整車的實(shí)例教程
整車控制器是電動汽車正常行駛的控制中樞,是整車控制系統(tǒng)的核心部件,是純電動汽車的正常行駛、再生制動能量回收、故障診斷處理和車輛狀態(tài)監(jiān)視等功能的主要控制部件。
整車控制器包括硬件和軟件兩大組成部分,它的核心軟件和程序一般由生產(chǎn)廠商研發(fā),而汽車零部件供應(yīng)商能夠提供整車控制器硬件和底層驅(qū)動程序?,F(xiàn)階段國外對純電動汽車整車控制器的研究主要集中在以輪轂電機(jī)驅(qū)動的純電動汽車。對于只有一個電機(jī)的純電動汽車通常不配備整車控制器,而是利用電機(jī)控制器進(jìn)行整車控制。國外很多大企業(yè)都能夠提供成熟的整車控制器方案,如大陸、博世、德爾福等。
1. 整車控制器組成與原理
純電動汽車整車控制系統(tǒng)主要分為集中式控制和分布式控制兩種方案。
集中式控制系統(tǒng)的基本思想是整車控制器獨(dú)自完成對輸入信號的采集,并根據(jù)控制策略對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理,然后直接對各執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制指令,驅(qū)動純電動汽車的正常行駛。集中式控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是處理集中、響應(yīng)快和成本低;缺點(diǎn)是電路復(fù)雜,并且不易散熱。
分布式控制系統(tǒng)的基本思想是整車控制器采集一些駕駛員信號,同時(shí)通過CAN總線與電機(jī)控制器和電池管理系統(tǒng)通信,電機(jī)控制器和電池管理系統(tǒng)分別將各自采集的整車信號通過CAN總線傳遞給整車控制器。整車控制器根據(jù)整車信息,并結(jié)合控制策略對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理,電機(jī)控制器和電池管理系統(tǒng)收到控制指令后,根據(jù)電機(jī)和電池當(dāng)前的狀態(tài)信息,控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)和電池放電。分布式控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是模塊化和復(fù)雜度低;缺點(diǎn)是成本相對較高。
展開 車輛內(nèi)部和約束建模整車有限元模型的開發(fā),包括車輛內(nèi)部和乘員約束系統(tǒng)使用 THOR 假人進(jìn)行乘員安全分析。車輛 FEM 還包括駕駛員和前排乘客座椅中的人體乘員約束 (THOR) 50% 男性正面假人模型(可從弗吉尼亞大學(xué)公開獲得)的測試裝置。 使用該假人模型的仿真結(jié)果展示了左右 NHTSA 傾斜正面碰撞測試的性能。 將乘員運(yùn)動學(xué)、安全帶負(fù)載和傷害標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果與現(xiàn)有測試結(jié)果進(jìn)行比較。附件為整車有限元模型。
整車有限元模型如下:
局部網(wǎng)格示意圖:
整車試驗(yàn)vs仿真結(jié)果
基于新架構(gòu)的整車線束的設(shè)計(jì)
整車線束設(shè)計(jì)
整車線束設(shè)計(jì)不僅與電子電氣架構(gòu)有關(guān),還與整車電控單元、傳感器等的布置位置,裝配工藝要求,整車電源需求,電控單元對線束的布置要求等因素息息相關(guān)。從總體上而言,整車線束設(shè)計(jì)主要包含以下幾個方面:整車線束網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣泳€設(shè)計(jì)、整車線束電源分配設(shè)計(jì)、整車線束搭鐵點(diǎn)設(shè)計(jì)、整車線束單元原理設(shè)計(jì)、整車線束布置設(shè)計(jì)。
整車線束電源分配設(shè)計(jì)
整車線束電源分配設(shè)計(jì)主要是對保險(xiǎn)絲、繼電器的分配設(shè)計(jì)。保險(xiǎn)絲、繼電器一般以電器盒的形式出現(xiàn)在汽車中。按照電器盒在整車上的布置位置,可以將電器盒分為:正極電器盒總成:位于蓄電池正極處。一般由保險(xiǎn)絲及正極保護(hù)殼組成。主要對整車供電的起到保護(hù)作用。前艙電器盒總成:位于前艙的電器盒總成。一般由保險(xiǎn)絲、繼電器、保護(hù)殼等組成,主要針對布置于發(fā)動機(jī)艙的用電器,對整車線束回路起到電源轉(zhuǎn)換、電流保護(hù)的作用。儀表板電器盒總成:安裝于儀表板上的電器盒總成,屬于室內(nèi)電器盒總成的一種。一般由保險(xiǎn)絲、繼電器、保護(hù)殼等組成,主要針對布置于室內(nèi)的用電器,對整車線束回路起到電源轉(zhuǎn)換、電流保護(hù)的作用。后背門電器盒總成:安裝于后備廂的電器盒總成,屬于室內(nèi)電器盒總成的一種。一般由保險(xiǎn)絲、繼電器、保護(hù)殼等組成,主要針對布置于后背門的用電器,對整車線束回路起到電源轉(zhuǎn)換、電流保護(hù)的作用。電器盒按照位置分類見圖2。由于混動技術(shù)的不斷發(fā)展,整車電器盒的布置位置也會隨著整車布置的優(yōu)化而不斷變化。
