تحليل مبدأ ووظيفة وحدة التحكم في السيارة الكهربائية النقية

تشتمل وحدة التحكم في السيارة على مكونين رئيسيين، الأجهزة والبرمجيات. يتم تطوير برامجها وبرامجها الأساسية بشكل عام من قبل الشركات المصنعة، في حين يمكن لموردي قطع غيار السيارات توفير أجهزة التحكم في السيارة وبرامج التشغيل الأساسية.في هذه المرحلة، تركز الأبحاث الأجنبية حول وحدة التحكم في المركبات الكهربائية النقية بشكل أساسي على المركبات الكهربائية النقية التي يقودها داخل العجلةالمحركات.بالنسبة للسيارات الكهربائية النقية التي تحتوي على محرك واحد فقط، فهي عادة لا تكون مجهزة بوحدة تحكم في السيارة، ولكن يتم استخدام وحدة تحكم المحرك للتحكم في السيارة.يمكن للعديد من الشركات الأجنبية الكبيرة توفير حلول التحكم في المركبات الناضجة، مثل Continental، Bosch، Delphi، إلخ.

1. تكوين ومبدأ وحدة التحكم في السيارة

ينقسم نظام التحكم في السيارة الكهربائية النقية بشكل أساسي إلى نظامين: التحكم المركزي والتحكم الموزع.

الفكرة الأساسية لنظام التحكم المركزي هي أن وحدة التحكم في السيارة تكمل جمع إشارات الإدخال بمفردها، وتقوم بتحليل البيانات ومعالجتها وفقًا لاستراتيجية التحكم، ثم تصدر أوامر التحكم مباشرة إلى كل مشغل لقيادة القيادة العادية للمركبة سيارة كهربائية نقية.مزايا نظام التحكم المركزي هي المعالجة المركزية والاستجابة السريعة والتكلفة المنخفضة. العيب هو أن الدائرة معقدة وليس من السهل تبديد الحرارة.

الفكرة الأساسية لنظام التحكم الموزع هي أن وحدة التحكم في السيارة تجمع بعض إشارات السائق، وتتواصل مع وحدة التحكم في المحرك ونظام إدارة البطارية من خلال ناقل CAN. تقوم وحدة التحكم في المحرك ونظام إدارة البطارية على التوالي بجمع إشارات السيارة من خلال ناقل CAN. تم تمريرها إلى وحدة تحكم السيارة.تقوم وحدة التحكم في السيارة بتحليل البيانات ومعالجتها وفقًا لمعلومات السيارة ودمجها مع استراتيجية التحكم. بعد أن تتلقى وحدة التحكم في المحرك ونظام إدارة البطارية أمر التحكم، فإنها تتحكم في تشغيل المحرك وتفريغ البطارية وفقًا لمعلومات الحالة الحالية للمحرك والبطارية.مزايا أنظمة التحكم الموزعة هي النمطية والتعقيد المنخفض؛ العيب هو التكلفة العالية نسبيا.

يظهر الرسم التخطيطي لنظام التحكم النموذجي في المركبات الموزعة في الشكل أدناه. الطبقة العليا من نظام التحكم في السيارة هي وحدة التحكم في السيارة. تتلقى وحدة التحكم في السيارة معلومات وحدة التحكم في المحرك ونظام إدارة البطارية من خلال ناقل CAN، وتوفر المعلومات إلى وحدة التحكم في المحرك والبطارية. يقوم نظام الإدارة ونظام عرض المعلومات داخل السيارة بإرسال أوامر التحكم.وحدة التحكم في المحرك ونظام إدارة البطارية مسؤولان على التوالي عن مراقبة وإدارة محرك القيادة وبطارية الطاقةحزمة، ويتم استخدام نظام عرض المعلومات على متن الطائرة لعرض معلومات الحالة الحالية للمركبة.

رسم تخطيطي لنظام التحكم في المركبات الموزعة النموذجي

يوضح الشكل أدناه مبدأ تكوين وحدة التحكم في السيارة الكهربائية النقية التي طورتها الشركة.تشتمل دائرة الأجهزة الخاصة بوحدة التحكم في السيارة على وحدات مثل وحدة التحكم الدقيقة، وتكييف كمية التبديل، وتكييف الكمية التناظرية، ومحرك التتابع، وواجهة ناقل CAN عالية السرعة، وبطارية الطاقة.

