การวิเคราะห์หลักการและฟังก์ชันของตัวควบคุมยานพาหนะไฟฟ้าบริสุทธิ์

ตัวควบคุมยานพาหนะประกอบด้วยส่วนประกอบหลักสองส่วน ได้แก่ ฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ โดยทั่วไปซอฟต์แวร์และโปรแกรมหลักของบริษัทได้รับการพัฒนาโดยผู้ผลิต ในขณะที่ซัพพลายเออร์ชิ้นส่วนรถยนต์สามารถจัดหาฮาร์ดแวร์ควบคุมยานพาหนะและไดรเวอร์พื้นฐานได้ในขั้นตอนนี้ การวิจัยจากต่างประเทศเกี่ยวกับตัวควบคุมยานพาหนะของยานพาหนะไฟฟ้าบริสุทธิ์มุ่งเน้นไปที่ยานพาหนะไฟฟ้าบริสุทธิ์ที่ขับเคลื่อนโดยล้อเป็นหลักมอเตอร์-สำหรับยานพาหนะไฟฟ้าบริสุทธิ์ที่มีมอเตอร์เพียงตัวเดียว มักจะไม่มีตัวควบคุมยานพาหนะ แต่ตัวควบคุมมอเตอร์จะใช้ในการควบคุมยานพาหนะบริษัทต่างชาติขนาดใหญ่หลายแห่งสามารถจัดหาโซลูชันการควบคุมยานพาหนะที่ครบวงจรได้ เช่น Continental, Bosch, Delphi เป็นต้น

1. องค์ประกอบและหลักการของตัวควบคุมยานพาหนะ

ระบบควบคุมยานพาหนะของรถยนต์ไฟฟ้าบริสุทธิ์ส่วนใหญ่แบ่งออกเป็นสองรูปแบบ: การควบคุมแบบรวมศูนย์และการควบคุมแบบกระจาย

แนวคิดพื้นฐานของระบบควบคุมแบบรวมศูนย์คือตัวควบคุมยานพาหนะจะรวบรวมสัญญาณอินพุตเพียงอย่างเดียว วิเคราะห์และประมวลผลข้อมูลตามกลยุทธ์การควบคุม จากนั้นออกคำสั่งควบคุมไปยังแอคชูเอเตอร์แต่ละตัวโดยตรงเพื่อขับเคลื่อนการขับขี่ปกติของ รถยนต์ไฟฟ้าบริสุทธิ์ข้อดีของระบบควบคุมแบบรวมศูนย์คือการประมวลผลแบบรวมศูนย์ การตอบสนองที่รวดเร็ว และต้นทุนต่ำ ข้อเสียคือวงจรมีความซับซ้อนและกระจายความร้อนได้ไม่ง่าย

แนวคิดพื้นฐานของระบบควบคุมแบบกระจายคือตัวควบคุมยานพาหนะจะรวบรวมสัญญาณของผู้ขับขี่ และสื่อสารกับตัวควบคุมมอเตอร์และระบบจัดการแบตเตอรี่ผ่าน CAN บัส ตัวควบคุมมอเตอร์และระบบจัดการแบตเตอรี่จะรวบรวมสัญญาณรถยนต์ผ่าน CAN บัสตามลำดับ ส่งต่อไปยังผู้ควบคุมรถตัวควบคุมยานพาหนะจะวิเคราะห์และประมวลผลข้อมูลตามข้อมูลของยานพาหนะและรวมกับกลยุทธ์การควบคุม หลังจากที่ตัวควบคุมมอเตอร์และระบบจัดการแบตเตอรี่ได้รับคำสั่งควบคุมแล้ว จะควบคุมการทำงานของมอเตอร์และการคายประจุแบตเตอรี่ตามข้อมูลสถานะปัจจุบันของมอเตอร์และแบตเตอรี่ข้อดีของระบบควบคุมแบบกระจายคือแบบแยกส่วนและมีความซับซ้อนต่ำ ข้อเสียคือต้นทุนค่อนข้างสูง

