Bộ điều khiển ô tô bao gồm hai thành phần chính là phần cứng và phần mềm.Phần mềm và chương trình cốt lõi của nó thường được các nhà sản xuất phát triển, trong khi các nhà cung cấp phụ tùng ô tô có thể cung cấp phần cứng bộ điều khiển phương tiện và trình điều khiển cơ bản.Ở giai đoạn này, các nghiên cứu của nước ngoài về bộ điều khiển xe của xe điện thuần túy chủ yếu tập trung vào xe điện thuần túy dẫn động bằng bánh xe.động cơ.Đối với xe điện thuần túy chỉ có một động cơ thường không được trang bị bộ điều khiển xe mà sử dụng bộ điều khiển động cơ để điều khiển xe.Nhiều công ty lớn của nước ngoài có thể cung cấp các giải pháp điều khiển phương tiện hoàn thiện như Continental, Bosch, Delphi, v.v.
1. Cấu tạo và nguyên lý của bộ điều khiển phương tiện
Hệ thống điều khiển xe của xe điện thuần túy chủ yếu được chia thành hai sơ đồ: điều khiển tập trung và điều khiển phân tán.
Ý tưởng cơ bản của hệ thống điều khiển tập trung là bộ điều khiển phương tiện hoàn thành việc thu thập tín hiệu đầu vào một mình, phân tích và xử lý dữ liệu theo chiến lược điều khiển, sau đó trực tiếp đưa ra các lệnh điều khiển đến từng bộ truyền động để điều khiển hoạt động lái xe bình thường của hệ thống điều khiển tập trung. xe điện thuần túy.Ưu điểm của hệ thống điều khiển tập trung là xử lý tập trung, phản hồi nhanh và chi phí thấp;Nhược điểm là mạch phức tạp và không dễ tản nhiệt.
Ý tưởng cơ bản của hệ thống điều khiển phân tán là bộ điều khiển phương tiện thu thập một số tín hiệu của người lái và liên lạc với bộ điều khiển động cơ và hệ thống quản lý pin thông qua bus CAN.Bộ điều khiển động cơ và hệ thống quản lý pin lần lượt thu thập tín hiệu của xe thông qua bus CAN.được chuyển tới người điều khiển phương tiện.Bộ điều khiển phương tiện phân tích và xử lý dữ liệu theo thông tin phương tiện và kết hợp với chiến lược điều khiển.Sau khi bộ điều khiển động cơ và hệ thống quản lý pin nhận được lệnh điều khiển, chúng sẽ điều khiển hoạt động của động cơ và xả pin theo thông tin trạng thái hiện tại của động cơ và pin.Ưu điểm của hệ thống điều khiển phân tán là tính mô đun và độ phức tạp thấp;nhược điểm là chi phí tương đối cao.
Sơ đồ nguyên lý của một hệ thống điều khiển phương tiện phân tán điển hình được thể hiện trong hình dưới đây.Lớp trên cùng của hệ thống điều khiển phương tiện là bộ điều khiển phương tiện.Bộ điều khiển xe nhận thông tin của bộ điều khiển động cơ và hệ thống quản lý pin thông qua bus CAN, đồng thời cung cấp thông tin cho bộ điều khiển động cơ và pin.Hệ thống quản lý và hệ thống hiển thị thông tin trên xe gửi lệnh điều khiển.Bộ điều khiển động cơ và hệ thống quản lý pin lần lượt chịu trách nhiệm giám sát và quản lý động cơ truyền động và pin điện.gói và hệ thống hiển thị thông tin trên xe được sử dụng để hiển thị thông tin trạng thái hiện tại của xe.
Sơ đồ hệ thống điều khiển phương tiện phân tán điển hình
Hình dưới đây thể hiện nguyên lý cấu tạo của bộ điều khiển xe điện thuần túy do một công ty phát triển.Mạch phần cứng của bộ điều khiển xe bao gồm các mô-đun như vi điều khiển, điều hòa số lượng công tắc, điều hòa số lượng analog, truyền động rơle, giao diện bus CAN tốc độ cao và ắc quy nguồn..
