تجزیه و تحلیل اصل و عملکرد کنترلر خودروی خودروی الکتریکی خالص

کنترلر خودرو شامل دو جزء اصلی سخت افزار و نرم افزار است. نرم‌افزار و برنامه‌های اصلی آن عموماً توسط تولیدکنندگان توسعه می‌یابد، در حالی که تامین‌کنندگان قطعات خودرو می‌توانند سخت‌افزار کنترل‌کننده خودرو و درایورهای زیربنایی را ارائه دهند.در این مرحله، تحقیقات خارجی در مورد کنترل‌کننده خودروهای الکتریکی خالص عمدتاً بر روی خودروهای الکتریکی خالص متمرکز شده است که توسط چرخ حرکت می‌کنند.موتورها.برای خودروهای برقی خالص با تنها یک موتور، معمولاً به کنترل کننده وسیله نقلیه مجهز نیست، اما از کنترل کننده موتور برای کنترل وسیله نقلیه استفاده می شود.بسیاری از شرکت‌های بزرگ خارجی می‌توانند راه‌حل‌های کنترل‌کننده خودروهای بالغ مانند Continental، Bosch، Delphi و غیره را ارائه دهند.

1. ترکیب و اصل کنترل کننده خودرو

سیستم کنترل وسیله نقلیه خودروی الکتریکی خالص عمدتاً به دو طرح تقسیم می شود: کنترل متمرکز و کنترل توزیع شده.

ایده اصلی سیستم کنترل متمرکز این است که کنترل کننده خودرو به تنهایی مجموعه سیگنال های ورودی را تکمیل می کند، داده ها را مطابق با استراتژی کنترل تجزیه و تحلیل و پردازش می کند و سپس به طور مستقیم دستورات کنترلی را برای هر محرک صادر می کند تا رانندگی عادی را هدایت کند. وسیله نقلیه الکتریکی خالصمزایای سیستم کنترل متمرکز پردازش متمرکز، پاسخ سریع و هزینه کم است. عیب این است که مدار پیچیده است و اتلاف گرما آسان نیست.

ایده اصلی سیستم کنترل توزیع شده این است که کنترل کننده وسیله نقلیه برخی از سیگنال های راننده را جمع آوری می کند و از طریق گذرگاه CAN با کنترل کننده موتور و سیستم مدیریت باتری ارتباط برقرار می کند. کنترل کننده موتور و سیستم مدیریت باتری به ترتیب سیگنال های خودرو را از طریق گذرگاه CAN جمع آوری می کنند. به کنترل کننده خودرو منتقل می شود.کنترلر خودرو داده ها را با توجه به اطلاعات خودرو و ترکیب با استراتژی کنترل تجزیه و تحلیل و پردازش می کند. پس از اینکه کنترلر موتور و سیستم مدیریت باتری فرمان کنترل را دریافت کردند، با توجه به اطلاعات وضعیت فعلی موتور و باتری، عملکرد موتور و تخلیه باتری را کنترل می کنند.مزایای سیستم های کنترل توزیع شده ماژولار بودن و پیچیدگی کم است. نقطه ضعف آن هزینه نسبتا بالا است.

نمودار شماتیک یک سیستم کنترل خودرو توزیع شده معمولی در شکل زیر نشان داده شده است. لایه بالایی سیستم کنترل خودرو، کنترل کننده خودرو است. کنترل کننده خودرو اطلاعات کنترل کننده موتور و سیستم مدیریت باتری را از طریق گذرگاه CAN دریافت می کند و اطلاعاتی را در اختیار کنترل کننده موتور و باتری قرار می دهد. سیستم مدیریت و سیستم نمایش اطلاعات داخل خودرو دستورات کنترلی را ارسال می کنند.کنترل کننده موتور و سیستم مدیریت باتری به ترتیب مسئول نظارت و مدیریت موتور محرک و باتری قدرت هستند.بسته، و سیستم نمایش اطلاعات داخل هواپیما برای نمایش اطلاعات وضعیت فعلی خودرو استفاده می شود.

نمودار شماتیک یک سیستم کنترل خودرو توزیع شده معمولی

شکل زیر اصل ترکیب کنترل کننده خودروی الکتریکی خالص را نشان می دهد که توسط یک شرکت توسعه یافته است.مدار سخت‌افزاری کنترل‌کننده خودرو شامل ماژول‌هایی مانند میکروکنترلر، تنظیم کمیت سوئیچ، تهویه کمیت آنالوگ، درایو رله، رابط باس CAN پرسرعت و باتری قدرت است..

