一、概述

VCU（Vehicle Control Unit，整車控制器）能量回收功能是新能源汽車（如純電動汽車和混合動力汽車）中非常重要的一個環(huán)節(jié)。它主要是在車輛減速或制動過程中，將車輛的部分動能轉(zhuǎn)化為電能，并存儲在電池中，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)、能量回收扭矩請求(EnergyRecycleTorqueRequest)和能量回收扭矩限制(EnergyRecycleTorqueLimit)三個子模塊。

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)等來判斷是否進(jìn)行能量回收;能量回收扭矩請求模塊是指 VCU確定進(jìn)行能量回收后，根據(jù)能量回收等級、能量回收模式、當(dāng)前車速和擋位計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)特性兩個方面對能量回收扭矩進(jìn)行限制。

二、術(shù)語及縮寫

英文縮寫	英文全稱	中文名稱
VCU	Vehicle Control Unit	整車控制器
BMS	Battery Management System	電池管理系統(tǒng)
MCU	Motor Control Unit	電機(jī)控制單元
ESC	Electronic Stability Program	電子穩(wěn)定系統(tǒng)
GSM	Electronic Gear Select Module	電子換擋器
OBC	On-Board Charger	車載充電機(jī)
BCM	Body Control Management	車身控制系統(tǒng)
OBD	On-Board Diagnostics	車載診斷系統(tǒng)
DCDC	Direct Current Direct Current	直流-直流轉(zhuǎn)換器
T-BOX	Telematics BOX	遠(yuǎn)程信息處理器
EPS	Electric Power Steering	電動助力轉(zhuǎn)向

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)駕駛員松開加速踏板，車輛進(jìn)入滑行狀態(tài)時，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)計和駕駛模式的不同而有所變化，一般可以通過調(diào)整電機(jī)的發(fā)電扭矩來實(shí)現(xiàn)不同程度的能量回收。

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

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、傳動系統(tǒng)的能量傳遞效率以及電池的充電效率等多個環(huán)節(jié)。例如，電機(jī)在發(fā)電過程中會有能量損耗，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，傳動系統(tǒng)的設(shè)計也很關(guān)鍵，低摩擦的傳動部件有助于減少能量損失。

3）系統(tǒng)協(xié)同與安全保障

與動力系統(tǒng)協(xié)調(diào)：VCU 要與驅(qū)動電機(jī)緊密配合。在能量回收過程中，驅(qū)動電機(jī)從驅(qū)動狀態(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，VCU 要確保電機(jī)扭矩的平穩(wěn)過渡，避免車輛出現(xiàn)頓挫感。同時，對于混合動力汽車，還需要協(xié)調(diào)發(fā)動機(jī)和電機(jī)之間的工作模式，當(dāng)發(fā)動機(jī)工作時，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，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，如果電池溫度過高（如超過 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

總線信號

部件功能說明

序號	部件名稱	部件功能描述
1	VCU	接收檔位信號，加速踏板行程信號，制動踏板開關(guān)信號，制動踏板位置信號與 BMS 反饋的高壓電池系統(tǒng)狀態(tài)，計算最大回饋扭矩，并通過總線發(fā)送至ABS/ESC
2	BMS	通過CAN 總線向VCU 反饋高壓電池系統(tǒng)電壓，SOC，最大充電電流等參數(shù)
3	MCU	執(zhí)行VCU 請求扭矩，發(fā)送當(dāng)前電機(jī)狀態(tài)
4	GSM	發(fā)送換擋桿位置信息
5	ICU	接收VCU 發(fā)送電機(jī)功率信號并進(jìn)行指示
6	ABS/ESC	根據(jù)VCU 反饋的系統(tǒng)回收能力參數(shù)，執(zhí)行制動扭矩分配，計算電機(jī)回饋扭矩并發(fā)送至總線
7	IHU	駕駛員能量回收開關(guān)請求