Sơ đồ cấu tạo của bộ điều khiển xe điện thuần túy do một công ty phát triển
(1) Mô-đun vi điều khiển Mô-đun vi điều khiển là cốt lõi của bộ điều khiển xe.Xem xét chức năng của bộ điều khiển xe điện thuần túy và môi trường hoạt động bên ngoài của nó, mô-đun vi điều khiển phải có hiệu suất xử lý dữ liệu tốc độ cao, phong phú Các đặc tính của giao diện phần cứng, chi phí thấp và độ tin cậy cao.
(2) Mô-đun điều hòa số lượng công tắc Mô-đun điều hòa số lượng công tắc được sử dụng để chuyển đổi mức và định hình đại lượng đầu vào công tắc, một đầu của mô-đun này được kết nối với nhiều cảm biến số lượng công tắcvà đầu còn lại được kết nối với vi điều khiển.
(3) Mô-đun điều hòa tương tự Mô-đun điều hòa tương tự được sử dụng để thu thập các tín hiệu tương tự của bàn đạp ga và bàn đạp phanh rồi gửi chúng đến bộ vi điều khiển.
(4) Mô-đun điều khiển rơle Mô-đun điều khiển rơle được sử dụng để điều khiển nhiều rơle, một đầu của chúng được kết nối với vi điều khiển thông qua bộ cách ly quang điện tử và đầu còn lại được kết nối với nhiều rơle.
(5) Mô-đun giao diện bus CAN tốc độ cao Mô-đun giao diện bus CAN tốc độ cao được sử dụng để cung cấp giao diện bus CAN tốc độ cao, một đầu được kết nối với vi điều khiển thông qua bộ cách ly quang điện tử và đầu còn lại được kết nối tới hệ thống CAN bus tốc độ cao.
(6) Mô-đun cấp nguồn Mô-đun cấp nguồn cung cấp nguồn điện cách ly cho bộ vi xử lý và từng mô-đun đầu vào và đầu ra, giám sát điện áp pin và được kết nối với bộ vi điều khiển.
Bộ điều khiển phương tiện quản lý, điều phối và giám sát tất cả các khía cạnh của chuỗi điện xe điện để nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng của phương tiện và đảm bảo an toàn và tin cậy.Bộ điều khiển phương tiện thu thập tín hiệu lái xe của người lái, lấy thông tin liên quan của động cơ truyền động và hệ thống ắc quy thông qua bus CAN, phân tích và tính toán, đồng thời đưa ra hướng dẫn điều khiển động cơ và quản lý ắc quy thông qua bus CAN để thực hiện điều khiển truyền động xe và kiểm soát tối ưu hóa năng lượng.và điều khiển phục hồi năng lượng phanh.Bộ điều khiển xe còn có chức năng giao diện thiết bị toàn diện, có thể hiển thị thông tin trạng thái xe;nó có chức năng chẩn đoán và xử lý lỗi hoàn chỉnh;nó có cổng xe và chức năng quản lý mạng.
2. Chức năng cơ bản của bộ điều khiển xe
Bộ điều khiển phương tiện thu thập thông tin lái xe như tín hiệu bàn đạp ga, tín hiệu bàn đạp phanh và tín hiệu chuyển số, đồng thời nhận dữ liệu được gửi bởi bộ điều khiển động cơ và hệ thống quản lý pin trên bus CAN và phân tích thông tin kết hợp với chiến lược điều khiển phương tiện. và phán đoán, trích xuất ý định lái xe của người lái xe và thông tin trạng thái xe đang chạy, và cuối cùng gửi lệnh qua xe buýt CAN để kiểm soát công việc của từng bộ điều khiển thành phần nhằm đảm bảo xe hoạt động bình thường.Bộ điều khiển xe phải có các chức năng cơ bản sau.
(1) Chức năng điều khiển dẫn động của xe Động cơ dẫn động của xe điện phải tạo ra mômen dẫn động hoặc phanh theo ý định của người lái xe.Khi người lái nhấn bàn đạp ga hoặc bàn đạp phanh, động cơ truyền động cần tạo ra một công suất truyền động nhất định hoặc công suất phanh tái tạo.Độ mở bàn đạp càng lớn thì công suất đầu ra của động cơ dẫn động càng lớn.Vì vậy, người điều khiển phương tiện cần giải thích hợp lý thao tác của người lái xe;nhận thông tin phản hồi từ các hệ thống con của xe để đưa ra phản hồi ra quyết định cho người lái xe;và gửi lệnh điều khiển đến các hệ thống con của xe để xe có thể vận hành bình thường.
