汽車控制系統(tǒng)的案例
基于CAN 總線的汽車空調(diào)控制系統(tǒng)開發(fā)
摘 要:本文首先對汽車空調(diào)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化進行了研究,參照SAE J1939 協(xié)議制定了系統(tǒng)的整套通信協(xié)議,并
結(jié)合CAN 總線技術(shù)要求,設(shè)計出了基于CAN 控制器SJA1000 和CAN 收發(fā)器PCA82C250 的分布式的汽車空調(diào)
控制系統(tǒng)。
1 引 言
隨著汽車工業(yè)的高速發(fā)展,傳統(tǒng)的手動機械式空調(diào)難以滿足乘坐舒適性的需求和提升整車技術(shù)含量的要求。本文首先對汽車空調(diào)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化進行研究,結(jié)合CAN 總線技術(shù),采用CAN 控制器SJA1000 和收發(fā)器PCA82C250 設(shè)計了汽車空調(diào)系統(tǒng)的各節(jié)點,并參照汽車領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的SAEJ 1939 協(xié)議制定了系統(tǒng)通訊協(xié)議,在此基礎(chǔ)上完成了基于CAN 總線的汽車空調(diào)控制系統(tǒng)的構(gòu)建。
2 系統(tǒng)總體設(shè)計
2.1 汽車空調(diào)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化
傳統(tǒng)的汽車空調(diào)控制方法是直接控制:簡單功能通過控制開關(guān)直接實現(xiàn),復(fù)雜功能由控制器完成。實現(xiàn)汽車空調(diào)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化,就是從根本上改變控制對象和被控信號間的直接控制關(guān)系。模塊之間通過總線網(wǎng)絡(luò)建立連接并交互數(shù)據(jù)。在總線網(wǎng)絡(luò)
系統(tǒng)中,負(fù)責(zé)控制信號采集的模塊把采集到的控制信號發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上;負(fù)責(zé)執(zhí)行控制功能的模塊則偵聽總線消息并接收與本模塊相關(guān)的數(shù)據(jù),最后完成對相關(guān)器件的控制功能[1 ] 。
2.1 空調(diào)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)
圖1 是汽車空調(diào)的混合式配氣系統(tǒng)的風(fēng)道結(jié)構(gòu)，圖[2 ] ,其工作過程如下:車外新鮮空氣+ 車內(nèi)循環(huán)空氣→進入鼓風(fēng)機→空氣進入蒸發(fā)器冷卻→由風(fēng)門調(diào)節(jié)部分空氣進入加熱器加熱→進入各風(fēng)口。
圖1 空調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖抽象出基于CAN 總線的分布式網(wǎng)絡(luò)模型,在此基礎(chǔ)上添加主控節(jié)點、顯示節(jié)點和溫度采集節(jié)點。圖2 為抽象出來的分布式總線網(wǎng)絡(luò)模型。
展開 淺析純電動汽車驅(qū)動電機控制系統(tǒng)的控制過程
