?VCU軟件核心功能介紹

支持 Reset后可自動恢復行駛狀態的電管理功能

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如上文中提到VCU協調的部件很多，其中很多是高壓電力部件。因此VCU主要的工作之一是負責高低/壓電力系統的控制。包括：高壓上/下電協調、高壓功率分配和限制、高壓部件信息處理（包含D/R擋切換時的電機四象限映射），以及部件的診斷和保護功能。電力系統的穩定性和安全性很大程度的決定了整車的運行狀況。

對于電子控制器來說，在整個生命周期內很難避免完全不發生復位，比如VCU自身內部導致的硬件復位、軟件復位，以及外部干擾導致的復位等。雖然復位時間很短（比如軟件復位，發生復位到恢復通訊大概不到0.2s），但如果在有些場景（如高速行駛時）復位后不能盡快自動恢復之前的狀態，則車輛會失去動力，進而可能會給駕駛員帶來非常大的安全隱患。

特別是對于整車控制器VCU，很多動力相關的部件都受其控制。并且在正常情況下，如果要進入行車就緒狀態，一般需要至少兩個不同的操作（如踩剎車、按啟動按鈕、換擋等）；而一旦在高速工況下出現了控制器復位，很多復位前儲存的信號會被初始化，此時如果仍需要駕駛員兩個連續不同操作，則可能出現非期望的減速，甚至造成追尾事故。

為此，聯合電子開發了一種新能源整車控制器軟件復位后動力自動恢復的控制功能（圖1），該功能通過識別到控制器發生了軟件復位，然后根據復位后車輛的狀態，決定是否需要恢復車輛復位前的狀態，實現在盡可能保證安全的前提下，自動恢復到復位前的狀態。

圖1 VCU 復位后自動恢復可行駛狀態

上述方案經過實車測試，在VCU發生復位后約0.11s后恢復通訊，該功能可以在0.19s內自動恢復高壓狀態，0.25s后自動恢復整車驅動就緒狀態，0.38s后自動恢復D擋并完成整個恢復過程。不需要駕駛員任何操作，整車恢復正常行駛狀態且沒有發生長時間動力丟失的現象（圖2）。

圖2 VCU 復位后自動恢復可行駛狀態實測效果

支持多種協議的VCU充電主控功能

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充電控制功能負責識別不同模式的充電需求，根據不同的模式選擇對應充電控制過程。與供電設備（EVSE）、動力電池BMS等充電相關部件協調交互，實現充電使能條件判斷，充電過程監控，充電結束條件判斷等功能。開發的軟件不僅能實現支持國標交流/直流充電協議，也能滿足歐洲和北美的聯合充電系統（CCS）以及日本CHAdeMO充電協議（圖3）。為了解決充電設備的兼容性和充電時長難以滿足電動車車主的需求，軟件也實現了超級充電標準的充電控制功能。

圖3 充電控制軟件架構

剩余充電時間是指電動車開始充電到充電結束所花費的時間，充電時間隨著車輛電量增多逐漸減小。剩余充電時間估算功能要求車輛在充電開始階段就能準確預測整個充電過程所花費的時間，但電動車充電過程中，充電時間受電芯特性、充電策略、樁輸出能力、整車熱管理和SOX估算精度等多個因素的影響，因此，高精度的剩余充電時間估算一直是行業難題。

聯合電子采用的是一種基于充電工況動態修正的自適應剩余充電時間估算算法，該算法將充電過程分為低電壓預充電，恒流充電和恒壓充電三個階段，算法根據每一階段的充電特征，分別估算各階段充電時間，然后累加求和得出總時間。在恒流充電階段，可以根據客戶需求配置基于電芯電壓或SOC階梯式充電策略的充電時間估算。

在充電過程中，算法通過增加充電樁輸出能力修正因子來預測未來充電樁最大輸出電流。對于高低溫工況，除了在充電開始前計算電池預熱、預冷時間外，充電時間算法在充電過程中也會基于電池熱模型和電池包熱管理策略，預測未來電池溫度，進而確定電池未來的充電電流。對于充電末端，由于SOC精度造成充電時間偏差，算法增加基于單體電壓的充電時間倒計時算法以提高末端充電時間估算精度（圖4）。