رسم تخطيطي لتكوين وحدة التحكم في السيارة الكهربائية النقية التي طورتها الشركة

(1) وحدة التحكم الدقيقة وحدة التحكم الدقيقة هي جوهر وحدة التحكم في السيارة. بالنظر إلى وظيفة وحدة التحكم في السيارة الكهربائية النقية والبيئة الخارجية لتشغيلها، يجب أن تتمتع وحدة التحكم الدقيقة بأداء معالجة بيانات عالي السرعة، وخصائص واجهة الأجهزة الغنية، والتكلفة المنخفضة والموثوقية العالية.

(2) وحدة تكييف كمية التبديل يتم استخدام وحدة تكييف كمية التبديل لتحويل المستوى وتشكيل كمية إدخال المفتاح، حيث يتم توصيل أحد طرفيها بمجموعة من أجهزة استشعار كمية التبديلوالطرف الآخر متصل بالمتحكم الدقيق.

(3) وحدة التكييف التناظرية يتم استخدام وحدة التكييف التناظرية لجمع الإشارات التناظرية لدواسة الوقود ودواسة الفرامل وإرسالها إلى وحدة التحكم الدقيقة.

(4) وحدة قيادة التتابع يتم استخدام وحدة قيادة التتابع لقيادة مجموعة من المرحلات، حيث يتم توصيل أحد طرفيها بوحدة تحكم دقيقة من خلال عازل إلكتروني ضوئي، والطرف الآخر متصل بمجموعة من المرحلات.

(5) وحدة واجهة ناقل CAN عالية السرعة يتم استخدام وحدة واجهة ناقل CAN عالية السرعة لتوفير واجهة ناقل CAN عالية السرعة، ويتم توصيل أحد طرفيها بوحدة التحكم الدقيقة من خلال عازل إلكتروني ضوئي، ويتم توصيل الطرف الآخر إلى نظام CAN عالي السرعة.

(6) وحدة إمداد الطاقة توفر وحدة إمداد الطاقة مصدر طاقة معزولًا للمعالج الدقيق وكل وحدة إدخال وإخراج، وتراقب جهد البطارية، وتتصل بوحدة التحكم الدقيقة.

تقوم وحدة التحكم في السيارة بإدارة وتنسيق ومراقبة جميع جوانب سلسلة طاقة السيارة الكهربائية لتحسين كفاءة استخدام الطاقة في السيارة وضمان السلامة والموثوقية.تقوم وحدة التحكم في السيارة بجمع إشارة قيادة السائق، والحصول على المعلومات ذات الصلة بمحرك القيادة ونظام بطارية الطاقة من خلال ناقل CAN، والتحليل والحساب، وإعطاء تعليمات التحكم في المحرك وإدارة البطارية من خلال ناقل CAN لتحقيق التحكم في قيادة السيارة و التحكم في تحسين الطاقة. والتحكم في استعادة طاقة الفرامل.تحتوي وحدة التحكم في السيارة أيضًا على وظيفة واجهة أدوات شاملة يمكنها عرض معلومات حالة السيارة؛ لديها وظائف تشخيص ومعالجة الأخطاء الكاملة. لديها بوابة السيارة ووظائف إدارة الشبكة.

2. الوظائف الأساسية لجهاز التحكم في السيارة

تقوم وحدة التحكم في السيارة بجمع معلومات القيادة مثل إشارة دواسة الوقود وإشارة دواسة الفرامل وإشارة تبديل التروس، وتستقبل في الوقت نفسه البيانات المرسلة من وحدة التحكم في المحرك ونظام إدارة البطارية على حافلة CAN، وتحلل المعلومات جنبًا إلى جنب مع استراتيجية التحكم في السيارة والحكم، واستخراج نية قيادة السائق ومعلومات حالة تشغيل السيارة، وأخيرًا إرسال الأوامر من خلال ناقل CAN للتحكم في عمل كل وحدة تحكم مكون لضمان القيادة العادية للمركبة.يجب أن تتمتع وحدة التحكم في السيارة بالوظائف الأساسية التالية.

