Die Fahrzeugsteuerung umfasst zwei Hauptkomponenten: Hardware und Software. Die Kernsoftware und -programme werden in der Regel von Herstellern entwickelt, während Autoteilelieferanten Hardware für Fahrzeugsteuerungen und zugrunde liegende Treiber bereitstellen können.Derzeit konzentriert sich die ausländische Forschung zur Fahrzeugsteuerung reiner Elektrofahrzeuge hauptsächlich auf reine Elektrofahrzeuge mit In-Wheel-AntriebMotoren.Bei reinen Elektrofahrzeugen mit nur einem Motor ist dieser in der Regel nicht mit einer Fahrzeugsteuerung ausgestattet, sondern die Motorsteuerung dient zur Steuerung des Fahrzeugs.Viele große ausländische Unternehmen wie Continental, Bosch, Delphi usw. können ausgereifte Fahrzeugsteuerungslösungen anbieten.
1. Aufbau und Prinzip des Fahrzeugreglers
Das Fahrzeugsteuerungssystem reiner Elektrofahrzeuge ist hauptsächlich in zwei Schemata unterteilt: zentrale Steuerung und verteilte Steuerung.
Die Grundidee des zentralisierten Steuerungssystems besteht darin, dass die Fahrzeugsteuerung die Erfassung der Eingangssignale alleine durchführt, die Daten gemäß der Steuerungsstrategie analysiert und verarbeitet und dann direkt Steuerbefehle an jeden Aktuator ausgibt, um den normalen Fahrbetrieb des Fahrzeugs zu steuern reines Elektrofahrzeug.Die Vorteile des zentralisierten Steuerungssystems sind zentralisierte Verarbeitung, schnelle Reaktion und niedrige Kosten; Der Nachteil besteht darin, dass die Schaltung kompliziert ist und die Wärmeableitung nicht einfach ist.
Die Grundidee des verteilten Steuerungssystems besteht darin, dass die Fahrzeugsteuerung einige Fahrersignale sammelt und über den CAN-Bus mit der Motorsteuerung und dem Batteriemanagementsystem kommuniziert. Der Motorcontroller und das Batteriemanagementsystem sammeln jeweils die Fahrzeugsignale über den CAN-Bus. an die Fahrzeugsteuerung weitergeleitet.Die Fahrzeugsteuerung analysiert und verarbeitet die Daten entsprechend den Fahrzeuginformationen und kombiniert sie mit der Steuerungsstrategie. Nachdem die Motorsteuerung und das Batteriemanagementsystem den Steuerbefehl erhalten haben, steuern sie den Motorbetrieb und die Batterieentladung entsprechend den aktuellen Zustandsinformationen des Motors und der Batterie.Die Vorteile verteilter Steuerungssysteme sind Modularität und geringe Komplexität; Der Nachteil sind relativ hohe Kosten.
Das schematische Diagramm eines typischen verteilten Fahrzeugsteuerungssystems ist in der folgenden Abbildung dargestellt. Die oberste Schicht des Fahrzeugsteuerungssystems ist die Fahrzeugsteuerung. Die Fahrzeugsteuerung empfängt die Informationen der Motorsteuerung und des Batteriemanagementsystems über den CAN-Bus und stellt Informationen an die Motorsteuerung und die Batterie bereit. Das Managementsystem und das fahrzeuginterne Informationsanzeigesystem senden Steuerbefehle.Der Motorcontroller und das Batteriemanagementsystem sind jeweils für die Überwachung und Verwaltung des Antriebsmotors und der Leistungsbatterie verantwortlichPack, und das On-Board-Informationsanzeigesystem dient zur Anzeige der aktuellen Statusinformationen des Fahrzeugs.
Schematische Darstellung eines typischen verteilten Fahrzeugsteuerungssystems
Die folgende Abbildung zeigt das Aufbauprinzip des von einem Unternehmen entwickelten Controllers für reine Elektrofahrzeuge.Die Hardwareschaltung des Fahrzeugcontrollers umfasst Module wie Mikrocontroller, Schaltermengenkonditionierung, analoge Mengenkonditionierung, Relaisantrieb, Hochgeschwindigkeits-CAN-Bus-Schnittstelle und Leistungsbatterie.