純電動汽車的使用已經(jīng)走進我們的生活，它已成為當(dāng)前這一時期汽車的典型轉(zhuǎn)型。純電動汽車從結(jié)構(gòu)上來說主要體現(xiàn)在動力總成控制系統(tǒng)、電機控制系統(tǒng)和電池及其管理系統(tǒng)三個方面。從工作原理上來講，純電動汽車主要是通過高壓蓄電池直接供電，再由驅(qū)動電機控制模塊控制汽車驅(qū)動電機起動運轉(zhuǎn)。本文主要對純電動汽車電機的結(jié)構(gòu)、電機控制系統(tǒng)過程進行分析。
燃油汽車在使用過程中燃燒排放出熱量，同時廢氣排放也在同步增加，這就讓我們的環(huán)境持續(xù)受到污染，空氣指數(shù)也受到嚴(yán)重影響，隨著我們對燃油的使用，燃油能源也在逐漸的減少，人類將會面對能源危機所帶來的影響。為了我們的生存環(huán)境不再受到污染，為了讓生態(tài)資源與人類需求保持平衡，純電動汽車的發(fā)展逐漸取代現(xiàn)在使用的燃油汽車，將成為我們的迫切需要。
純電汽車與傳統(tǒng)汽車相比，主要是用蓄電池取代傳統(tǒng)汽車的發(fā)動機。電動汽車電動機驅(qū)動系統(tǒng)所需要的電能由車載蓄電池提供，并將車載蓄電池輸出的電能轉(zhuǎn)化為電動汽車所需要的機械能，而驅(qū)動電機的輸出軸便連接至該電 動汽車的驅(qū)動系統(tǒng)，經(jīng)過驅(qū)動系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)的傳動裝置， 傳動裝置把驅(qū)動電機傳來的力轉(zhuǎn)化為驅(qū)動力，從而驅(qū)動汽車驅(qū)動輪，完成行駛。
純電動汽車的核心部件主要由驅(qū)動電機和電機的控制模塊組成，驅(qū)動電機模塊主要是根據(jù)駕駛員的操作，把電動汽車動力電池所產(chǎn)生的電能最大化的轉(zhuǎn)化為車輪旋轉(zhuǎn)所需要的動能，或者是在制動時，車輪上所產(chǎn)生的動能 反饋給電動車電池。電動汽車的動力性、經(jīng)濟性和舒適性直接受驅(qū)動電機的特性影響，驅(qū)動電機的特性也就成為評價汽車性能的主要指標(biāo)。
汽車驅(qū)動電機系統(tǒng)主要通過驅(qū)動電機、各種傳感器、 驅(qū)動電機控制模塊、高壓線束、低壓線束、冷卻系統(tǒng)與電動汽車的其它系統(tǒng)連在一起。
純電動汽車電機廣泛采用三相交流永磁電動機。
展開 汽車電子控制系統(tǒng)及其發(fā)展趨勢
電動汽車的ECU控制與傳統(tǒng)相比有以下不同：
1、去除了發(fā)動機控制，添加進了電機及其控制系統(tǒng)
2、電池及其管理系統(tǒng)
3、車載充電機
4、車身低速總線控制系統(tǒng)
5、車載記錄儀及運行分析系統(tǒng)
6、故障診斷及安全管理系統(tǒng)
7、車輛安全運行監(jiān)控系統(tǒng)
8、車倆動力綜合控制系統(tǒng)
9、應(yīng)用于AMT的TCU控制
五、未來ECU的發(fā)展
過去十多年的汽車智能化和信息化發(fā)展產(chǎn)生了一個顯著結(jié)果就是ECU芯片使用量越來越多。從傳統(tǒng)的引擎控制系統(tǒng)、安全氣囊、防抱死系統(tǒng)、電動助力轉(zhuǎn)向、車身電子穩(wěn)定系統(tǒng)；再到智能儀表、娛樂影音系統(tǒng)、輔助駕駛系統(tǒng)；還有電動汽車上的電驅(qū)控制、電池管理系統(tǒng)、車載充電系統(tǒng)，以及蓬勃發(fā)展的車載網(wǎng)關(guān)、T-BOX和自動駕駛系統(tǒng)等等。
傳統(tǒng)的汽車電子電氣架構(gòu)都是分布式的，汽車里的各個ECU都是通過CAN和LIN總線連接在一起，現(xiàn)代汽車里的ECU總數(shù)已經(jīng)迅速增加到了幾十個甚至上百個之多，整個系統(tǒng)復(fù)雜度越來越大，幾近上限。
展開 #汽車工程#盤點五種創(chuàng)新底盤控制技術(shù)設(shè)備，讓安全更有保障