แผนผังของระบบควบคุมยานพาหนะแบบกระจายทั่วไปแสดงในรูปด้านล่าง ชั้นบนสุดของระบบควบคุมยานพาหนะคือตัวควบคุมยานพาหนะ ตัวควบคุมยานพาหนะจะได้รับข้อมูลของตัวควบคุมมอเตอร์และระบบการจัดการแบตเตอรี่ผ่าน CAN บัส และให้ข้อมูลแก่ตัวควบคุมมอเตอร์และแบตเตอรี่ ระบบการจัดการและระบบแสดงข้อมูลภายในรถยนต์จะส่งคำสั่งควบคุมตัวควบคุมมอเตอร์และระบบการจัดการแบตเตอรี่มีหน้าที่รับผิดชอบในการตรวจสอบและการจัดการมอเตอร์ขับเคลื่อนและแบตเตอรี่กำลังตามลำดับและระบบแสดงข้อมูลออนบอร์ดใช้เพื่อแสดงข้อมูลสถานะปัจจุบันของรถ

แผนผังของระบบควบคุมยานพาหนะแบบกระจายทั่วไป

ภาพด้านล่างแสดงหลักการองค์ประกอบของตัวควบคุมรถยนต์ไฟฟ้าบริสุทธิ์ที่พัฒนาโดยบริษัทวงจรฮาร์ดแวร์ของตัวควบคุมยานพาหนะประกอบด้วยโมดูลต่างๆ เช่น ไมโครคอนโทรลเลอร์ การปรับปริมาณสวิตช์ การปรับปริมาณแอนะล็อก รีเลย์ไดรฟ์ อินเทอร์เฟซ CAN บัสความเร็วสูง และแบตเตอรี่พลังงาน-

แผนผังแสดงองค์ประกอบของตัวควบคุมรถยนต์ไฟฟ้าบริสุทธิ์ที่พัฒนาโดยบริษัท

(1) โมดูลไมโครคอนโทรลเลอร์ โมดูลไมโครคอนโทรลเลอร์เป็นแกนหลักของตัวควบคุมยานพาหนะ เมื่อพิจารณาถึงฟังก์ชันของตัวควบคุมยานพาหนะรถยนต์ไฟฟ้าบริสุทธิ์และสภาพแวดล้อมภายนอกของการทำงานของโมดูลไมโครคอนโทรลเลอร์ควรมีประสิทธิภาพการประมวลผลข้อมูลความเร็วสูง อุดมไปด้วยลักษณะของอินเทอร์เฟซฮาร์ดแวร์ ต้นทุนต่ำ และความน่าเชื่อถือสูง

(2) โมดูลปรับปริมาณสวิตช์ โมดูลปรับสภาพปริมาณสวิตช์ใช้สำหรับการแปลงระดับและรูปร่างของปริมาณอินพุตสวิตช์ ซึ่งปลายด้านหนึ่งเชื่อมต่อกับเซ็นเซอร์ปริมาณสวิตช์หลายตัวและปลายอีกด้านหนึ่งเชื่อมต่อกับไมโครคอนโทรลเลอร์

(3) โมดูลปรับสภาพแบบอะนาล็อก โมดูลปรับสภาพแบบอะนาล็อกใช้เพื่อรวบรวมสัญญาณอะนาล็อกของแป้นคันเร่งและแป้นเบรก และส่งไปยังไมโครคอนโทรลเลอร์

(4) โมดูลขับเคลื่อนรีเลย์ โมดูลขับเคลื่อนรีเลย์ใช้สำหรับขับเคลื่อนรีเลย์หลายตัว โดยปลายด้านหนึ่งเชื่อมต่อกับไมโครคอนโทรลเลอร์ผ่านตัวแยกออปโตอิเล็กทรอนิกส์ และปลายอีกด้านเชื่อมต่อกับรีเลย์หลายตัว

