Kontroler pojazdu składa się z dwóch głównych komponentów: sprzętu i oprogramowania. Jego podstawowe oprogramowanie i programy są zazwyczaj opracowywane przez producentów, natomiast dostawcy części samochodowych mogą dostarczać sprzęt kontrolera pojazdu i podstawowe sterowniki.Na tym etapie zagraniczne badania nad sterownikiem pojazdów czysto elektrycznych skupiają się głównie na pojazdach czysto elektrycznych napędzanych za pomocą kołasilniki.W przypadku pojazdów całkowicie elektrycznych wyposażonych tylko w jeden silnik zwykle nie jest on wyposażony w sterownik pojazdu, ale sterownik silnika służy do sterowania pojazdem.Wiele dużych firm zagranicznych może dostarczyć dojrzałe rozwiązania w zakresie sterowników pojazdów, takich jak Continental, Bosch, Delphi itp.
1. Skład i zasada działania sterownika pojazdu
System sterowania pojazdem czysto elektrycznym dzieli się głównie na dwa schematy: sterowanie scentralizowane i sterowanie rozproszone.
Podstawową ideą scentralizowanego systemu sterowania jest to, że sterownik pojazdu sam zbiera sygnały wejściowe, analizuje i przetwarza dane zgodnie ze strategią sterowania, a następnie bezpośrednio wydaje polecenia sterujące każdemu siłownikowi, aby zapewnić normalną jazdę pojazdu. pojazd czysto elektryczny.Zaletami scentralizowanego systemu kontroli jest scentralizowane przetwarzanie, szybka reakcja i niski koszt; wadą jest to, że obwód jest skomplikowany i nie jest łatwo odprowadzić ciepło.
Podstawową ideą rozproszonego systemu sterowania jest to, że sterownik pojazdu zbiera pewne sygnały kierowcy i komunikuje się ze sterownikiem silnika i systemem zarządzania baterią za pośrednictwem magistrali CAN. Odpowiednio sterownik silnika i system zarządzania akumulatorem zbierają sygnały pojazdu za pośrednictwem magistrali CAN. przekazane do kontrolera pojazdu.Kontroler pojazdu analizuje i przetwarza dane zgodnie z informacjami o pojeździe oraz w połączeniu ze strategią sterowania. Po otrzymaniu polecenia sterującego przez sterownik silnika i system zarządzania akumulatorem sterują pracą silnika i rozładowaniem akumulatora zgodnie z bieżącymi informacjami o stanie silnika i akumulatora.Zaletami rozproszonych systemów sterowania jest modułowość i niska złożoność; wadą jest stosunkowo wysoki koszt.
Schemat ideowy typowego rozproszonego systemu sterowania pojazdem pokazano na poniższym rysunku. Najwyższą warstwą systemu sterowania pojazdem jest sterownik pojazdu. Sterownik pojazdu odbiera informacje ze sterownika silnika i systemu zarządzania akumulatorem za pośrednictwem magistrali CAN i dostarcza informacje do sterownika silnika i akumulatora. System zarządzania i system wyświetlania informacji w pojeździe wysyłają polecenia sterujące.Sterownik silnika i system zarządzania akumulatorem odpowiadają odpowiednio za monitorowanie i zarządzanie silnikiem napędowym i akumulatorem mocypakietu, a pokładowy system wyświetlania informacji służy do wyświetlania informacji o aktualnym stanie pojazdu.
Schemat ideowy typowego rozproszonego systemu sterowania pojazdem
Poniższy rysunek przedstawia zasadę działania opracowanego przez firmę sterownika pojazdu elektrycznego.Obwód sprzętowy sterownika pojazdu obejmuje moduły, takie jak mikrokontroler, kondycjonowanie ilości przełączników, kondycjonowanie ilości analogowych, napęd przekaźnika, szybki interfejs magistrali CAN i akumulator zasilający.