(2) Quản lý mạng toàn bộ phương tiện Bộ điều khiển phương tiện là một trong nhiều bộ điều khiển của xe điện và là một nút trong bus CAN.Trong quản lý mạng phương tiện, người điều khiển phương tiện là trung tâm kiểm soát thông tin, chịu trách nhiệm tổ chức và truyền thông tin, giám sát trạng thái mạng, quản lý nút mạng cũng như chẩn đoán và xử lý lỗi mạng.
(3) Thu hồi năng lượng phanh Đặc điểm quan trọng của xe điện thuần túy khác với xe động cơ đốt trong là có thể thu hồi năng lượng phanh.Điều này đạt được bằng cách vận hành động cơ của xe điện thuần túy ở trạng thái phanh tái tạo.Việc phân tích bộ điều khiển xe Ý định phanh của người lái xe, trạng thái nguồn điện và thông tin trạng thái động cơ dẫn động, kết hợp với chiến lược điều khiển phục hồi năng lượng phanh, gửi lệnh chế độ động cơ và lệnh mô-men xoắn đến bộ điều khiển động cơ trong điều kiện phục hồi năng lượng phanh, do đó rằng bộ truyền động Động cơ hoạt động ở chế độ phát điện và năng lượng thu được từ phanh điện sẽ được lưu trữ trong bộ pin nguồn mà không ảnh hưởng đến hiệu suất phanh, để thực hiện việc phục hồi năng lượng phanh.
(4) Quản lý và tối ưu hóa năng lượng của xe Ở xe điện thuần túy, ắc quy không chỉ cung cấp năng lượng cho động cơ truyền động mà còn cung cấp năng lượng cho các phụ kiện điện.Vì vậy, để đạt được quãng đường di chuyển tối đa, người điều khiển phương tiện sẽ chịu trách nhiệm cung cấp điện cho toàn bộ phương tiện.Quản lý năng lượng để cải thiện việc sử dụng năng lượng.Khi giá trị SOC của ắc quy tương đối thấp, bộ điều khiển xe sẽ gửi lệnh đến một số phụ kiện điện nhằm hạn chế công suất đầu ra của phụ kiện điện nhằm tăng phạm vi lái xe.
(5) Giám sát và hiển thị trạng thái xe Các thông tin như nguồn điện, tổng điện áp, điện áp di động, nhiệt độ ắc quy và lỗi, sau đó gửi những thông tin thời gian thực này đến hệ thống hiển thị thông tin xe thông qua bus CAN để hiển thị.Ngoài ra, bộ điều khiển phương tiện thường xuyên phát hiện hoạt động giao tiếp của từng mô-đun trên bus CAN.Nếu phát hiện một nút trên xe buýt không thể liên lạc bình thường, nó sẽ hiển thị thông tin lỗi trên hệ thống hiển thị thông tin của xe và thực hiện các biện pháp hợp lý đối với các tình huống khẩn cấp tương ứng.xử lý để ngăn chặn sự xuất hiện của các điều kiện khắc nghiệt, để người lái xe có thể lấy trực tiếp và chính xác thông tin trạng thái vận hành hiện tại của xe.
(6) Chẩn đoán và xử lý lỗi Liên tục giám sát hệ thống điều khiển điện tử của xe để chẩn đoán lỗi.Đèn báo lỗi cho biết loại lỗi và một số mã lỗi.Theo nội dung lỗi, kịp thời thực hiện xử lý bảo vệ an toàn tương ứng.Đối với những lỗi ít nghiêm trọng hơn, có thể lái xe với tốc độ thấp đến trạm bảo trì gần đó để bảo trì.
(7) Quản lý sạc bên ngoài thực hiện kết nối sạc, theo dõi quá trình sạc, báo cáo trạng thái sạc và kết thúc quá trình sạc.