(5) โมดูลอินเทอร์เฟซ CAN บัสความเร็วสูง โมดูลอินเทอร์เฟซ CAN บัสความเร็วสูงใช้เพื่อจัดเตรียมอินเทอร์เฟซ CAN บัสความเร็วสูง ซึ่งปลายด้านหนึ่งเชื่อมต่อกับไมโครคอนโทรลเลอร์ผ่านตัวแยกออปโตอิเล็กทรอนิกส์ และปลายอีกด้านหนึ่งเชื่อมต่ออยู่ ไปยังระบบ CAN บัสความเร็วสูง

(6) โมดูลจ่ายไฟ โมดูลจ่ายไฟให้แหล่งจ่ายไฟแยกสำหรับไมโครโปรเซสเซอร์และโมดูลอินพุตและเอาต์พุตแต่ละตัว ตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ และเชื่อมต่อกับไมโครคอนโทรลเลอร์

ตัวควบคุมยานพาหนะจะจัดการ ประสานงาน และตรวจสอบทุกด้านของห่วงโซ่กำลังของรถยนต์ไฟฟ้า เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้พลังงานของยานพาหนะ และรับประกันความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือตัวควบคุมยานพาหนะรวบรวมสัญญาณการขับขี่ของผู้ขับขี่ รับข้อมูลที่เกี่ยวข้องของมอเตอร์ขับเคลื่อนและระบบแบตเตอรี่กำลังผ่าน CAN บัส วิเคราะห์และคำนวณ และให้คำแนะนำการควบคุมมอเตอร์และการจัดการแบตเตอรี่ผ่าน CAN บัสเพื่อให้ทราบถึงการควบคุมการขับเคลื่อนของยานพาหนะและ การควบคุมการเพิ่มประสิทธิภาพพลังงาน และการควบคุมการนำพลังงานเบรกกลับมาใช้ใหม่ตัวควบคุมยานพาหนะยังมีฟังก์ชันอินเทอร์เฟซเครื่องมือที่ครอบคลุมซึ่งสามารถแสดงข้อมูลสถานะของยานพาหนะได้ มีฟังก์ชั่นการวินิจฉัยและประมวลผลข้อผิดพลาดที่สมบูรณ์ มีฟังก์ชันเกตเวย์ยานพาหนะและการจัดการเครือข่าย

2. ฟังก์ชั่นพื้นฐานของตัวควบคุมยานพาหนะ

ตัวควบคุมยานพาหนะรวบรวมข้อมูลการขับขี่ เช่น สัญญาณแป้นคันเร่ง สัญญาณแป้นเบรก และสัญญาณสวิตช์เกียร์ และรับข้อมูลที่ส่งโดยตัวควบคุมมอเตอร์และระบบจัดการแบตเตอรี่บน CAN บัสไปพร้อมกัน และวิเคราะห์ข้อมูลร่วมกับกลยุทธ์การควบคุมยานพาหนะ และการตัดสิน แยกความตั้งใจในการขับขี่ของผู้ขับขี่และข้อมูลสถานะการทำงานของยานพาหนะ และสุดท้ายก็ส่งคำสั่งผ่าน CAN บัสเพื่อควบคุมการทำงานของตัวควบคุมส่วนประกอบแต่ละตัวเพื่อให้แน่ใจว่าการขับขี่ตามปกติของยานพาหนะตัวควบคุมยานพาหนะควรมีฟังก์ชันพื้นฐานดังต่อไปนี้

(1) ฟังก์ชั่นการควบคุมการขับขี่ของยานพาหนะ มอเตอร์ขับเคลื่อนของรถยนต์ไฟฟ้าจะต้องส่งแรงบิดในการขับขี่หรือเบรกตามความตั้งใจของผู้ขับขี่เมื่อคนขับเหยียบคันเร่งหรือแป้นเบรก มอเตอร์ขับเคลื่อนจำเป็นต้องส่งกำลังขับหรือกำลังเบรกกลับคืนมายิ่งเปิดแป้นเหยียบมากเท่าใด กำลังเอาท์พุตของมอเตอร์ขับเคลื่อนก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้นดังนั้นผู้ควบคุมยานพาหนะควรอธิบายการทำงานของผู้ขับขี่อย่างสมเหตุสมผล รับข้อมูลข้อเสนอแนะจากระบบย่อยของยานพาหนะเพื่อให้ข้อเสนอแนะในการตัดสินใจแก่ผู้ขับขี่ และส่งคำสั่งควบคุมไปยังระบบย่อยของรถเพื่อให้เกิดการขับขี่ตามปกติของรถ

