 根据驾驶员需求及车辆冷却系统的需求进行压缩机的控制（考虑空调使用、电池热管理等影响压缩机工作的因素）
- 压缩机控制过程不会影响人员安全，尽量确保车载用电器的使用寿命不受影响，并且需要考虑了用户体验，尽量减少能量消耗。
26）PTC控制：VCU根据驾驶员意图及车辆状态进行PTC的控制。
- PTC状态监控
- 充电加热需求处理
- 根据驾驶员需求及车辆加热系统的需求进行压缩机的控制（考虑空调使用、电池热管理等影响PTC工作的因素）
- PTC控制过程不会影响人员安全，尽量确保车载用电器的使用寿命不受影响，并且需要考虑了用户体验，尽量减少能量消耗。
27）整车故障诊断及处理：VCU根据车辆状态及驾驶员意图识，准确识别整车故障并分类：安全相关功能控制流的监控、安全相关功能数据流的监控、整车故障的诊断、VCU故障识别及清除逻辑、VCU根据故障的严重程度及故障类型制定相应的处理措施，可以实现每一个出现的故障都能得到很好的处理、VCU根据故障类型及等级提供不同的跛行模式、对于出现的故障，VCU应及时存储相关故障信息、故障诊断及处理过程不会影响人员安全及车辆安全，并且需要考虑了用户体验，尽量减少能量消耗。
- 安全相关功能控制流的监控
- 安全相关功能数据流的监控
- 整车故障的诊断（关于所诊断的故障类型，可由双方协商确定）
- VCU故障识别及清除逻辑
- VCU根据故障的严重程度及故障类型制定相应的处理措施，可以实现每一个出现的故障都能得到很好的处理
- VCU根据故障类型及等级提供不同的跛行模式
- 对于出现的故障，VCU应及时存储相关故障信息（关于所存储的故障类型，可由双方协商确定）
- 故障诊断及处理过程不会影响人员安全及车辆安全，并且需要考虑了用户体验，尽量减少能量消耗。
28）输出信号处理：针对需要输出的信号，VCU需要对其进行输出处理。
- 物理信号输出处理
- CAN报文发送处理
5、总结：
VCU作为新能源汽车核心部件对新能源汽车的动力性、经济性、安全性等整车性能具有十分重要的影响，因此掌握成熟的VCU控制算法是整车厂的核心竞争力之一！
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