نمودار شماتیک ترکیب کنترل کننده خودروی الکتریکی خالص که توسط یک شرکت توسعه یافته است

(1) ماژول میکروکنترلر ماژول میکروکنترلر هسته کنترل کننده خودرو است. با توجه به عملکرد کنترل کننده خودروی الکتریکی خالص و محیط خارجی عملکرد آن، ماژول میکروکنترلر باید دارای عملکرد پردازش داده با سرعت بالا، ویژگی های رابط سخت افزاری غنی، هزینه کم و قابلیت اطمینان بالا باشد.

(2) ماژول تهویه کمیت سوئیچ ماژول تهویه کمیت سوئیچ برای تبدیل سطح و شکل دادن به کمیت ورودی سوئیچ استفاده می شود که یک سر آن به تعداد زیادی سنسور کمیت سوئیچ متصل است.و سر دیگر به میکروکنترلر متصل می شود.

(3) ماژول تهویه آنالوگ ماژول تهویه آنالوگ برای جمع آوری سیگنال های آنالوگ پدال گاز و پدال ترمز و ارسال آنها به میکروکنترلر استفاده می شود.

(4) ماژول محرک رله ماژول محرک رله برای راندن تعداد زیادی رله استفاده می شود که یک سر آن از طریق یک جداکننده نوری به یک میکروکنترلر متصل می شود و سر دیگر به تعداد زیادی رله متصل می شود.

(5) ماژول رابط باس CAN با سرعت بالا ماژول رابط باس CAN با سرعت بالا برای ارائه یک رابط باس CAN با سرعت بالا استفاده می شود که یک سر آن از طریق یک جداکننده نوری به میکروکنترلر متصل می شود و سر دیگر آن متصل می شود. به سیستم اتوبوس پرسرعت CAN.

(6) ماژول منبع تغذیه ماژول منبع تغذیه منبع تغذیه ایزوله را برای ریزپردازنده و هر ماژول ورودی و خروجی فراهم می کند، ولتاژ باتری را نظارت می کند و به میکروکنترلر متصل می شود.

کنترل‌کننده خودرو تمام جنبه‌های زنجیره برق خودروی الکتریکی را مدیریت، هماهنگ و نظارت می‌کند تا بهره‌وری مصرف انرژی خودرو را بهبود بخشد و ایمنی و قابلیت اطمینان را تضمین کند.کنترل‌کننده خودرو سیگنال رانندگی راننده را جمع‌آوری می‌کند، اطلاعات مربوط به موتور محرک و سیستم باتری قدرت را از طریق گذرگاه CAN به دست می‌آورد، تجزیه و تحلیل و محاسبه می‌کند، و دستورالعمل‌های کنترل موتور و مدیریت باتری را از طریق گذرگاه CAN ارائه می‌کند تا کنترل درایو وسیله نقلیه را درک کند. کنترل بهینه سازی انرژی و کنترل بازیابی انرژی ترمز.کنترل کننده خودرو همچنین دارای یک عملکرد رابط ابزار جامع است که می تواند اطلاعات وضعیت خودرو را نمایش دهد. دارای عملکردهای کامل تشخیص و پردازش خطا است. دارای دروازه خودرو و توابع مدیریت شبکه است.

2. عملکردهای اساسی کنترل کننده خودرو

کنترل کننده خودرو اطلاعات رانندگی مانند سیگنال پدال گاز، سیگنال پدال ترمز و سیگنال سوئیچ دنده را جمع آوری می کند و به طور همزمان داده های ارسال شده توسط کنترل کننده موتور و سیستم مدیریت باتری در اتوبوس CAN را دریافت می کند و اطلاعات را در ترکیب با استراتژی کنترل خودرو تجزیه و تحلیل می کند. و قضاوت، اطلاعات قصد رانندگی راننده و وضعیت در حال حرکت خودرو را استخراج کنید، و در نهایت دستوراتی را از طریق گذرگاه CAN ارسال کنید تا کار هر یک از کنترل کننده های اجزا را کنترل کند تا از رانندگی عادی خودرو اطمینان حاصل شود.کنترل کننده خودرو باید عملکردهای اساسی زیر را داشته باشد.

