任务三 了解车辆控制单元

汽车的行为是人和微控制计算机共同控制的结果。在汽车上，人（驾驶人）将加速踏板位置信号、制动踏板位置信号、变速杆位置信号输入到一个控制器，这个控制器是汽车中众多微控制计算机中权限最高、管理范围最宽的计算机。因为汽车的行驶是人的输入，微计算机执行的结果，没有人对控制装置的输入，微控制计算机就无法实现自己主动输出（无人驾驶汽车除外）。

一 概述

车辆控制单元（Vehicle Control Unit, VCU）又称为整车控制单元。根据车辆控制单元最主要的功能，其更准确的名称应为车辆动力管理控制器或电力驱动系统总控制单元。

在纯电动汽车上车辆控制单元被称为整车控制器（VCU），如图1-7所示。在混合动力汽车上被称为动力管理控制单元、混合动力控制单元或控制器（HV-ECU）。

那为什么不直接采用车辆动力管理控制器或电力驱动系统控制单元这个名称呢？这是由于车辆控制单元（VCU）的名称是早期的电动汽车开发者命名的，当时的电动汽车还没有其他电控系统，所以一直沿用至今天。现在要开发一辆纯电动汽车，要包括电池和电池管理系统、电机和电机控制系统、整车控制系统（包括汽车电气、汽车底盘等）。

二 车辆控制单元功能

1.动力管理功能

驾驶人踩下加速踏板，加速踏板位置传感器将驾驶人的转矩需求输入给车辆控制单元，车辆控制单元根据动力电池状态生成一个电机转矩控制目标数值，并把这个控制目标数值发给电机控制器（Motor Control Unit, MCU）。

电机控制器位于电机变频器内部，电机控制器控制变频器内部的逆变器，使电机转矩与控制目标数值相等。

2.冷却控制功能

电动汽车的高压部件有动力电池、高压配电箱、变频器、电机、车载充电机、DC/DC变换器、空调PTC加热器等。

在这些高压部件中，变频器、电机、DC/DC变换器、车载充电机四个部件需要采用冷却液进行冷却。

为什么要对电机进行冷却呢？这是因为汽车电机工作在非额定工况，定子线圈生热相对较多，温度过高会导致定子线圈的绝缘性能下降，损坏电机。

为什么要对变频器、DC/DC变换器和车载充电机进行冷却呢？这是因为这三个高压部件在进行电力电子变换过程中会产生大量的热量，热量积累会导致高压电子器件温度上升造成损坏。

冷却控制包括对电动水泵继电器（图1-8）和散热器风扇继电器（图1-9）进行控制。

3.电动真空泵控制功能

纯电动汽车的制动系统仍采用真空助力器对双腔串联制动主缸进行助力，真空助力器的真空源来自于车辆控制单元（VCU）对真空泵继电器的控制，有的电动汽车的电动真空泵受ABS控制单元控制（图1-10），继电器位置如图1-11所示。

4.网关控制功能

在纯电动汽车上，一般采用车辆控制单元（VCU）实现低速网段控制单元（B-CAN，车身电气总成）和高速网段控制单元（P-CAN，驱动总成）的通信。

其工作原理如图1-12所示。为了说明网关的功能，假定高速网（P-CAN）为低速网（B-CAN）速度的5倍，P-CAN的电子换档控制单元（也称线控变速杆单元）将代表变速杆位置的数字数据（例如D位）以总线脉冲形式0（3.5V和1.5V的2V脉冲差）、1（2.5V和2.5V的0V脉冲差）向右发过来，车辆控制单元（VCU）将总线脉冲差进行解析后变换为数字信号，将3.5V和1.5V的2V脉冲差转换为0，将2.5V和2.5V的0V脉冲差转换1，数字信号0、1代表的内容仍为变速杆位置的数字数据。这个数字数据0、1被车辆控制单元（VCU）通过右侧B-CAN变为总线脉冲，仪表控制单元将总线脉冲电压差进行解析后变为数字数据0、1。仪表查得这个数字数据为字母D，仪表驱动显示器显示D位。

5.自诊断功能

在纯电动汽车上，诊断仪连接在车辆控制单元（VCU）上，可实现对汽车所有电控单元的诊断。

其工作原理如图1-13所示。右侧汽车诊断仪向车辆控制单元（VCU）申请要读取电池管理系统的故障码，车辆控制单元（VCU）接收到修理技师通过诊断仪以总线脉冲形式发过来的申请后，将总线脉冲差进行解析后变为数字信号0、1，数字信号0、1代表的内容为读取电池管理系统的故障码，这个数字信号0、1被车辆控制单元（VCU）向左变为总线脉冲，电池管理系统将总线脉冲差进行解析后变为数字信号0、1，查得这个内容为要将自身诊断出的故障以故障码的形式传出。

电池管理系统将自身数字化的故障码向右变换为总线脉冲，车辆控制单元（VCU）将总线脉冲差进行解析后变为数字信号0、1。车辆控制单元（VCU）将代表故障码的数字信号0、1向右转换成总线脉冲，诊断仪将总线脉冲差进行解析后变为数字信号0、1，并从诊断仪自身的数据库查得这个故障码具体的内容是什么，并将这个查得的具体内容以解析后的故障码形式显示在诊断仪的屏幕上。