(1) وظيفة التحكم في قيادة السيارة يجب أن يقوم محرك السيارة الكهربائية بإخراج عزم القيادة أو الكبح وفقًا لنية السائق.عندما يضغط السائق على دواسة الوقود أو دواسة الفرامل، يحتاج محرك القيادة إلى إخراج قوة قيادة معينة أو قوة كبح متجددة.كلما زادت فتحة الدواسة، زادت قوة خرج محرك الدفع.لذلك، يجب على مراقب السيارة أن يشرح بشكل معقول عملية السائق؛ تلقي معلومات ردود الفعل من الأنظمة الفرعية للمركبة لتوفير ردود فعل اتخاذ القرار للسائق؛ وإرسال أوامر التحكم إلى الأنظمة الفرعية للمركبة لتحقيق القيادة الطبيعية للمركبة.

(2) إدارة الشبكة للمركبة بأكملها وحدة التحكم في السيارة هي واحدة من العديد من وحدات التحكم في المركبات الكهربائية وعقدة في ناقل CAN.في إدارة شبكة السيارة، تكون وحدة التحكم في السيارة هي مركز التحكم في المعلومات، وهي مسؤولة عن تنظيم المعلومات ونقلها ومراقبة حالة الشبكة وإدارة عقدة الشبكة وتشخيص أخطاء الشبكة ومعالجتها.

(3) استعادة طاقة الكبح الميزة المهمة للمركبات الكهربائية النقية والتي تختلف عن المركبات التي تعمل بمحركات الاحتراق الداخلي هي أنها تستطيع استعادة طاقة الكبح. ويتم تحقيق ذلك من خلال تشغيل محرك السيارات الكهربائية النقية في حالة الكبح المتجدد. تحليل وحدة التحكم في السيارة نية فرملة السائق وحالة حزمة بطارية الطاقة ومعلومات حالة محرك القيادة، جنبًا إلى جنب مع استراتيجية التحكم في استعادة طاقة الكبح، وإرسال أوامر وضع المحرك وأوامر عزم الدوران إلى وحدة التحكم في المحرك في ظل ظروف استعادة طاقة الكبح، لذلك أن محرك الأقراص يعمل المحرك في وضع توليد الطاقة، ويتم تخزين الطاقة المستردة بواسطة الكبح الكهربائي في حزمة بطارية الطاقة دون التأثير على أداء الكبح، وذلك لتحقيق استعادة طاقة الكبح.

(4) إدارة طاقة السيارة وتحسينها في السيارات الكهربائية النقية، لا توفر بطارية الطاقة الطاقة لمحرك القيادة فحسب، بل توفر أيضًا الطاقة للملحقات الكهربائية. لذلك، من أجل الحصول على أقصى مدى للقيادة، سيكون جهاز التحكم في السيارة مسؤولاً عن إمداد الطاقة للمركبة بالكامل. إدارة الطاقة لتحسين استخدام الطاقة.عندما تكون قيمة SOC للبطارية منخفضة نسبيًا، سترسل وحدة التحكم في السيارة أوامر إلى بعض الملحقات الكهربائية للحد من طاقة خرج الملحقات الكهربائية لزيادة نطاق القيادة.

(5) مراقبة وعرض معلومات حالة السيارة مثل الطاقة والجهد الإجمالي وجهد الخلية ودرجة حرارة البطارية والخطأ، ثم إرسال هذه المعلومات في الوقت الفعلي إلى نظام عرض معلومات السيارة من خلال ناقل CAN للعرض.بالإضافة إلى ذلك، تكتشف وحدة التحكم في السيارة بانتظام اتصال كل وحدة على ناقل CAN. إذا وجدت أن العقدة في الحافلة لا يمكنها الاتصال بشكل طبيعي، فسوف تعرض معلومات الخطأ على نظام عرض معلومات السيارة، وتتخذ التدابير المعقولة لحالات الطوارئ المقابلة. المعالجة لمنع حدوث الظروف القاسية، بحيث يمكن للسائق الحصول بشكل مباشر ودقيق على معلومات حالة التشغيل الحالية للمركبة.

(6) تشخيص الأخطاء ومعالجتها المراقبة المستمرة لنظام التحكم الإلكتروني في السيارة لتشخيص الأخطاء.يشير مؤشر الخطأ إلى فئة الخطأ وبعض رموز الخطأ.وفقًا لمحتوى الخطأ، قم بإجراء معالجة حماية السلامة المقابلة في الوقت المناسب.بالنسبة للعيوب الأقل خطورة، من الممكن القيادة بسرعة منخفضة إلى محطة صيانة قريبة للصيانة.

(7) تدرك إدارة الشحن الخارجي اتصال الشحن، وتراقب عملية الشحن، وتبلغ عن حالة الشحن، وتنهي الشحن.