(2) การจัดการเครือข่ายของยานพาหนะทั้งหมด ตัวควบคุมยานพาหนะเป็นหนึ่งในตัวควบคุมยานพาหนะไฟฟ้าและโหนดใน CAN บัสในการจัดการเครือข่ายรถยนต์ ตัวควบคุมรถยนต์เป็นศูนย์กลางของการควบคุมข้อมูล รับผิดชอบในการจัดระเบียบข้อมูลและการส่งข้อมูล การตรวจสอบสถานะเครือข่าย การจัดการโหนดเครือข่าย และการวินิจฉัยและประมวลผลข้อผิดพลาดของเครือข่าย

(3) การฟื้นตัวของพลังงานเบรก คุณลักษณะที่สำคัญของรถยนต์ไฟฟ้าบริสุทธิ์ที่แตกต่างจากรถยนต์เครื่องยนต์สันดาปภายในคือสามารถนำพลังงานการเบรกกลับมาใช้ใหม่ได้ ซึ่งสามารถทำได้โดยการใช้งานมอเตอร์ของยานพาหนะไฟฟ้าบริสุทธิ์ในสถานะการเบรกแบบสร้างพลังงานใหม่ การวิเคราะห์ตัวควบคุมยานพาหนะ ความตั้งใจในการเบรกของผู้ขับขี่ สถานะก้อนพลังงานแบตเตอรี่ และข้อมูลสถานะมอเตอร์ขับเคลื่อน รวมกับกลยุทธ์การควบคุมการกู้คืนพลังงานเบรก ส่งคำสั่งโหมดมอเตอร์และคำสั่งแรงบิดไปยังตัวควบคุมมอเตอร์ภายใต้เงื่อนไขของการกู้คืนพลังงานเบรก ดังนั้น ว่าตัวขับเคลื่อน มอเตอร์ทำงานในโหมดสร้างพลังงาน และพลังงานที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้จากการเบรกด้วยไฟฟ้าจะถูกเก็บไว้ในชุดแบตเตอรี่สำหรับจ่ายไฟโดยไม่กระทบต่อประสิทธิภาพการเบรก เพื่อให้ทราบถึงการนำพลังงานกลับคืนจากการเบรก

(4) การจัดการพลังงานของยานพาหนะและการเพิ่มประสิทธิภาพ ในยานพาหนะไฟฟ้าบริสุทธิ์ แบตเตอรี่พลังงานไม่เพียงจ่ายพลังงานให้กับมอเตอร์ขับเคลื่อนเท่านั้น แต่ยังจ่ายพลังงานให้กับอุปกรณ์เสริมไฟฟ้าด้วย ดังนั้น เพื่อให้ได้ระยะการขับขี่สูงสุด ผู้ควบคุมรถจะต้องรับผิดชอบการจ่ายไฟของรถทั้งหมด การจัดการพลังงานเพื่อปรับปรุงการใช้พลังงานเมื่อค่า SOC ของแบตเตอรี่ค่อนข้างต่ำ ตัวควบคุมรถยนต์จะส่งคำสั่งไปยังอุปกรณ์ไฟฟ้าบางชนิดเพื่อจำกัดกำลังเอาท์พุตของอุปกรณ์ไฟฟ้าเพื่อเพิ่มระยะการขับขี่

