一、概述

VCU（Vehicle Control Unit，整車控制器）能量回收功能是新能源汽車（如純電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車）中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。它主要是在車輛減速或制動(dòng)過(guò)程中，將車輛的部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，并存儲(chǔ)在電池中，從而提高車輛的能量利用效率。能量回收的本質(zhì)是根據(jù)整車狀態(tài)計(jì)算出能量回收扭矩(TER，TorqueEnergyRecovery并進(jìn)行輸出，可分為能量回收使能(EnergyRecycleEnable)、能量回收扭矩請(qǐng)求(EnergyRecycleTorqueRequest)和能量回收扭矩限制(EnergyRecycleTorqueLimit)三個(gè)子模塊。

能量回收使能模塊是指 VCU 根據(jù)整車上電狀態(tài)、車速、擋位、電池 SOC 值、ABS 狀態(tài)、加速踏板狀態(tài)和剎車狀態(tài)等來(lái)判斷是否進(jìn)行能量回收;能量回收扭矩請(qǐng)求模塊是指 VCU確定進(jìn)行能量回收后，根據(jù)能量回收等級(jí)、能量回收模式、當(dāng)前車速和擋位計(jì)算出的能量回收扭矩值;能量回收扭矩限制模塊主要從 DCDC 和電池所允許的最大充電功率、電機(jī)特性兩個(gè)方面對(duì)能量回收扭矩進(jìn)行限制。

二、術(shù)語(yǔ)及縮寫

三、功能要求

VCU 能量回收功能規(guī)范的功能要求通常包括以下幾個(gè)方面：能量回收策略制定與執(zhí)行、能量回收效率優(yōu)化、系統(tǒng)協(xié)同與安全保障

1）能量回收策略制定與執(zhí)行

滑行能量回收：當(dāng)駕駛員松開(kāi)加速踏板，車輛進(jìn)入滑行狀態(tài)時(shí)，VCU 應(yīng)能根據(jù)車速、電池 SOC（State of Charge，荷電狀態(tài)）等條件判斷是否開(kāi)啟能量回收。例如，在較高車速下（如大于 30km/h），如果電池 SOC 低于設(shè)定閾值（如 80%），則開(kāi)啟一定強(qiáng)度的滑行能量回收。回收強(qiáng)度可以根據(jù)車輛的設(shè)計(jì)和駕駛模式的不同而有所變化，一般可以通過(guò)調(diào)整電機(jī)的發(fā)電扭矩來(lái)實(shí)現(xiàn)不同程度的能量回收。

制動(dòng)能量回收：在車輛制動(dòng)過(guò)程中，VCU 需要協(xié)調(diào)制動(dòng)系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)能量回收。它要區(qū)分機(jī)械制動(dòng)和電制動(dòng)的比例，這通常通過(guò)制動(dòng)踏板傳感器來(lái)獲取制動(dòng)意圖。例如，在輕踩制動(dòng)踏板時(shí)，優(yōu)先使用電制動(dòng)進(jìn)行能量回收；當(dāng)制動(dòng)踏板行程較大，需要更大的制動(dòng)力時(shí)，機(jī)械制動(dòng)和電制動(dòng)同時(shí)工作，并且隨著制動(dòng)強(qiáng)度的增加，機(jī)械制動(dòng)的比例逐漸增大，電制動(dòng)的比例相應(yīng)減小，以保證車輛的制動(dòng)安全。

2）能量回收效率優(yōu)化

VCU 應(yīng)確保能量回收系統(tǒng)具有較高的回收效率。這涉及到電機(jī)的發(fā)電效率、傳動(dòng)系統(tǒng)的能量傳遞效率以及電池的充電效率等多個(gè)環(huán)節(jié)。例如，電機(jī)在發(fā)電過(guò)程中會(huì)有能量損耗，一般高效的電機(jī)發(fā)電效率能達(dá)到 80% - 90% 左右。VCU 需要通過(guò)優(yōu)化控制策略，如調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速 - 扭矩工作點(diǎn)，使電機(jī)工作在高效發(fā)電區(qū)域，從而提高整體的能量回收效率。同時(shí)，傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也很關(guān)鍵，低摩擦的傳動(dòng)部件有助于減少能量損失。

3）系統(tǒng)協(xié)同與安全保障

與動(dòng)力系統(tǒng)協(xié)調(diào)：VCU 要與驅(qū)動(dòng)電機(jī)緊密配合。在能量回收過(guò)程中，驅(qū)動(dòng)電機(jī)從驅(qū)動(dòng)狀態(tài)切換到發(fā)電狀態(tài)，VCU 需要準(zhǔn)確控制電機(jī)的扭矩反轉(zhuǎn)時(shí)間和大小。例如，在從加速狀態(tài)突然轉(zhuǎn)換到滑行能量回收狀態(tài)時(shí)，VCU 要確保電機(jī)扭矩的平穩(wěn)過(guò)渡，避免車輛出現(xiàn)頓挫感。同時(shí)，對(duì)于混合動(dòng)力汽車，還需要協(xié)調(diào)發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)之間的工作模式，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，也要考慮如何合理地利用電機(jī)進(jìn)行能量回收。

與電池管理系統(tǒng)協(xié)調(diào)：能量回收的電能要存儲(chǔ)到電池中，VCU 需要和電池管理系統(tǒng)（BMS）通信。BMS 負(fù)責(zé)監(jiān)控電池的狀態(tài)，如電池溫度、SOC 等。VCU 在進(jìn)行能量回收時(shí)，要根據(jù) BMS 提供的信息，判斷電池是否能夠接收回收的電能。例如，如果電池溫度過(guò)高（如超過(guò) 45℃）或者 SOC 已經(jīng)接近滿電狀態(tài)（如大于 95%），VCU 應(yīng)該減少或停止能量回收，以保護(hù)電池的安全和壽命。

四、系統(tǒng)組成

硬線信號(hào)

總線信號(hào)

部件功能說(shuō)明

4.1能量回收功能

4.11滑行能量回收

接口信號(hào)

1）輸入量

2）輸出量

3）標(biāo)定量

滑行扭矩控制

滑行能量回收扭矩根據(jù)車速查表獲得，在不同車輛模式下，需查不同的 Map以保障不同的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性需求。為保證駕駛平順性，低車速時(shí)回收扭矩較小，隨車速增大回收扭矩逐漸增大，車速達(dá)到一定值后，滑行能量回收扭矩不再增大（滑行能量回收 Map 中體現(xiàn)）。

4.12制動(dòng)能量回收

接口信號(hào)

1）輸入量：

2）輸出量：

3）標(biāo)定量：

4.2matlab搭建模型

根據(jù)功能規(guī)范我們?cè)?a target="_blank">Simulink中搭建模型

能量回收觸發(fā)條件模型：

能量回收限制模塊模型：

能量回收計(jì)算模塊模型：

來(lái)源：新能源汽車電控開(kāi)發(fā)與測(cè)試