基于汽車電子電氣新架構(gòu)的整車線束電源分配設(shè)計(jì),主要是指整車電器盒中保險(xiǎn)絲、繼電器的分配及設(shè)計(jì)。
展開 隨著智能駕駛技術(shù)對于整車智能化程度要求的不斷提升,對其整車的控制能力要求也大幅提升,這一過程推動整車電子電器架構(gòu)逐漸從分布式架構(gòu)向集中式專用域控制器架構(gòu)進(jìn)行不斷演進(jìn)和發(fā)展,以便提供更加高速、安全、可靠的電子架構(gòu)。這一過程中,不僅要求智能駕駛功能能夠運(yùn)行在具有高性能軟件到硬件集成的專用中央域控制器上,同時(shí)也要求整車控制這塊也需要運(yùn)行于穩(wěn)定性、可靠性極高的中央與控制器上,這樣的中央域控制器不僅需要充當(dāng)對于整個車身控制的終端,也需要執(zhí)行包含中央網(wǎng)關(guān)、動力、底盤等各域的綜合控制系統(tǒng)端。這也是實(shí)現(xiàn)后續(xù)作為面向服務(wù)開發(fā)的前置條件。
本文將針對整車中央域控單元VDC從硬件、軟件設(shè)計(jì)兩個方面進(jìn)行詳細(xì)的方案設(shè)計(jì)介紹,以方便對整體控制能力進(jìn)行詳述。
1.整車域控硬件設(shè)計(jì)方案介紹
整車域控VDC的設(shè)計(jì)包含整機(jī)設(shè)計(jì),具體硬件方案,視頻輸入/輸出,通信鏈路、供電終端、存儲終端。
1、硬件總體設(shè)計(jì)
從整個整車域控設(shè)計(jì)思路上講,需要考慮MCU和MPU在整車域控中需要達(dá)到一定的功能安全等級前提下,滿足對整車域控的控制能力輸出。此外,設(shè)置通用接口GPIO用于對整車其他域控的輸出指令控制(如油門開度、制動開關(guān)、輸入喚醒、輸出喚醒等)。設(shè)置CAN、ETH、LIN接口用于通信連接分別傳輸不同的數(shù)據(jù)類型;設(shè)置基礎(chǔ)時(shí)鐘晶振用于上下電時(shí)鐘同步;設(shè)置雙路供電電源用于考慮整車域控整體不會因?yàn)楣╇姽收蠈?dǎo)致的失效。
從上圖可以看出,整車域控從功能角度上講就是一個多維度的準(zhǔn)集中式中央處理單元,不僅需要執(zhí)行包含低階行泊車控制功能,還需要執(zhí)行對整個底盤系統(tǒng)的整體控制,同時(shí)也需要承擔(dān)中央網(wǎng)關(guān)的通信路由轉(zhuǎn)發(fā)等功能。
展開 而對于EV來說,類似的功能則由“整車控制單元VCU(Vehicle Control Unit,也稱為電控單元)”來完成。VCU可以被視作電車的動力總成系統(tǒng)的主控單元,負(fù)責(zé)根據(jù)駕駛員意圖、車輛運(yùn)行狀態(tài)以及整車控制策略,經(jīng)過計(jì)算分析然后給各部件發(fā)出相應(yīng)的控制命令,以實(shí)現(xiàn)電車的高性能安全行駛。因此也有人把VCU比喻成EV的“小腦”。
電機(jī)、電池和電控(也就是俗稱的“三電”系統(tǒng))構(gòu)成了電動汽車的整車控制系統(tǒng)。狹義上的電控就是指整車控制器VCU,但是廣義上的電控系統(tǒng)往往指由電機(jī)、電池和VCU組成的整車控制系統(tǒng)。
1 整車控制系統(tǒng)
整車控制系統(tǒng)按照執(zhí)行任務(wù)的層級可以分為“決策層”、“協(xié)調(diào)層”和“執(zhí)行層”等,這三個層級構(gòu)成了一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。決策層由駕駛員構(gòu)成;整車控制器VCU作為協(xié)調(diào)層根據(jù)車輛實(shí)時(shí)狀態(tài)和決策層的指令對駕駛員的操作目的做出合理判斷;整車控制器VCU將控制指令發(fā)送給執(zhí)行層,由執(zhí)行層執(zhí)行相應(yīng)控制命令。
下圖4-1是一個純電動汽車的典型整車控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
如上圖所示,整車控制系統(tǒng)以電控VCU為核心,通過CAN總線指揮儲能系統(tǒng)、電機(jī)系統(tǒng)等關(guān)鍵的總成部件執(zhí)行相應(yīng)的上下電動作以及扭矩指令,最終完成整車的行駛運(yùn)行。
整個控制系統(tǒng)也分為低壓部分和高壓部分,并由HV-LV DC/DC變換器完成高壓到低壓的轉(zhuǎn)換。低壓部分完成車輛控制器供電和信號采集通訊任務(wù);高壓部分通過高壓線束將動力電池的電能傳輸?shù)娇照{(diào)系統(tǒng)、電機(jī)等高壓供電設(shè)備,實(shí)現(xiàn)動力電能的傳輸。
逆變器(Inverter,也即電機(jī)控制器),是純電汽車動力性能的決定性部件之一。它從整車控制器獲得整車的扭矩需求,從動力電池包獲得電能,經(jīng)過自身逆變器的調(diào)制,獲得控制電機(jī)所需要的電流和電壓,提供給電機(jī),使得電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩滿足滿足整車行駛的需求。
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