Schematyczny diagram składu opracowanego przez firmę sterownika pojazdu w pełni elektrycznego
(1) Moduł mikrokontrolera Moduł mikrokontrolera stanowi rdzeń sterownika pojazdu. Biorąc pod uwagę funkcję sterownika pojazdu elektrycznego i zewnętrzne środowisko jego działania, moduł mikrokontrolera powinien charakteryzować się dużą szybkością przetwarzania danych, bogatą charakterystyką interfejsu sprzętowego, niskim kosztem i wysoką niezawodnością.
(2) Moduł kondycjonowania ilości przełączników Moduł kondycjonowania ilości przełączników służy do konwersji poziomu i kształtowania wielkości wejściowej przełącznika, którego jeden koniec jest połączony z wieloma czujnikami ilości przełączników, a drugi koniec jest połączony z mikrokontrolerem.
(3) Moduł kondycjonowania analogowego Moduł kondycjonowania analogowego służy do zbierania sygnałów analogowych pedału przyspieszenia i pedału hamulca i przesyłania ich do mikrokontrolera.
(4) Moduł sterujący przekaźnikiem Moduł sterujący przekaźnikiem służy do sterowania wieloma przekaźnikami, których jeden koniec jest podłączony do mikrokontrolera poprzez izolator optoelektroniczny, a drugi koniec jest podłączony do wielu przekaźników.
(5) Moduł interfejsu szybkiej magistrali CAN Moduł interfejsu szybkiej magistrali CAN służy do zapewnienia szybkiego interfejsu magistrali CAN, którego jeden koniec jest podłączony do mikrokontrolera poprzez izolator optoelektroniczny, a drugi koniec jest podłączony do szybkiej magistrali systemowej CAN.
(6) Moduł zasilacza Moduł zasilacza zapewnia izolowane zasilanie mikroprocesora oraz każdego modułu wejścia i wyjścia, monitoruje napięcie akumulatora i jest podłączony do mikrokontrolera.
Sterownik pojazdu zarządza, koordynuje i monitoruje wszystkie aspekty łańcucha zasilania pojazdu elektrycznego, aby poprawić efektywność wykorzystania energii pojazdu oraz zapewnić bezpieczeństwo i niezawodność.Sterownik pojazdu zbiera sygnał jazdy kierowcy, uzyskuje istotne informacje o silniku napędowym i układzie akumulatora mocy poprzez magistralę CAN, analizuje i oblicza oraz przekazuje instrukcje sterowania silnikiem i zarządzania akumulatorem poprzez magistralę CAN w celu realizacji sterowania napędem pojazdu i kontrola optymalizacji zużycia energii. i kontrola odzyskiwania energii hamowania.Kontroler pojazdu posiada również kompleksową funkcję interfejsu instrumentu, która może wyświetlać informacje o stanie pojazdu; posiada pełną diagnostykę i funkcje przetwarzania usterek; posiada bramę pojazdu i funkcje zarządzania siecią.
2. Podstawowe funkcje sterownika pojazdu
Sterownik pojazdu zbiera informacje dotyczące jazdy, takie jak sygnał pedału przyspieszenia, sygnał pedału hamulca i sygnał zmiany biegów, a jednocześnie odbiera dane wysyłane przez sterownik silnika i system zarządzania akumulatorem na magistralę CAN i analizuje te informacje w połączeniu ze strategią sterowania pojazdem i ocenę, wyodrębnij zamiar kierowcy i informacje o stanie jazdy pojazdu, a na koniec wyślij polecenia przez magistralę CAN, aby kontrolować pracę każdego sterownika komponentu, aby zapewnić normalną jazdę pojazdu.Sterownik pojazdu powinien posiadać następujące podstawowe funkcje.
(1) Funkcja sterowania prowadzeniem pojazdu Silnik napędowy pojazdu elektrycznego musi przekazywać moment napędowy lub moment hamowania zgodnie z intencją kierowcy.Gdy kierowca wciśnie pedał przyspieszenia lub pedał hamulca, silnik napędowy musi wygenerować określoną moc napędową lub moc hamowania regeneracyjnego.Im większe rozwarcie pedału, tym większa moc wyjściowa silnika napędowego.Dlatego też kontroler pojazdu powinien rozsądnie wyjaśnić działania kierowcy; otrzymywać informacje zwrotne z podsystemów pojazdu, aby zapewnić kierowcy informacje zwrotne dotyczące podejmowania decyzji; i wysyłaj polecenia sterujące do podsystemów pojazdu, aby osiągnąć normalną jazdę pojazdu.
