新能源汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制之VCU核心功能

新能源汽車電動(dòng)化的動(dòng)力總成增加了很多高低壓電氣部件（如圖1）。 ?

圖1?? VCU是新能源汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制的“大腦”，成熟的系統(tǒng)軟件在提高運(yùn)行效率、降低能耗排放、提高故障后處理的魯棒性等方面都發(fā)揮著重要作用。是電動(dòng)化動(dòng)力總成系統(tǒng)解決方案真正落地的核心能力之一。 ? 作為車輛驅(qū)動(dòng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的核心控制器，VCU需要負(fù)責(zé)整車狀態(tài)協(xié)調(diào)、駕駛員駕駛需求實(shí)現(xiàn)等最基本也是最重要的功能。因此VCU軟件的完善度直接影響了車輛運(yùn)行的穩(wěn)定性和行駛安全性。隨著“域融合”的概念推廣，越來越多的新功能也逐漸被融合到VCU控制器中，例如：跟充電相關(guān)的AC/DC車輛端充電主控功能，以及跟底盤相關(guān)的電動(dòng)四驅(qū)控制功能。 ? 從系統(tǒng)功能劃分角度考慮，可以把VCU的功能劃分為：車輛系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、熱管理系統(tǒng)，以及OBD診斷、通訊、安全監(jiān)控等系統(tǒng)功能。VCU的主要功能如下圖2。 ?

圖2? VCU系統(tǒng)功能分類和概覽 ? VCU軟件核心功能介紹 基于多個(gè)已經(jīng)量產(chǎn)的客戶項(xiàng)目，經(jīng)過多年的系統(tǒng)知識(shí)建立和功能軟件開發(fā)驗(yàn)證工作，目前聯(lián)合汽車電子的VCU軟件已經(jīng)在“扭矩”“電”“熱” 三個(gè)核心領(lǐng)域都具備完整的并且可根據(jù)客戶需求靈活配置的VCU系統(tǒng)解決方案。本文會(huì)主要圍繞與“扭矩”相關(guān)的車輛驅(qū)動(dòng)方面介紹一些VCU軟件中的核心功能。后續(xù)還會(huì)有其它文章介紹與“電”“熱”相關(guān)的核心功能介紹。 ? 支持多模式的車輛運(yùn)行模式管理功能(混合動(dòng)力)?? 混合動(dòng)力車輛的運(yùn)行模式?jīng)Q策和切換過程控制可以實(shí)現(xiàn)：純電運(yùn)行、串聯(lián)增程、并聯(lián)驅(qū)動(dòng)三種運(yùn)行模式?jīng)Q策和切換（圖3）。 ?

圖3 混動(dòng)運(yùn)行模式和能量流 ? 整車運(yùn)行模式?jīng)Q策功能基于ECMS(等效燃油消耗最小)算法（圖4），在各種工況下決策出能量消耗最小的運(yùn)行模式（圖5）并實(shí)現(xiàn)電機(jī)/發(fā)動(dòng)機(jī)最優(yōu)能量分配比例，以達(dá)到更好的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性：在中低速時(shí)通過增程器發(fā)電，使發(fā)動(dòng)機(jī)始終工作在高效區(qū)并為動(dòng)力系統(tǒng)提供動(dòng)力源；在高速時(shí)讓發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)共同驅(qū)動(dòng)車輛行駛，滿足動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性需求。該模式?jīng)Q策相比行業(yè)中應(yīng)用廣泛的基于規(guī)則的能量管理策略，ECMS能夠達(dá)到更好的節(jié)油效果，與全局優(yōu)化策略和基于工況自適應(yīng)的能量管理策略相比，ECMS能夠更好應(yīng)用于實(shí)際工程項(xiàng)目中。 ?

圖4 混動(dòng)模式管理功能架構(gòu) ?

圖5 WLTC循環(huán)中模式分布 ? 當(dāng)車輛運(yùn)行工況發(fā)生變化車輛運(yùn)行模式需要切換時(shí)，模式切換過程控制功能可以確保在不影響駕駛員駕駛需求扭矩實(shí)現(xiàn)的前提下，VCU通過協(xié)調(diào)發(fā)動(dòng)機(jī)、增程器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和離合器之間的轉(zhuǎn)速和扭矩配合，實(shí)現(xiàn)快速平穩(wěn)的模式切換控制過程（圖6）。 ?

?