(1) عملکرد کنترل رانندگی وسیله نقلیه موتور محرک وسیله نقلیه الکتریکی باید گشتاور رانندگی یا ترمز را مطابق با قصد راننده تولید کند.هنگامی که راننده پدال گاز یا پدال ترمز را فشار می دهد، موتور محرک باید قدرت محرکه یا قدرت ترمز احیا کننده خاصی را تولید کند.هرچه باز شدن پدال بیشتر باشد، قدرت خروجی موتور محرک بیشتر می شود.بنابراین، کنترل کننده وسیله نقلیه باید به طور منطقی عملکرد راننده را توضیح دهد. دریافت اطلاعات بازخورد از زیرسیستم های وسیله نقلیه برای ارائه بازخورد تصمیم گیری برای راننده. و برای دستیابی به رانندگی عادی وسیله نقلیه، دستورات کنترلی را به زیرسیستم های وسیله نقلیه ارسال کنید.

(2) مدیریت شبکه کل وسیله نقلیه کنترل کننده وسیله نقلیه یکی از بسیاری از کنترل کننده های وسایل نقلیه الکتریکی و یک گره در گذرگاه CAN است.در مدیریت شبکه خودرو، کنترل کننده خودرو مرکز کنترل اطلاعات، مسئول سازماندهی و انتقال اطلاعات، نظارت بر وضعیت شبکه، مدیریت گره شبکه و تشخیص و پردازش خطاهای شبکه است.

(3) بازیابی انرژی ترمز ویژگی مهم وسایل نقلیه الکتریکی خالص که با خودروهای موتور احتراق داخلی متفاوت است این است که می توانند انرژی ترمز را بازیابی کنند. این امر با کارکردن موتور خودروهای الکتریکی خالص در حالت ترمز احیا کننده به دست می آید. تجزیه و تحلیل کنترل کننده وسیله نقلیه قصد ترمز راننده، وضعیت بسته باتری نیرو و اطلاعات وضعیت موتور درایو، همراه با استراتژی کنترل بازیابی انرژی ترمز، دستورات حالت موتور و فرمان های گشتاور را به کنترل کننده موتور تحت شرایط بازیابی انرژی ترمز ارسال می کند. که درایو موتور در حالت تولید برق کار می کند و انرژی بازیافت شده توسط ترمز الکتریکی بدون تأثیر بر عملکرد ترمز در بسته باتری قدرت ذخیره می شود تا بازیابی انرژی ترمز را محقق کند.

(4) مدیریت و بهینه سازی انرژی خودرو در خودروهای الکتریکی خالص، باتری نیرو نه تنها نیروی موتور محرک را تامین می کند، بلکه برق لوازم جانبی الکتریکی را نیز تامین می کند. بنابراین، برای به دست آوردن حداکثر برد رانندگی، کنترل کننده خودرو مسئولیت تامین برق کل خودرو را بر عهده خواهد داشت. مدیریت انرژی برای بهبود مصرف انرژیهنگامی که مقدار SOC باتری نسبتاً پایین است، کنترل کننده خودرو دستوراتی را به برخی از لوازم جانبی الکتریکی ارسال می کند تا توان خروجی لوازم جانبی الکتریکی را برای افزایش برد رانندگی محدود کند.

(5) نظارت و نمایش وضعیت خودرو اطلاعاتی مانند برق، ولتاژ کل، ولتاژ سلول، دمای باتری و خطا، و سپس ارسال این اطلاعات بلادرنگ به سیستم نمایش اطلاعات خودرو از طریق گذرگاه CAN برای نمایش.علاوه بر این، کنترل کننده خودرو به طور منظم ارتباط هر ماژول را در گذرگاه CAN تشخیص می دهد. اگر متوجه شود که یک گره در اتوبوس نمی تواند به طور عادی ارتباط برقرار کند، اطلاعات خطا را در سیستم نمایش اطلاعات خودرو نمایش می دهد و اقدامات منطقی را برای موقعیت های اضطراری مربوطه انجام می دهد. پردازش برای جلوگیری از وقوع شرایط شدید، به طوری که راننده می تواند به طور مستقیم و دقیق اطلاعات وضعیت فعلی خودرو را به دست آورد.

(6) تشخیص و پردازش خطا سیستم کنترل الکترونیکی خودرو را برای تشخیص عیب به طور مستمر نظارت کنید.نشانگر خطا دسته خطا و برخی کدهای خطا را نشان می دهد.با توجه به محتوای خطا، پردازش حفاظت ایمنی مربوطه را به موقع انجام دهید.برای خطاهای کمتر جدی، می توان با سرعت کم به ایستگاه تعمیر و نگهداری نزدیک برای تعمیر و نگهداری رانندگی کرد.