(8) التشخيص عبر الإنترنت والكشف عن معدات التشخيص دون الاتصال بالإنترنت هو المسؤول عن الاتصال والتواصل التشخيصي مع معدات التشخيص الخارجية، وتحقيق خدمات تشخيص UDS، بما في ذلك قراءة تدفقات البيانات، وقراءة رموز الأخطاء ومسحها، وتصحيح أخطاء منافذ التحكم .

الشكل أدناه هو مثال على وحدة تحكم السيارة الكهربائية النقية. فهو يحدد نية السائق من خلال جمع إشارات التحكم أثناء القيادة والشحن، وإدارة وجدولة معدات التحكم الإلكترونية في السيارة من خلال ناقل CAN، ويستخدم نماذج مختلفة لنماذج مختلفة. استراتيجية التحكم لتحقيق التحكم في قيادة السيارة، والتحكم في تحسين الطاقة، والتحكم في استعادة طاقة الكبح، وإدارة الشبكة.تعتمد وحدة التحكم في السيارة تقنيات مثل الحواسيب الصغيرة ومحرك الطاقة الذكي وحافلة CAN، وتتميز بخصائص الاستجابة الديناميكية الجيدة ودقة أخذ العينات العالية والقدرة القوية على مقاومة التداخل والموثوقية الجيدة.

مثال على وحدة تحكم السيارة الكهربائية النقية

3. متطلبات تصميم جهاز التحكم بالمركبة

تشتمل المستشعرات التي ترسل إشارات مباشرة إلى وحدة التحكم في السيارة على مستشعر دواسة الوقود ومستشعر دواسة الفرامل ومفتاح التروس، حيث يقوم مستشعر دواسة الوقود ومستشعر دواسة الفرامل بإخراج إشارات تناظرية، وإشارة الخرج لمفتاح التروس هي إشارة تبديل.تتحكم وحدة التحكم في السيارة بشكل غير مباشر في تشغيل محرك القيادة وشحن وتفريغ بطارية الطاقة عن طريق إرسال الأوامر إلى وحدة التحكم في المحرك ونظام إدارة البطارية، وتدرك تشغيل الوحدة الموجودة على اللوحة عن طريق التحكم في المرحل الرئيسي .

وفقا لتكوين شبكة التحكم في السيارة وتحليل إشارات الإدخال والإخراج لوحدة التحكم في السيارة، يجب أن تستوفي وحدة التحكم في السيارة المتطلبات الفنية التالية.

① عند تصميم دائرة الأجهزة، يجب مراعاة بيئة قيادة السيارة الكهربائية بشكل كامل، ويجب الانتباه إلى التوافق الكهرومغناطيسي، ويجب تحسين القدرة على مقاومة التداخل.يجب أن تتمتع وحدة التحكم في السيارة بقدرة معينة على الحماية الذاتية في البرامج والأجهزة لمنع حدوث المواقف القصوى.

② يجب أن تحتوي وحدة التحكم في السيارة على واجهات إدخال/إخراج كافية لتتمكن من جمع معلومات الإدخال المتنوعة بسرعة ودقة، وقناتي تحويل A/D على الأقل لجمع إشارات دواسة الوقود وإشارات دواسة الفرامل. يتم استخدام قناة إدخال رقمية لجمع إشارة تروس السيارة، ويجب أن تكون هناك قنوات إخراج إشارة محرك الطاقة المتعددة لقيادة مرحل السيارة.

③ يجب أن تحتوي وحدة التحكم في السيارة على مجموعة متنوعة من واجهات الاتصال. يتم استخدام واجهة الاتصال CAN للتواصل مع وحدة التحكم في المحرك ونظام إدارة البطارية ونظام عرض معلومات السيارة. يتم استخدام واجهة الاتصال RS232 للتواصل مع الكمبيوتر المضيف، ويتم حجز واجهة الاتصال RS-485. واجهة اتصال /422، والتي يمكن أن تكون متوافقة مع الأجهزة التي لا تدعم اتصال CAN، مثل بعض موديلات شاشات اللمس في السيارة.

④ في ظل ظروف الطريق المختلفة، ستواجه السيارة صدمات واهتزازات مختلفة. يجب أن تتمتع وحدة التحكم في السيارة بمقاومة جيدة للصدمات لضمان موثوقية السيارة وسلامتها.