(5) การตรวจสอบและแสดงข้อมูลสถานะของยานพาหนะ เช่น กำลัง แรงดันไฟฟ้าทั้งหมด แรงดันไฟฟ้าของเซลล์ อุณหภูมิแบตเตอรี่ และความผิดปกติ จากนั้นส่งข้อมูลแบบเรียลไทม์เหล่านี้ไปยังระบบแสดงข้อมูลรถยนต์ผ่าน CAN บัสเพื่อแสดงนอกจากนี้ ตัวควบคุมยานพาหนะจะตรวจจับการสื่อสารของแต่ละโมดูลบน CAN บัสเป็นประจำ หากพบว่าโหนดบนรถบัสไม่สามารถสื่อสารได้ตามปกติ โหนดนั้นจะแสดงข้อมูลความผิดปกติบนระบบแสดงข้อมูลยานพาหนะ และใช้มาตรการที่เหมาะสมสำหรับสถานการณ์ฉุกเฉินที่เกี่ยวข้อง การประมวลผลเพื่อป้องกันการเกิดสภาวะที่รุนแรงเพื่อให้ผู้ขับขี่สามารถรับข้อมูลสถานะการทำงานปัจจุบันของยานพาหนะได้โดยตรงและแม่นยำ

(6) การวินิจฉัยและการประมวลผลข้อผิดพลาด ตรวจสอบระบบควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ของยานพาหนะอย่างต่อเนื่องเพื่อวินิจฉัยข้อผิดพลาดตัวบ่งชี้ข้อบกพร่องจะระบุประเภทข้อบกพร่องและรหัสข้อบกพร่องบางส่วนตามเนื้อหาข้อบกพร่อง ดำเนินการประมวลผลการป้องกันความปลอดภัยที่สอดคล้องกันทันเวลาสำหรับข้อผิดพลาดที่ร้ายแรงน้อยกว่า คุณสามารถขับด้วยความเร็วต่ำไปยังสถานีซ่อมบำรุงใกล้เคียงเพื่อทำการบำรุงรักษาได้

(7) การจัดการการชาร์จภายนอกตระหนักถึงการเชื่อมต่อของการชาร์จ ตรวจสอบกระบวนการชาร์จ รายงานสถานะการชาร์จ และสิ้นสุดการชาร์จ

(8) การวินิจฉัยออนไลน์และการตรวจจับออฟไลน์ของอุปกรณ์วินิจฉัยมีหน้าที่ในการเชื่อมต่อและการสื่อสารการวินิจฉัยกับอุปกรณ์วินิจฉัยภายนอก และตระหนักถึงบริการวินิจฉัย UDS รวมถึงการอ่านสตรีมข้อมูล การอ่านและการล้างรหัสข้อผิดพลาด และการดีบักพอร์ตควบคุม .

ภาพด้านล่างเป็นตัวอย่างของตัวควบคุมยานพาหนะด้วยรถยนต์ไฟฟ้าล้วน โดยจะกำหนดความตั้งใจของผู้ขับขี่โดยการรวบรวมสัญญาณควบคุมระหว่างการขับขี่และการชาร์จ จัดการและกำหนดเวลาอุปกรณ์ควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ของยานพาหนะผ่านทาง CAN บัส และใช้รุ่นต่างๆ สำหรับรุ่นต่างๆ กลยุทธ์การควบคุมเพื่อให้เกิดการควบคุมการขับขี่ของยานพาหนะ การควบคุมการเพิ่มประสิทธิภาพพลังงาน การควบคุมการนำพลังงานเบรกกลับมาใช้ใหม่ และการจัดการเครือข่ายตัวควบคุมยานพาหนะใช้เทคโนโลยีต่างๆ เช่น ไมโครคอมพิวเตอร์ ระบบขับเคลื่อนอัจฉริยะ และ CAN บัส และมีลักษณะของการตอบสนองแบบไดนามิกที่ดี ความแม่นยำในการสุ่มตัวอย่างสูง ความสามารถในการป้องกันการรบกวนที่แข็งแกร่ง และความน่าเชื่อถือที่ดี