Schematische Darstellung des Aufbaus des von einem Unternehmen entwickelten Steuergeräts für reine Elektrofahrzeuge
(1) Mikrocontroller-Modul Das Mikrocontroller-Modul ist das Herzstück der Fahrzeugsteuerung. In Anbetracht der Funktion des Controllers für reine Elektrofahrzeuge und der externen Umgebung seines Betriebs sollte das Mikrocontrollermodul über eine Hochgeschwindigkeits-Datenverarbeitungsleistung, umfassende Eigenschaften der Hardwareschnittstelle, niedrige Kosten und hohe Zuverlässigkeit verfügen.
(2) Schaltmengenkonditionierungsmodul Das Schaltmengenkonditionierungsmodul dient zur Pegelumwandlung und Formung der Schalteingangsmenge, wobei ein Ende mit mehreren Schaltmengensensoren verbunden ist, und das andere Ende ist mit dem Mikrocontroller verbunden.
(3) Analoges Aufbereitungsmodul Das analoge Aufbereitungsmodul dient dazu, die analogen Signale des Gaspedals und des Bremspedals zu sammeln und an den Mikrocontroller zu senden.
(4) Relais-Ansteuermodul Das Relais-Ansteuermodul wird zum Ansteuern mehrerer Relais verwendet, von denen ein Ende über einen optoelektronischen Isolator mit einem Mikrocontroller verbunden ist und das andere Ende mit mehreren Relais verbunden ist.
(5) Hochgeschwindigkeits-CAN-Bus-Schnittstellenmodul Das Hochgeschwindigkeits-CAN-Bus-Schnittstellenmodul dient zur Bereitstellung einer Hochgeschwindigkeits-CAN-Bus-Schnittstelle, deren eines Ende über einen optoelektronischen Isolator mit dem Mikrocontroller und das andere Ende verbunden ist an den Hochgeschwindigkeits-CAN-Bus des Systems.
(6) Stromversorgungsmodul Das Stromversorgungsmodul stellt eine isolierte Stromversorgung für den Mikroprozessor und jedes Eingangs- und Ausgangsmodul bereit, überwacht die Batteriespannung und ist mit dem Mikrocontroller verbunden.
Der Fahrzeugcontroller verwaltet, koordiniert und überwacht alle Aspekte der Energiekette des Elektrofahrzeugs, um die Energienutzungseffizienz des Fahrzeugs zu verbessern und Sicherheit und Zuverlässigkeit zu gewährleisten.Die Fahrzeugsteuerung erfasst das Fahrsignal des Fahrers, erhält über den CAN-Bus die relevanten Informationen des Antriebsmotors und des Leistungsbatteriesystems, analysiert und berechnet und gibt über den CAN-Bus Anweisungen für die Motorsteuerung und das Batteriemanagement, um die Fahrzeugantriebssteuerung zu realisieren Energieoptimierungssteuerung. und Steuerung der Bremsenergierückgewinnung.Der Fahrzeugcontroller verfügt außerdem über eine umfassende Instrumentenschnittstellenfunktion, die Fahrzeugstatusinformationen anzeigen kann; Es verfügt über vollständige Fehlerdiagnose- und Verarbeitungsfunktionen. Es verfügt über Fahrzeug-Gateway- und Netzwerkverwaltungsfunktionen.
2. Grundfunktionen des Fahrzeugcontrollers
Die Fahrzeugsteuerung sammelt Fahrinformationen wie Gaspedalsignal, Bremspedalsignal und Gangschaltsignal, empfängt gleichzeitig die von der Motorsteuerung und dem Batteriemanagementsystem auf dem CAN-Bus gesendeten Daten und analysiert die Informationen in Kombination mit der Fahrzeugsteuerungsstrategie und Beurteilung, extrahieren die Fahrabsicht des Fahrers und Informationen zum Fahrzustand des Fahrzeugs und senden schließlich Befehle über den CAN-Bus, um die Arbeit jeder Komponentensteuerung zu steuern und so den normalen Fahrbetrieb des Fahrzeugs sicherzustellen.Die Fahrzeugsteuerung sollte über die folgenden Grundfunktionen verfügen.
(1) Die Funktion der Steuerung des Fahrverhaltens des Fahrzeugs Der Antriebsmotor des Elektrofahrzeugs muss das Antriebs- oder Bremsmoment entsprechend der Absicht des Fahrers abgeben.Wenn der Fahrer das Gaspedal oder das Bremspedal betätigt, muss der Antriebsmotor eine bestimmte Antriebsleistung bzw. regenerative Bremsleistung abgeben.Je größer die Pedalöffnung ist, desto größer ist die Ausgangsleistung des Antriebsmotors.Daher sollte der Fahrzeugkontrolleur die Bedienung des Fahrers angemessen erklären; Rückmeldungsinformationen von den Subsystemen des Fahrzeugs zu erhalten, um dem Fahrer Entscheidungsrückmeldungen zu geben; und Steuerbefehle an die Subsysteme des Fahrzeugs senden, um den normalen Fahrbetrieb des Fahrzeugs zu erreichen.