(8) Chẩn đoán trực tuyến và phát hiện ngoại tuyến của thiết bị chẩn đoán chịu trách nhiệm kết nối và liên lạc chẩn đoán với thiết bị chẩn đoán bên ngoài và thực hiện các dịch vụ chẩn đoán UDS, bao gồm đọc luồng dữ liệu, đọc và xóa mã lỗi và gỡ lỗi các cổng điều khiển .
Hình dưới đây là một ví dụ về bộ điều khiển xe điện thuần túy.Nó xác định ý định của người lái xe bằng cách thu thập các tín hiệu điều khiển trong quá trình lái xe và sạc pin, quản lý và lập lịch cho thiết bị điều khiển điện tử của xe thông qua bus CAN và sử dụng các mô hình khác nhau cho các mẫu xe khác nhau.Chiến lược điều khiển để hiện thực hóa việc điều khiển lái xe, kiểm soát tối ưu hóa năng lượng, kiểm soát phục hồi năng lượng phanh và quản lý mạng.Bộ điều khiển phương tiện áp dụng các công nghệ như máy vi tính, ổ điện thông minh và bus CAN, đồng thời có các đặc tính đáp ứng động tốt, độ chính xác lấy mẫu cao, khả năng chống nhiễu mạnh và độ tin cậy tốt.
Ví dụ về bộ điều khiển xe điện thuần túy
3. Yêu cầu thiết kế bộ điều khiển phương tiện
Các cảm biến gửi tín hiệu trực tiếp đến bộ điều khiển xe bao gồm cảm biến bàn đạp ga, cảm biến bàn đạp phanh và công tắc số, trong đó cảm biến bàn đạp ga và cảm biến bàn đạp phanh xuất ra tín hiệu analog, còn tín hiệu đầu ra của công tắc số là tín hiệu chuyển số.Bộ điều khiển xe gián tiếp điều khiển hoạt động của động cơ truyền động cũng như việc sạc và xả ắc quy điện bằng cách gửi lệnh đến bộ điều khiển động cơ và hệ thống quản lý ắc quy, đồng thời thực hiện việc bật mô-đun trên xe bằng cách điều khiển rơle chính .
Theo thành phần của mạng điều khiển phương tiện và phân tích tín hiệu đầu vào và đầu ra của bộ điều khiển phương tiện, bộ điều khiển phương tiện phải đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật sau.
① Khi thiết kế mạch phần cứng, cần xem xét đầy đủ môi trường lái xe của xe điện, chú ý đến khả năng tương thích điện từ và cải thiện khả năng chống nhiễu.Người điều khiển phương tiện phải có khả năng tự bảo vệ nhất định về phần mềm và phần cứng để ngăn chặn các tình huống nghiêm trọng xảy ra.
② Bộ điều khiển xe cần có đủ giao diện I/O để có thể thu thập nhanh chóng và chính xác các thông tin đầu vào khác nhau và ít nhất hai kênh chuyển đổi A/D để thu thập tín hiệu bàn đạp ga và tín hiệu bàn đạp phanh.Kênh đầu vào kỹ thuật số được sử dụng để thu thập tín hiệu bánh răng của xe và cần có nhiều kênh đầu ra tín hiệu truyền động điện để điều khiển rơle xe.
③ Bộ điều khiển phương tiện phải có nhiều giao diện liên lạc.Giao diện truyền thông CAN được sử dụng để liên lạc với bộ điều khiển động cơ, hệ thống quản lý ắc quy và hệ thống hiển thị thông tin của xe.Giao diện truyền thông RS232 được sử dụng để liên lạc với máy tính chủ và giao diện truyền thông RS-485 được dành riêng.Giao diện truyền thông /422, có thể tương thích với các thiết bị không hỗ trợ giao tiếp CAN, chẳng hạn như một số mẫu màn hình cảm ứng trên ô tô.
④ Trong các điều kiện đường khác nhau, ô tô sẽ gặp phải những va chạm và rung lắc khác nhau.Bộ điều khiển xe phải có khả năng chống sốc tốt để đảm bảo độ tin cậy và an toàn cho xe.
Thời gian đăng: Nov-09-2022