(2) Zarządzanie sieciowe całym pojazdem Sterownik pojazdu jest jednym z wielu sterowników pojazdów elektrycznych i węzłem w magistrali CAN.W zarządzaniu siecią pojazdu sterownik pojazdu jest ośrodkiem kontroli informacji, odpowiedzialnym za organizację i transmisję informacji, monitorowanie stanu sieci, zarządzanie węzłami sieci oraz diagnostykę i przetwarzanie usterek sieci.
(3) Odzyskiwanie energii hamowania Ważną cechą pojazdów czysto elektrycznych, różniącą się od pojazdów z silnikiem spalinowym, jest to, że mogą one odzyskiwać energię hamowania. Osiąga się to poprzez eksploatację silnika pojazdów czysto elektrycznych w stanie hamowania regeneracyjnego. Analiza sterownika pojazdu Zamiar hamowania kierowcy, stan zestawu akumulatorów i informacje o stanie silnika napędowego, w połączeniu ze strategią kontroli odzyskiwania energii hamowania, wysyłają polecenia trybu pracy silnika i polecenia momentu obrotowego do sterownika silnika w warunkach odzyskiwania energii hamowania, więc że napęd Silnik pracuje w trybie wytwarzania energii, a energia odzyskana podczas hamowania elektrycznego jest magazynowana w zestawie akumulatorów bez wpływu na skuteczność hamowania, aby umożliwić odzysk energii hamowania.
(4) Zarządzanie energią w pojeździe i optymalizacja W pojazdach wyłącznie elektrycznych akumulator nie tylko dostarcza energię do silnika napędowego, ale także dostarcza energię do akcesoriów elektrycznych. Dlatego też, aby uzyskać maksymalny zasięg jazdy, za zasilanie całego pojazdu odpowiadać będzie sterownik pojazdu. Zarządzanie energią w celu poprawy wykorzystania energii.Gdy wartość SOC akumulatora jest stosunkowo niska, sterownik pojazdu wyśle polecenia do niektórych akcesoriów elektrycznych, aby ograniczyć moc wyjściową akcesoriów elektrycznych w celu zwiększenia zasięgu jazdy.
(5) Monitorowanie i wyświetlanie informacji o stanie pojazdu, takich jak moc, napięcie całkowite, napięcie ogniwa, temperatura akumulatora i usterka, a następnie wysyłanie tych informacji w czasie rzeczywistym do systemu wyświetlania informacji o pojeździe za pośrednictwem magistrali CAN w celu wyświetlenia.Ponadto sterownik pojazdu regularnie wykrywa komunikację każdego modułu na magistrali CAN. Jeśli stwierdzi, że węzeł w autobusie nie może normalnie się komunikować, wyświetli informację o usterce w systemie wyświetlania informacji o pojeździe i podejmie rozsądne środki w odpowiednich sytuacjach awaryjnych. przetwarzanie mające na celu zapobieganie występowaniu ekstremalnych warunków, dzięki czemu kierowca może bezpośrednio i dokładnie uzyskać informacje o aktualnym stanie pracy pojazdu.
(6) Diagnostyka i przetwarzanie usterek. Stale monitoruj elektroniczny układ sterowania pojazdu w celu diagnozowania usterek.Wskaźnik usterki wskazuje kategorię usterki i niektóre kody usterek.Zgodnie z treścią błędu należy w odpowiednim czasie przeprowadzić odpowiednie przetwarzanie zabezpieczeń.W przypadku mniej poważnych usterek można podjechać z małą prędkością do pobliskiej stacji obsługi w celu przeprowadzenia konserwacji.
(7) Zewnętrzny moduł zarządzania ładowaniem realizuje podłączenie ładowania, monitoruje proces ładowania, zgłasza stan ładowania i kończy ładowanie.