從目前底盤技術(shù)發(fā)展來看，越來越多的新電子控制設(shè)備被應(yīng)用于汽車上，其中許多新的底盤控制技術(shù)設(shè)備在汽車的安全性、動力性、操作穩(wěn)定性等方面起著重要的作用。據(jù)一家國產(chǎn)汽車的銷售人員介紹，它包括全電路制動系統(tǒng)(BBW，Brake-by-Wire)、汽車轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)(RWS、ESPⅡ等)、汽車懸架控制系統(tǒng)(ADC、ARC等)以及現(xiàn)在發(fā)展起來的汽車底盤線控技術(shù)(線控?fù)Q檔系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)、增壓系統(tǒng)、油門系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等)，再加上汽車CAN總線的應(yīng)用，42 V電壓技術(shù)的研究，如今汽車底盤控制技術(shù)正向電子化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化方向發(fā)展。
全電路制動系統(tǒng)(BBW)
BBW是一種全新的制動模式，它采用嵌人式總線技術(shù)，可以與防抱死制動系統(tǒng)(ABS)、牽引力控制系統(tǒng)(TCS)、電子穩(wěn)定性控制程序(ESP)、主動防撞系統(tǒng)(ACC)等汽車主動安全系統(tǒng)更加方便地協(xié)同工作，通過優(yōu)化微處理器中的控制算法，可以精確地調(diào)整制動系統(tǒng)的工作過程，提高車輛的制動效果，加強汽車的制動安全性能。BBW以電能作為能量來源，通過電機或電磁鐵驅(qū)動制動器。因此，BBW的結(jié)構(gòu)簡潔，更趨向于模塊化，安裝和維修更簡單方便。
控制單元是BBW的控制核心，它負(fù)責(zé)BBW信號的收集和處理，并對信號的推理判斷以及據(jù)此向制動器發(fā)出制動信號。此外，根據(jù)汽車智能化的發(fā)展趨勢，汽車底盤上的各種電子控制系統(tǒng)將與制動控制系統(tǒng)高度集成，同時在功能上趨于互補。
BBW采用雙重閉環(huán)控制方式，首先在各個電能制動器中都有制動力矩傳感器，可以實時地監(jiān)控制動力矩的大小，實現(xiàn)制動力矩的閉環(huán)控制。其次在制動過程中，各車輪轉(zhuǎn)速傳感器時刻監(jiān)視著車輪的運轉(zhuǎn)過程，ABS根據(jù)車輪轉(zhuǎn)速傳感器的信號判斷車輪的運轉(zhuǎn)狀態(tài)。
根據(jù)目前BBW的研究成果，投入使用還需要解決一系列問題，其中主要是電能制動器結(jié)構(gòu)和性能的改善。
展開 
一文解析自動駕駛汽車決策控制系統(tǒng)技術(shù)
自動駕駛系統(tǒng)是一個集環(huán)境感知、決策控制和動作執(zhí)行等功能于一體的綜合系統(tǒng)，是充分考慮車輛與交通環(huán)境協(xié)調(diào)規(guī)劃的系統(tǒng)，也是未來智能交通系統(tǒng)的重要組成部分。本文著重分析自動駕駛決策控制的相關(guān)技術(shù)，探索未來的發(fā)展方向。
自動駕駛系統(tǒng)簡介
通常意義上，自動駕駛系統(tǒng)可以分為感知層、決策層、執(zhí)行層。
感知層
感知層被定義為環(huán)境信息和車內(nèi)信息的采集與處理，涉及道路邊界檢測、車輛檢測、行人檢測等多項技術(shù)，可認(rèn)為是一種先進的傳感器技術(shù)，所采用的傳感器包括激光雷達(dá)、攝像頭、毫米波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)、速度和加速度傳感器等。由于單一傳感器存在感知的局限性，并不能滿足各種工況下的精確感知，自動駕駛汽車要實現(xiàn)在各種環(huán)境下平穩(wěn)運行，需要運用多傳感器融合技術(shù)，該技術(shù)也是感知層的關(guān)鍵技術(shù)。
