燃料电池汽车整车系统是一个由多个相互关联的子系统组合而成的大系统。从大系统控制最基本的设计原则——“分解”与“协调”出发，采用分层递阶控制设计方案，如图1−8所示。从图中可以看出，每一个过程装置（如电动机系统、DC/DC系统、燃料电池系统、动力电池系统等）都有一个相对独立的对应的控制器，这样在控制器的实现和设计上都比较简便。这些控制器同时又都受控于ECU（Energy Control Unit）和VCU（Vehicle Control Unit）这两大控制模块，它们根据驾驶员模型的输出信号（转矩需求）对底层各子控制器进行任务协调和分配。实际上，这种分层递阶控制的思想在工业过程控制中应用广泛，详细内容可参看相关书籍[7]。
上述整车系统拓扑结构中的控制器模块主要包括针对相应控制对象的控制策略模型和信号测量及传递模型。控制对象模块主要描述相应对象的动态或静态特性，控制器和控制对象在逻辑上的关系如图1−9所示。显然，与传统的控制系统拓扑结构相比，本书所采用的控制器模型实际上包含了反馈传递函数（传感器）和控制器传递函数（控制策略）两部分。在仿真系统中，传感器的动态特性常可以简化成惯性环节或比例环节，这样可以减少整车系统顶层图中的子模块，从而有利于抓住问题的本质。
图1−8 燃料电池汽车整车分层递阶控制结构
图1−9 控制器与控制对象的关系
根据上述思想，建立具体的燃料电池汽车整车系统模型顶层拓扑结构，如图1−10所示。从图中可以看出，该模型引入三总线（CAN测量总线、CAN总线和物理总线）和数据处理模块以提高程序的可读性和可维护性。其中，CAN测量总线主要传递从控制对象中测量得到的信号（包括经过处理的信号），CAN总线则包括CAN测量总线信号和经过VCU及ECU处理的对每个底层控制器的期望需求信号；数据处理模块则主要用来提取整车系统在仿真过程中的一些信息，其中有些可能直接来自系统内部或者系统输出，有些则可能是对原始信号进行加工处理后的信息。
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