圖4 直流充電剩余時間計算實測效果

支持充電預熱的中低溫回路熱管理控制

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熱管理控制功能可以協調來自于電池、電機、發動機和駕駛艙等的加熱或冷卻需求（圖5），結合整車模式來決策和切換熱管理控制模式，進而控制各子系統準確的響應各種來源的熱管理需求。開發的軟件可以適用于純電和混動項目中的多種熱管理拓撲結構。

圖5 VCU熱管理需求來源

為了提升低溫環境下車輛上電后快速達到電池合適的運行狀態，開發的電池遠程預熱功能可以結合駕駛員的出行時間、電池狀態、充電狀態以及整車能量狀態對電池進行預熱，在駕駛員用車時使電池性能達到最優狀態。方案引入了一次喚醒計算預熱時間和二次喚醒執行預熱的概念，并且在駕駛艙有預調節需求時，引入特定的電管理和能量協調方案，進而實現能耗、電池性能、駕駛艙舒適性最優。

充電預熱控制可以實現用戶在低溫插槍充電時，根據電池的預熱請求，控制電池處于預熱模式。在充電機輸出能力范圍內，由充電機輸出功率通過電池加熱器（PTC）對電池加熱。因為在充電預熱模式下，電池的主繼電器在斷開狀態，能確保電池不會有電流輸入或輸出，確保不會對低溫條件下的電池造成損壞。當電池被加熱到合適溫度后，再控制電池退出預熱模式進入正常的充電模式。方案實現了在低溫下給電池充電有效保護電池的同時，縮短充電時間，給用戶帶來更好的充電體驗（圖6）。

圖6 低溫交流充電預熱實測效果

低溫環境兼顧功率保護和駕駛性改善策略

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在電池溫度很低時電池的充放電功率受限，行車過程中會經常用到電池的功率邊界。當整個系統在功率邊界附近運行時，會非常容易導致電池過充或過放發生。此時系統會進行快速閉環調節以把電池功率調整到正常范圍內，但這會導致駕駛性變得很差。因此如何在低溫環境下同時兼顧功率邊界保護和可接受的駕駛性兩方面一直是行業的有個難題。

尤其對于多電機串并聯四驅拓撲結構，各個電機實際功率都會相互影響彼此的功率邊界，是一個相互影響的多層閉環控制，某一個高壓部件功率抖動都會影響其他部件的抖動（圖7）。因此，在極低溫度時電池輸入輸出功率受限，并且拓撲結構中存在多電機耦合時，更容易造成電池過充過放以及駕駛性抖動。

圖7 多電機串并聯四驅拓撲功率邊界影響示意圖

針對多電機耦合的混動系統，通過大量策略優化以及低溫駕駛性試驗驗證對比，軟件將電池長時功率進行動態邊界調節，在扭矩結構以及模式切換過程中，用電機長時扭矩邊界對駕駛員驅動需求進行限制，用電機短時扭矩邊界對類似ESP干涉、發動機啟動預留等扭矩需求進行限制，保證滿足駕駛需求的同時，不會出現電池過充過放的情況。通過電池功率預測，電池限制功率閉環調節，以及預測功率變化趨勢提前收窄或放寬功率限制邊界等方式。很好的解決了低溫環境下兼顧功率保護和駕駛性的效果（圖8）。

圖8 功率閉環保護功能框架

以低溫環境下起步全油門加速工況為例，通過上述軟件優化措施，當低溫工況發電機實際功率波動情況下，也可以保證電池功率不過放，并且前后電機準確響應扭矩邊界限制，避免駕駛抖動的發生（圖9）。

圖9 低溫全油門加速駕駛性實測效果

故障診斷和響應

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新能源汽車的動力和高壓部件比傳統車多很多，車輛可能發生的故障類型和數量以及不同場景下(駐車、充電、行車等)的故障發生后的后處理的方式也很多。故障診斷的及時性、故障后處理的合理性對駕駛員的駕駛體驗和車輛安全性都有很大的影響。

基于對整車所有驅動部件的700多個故障原因和影響梳理，結合整車可能的故障響應方式，軟件針對不同場景下發生故障的嚴重性，設計了多個等級的故障響應方式。在確保車輛安全的前提下，盡可能做到了駕駛體驗的友好性。此外VCU作為整車OBD的主控制器,根據法規實現了不同部件發生故障發生后的亮燈需求協調和故障提示功能（圖10）。

圖10 故障診斷和響應功能框架

編輯：黃飛

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