ตัวอย่างตัวควบคุมรถยนต์ไฟฟ้าล้วน

3. ข้อกำหนดการออกแบบตัวควบคุมยานพาหนะ

เซ็นเซอร์ที่ส่งสัญญาณโดยตรงไปยังตัวควบคุมยานพาหนะ ได้แก่ เซ็นเซอร์แป้นคันเร่ง เซ็นเซอร์แป้นเบรก และสวิตช์เกียร์ โดยที่เซ็นเซอร์แป้นคันเร่งและเซ็นเซอร์แป้นเบรกจะส่งสัญญาณอะนาล็อกออก และสัญญาณเอาต์พุตของสวิตช์เกียร์เป็นสัญญาณสวิตช์ตัวควบคุมยานพาหนะจะควบคุมการทำงานของมอเตอร์ขับเคลื่อนและการชาร์จและการคายประจุแบตเตอรี่ทางอ้อมโดยการส่งคำสั่งไปยังตัวควบคุมมอเตอร์และระบบจัดการแบตเตอรี่ และรับรู้การเปิด-ปิดของโมดูลออนบอร์ดโดยการควบคุมรีเลย์หลัก .

ตามองค์ประกอบของเครือข่ายควบคุมยานพาหนะและการวิเคราะห์สัญญาณอินพุตและเอาต์พุตของตัวควบคุมยานพาหนะ ตัวควบคุมยานพาหนะควรเป็นไปตามข้อกำหนดทางเทคนิคต่อไปนี้

1 เมื่อออกแบบวงจรฮาร์ดแวร์ ควรพิจารณาสภาพแวดล้อมในการขับขี่ของรถยนต์ไฟฟ้าอย่างเต็มที่ ควรคำนึงถึงความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า และควรปรับปรุงความสามารถในการป้องกันการรบกวนตัวควบคุมยานพาหนะควรมีความสามารถในการป้องกันตัวเองในซอฟต์แวร์และฮาร์ดแวร์เพื่อป้องกันการเกิดสถานการณ์ที่รุนแรง

2) ตัวควบคุมยานพาหนะจำเป็นต้องมีอินเทอร์เฟซ I/O เพียงพอเพื่อให้สามารถรวบรวมข้อมูลอินพุตต่างๆ ได้อย่างรวดเร็วและแม่นยำ และช่องแปลง A/D อย่างน้อยสองช่องเพื่อรวบรวมสัญญาณแป้นคันเร่งและสัญญาณแป้นเบรก ช่องอินพุตดิจิทัลใช้เพื่อรวบรวมสัญญาณเกียร์ของยานพาหนะ และควรมีช่องสัญญาณเอาท์พุตของสัญญาณขับเคลื่อนกำลังหลายช่องสำหรับการขับรีเลย์ของรถยนต์

3. ตัวควบคุมยานพาหนะควรมีอินเทอร์เฟซการสื่อสารที่หลากหลาย อินเทอร์เฟซการสื่อสาร CAN ใช้เพื่อสื่อสารกับตัวควบคุมมอเตอร์ ระบบจัดการแบตเตอรี่ และระบบแสดงข้อมูลรถยนต์ อินเทอร์เฟซการสื่อสาร RS232 ใช้เพื่อสื่อสารกับคอมพิวเตอร์โฮสต์ และสงวนอินเทอร์เฟซการสื่อสาร RS-485 ไว้ /422 อินเทอร์เฟซการสื่อสารซึ่งสามารถใช้งานร่วมกับอุปกรณ์ที่ไม่รองรับการสื่อสาร CAN เช่นหน้าจอสัมผัสในรถยนต์บางรุ่น

④ ภายใต้สภาพถนนที่แตกต่างกัน รถจะเผชิญกับแรงกระแทกและการสั่นสะเทือนที่แตกต่างกัน ตัวควบคุมยานพาหนะควรมีความต้านทานแรงกระแทกได้ดีเพื่อให้มั่นใจในความน่าเชื่อถือและความปลอดภัยของรถ