4.1能量回收功能

4.11滑行能量回收

接口信號

1）輸入量

信號名稱	通訊矩陣信號名稱	信號描述	信號類型
VeCANR_b_RgnSwtch	IHU_Regen_Switch	能量回收開關(guān)	CAN 信號
VeCANR_b_RgnSwtchVld	IHU_Regen_Switch_Valid	能量回收控制開關(guān)有效性信號	CAN 信號
VeSGCR_b_AccnPedSt	---	加速踏板開度	內(nèi)部信號
VeSGCR_pct_BrkPed	---	制動踏板開度	內(nèi)部信號
VeSGCR_b_BrkPedSt	---	制動踏板狀態(tài)	內(nèi)部信號
VeGRMR_st_GrPstnOut	VCU_ActualGearPosition	實(shí)際檔位狀態(tài)	CAN 信號
VeSGCR_v_VehSpd	---	車速	內(nèi)部信號
VeCRUR_st_CruzMode	---	定速巡航模式	內(nèi)部信號
VeTQRR_b_ACCTqCtrlActv	---	ACC 功能激活	內(nèi)部信號
VeTQRR_b_PASTqCtrlActv	---	自動泊車功能激活	內(nèi)部信號
VeCANR_trq_MtrMinAvlTq	MCU_MinAvlTq	電機(jī)最小可用扭矩	CAN 信號
VeCANR_Pwr_BatMaxChrgInstns	BMS_AllowedMaxPeakFBPower	電池峰值回收功率	CAN 信號

2）輸出量

信號名稱	信號描述	信號類型
VeTQRR_trq_CstTqReq	滑行需求扭矩	內(nèi)部信號

3）標(biāo)定量

信號名稱	信號描述	初始值（時間單位默認(rèn)10ms）
KeTQRR_Pwr_RgnAllwThres	回收允許電池功率閥值	20KW
KeTQRR_trq_RgnAllwThres	回收允許電機(jī)扭矩閥值	80Nm
KeTQRR_v_CstRgnEntSpd	滑行回收進(jìn)入車速	8Km/h
KeTQRR_v_CstRgnExtSpd	滑行回收退出車速	7Km/h
KaTQRR_v_CstTqX	滑行扭矩 X 軸（車速）	---
KaTQRR_trq_CstTqMap	Nrm 模式滑行扭矩 Map	---
Nrm	值
KaTQRR_trq_CstTqMapEco	Eco 模式滑行扭矩 Map值	---
KaTQRR_trq_CstTqMapSpt	Spt 模式滑行扭矩 Map值	---
KeTQRR_trq_CstBscTq	滑行基礎(chǔ)扭矩	0Nm
KaTQRR_fac_CstNom	Nml 模式滑行回收系數(shù)	1
KaTQRR_fac_CstEco	Eco 模式滑行回收系數(shù)	1
KaTQRR_fac_CstSpt	Spt 模式滑行回收系數(shù)	1
KeTQRR_Pct_RgnBtSOCTres	能量回收的電池包 SOC閥值	98%

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以保障不同的動力性和經(jīng)濟(jì)性需求。為保證駕駛平順性，低車速時回收扭矩較小，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制動能量回收

接口信號

1）輸入量：

信號名稱	通訊矩陣信號名稱	信號描述	信號類型
VeCANR_b_RgnSwtch	IHU_Regen_Switch	能量回收開關(guān)	CAN 信號
VeSGCR_pct_BrkPed	---	制動踏板開度	內(nèi)部變量
VeSGCR_b_BrkPedSt	---	制動踏板狀態(tài)	內(nèi)部信號
VeGRMR_st_GrPstnOut	---	檔位信號	內(nèi)部信號
VeSGCR_v_VehSpd	---	車速	內(nèi)部信號
VeCANR_trq_MtrMinAvlTq	MCU_MinAvlTq	電機(jī)最小可用扭矩	CAN 信號
VeCANR_Pwr_BatMaxChrgInstns	BMS_AllowedMaxPeakFBPower	電池峰值回收功率	CAN 信號
VeCANR_b_RBSActv	ABS_RegenBrakeCtrlStatus	RBS 功能激活	CAN 信號
VeCANR_trq_MtrTq	MCU_MotorPresentTorque	電機(jī)扭矩	CAN 信號

2）輸出量：

信號名稱	通訊矩陣信號名稱	信號描述	信號類型
LeTQRR_trq_BrkTqReq	--	制動需求扭矩	內(nèi)部信號

VeTQDR_trq_MtrRgnTqMax

VCU_MotorOutputMinTqReq

電機(jī)回收可用扭矩

CAN 信號

3）標(biāo)定量：

信號名稱	信號描述	初始值（時間單位默認(rèn)10ms）
KeTQRR_Pwr_RgnAllwThres	制動允許功率閥值	20KW
KeTQRR_trq_RgnAllwThres	制動允許扭矩閥值	80Nm
KeTQRR_v_BrkEntSpd	制動回收進(jìn)入車速	7Km/h
KeTQRR_v_BrkExtSpd	制動回收退出車速	1Km/h
KeTQRR_Pct_RgnInBtSOCTres	能量回收允許的電池包SOC 閥值	98%
KeTQRR_Pct_RgnExBtSOCTres	能量回收退出的電池包SOC 閥值	99%