(2) Netzwerkmanagement des gesamten Fahrzeugs Das Fahrzeugsteuergerät ist eines der vielen Steuergeräte von Elektrofahrzeugen und ein Knotenpunkt im CAN-Bus.Im Fahrzeugnetzwerkmanagement ist der Fahrzeugcontroller das Zentrum der Informationssteuerung und verantwortlich für die Informationsorganisation und -übertragung, die Netzwerkstatusüberwachung, die Netzwerkknotenverwaltung sowie die Diagnose und Verarbeitung von Netzwerkfehlern.
(3) Rückgewinnung von Bremsenergie Das wichtige Merkmal reiner Elektrofahrzeuge, das sich von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor unterscheidet, besteht darin, dass sie Bremsenergie rückgewinnen können. Dies wird dadurch erreicht, dass der Motor reiner Elektrofahrzeuge im regenerativen Bremszustand betrieben wird. Die Analyse der Fahrzeugsteuerung: Die Bremsabsicht des Fahrers, der Status des Batteriepacks und die Statusinformationen des Antriebsmotors werden in Kombination mit der Steuerungsstrategie für die Bremsenergierückgewinnung dazu verwendet, unter den Bedingungen der Bremsenergierückgewinnung Motormodusbefehle und Drehmomentbefehle an die Motorsteuerung zu senden dass der Antrieb Der Motor arbeitet im Stromerzeugungsmodus und die durch das elektrische Bremsen zurückgewonnene Energie wird im Leistungsbatteriesatz gespeichert, ohne die Bremsleistung zu beeinträchtigen, um so die Bremsenergierückgewinnung zu realisieren.
(4) Energiemanagement und -optimierung des Fahrzeugs Bei reinen Elektrofahrzeugen versorgt die Leistungsbatterie nicht nur den Antriebsmotor mit Strom, sondern auch die elektrischen Zusatzgeräte. Um die maximale Reichweite zu erreichen, ist daher die Fahrzeugsteuerung für die Stromversorgung des gesamten Fahrzeugs verantwortlich. Energiemanagement zur Verbesserung der Energienutzung.Wenn der SOC-Wert der Batterie relativ niedrig ist, sendet die Fahrzeugsteuerung Befehle an einige elektrische Zubehörteile, um die Ausgangsleistung der elektrischen Zubehörteile zu begrenzen und so die Reichweite zu erhöhen.
(5) Überwachung und Anzeige von Fahrzeugstatusinformationen wie Leistung, Gesamtspannung, Zellenspannung, Batterietemperatur und Fehler. Anschließend werden diese Echtzeitinformationen über den CAN-Bus zur Anzeige an das Fahrzeuginformationsanzeigesystem gesendet.Darüber hinaus erkennt die Fahrzeugsteuerung regelmäßig die Kommunikation jedes Moduls auf dem CAN-Bus. Wenn festgestellt wird, dass ein Knoten am Bus nicht normal kommunizieren kann, zeigt es die Fehlerinformationen auf dem Fahrzeuginformationsanzeigesystem an und ergreift angemessene Maßnahmen für entsprechende Notfallsituationen. Verarbeitung, um das Auftreten extremer Bedingungen zu verhindern, sodass der Fahrer direkt und genau die aktuellen Betriebszustandsinformationen des Fahrzeugs erhalten kann.
(6) Fehlerdiagnose und -bearbeitung Überwachen Sie kontinuierlich das elektronische Steuersystem des Fahrzeugs zur Fehlerdiagnose.Die Fehleranzeige zeigt die Fehlerkategorie und einige Fehlercodes an.Führen Sie entsprechend dem Fehlerinhalt rechtzeitig eine entsprechende Sicherheitsschutzverarbeitung durch.Bei weniger schwerwiegenden Störungen besteht die Möglichkeit, zur Wartung mit niedriger Geschwindigkeit zu einer nahegelegenen Wartungsstation zu fahren.
(7) Das externe Lademanagement realisiert den Ladeanschluss, überwacht den Ladevorgang, meldet den Ladestatus und beendet den Ladevorgang.