決策層
決策層可以理解為依據(jù)感知信息來進行決策判斷，確定適當(dāng)工作模型，制定相應(yīng)控制策略，替代人類駕駛員做出駕駛決策。這部分的功能類似于給自動駕駛汽車下達(dá)相應(yīng)的任務(wù)。
展開 新能源汽車驅(qū)動電機與控制系統(tǒng)
新能源汽車驅(qū)動電機與控制系統(tǒng)
一文解析自動駕駛汽車決策控制系統(tǒng)技術(shù)
車輛的各個操控系統(tǒng)都需要能夠通過總線與決策系統(tǒng)相連接，并能夠按照決策系統(tǒng)發(fā)出的總線指令精確地控制加速程度、制動程度、轉(zhuǎn)向幅度、燈光控制等駕駛動作，以實現(xiàn)車輛的自主駕駛。
圖1 自動駕駛系統(tǒng)簡介
決策控制系統(tǒng)介紹
傳統(tǒng)意義上自動駕駛系統(tǒng)的決策控制軟件系統(tǒng)包含
環(huán)境預(yù)測、行為決策、動作規(guī)劃、路徑規(guī)劃
等功能模塊。
環(huán)境預(yù)測模塊
環(huán)境預(yù)測模塊作為決策規(guī)劃控制模塊的直接數(shù)據(jù)上游之一，其主要作用是對感知層所識別到的物體進行行為預(yù)測，并且將預(yù)測的結(jié)果轉(zhuǎn)化為時間空間維度的軌跡傳遞給后續(xù)模塊。通常感知層所輸出的物體信息包括位置、速度、方向等物理屬性。
利用這些輸出的物理屬性，可以對物體做出“瞬時預(yù)測”。環(huán)境預(yù)測模塊不局限于結(jié)合物理規(guī)律對物體做出預(yù)測，而是可結(jié)合物體和周邊環(huán)境以及積累的歷史數(shù)據(jù)信息，對感知到的物體做出更為“宏觀”的行為預(yù)測。例如在圖2中，通過識別行人在人行道的歷史行進動作預(yù)測出行人可能會在人行道上穿越路口，而通過車輛的歷史行進軌跡可判斷其會在路口右轉(zhuǎn)。
圖2 環(huán)境預(yù)測示意圖
行為決策模塊
行為決策模塊在整個自動駕駛決策規(guī)劃控制軟件系統(tǒng)中扮演著“副駕駛”的角色。這個層面匯集了所有重要的車輛周邊信息，不僅包括了自動駕駛汽車本身的實時位置、速度、方向，還包括車輛周邊一定距離以內(nèi)所有的相關(guān)障礙物信息以及預(yù)測的軌跡。行為決策層需要解決的問題，就是在知曉這些信息的基礎(chǔ)上，決定自動駕駛汽車的行駛策略。
展開 聊一下汽車電傳電控系統(tǒng)中的安全死穴：實時系統(tǒng)和分時系統(tǒng)
高速行駛的汽車，對所有輸入/輸出反應(yīng)都有強制的時間需要，滿足不了這一個時間規(guī)定，你踩剎車了，他系統(tǒng)死機了和分時系統(tǒng)一樣卡主了鼠標(biāo)在轉(zhuǎn)圈這樣的情況出現(xiàn)了，等系統(tǒng)反應(yīng)過來，汽車恐怕已經(jīng)在幾百米開外了。
汽車A類安全系統(tǒng)，在設(shè)計之初就有強制要求，必須滿足規(guī)定的時間相應(yīng)限制要求，不能滿足相應(yīng)時間，就無法保證安全和可靠。
四、車輛核心系統(tǒng)和分布式系統(tǒng)
傳統(tǒng)汽車通常都是多個系統(tǒng)通過總線進行連接通訊，組成的一個分布式系統(tǒng)，例如ABS系統(tǒng)負(fù)責(zé)剎車和ESP等相關(guān)功能；空氣懸掛電腦只是負(fù)責(zé)底盤懸架穩(wěn)定性主要功能，并通過數(shù)據(jù)交換和動力總線上的控制單元分享信息，也接收指令，進而實現(xiàn)行車穩(wěn)定性和舒適性控制；發(fā)動機控制單元負(fù)責(zé)發(fā)動機運行；部分?jǐn)?shù)據(jù)共享給動力總線其他用戶，用于驅(qū)動防滑，驅(qū)動扭矩控制，變速器匹配等動力控制；變速器負(fù)責(zé)驅(qū)動車輛行駛，通過總線和發(fā)動機系統(tǒng)協(xié)同工作......