圖6 模式切換過程測試效果 ? 基于部件物理層級(jí)的扭矩管理 扭矩管理需要協(xié)調(diào)來自駕駛員、駕駛輔助功能的驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)扭矩需求，并可以根據(jù)整車運(yùn)行模式功能和模式切換功能的輸出，協(xié)調(diào)各驅(qū)動(dòng)部件(發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、前驅(qū)動(dòng)電機(jī)、后驅(qū)動(dòng)電機(jī))準(zhǔn)確響應(yīng)各種來源的扭矩需求。 ? 已開發(fā)應(yīng)用的扭矩管理功能實(shí)現(xiàn)了可靈活配置拓展的扭矩結(jié)構(gòu)（圖7），可支持純電、混動(dòng)項(xiàng)目，四驅(qū)/兩驅(qū)項(xiàng)目的靈活配置?；趯?shí)際部件物理層級(jí)的扭矩結(jié)構(gòu)，也更易于拓展應(yīng)用到其它拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的混合動(dòng)力/純電車輛。 ?

圖7 扭矩管理示意圖 ? 多種分配方式的四驅(qū)控制功能 四驅(qū)控制功能是將駕駛員需求扭矩按照當(dāng)前四驅(qū)控制需求進(jìn)行前后軸扭矩分配，最終輸出至前后驅(qū)動(dòng)電機(jī)，四驅(qū)控制功能在分配前后軸扭矩時(shí)能夠充分考慮不同因素的影響，兼顧整車的經(jīng)濟(jì)性，動(dòng)力性和操縱穩(wěn)定性。也可以識(shí)別車輛的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，主動(dòng)介入車輛的運(yùn)動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)無級(jí)全范圍分配比調(diào)節(jié)（圖8）。 ?

圖8 四驅(qū)控制功能架構(gòu) ? 四驅(qū)經(jīng)濟(jì)性分配功能可以在平穩(wěn)駕駛的過程中使前后軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作在當(dāng)前需求下的系統(tǒng)整體效率最優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)雙電機(jī)、三電機(jī)及四電機(jī)的效率最優(yōu)分配，降低能耗增加續(xù)航里程。 ? 四驅(qū)動(dòng)力性分配中的負(fù)載分配功能可以通過識(shí)別當(dāng)前路面坡度及車輛加減速情況，建立前后軸載荷模型計(jì)算前后軸扭矩的最佳分配比，在載荷轉(zhuǎn)移時(shí)通過前后軸扭矩智能分配充分利用地面最大附著力，減少車輪滑轉(zhuǎn)提高車輛加速能力（圖9）。 ?

圖9? 加速負(fù)載轉(zhuǎn)移四驅(qū)分配測試效果 ? 四驅(qū)動(dòng)力性分配中的脫困防滑功能能夠在車輛單軸處于滑轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)主動(dòng)調(diào)整前后軸扭矩分配向未滑轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)移，降低動(dòng)力損失，在識(shí)別到前后軸交替滑轉(zhuǎn)時(shí)，動(dòng)態(tài)控制前后軸扭矩分配，充分利用路面附著系數(shù)，提高車輛在低速時(shí)的脫困能力，降低無力感，提升駕駛舒適性。（圖10） ?

圖10 驅(qū)動(dòng)防滑功能測試效果

四驅(qū)操縱穩(wěn)定性分配使汽車跟隨駕駛員轉(zhuǎn)向意圖，提高轉(zhuǎn)向敏捷度，主要包含轉(zhuǎn)向狀態(tài)監(jiān)測與轉(zhuǎn)向扭矩控制?？梢栽贓SP介入前通過前后軸扭矩分配實(shí)時(shí)調(diào)整車輛運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，及時(shí)抑制車輛轉(zhuǎn)向不足(US)和轉(zhuǎn)向過度(OS)的失穩(wěn)狀況發(fā)生，在加速轉(zhuǎn)向工況降低ESP的介入頻次，減少制動(dòng)沖擊與橫擺感，提高駕駛員的駕駛感受（圖11）。 ?

圖11 OS及US工況下的穩(wěn)定性控制 ? 四驅(qū)控制功能具有很強(qiáng)的擴(kuò)展性和通用性，在EV和PHEV車輛上都可以使用。該方案將動(dòng)力域與底盤域的部分相關(guān)控制功能進(jìn)行了整合，提高了車輛運(yùn)動(dòng)相關(guān)的跨域整合能力。

審核編輯：黃飛

?