(7) مدیریت شارژ خارجی اتصال شارژ را متوجه می شود، روند شارژ را نظارت می کند، وضعیت شارژ را گزارش می دهد و شارژ را پایان می دهد.

(8) تشخیص آنلاین و تشخیص آفلاین تجهیزات تشخیصی مسئول اتصال و ارتباط تشخیصی با تجهیزات تشخیصی خارجی است و خدمات تشخیصی UDS از جمله خواندن جریان داده ها، خواندن و پاک کردن کدهای خطا و اشکال زدایی پورت های کنترل را انجام می دهد. .

شکل زیر نمونه ای از کنترل کننده خودروهای الکتریکی خالص است. با جمع‌آوری سیگنال‌های کنترلی در حین رانندگی و شارژ، قصد راننده را مشخص می‌کند، تجهیزات کنترل الکترونیکی خودرو را از طریق اتوبوس CAN مدیریت و زمان‌بندی می‌کند و از مدل‌های مختلف برای مدل‌های مختلف استفاده می‌کند. استراتژی کنترل برای تحقق کنترل درایو خودرو، کنترل بهینه سازی انرژی، کنترل بازیابی انرژی ترمز و مدیریت شبکه.کنترل کننده خودرو از فناوری هایی مانند میکرو کامپیوتر، درایو برق هوشمند و گذرگاه CAN استفاده می کند و دارای ویژگی های پاسخ دینامیکی خوب، دقت نمونه برداری بالا، توانایی ضد تداخل قوی و قابلیت اطمینان خوب است.

نمونه ای از کنترل کننده خودروی الکتریکی خالص

3. الزامات طراحی کنترل کننده خودرو

سنسورهایی که مستقیماً سیگنال‌ها را به کنترل‌کننده خودرو ارسال می‌کنند شامل سنسور پدال گاز، سنسور پدال ترمز و سوئیچ دنده است که در آن سنسور پدال گاز و سنسور پدال ترمز سیگنال‌های آنالوگ خروجی را ارائه می‌دهند و سیگنال خروجی سوئیچ دنده یک سیگنال سوئیچ است.کنترلر خودرو به طور غیرمستقیم عملکرد موتور محرک و شارژ و دشارژ باتری برق را با ارسال دستوراتی به کنترل کننده موتور و سیستم مدیریت باتری کنترل می کند و با کنترل رله اصلی به روشن بودن ماژول آنبرد پی می برد. .

با توجه به ترکیب شبکه کنترل خودرو و تجزیه و تحلیل سیگنال های ورودی و خروجی کنترل کننده خودرو، کنترل کننده خودرو باید الزامات فنی زیر را برآورده کند.

① هنگام طراحی مدار سخت افزاری، محیط رانندگی وسیله نقلیه الکتریکی باید به طور کامل در نظر گرفته شود، باید به سازگاری الکترومغناطیسی توجه شود، و توانایی ضد تداخل باید بهبود یابد.کنترل کننده خودرو باید از قابلیت محافظت از خود در نرم افزار و سخت افزار خاص برای جلوگیری از وقوع شرایط شدید برخوردار باشد.

② کنترل کننده خودرو باید دارای رابط های ورودی/خروجی کافی برای جمع آوری سریع و دقیق اطلاعات ورودی مختلف و حداقل دو کانال تبدیل A/D برای جمع آوری سیگنال های پدال گاز و سیگنال های پدال ترمز باشد. یک کانال ورودی دیجیتال برای جمع‌آوری سیگنال دنده خودرو استفاده می‌شود و باید چندین کانال خروجی سیگنال درایو قدرت برای هدایت رله خودرو وجود داشته باشد.

③ کنترل کننده خودرو باید دارای انواع رابط های ارتباطی باشد. رابط ارتباطی CAN برای ارتباط با کنترل کننده موتور، سیستم مدیریت باتری و سیستم نمایش اطلاعات خودرو استفاده می شود. رابط ارتباطی RS232 برای برقراری ارتباط با کامپیوتر میزبان استفاده می شود و یک رابط ارتباطی RS-485 رزرو شده است. رابط ارتباطی /422، که می تواند با دستگاه هایی که از ارتباط CAN پشتیبانی نمی کنند، مانند برخی از مدل های صفحه نمایش لمسی خودرو، سازگار باشد.

④ در شرایط جاده های مختلف، خودرو با تکان ها و ارتعاشات متفاوتی مواجه می شود. کنترل کننده خودرو باید مقاومت خوبی در برابر ضربه داشته باشد تا از قابلیت اطمینان و ایمنی خودرو اطمینان حاصل شود.