每一個控制單元都有一個自己的系統(tǒng)，他們各司其職，只是通過網(wǎng)關(guān)和總線系統(tǒng)相互交換數(shù)據(jù)，進行協(xié)同工作，這種就是分布式系統(tǒng)，分布式系統(tǒng)具有自愈功能，什么意思呢？就是識別到總線系統(tǒng)其他控制單元提供的錯誤的數(shù)據(jù)給自己后，自己可以進行判斷，不再采納錯誤的第三方信息，直接通過信息控制輸出報警，然后用自己內(nèi)部邏輯程序控制系統(tǒng)進入應(yīng)急工作模式，保證了基本功能的可靠穩(wěn)定運行。
新能源車出來之后，有了另外的一種玩法，叫核心系統(tǒng)，這個系統(tǒng)管理車輛的所有控制系統(tǒng)，也就是說，車上系統(tǒng)有一個大腦，是領(lǐng)導(dǎo)核心，其他系統(tǒng)都要聽他分配，這種設(shè)計是希望通過一臺擁有強大算力的核心運算操作系統(tǒng)來支持整車所有系統(tǒng)工作，提升整車以往分布式系統(tǒng)的高成本的研發(fā)制造性價比，同時也簡化其他系統(tǒng)開發(fā)制造成本。
展開 分布式驅(qū)動電動汽車控制系統(tǒng)研發(fā)與實踐
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新能源電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)NVH特征及控制策略
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汽車底盤電子控制系統(tǒng)的安全性設(shè)計及質(zhì)量保障
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汽車發(fā)動機ECU系統(tǒng)研發(fā)技術(shù)解析
2.4 主要試驗項目
主要試驗項目包括：發(fā)動機和汽車臺架試驗、發(fā)動機噪聲與振動試驗、發(fā)動機懸置的振動頻率測量試驗、排氣系統(tǒng)的耐久性試驗、發(fā)動機過濾器和冷卻系統(tǒng)的壓力和流動試驗。
3 發(fā)動機的電氣匹配技術(shù)
3.1 發(fā)動機管理系統(tǒng)及其開發(fā)技術(shù)
3.1.1 發(fā)動機管理系統(tǒng)
發(fā)動機管理系統(tǒng)（EMS）是在發(fā)動機電子點火和電控汽油噴射系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，發(fā)展起來的集電子控制噴射、排放控制、電子點火、起動、防盜、診斷等功能于一體的集成電路系統(tǒng)。EMS能實現(xiàn)對發(fā)動機各系統(tǒng)的精確和靈活控制，是改善發(fā)動機各項性能指標(biāo)和排放的主要手段。發(fā)動機管理系統(tǒng)由微處理器、各種傳感器、執(zhí)行器組成，通過傳感器檢測各種工作狀態(tài)和參數(shù)，然后由微處理器經(jīng)過計算、分析、判斷后發(fā)出指令給各執(zhí)行器完成各種動作，使發(fā)動機在各種工作狀況下都能以最佳狀態(tài)工作。
3.1.2 發(fā)動機管理系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)
發(fā)動機管理系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)涉及到計算機技術(shù)、自動控制、嵌入式系統(tǒng)、發(fā)動機技術(shù)等多個領(lǐng)域，是汽車電氣控制系統(tǒng)中最復(fù)雜的系統(tǒng)。目前汽車制造商在匹配發(fā)動機系統(tǒng)的過程中，不需要進行EMS的開發(fā)工作。這是因為通常由發(fā)動機供應(yīng)商提供的基礎(chǔ)發(fā)動機上，已經(jīng)配有現(xiàn)成的EMS，汽車制造商僅需要聯(lián)系相應(yīng)的EMS開發(fā)商進行標(biāo)定工作。
目前流行的EMS開發(fā)過程是，在MATLAB Simulink仿真計算平臺上，采用可視化和模塊化的方法，建立發(fā)動機控制模型，待調(diào)試成功后，編譯成機器執(zhí)行代碼，然后下載到汽車ECU中。例如英國 Pi技術(shù)公司推出的發(fā)動機和汽車控制系統(tǒng)OpenECU開發(fā)工具，提供了一種自動代碼生成和快速原型的解決方案，它的應(yīng)用范圍包括發(fā)動機、變速器、底盤和混合動力控制系統(tǒng)以及汽車批量生產(chǎn)系統(tǒng)。OpenECU平臺能夠在MATLAB Simulink環(huán)境中自動生成控制代碼，然后在汽車ECU中運行。