(8) Die Online-Diagnose und Offline-Erkennung von Diagnosegeräten ist für die Verbindung und Diagnosekommunikation mit externen Diagnosegeräten verantwortlich und realisiert UDS-Diagnosedienste, einschließlich des Lesens von Datenströmen, des Lesens und Löschens von Fehlercodes sowie des Debuggens von Steueranschlüssen .
Die folgende Abbildung ist ein Beispiel für eine Fahrzeugsteuerung für reine Elektrofahrzeuge. Es ermittelt die Absicht des Fahrers durch das Sammeln von Steuersignalen während des Fahrens und Ladens, verwaltet und plant die elektronischen Steuergeräte des Fahrzeugs über den CAN-Bus und verwendet verschiedene Modelle für verschiedene Modelle. Steuerungsstrategie zur Realisierung der Fahrzeugantriebssteuerung, der Energieoptimierungssteuerung, der Steuerung der Bremsenergierückgewinnung und des Netzwerkmanagements.Die Fahrzeugsteuerung nutzt Technologien wie Mikrocomputer, intelligenten Antriebsantrieb und CAN-Bus und zeichnet sich durch eine gute dynamische Reaktion, eine hohe Abtastgenauigkeit, eine starke Entstörungsfähigkeit und eine gute Zuverlässigkeit aus.
Beispiel einer Fahrzeugsteuerung für reine Elektrofahrzeuge
3. Designanforderungen für Fahrzeugsteuerungen
Zu den Sensoren, die Signale direkt an die Fahrzeugsteuerung senden, gehören der Gaspedalsensor, der Bremspedalsensor und der Gangschalter, wobei der Gaspedalsensor und der Bremspedalsensor analoge Signale ausgeben und das Ausgangssignal des Gangschalters ein Schaltsignal ist.Die Fahrzeugsteuerung steuert indirekt den Betrieb des Antriebsmotors sowie das Laden und Entladen der Leistungsbatterie, indem sie Befehle an die Motorsteuerung und das Batteriemanagementsystem sendet, und realisiert das Ein- und Ausschalten des Bordmoduls durch Steuerung des Hauptrelais .
Entsprechend der Zusammensetzung des Fahrzeugsteuerungsnetzwerks und der Analyse der Ein- und Ausgangssignale des Fahrzeugcontrollers sollte der Fahrzeugcontroller die folgenden technischen Anforderungen erfüllen.
① Beim Entwurf der Hardwareschaltung sollte die Fahrumgebung des Elektrofahrzeugs vollständig berücksichtigt, auf die elektromagnetische Verträglichkeit geachtet und die Entstörungsfähigkeit verbessert werden.Um das Auftreten von Extremsituationen zu verhindern, sollte die Fahrzeugsteuerung über eine gewisse Selbstschutzfähigkeit in Soft- und Hardware verfügen.
② Die Fahrzeugsteuerung muss über genügend E/A-Schnittstellen verfügen, um verschiedene Eingangsinformationen schnell und genau erfassen zu können, sowie über mindestens zwei A/D-Umwandlungskanäle zum Erfassen von Gaspedalsignalen und Bremspedalsignalen. Ein digitaler Eingangskanal wird zum Sammeln des Fahrzeuggangsignals verwendet, und es sollten mehrere Ausgangskanäle für das Leistungsantriebssignal zum Ansteuern des Fahrzeugrelais vorhanden sein.
③ Die Fahrzeugsteuerung sollte über verschiedene Kommunikationsschnittstellen verfügen. Die CAN-Kommunikationsschnittstelle dient zur Kommunikation mit der Motorsteuerung, dem Batteriemanagementsystem und dem Fahrzeuginformationsanzeigesystem. Für die Kommunikation mit dem Host-Computer wird die RS232-Kommunikationsschnittstelle verwendet, eine RS-485-Kommunikationsschnittstelle ist reserviert. /422-Kommunikationsschnittstelle, die mit Geräten kompatibel sein kann, die keine CAN-Kommunikation unterstützen, wie z. B. einige Modelle von Auto-Touchscreens.
④ Unter unterschiedlichen Straßenbedingungen ist das Auto unterschiedlichen Stößen und Vibrationen ausgesetzt. Um die Zuverlässigkeit und Sicherheit des Fahrzeugs zu gewährleisten, sollte die Fahrzeugsteuerung über eine gute Stoßfestigkeit verfügen.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 09.11.2022