新能源汽车整车控制及上下电逻辑

一、整车控制器功能需求

在基于常规400V高压平台的分布式电子电气架构的新能源汽车上，整车控制器（VCU）作为核心控制节点承担着车辆安全稳定驾驶的重要任务，在新能源汽车的应用过程中，对于该控制节点的功能需求从整车层面出发可将其归为如下数项，如下图所示：

图1整车控制器功能划分

车辆状态信息获取。车辆状态信息的获取可分为主动与被动两种方式，其中主动方式是指VCU通过其外围所连接的如温度、转速、档位等各传感器对数据进行采集，进而对整车状态进行主动的实时监测。被动的方式则是通过CAN总线被动的获取由其他节点发送的相关系统状态信息，由此对整车的状态进行判断。

整车控制模式判断。通过整车状态信息判断当下车辆所需的工作模式并执行。如根据档位、踏板、车速等信息判断车辆是位于驻车、起步、行车还是其他状态，并可通过加速踏板开度信号、动力电池信息以及驱动系统的相关状态信息等计算出适合当下车辆状态的输出扭矩、转速或功率。

需要注意的是，在新能源汽车的运行过程中，为了尽可能合理并有效的利用行车能量以延长整车的续航里程，对于整车的能量回收机制在VCU的控制策略中常是关键的一环，而对于能量回收机制，不同主机厂所采用的控制策略也有所差异，但通常情况下能量回收的应用领域多是行车状态下的减速模式，策略中根据驾驶员是否踩踏制动踏板，将其分为制动能量回收与滑行能量回收。

图2 能量回收分类

由于能量回收的机制是将行车动能转化为电能存储的过程，而此过程所涉及到的有整车的行车状态、电机及电机控制器的反向控制发电、动力电池状态等领域，我们知道一项好的控制策略首先需要确保过程的安全有效，其次才是功能的实现。在此背景下，对于是否可进行能量回收则需要同时满足多项条件，此处列举数项以作参考：

其一，行车状态的判断。根据档位及踏板信息判断车辆是否处于减速行车状态，且当下车速应该高于某一阈值；

其二，根据车辆状态信息判断整车是否存在与行车相关的高等级故障或处于危险状态，如故障导致的跛行、刹车导致的ABS介入等；

在满足上述条件后整车方可实行能量回收机制，但在实施过程中，VCU需根据动力电池状态、MCU温度等信息对回收能量实施合适的管控，如在动力电池可允许充电状态不佳或MCU温度过高等情况下，虽可实行能量回收机制，但此时执行能量回收的扭矩较之正常要低甚至为0，此举是为了避免因能量回收导致的安全问题。

图3 能量回收执行过程

故障管理。根据状态信息判断外围传感器、执行器以及相关系统的状态，对于故障系统执行错误标志，按照OBD/UDS对相关故障进行记录、执行与清除，并可根据相关故障的等级实行对应的处理机制，对整车实现安全的、合理的临时管理。

注：对于故障等级的划分（如一级故障、二级故障等），根据不同厂家内部定义的严重度顺序而定，并不一定一级故障＞二级故障，也有反过来的情况。

外围设备及功能模块控制。如根据温度传感器信息对空调系统实现相关控制等功能，这部分属于辅助控制功能。

远程控制及管理。如远程控制座舱空调启动、预热、充电管理等功能。远程控制的实现是传统VCU朝着域控以及智能化发展的重要表现，对于这部分功能的开发传统VCU厂家应该得到重视。

二、整车及控制器上下电管理

在车端，车辆的上下电模式一般有4种，即OFF（lock）、ACC、ON以及START，如下图：

图4 整车上下电模式

当钥匙位于不同电源模式下时，整车节点的供电状态也不尽相同，其中：

OFF：整车处于下电模式，整车各控制节点进入休眠状态；

ACC：整车部分控制节点上电，如VCU、仪表、收音机等；

ON：整车低压控制节点上电；

START：整车上高压，并进入Ready状态，随时可进入驾驶状态。

在如今一键启动普及的市场环境下，大多数车型通过一键启动按钮实现不同电源模式的切换，其之间的大致关系参考如下：

图5 档位与电源模式的关系

在车辆电源的切换过程中，整车实现高低压上下电，其中根据系统电气方式的不同，整车上下电流程也有些许差异，在如图6所示中的流程，其主正/负继电器是由BMS所控制。

图6 直流母线端高压继电器

注：在高压回路中的预充电路是为了防止主继电器在闭合的瞬间所形成的强流、高压对回路中的控制单元形成冲击进而导致控制单元的损坏，因此在新能源汽车的高圧回路中预充电路基本都会有。而对于改制过驱动系统的车辆，需要根据新的高压回路对预充电阻重新匹配，否则容易造成器件损坏。

话归正题，因此在整车的上下电过程中VCU与部分主要节点之间的关系可如下图示意：

图7 整车高低压上下电流程

在部分上下电策略中，直流母线的高压继电器由VCU所控制，在此电气系统中上下电模式按照整车的不同工况可大致分为常规上下电、紧急下电以及充电模式三类。由于不同企业有不同策略，这里简单画个紧急下电的流程做说明，流程如下：

图8 VCU紧急下电流程示意

紧急下电过程被应用于车辆发生严重故障后为了确保人员安全而实施的特殊方案，因此此过程将不再检测母线电压、电流以及电机转速等信息，而是通过相关标志位信息强制执行下电流程。其过程也是先执行系统下高压，接着再执行下系统低压，然后是数据存储后的单元延时下电。过程中若出现因为碰撞等事故导致的高压无法断开的异常，那么相应的低压也将无法正常下电。

另外，在充电模式中对于VCU的上低压电可能并非来自于钥匙开关，因此该过程的电源唤醒方式可能会来源于充电枪的低压电或者是通过网络报文来被动唤醒，而对于国六的混动车型而言，其在加油的过程中对VCU的唤醒则通常是通过网络报文来唤醒。此模式需要根据不同车型、不同策略而定。

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