展開 汽車聲品質(zhì)控制NVH
干貨‖懸架設(shè)計案例
干貨‖電動汽車NVH開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)
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干貨‖排氣系統(tǒng)NVH分析與控制
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干貨‖新能源汽車著火問題解決方案
干貨‖整車開發(fā)項目管理-整車工程開發(fā)項目實施與驗收
干貨‖基于整車多體動力學(xué)模型的車輛起步分析
干貨‖人機共駕
干貨‖汽車輕量化之鎂
干貨‖汽車碰撞與安全—法規(guī)變化及應(yīng)對策略研討
干貨‖汽車控制器系統(tǒng)的功能安全技術(shù)
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干貨‖排氣系統(tǒng)NVH分析與控制
干貨‖進氣系統(tǒng)的NVH分析與控制
展開 一文帶你了解汽車上28個電子控制系統(tǒng)（EFI、EGR、ISC、EBD、ESP...）及各自的作用
02
碰撞警示和預(yù)防系統(tǒng)（CWAS）
該系統(tǒng)有多種形式， 有的在汽車行駛中， 當(dāng)兩車的距離小到安全距離時，即自動報警，若繼續(xù)行駛，則會在即將相撞的瞬間，自動控制汽車制動器將汽車停??；有的是在汽車倒車時，顯示車后障礙物的距離，有效地防止倒車事故發(fā)生。
7. 舒適性電控系統(tǒng)
01
自動空調(diào)系統(tǒng)
汽車空調(diào)自動溫度控制（Automatic Temperature Control，ATC），俗稱恒溫空調(diào)系統(tǒng)。一旦設(shè)定目標(biāo)溫度，ATC系統(tǒng)即自動控制與調(diào)整， 使車內(nèi)溫度保持在設(shè)定值。自動空調(diào)系統(tǒng)由制冷系統(tǒng)、取暖系統(tǒng)、通風(fēng)（配氣） 系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)、空氣凈化系統(tǒng)五部分組成。
全自動溫度控制系統(tǒng)的組成包括溫度傳感器、控制系統(tǒng)ECU、執(zhí)行機構(gòu)等。其中溫度傳感器包括車外氣體溫度傳感器、車內(nèi)氣體溫度傳感器、日照傳感器（陽光強度傳感器）和蒸發(fā)器溫度傳感器。
展開 新能源汽車開發(fā)技術(shù)專題研討會 -探討系統(tǒng)性能和控制開發(fā)技術(shù)
本次研討會上，國外專家將與國內(nèi)同行一起，探討新能源汽車
的
NVH
性能及系統(tǒng)性能和控制開發(fā)，介紹西門子電驅(qū)動系統(tǒng)包括電機和電機控制器的研發(fā)，進一步了解車輛電氣化的全球趨勢，將實際應(yīng)用案例與最新相關(guān)技術(shù)和解決方案相結(jié)合，進行更深的交流。
主辦方：Siemens PLM Software
同濟大學(xué)新能源汽車工程中心
地點: 上海市嘉定區(qū)曹安公路4800號同濟大學(xué)嘉定校區(qū)新能源汽車工程中心
時間: 2016年4月28日
日程
主會場：（地點：同濟大學(xué)新能源汽車工程中心218室）
8:30-9:00 簽到
9:00-9:15 歡迎致辭
9:15-9:45 新能源汽車全球研發(fā)趨勢及挑戰(zhàn) - -同濟大學(xué)新能源汽車工程中心專家
9:45- 10:25 西門子新能源車試驗與仿真方案介紹及應(yīng)用案例
10:20-11:00 西門子新能源車動力集成（電機和電機控制器）解決方案 介紹和成功案例
11:00-11:15 休息
11:15-17:30 分會場環(huán)節(jié)，詳見各分會場安排
分會場 – NVH 專場（地點：新能源汽車工程中心218室）
演講人： Mr. Ben Meek & Mr.
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