(8) Diagnostyka on-line i wykrywanie offline sprzętu diagnostycznego odpowiada za połączenie i komunikację diagnostyczną z zewnętrznym sprzętem diagnostycznym oraz realizuje usługi diagnostyczne UDS, w tym odczyt strumieni danych, odczyt i kasowanie kodów usterek oraz debugowanie portów kontrolnych .
Poniższy rysunek jest przykładem sterownika pojazdu w pełni elektrycznego. Określa zamiary kierowcy poprzez zbieranie sygnałów sterujących podczas jazdy i ładowania, zarządza elektronicznymi urządzeniami sterującymi pojazdu i planuje je za pośrednictwem magistrali CAN, a także wykorzystuje różne modele dla różnych modeli. Strategia sterowania obejmująca sterowanie napędem pojazdu, kontrolę optymalizacji zużycia energii, kontrolę odzyskiwania energii hamowania i zarządzanie siecią.Sterownik pojazdu wykorzystuje technologie takie jak mikrokomputer, inteligentny napęd mocy i magistrala CAN i charakteryzuje się dobrą reakcją dynamiczną, wysoką dokładnością próbkowania, silną zdolnością przeciwzakłóceniową i dobrą niezawodnością.
Przykład sterownika pojazdu w pełni elektrycznego
3. Wymagania projektowe sterownika pojazdu
Do czujników, które bezpośrednio wysyłają sygnały do sterownika pojazdu, zalicza się czujnik pedału przyspieszenia, czujnik pedału hamulca i przełącznik zmiany biegów, przy czym czujnik pedału przyspieszenia i czujnik pedału hamulca wysyłają sygnały analogowe, a sygnał wyjściowy przełącznika zmiany biegów jest sygnałem przełączającym.Sterownik pojazdu pośrednio steruje pracą silnika napędowego oraz ładowaniem i rozładowywaniem akumulatora mocy poprzez wysyłanie poleceń do sterownika silnika i systemu zarządzania akumulatorem oraz realizuje załączanie i wyłączanie modułu pokładowego poprzez sterowanie przekaźnikiem głównym .
Zgodnie ze składem sieci sterowania pojazdem oraz analizą sygnałów wejściowych i wyjściowych sterownika pojazdu, sterownik pojazdu powinien spełniać następujące wymagania techniczne.
① Projektując obwód sprzętowy, należy w pełni wziąć pod uwagę środowisko jazdy pojazdu elektrycznego, zwrócić uwagę na kompatybilność elektromagnetyczną i poprawić zdolność przeciwzakłóceniową.Kontroler pojazdu powinien posiadać pewną zdolność samoobrony w oprogramowaniu i sprzęcie, aby zapobiec wystąpieniu sytuacji ekstremalnych.
② Sterownik pojazdu musi mieć wystarczającą liczbę interfejsów we/wy, aby móc szybko i dokładnie zbierać różne informacje wejściowe, oraz co najmniej dwa kanały konwersji A/D do zbierania sygnałów pedału przyspieszenia i sygnałów pedału hamulca. Cyfrowy kanał wejściowy służy do zbierania sygnału biegu pojazdu, a do sterowania przekaźnikiem pojazdu powinno być dostępnych wiele kanałów wyjściowych sygnału napędu mocy.
③ Sterownik pojazdu powinien posiadać różnorodne interfejsy komunikacyjne. Interfejs komunikacyjny CAN służy do komunikacji ze sterownikiem silnika, systemem zarządzania akumulatorem i systemem wyświetlania informacji o pojeździe. Do komunikacji z komputerem głównym używany jest interfejs komunikacyjny RS232, natomiast interfejs komunikacyjny RS-485 jest zarezerwowany. Interfejs komunikacyjny /422, który może być kompatybilny z urządzeniami nie obsługującymi komunikacji CAN, takimi jak niektóre modele samochodowych ekranów dotykowych.
④ W różnych warunkach drogowych samochód będzie napotykał różne wstrząsy i wibracje. Sterownik pojazdu powinien charakteryzować się dobrą odpornością na wstrząsy, aby zapewnić niezawodność i bezpieczeństwo samochodu.
Czas publikacji: 09 listopada 2022 r