車両コントローラには、ハードウェアとソフトウェアという 2 つの主要なコンポーネントが含まれています。その中核となるソフトウェアとプログラムは通常、メーカーによって開発されますが、自動車部品サプライヤーは車両コントローラー ハードウェアと基盤となるドライバーを提供できます。現段階では、純粋な電気自動車の車両コントローラーに関する海外の研究は、主にインホイール駆動の純粋な電気自動車に焦点を当てています。モーター。モーターが 1 つだけ搭載された純粋な電気自動車の場合、通常は車両コントローラーは装備されていませんが、モーター コントローラーは車両の制御に使用されます。多くの大手外国企業は、Continental、Bosch、Delphi など、成熟した車両コントローラー ソリューションを提供できます。
1. 車両制御装置の構成と原理
純粋な電気自動車の車両制御システムは、主に集中制御と分散制御の 2 つの方式に分けられます。
集中制御システムの基本的な考え方は、車両コントローラが単独で入力信号の収集を完了し、制御戦略に従ってデータを分析および処理し、各アクチュエータに直接制御コマンドを発行して車両の通常の運転を駆動するというものです。純粋な電気自動車。集中制御システムの利点は、集中処理、高速応答、低コストです。欠点は回路が複雑で放熱が難しいことです。
分散制御システムの基本的な考え方は、車両コントローラーがドライバー信号を収集し、CAN バスを介してモーター コントローラーおよびバッテリー管理システムと通信するというものです。モーター コントローラーとバッテリー管理システムは、それぞれ CAN バスを通じて車両信号を収集します。車両のコントローラーに渡されます。車両コントローラは、車両情報に従ってデータを分析および処理し、制御戦略と組み合わせます。モーターコントローラーとバッテリー管理システムは制御コマンドを受信すると、モーターとバッテリーの現在の状態情報に従ってモーターの動作とバッテリーの放電を制御します。分散制御システムの利点は、モジュール性と複雑さの低さです。欠点は比較的コストが高いことです。
典型的な分散型車両制御システムの概略図を次の図に示します。車両制御システムの最上位層は車両コントローラーです。車両コントローラーは、CAN バスを介してモーター コントローラーとバッテリー管理システムの情報を受信し、モーター コントローラーとバッテリーに情報を提供します。管理システムと車載情報表示システムは制御コマンドを送信します。モーターコントローラーとバッテリー管理システムは、それぞれ駆動モーターと動力バッテリーの監視と管理を担当します。車載情報表示システムは、車両の現在の状態情報を表示するために使用されます。
典型的な分散型車両制御システムの概略図
下図は、ある企業が開発した純電気自動車用コントローラの構成原理を示したものです。車両コントローラーのハードウェア回路には、マイクロコントローラー、スイッチ数量調整、アナログ数量調整、リレー駆動、高速 CAN バス インターフェイス、電源バッテリーなどのモジュールが含まれます。。
ある企業が開発した純電気自動車の車両コントローラーの構成概略図
(1) マイクロコントローラモジュール マイクロコントローラモジュールは、車両コントローラの中核となるモジュールです。純粋な電気自動車の車両コントローラの機能とその動作の外部環境を考慮すると、マイクロコントローラモジュールは高速データ処理性能、豊富なハードウェアインターフェース特性、低コスト、高信頼性を備えている必要があります。
(2) スイッチ量調整モジュール スイッチ量調整モジュールは、スイッチ入力量のレベル変換と整形に使用され、その一端には複数のスイッチ量センサが接続されています。、もう一方の端はマイクロコントローラーに接続されています。
(3) アナログ コンディショニング モジュール アナログ コンディショニング モジュールは、アクセル ペダルとブレーキ ペダルのアナログ信号を収集し、マイコンに送信するために使用されます。
(4) リレー駆動モジュール リレー駆動モジュールは複数のリレーを駆動するために使用され、一端は光電アイソレータを介してマイコンに接続され、他端は複数のリレーに接続されます。
(5) 高速 CAN バス インターフェイス モジュール 高速 CAN バス インターフェイス モジュールは、高速 CAN バス インターフェイスを提供するために使用されます。その一端は光電子アイソレータを介してマイクロコントローラーに接続され、もう一端は光電子アイソレータを介してマイクロコントローラーに接続されます。システムの高速CANバスに接続します。
(6) 電源モジュール 電源モジュールは、マイコンおよび各入出力モジュールに絶縁電源を供給し、バッテリ電圧を監視し、マイコンに接続されます。
車両コントローラーは、電気自動車のパワーチェーンのあらゆる側面を管理、調整、監視して、車両のエネルギー利用効率を向上させ、安全性と信頼性を確保します。車両コントローラは、ドライバーの運転信号を収集し、CANバスを介して駆動モーターや駆動用バッテリーシステムの関連情報を取得し、分析・計算し、CANバスを介してモーター制御やバッテリー管理に指示を与えることで、車両の駆動制御とバッテリー管理を実現します。エネルギー最適化制御。そしてブレーキエネルギー回生制御。車両コントローラには、車両ステータス情報を表示できる包括的な計器インターフェース機能もあります。完全な障害診断および処理機能を備えています。車両ゲートウェイとネットワーク管理機能を備えています。
2. 車両コントローラの基本機能
車両コントローラーは、アクセルペダル信号、ブレーキペダル信号、ギアスイッチ信号などの運転情報を収集し、同時にモーターコントローラーやバッテリー管理システムからCANバス上で送信されたデータを受信し、車両制御戦略と組み合わせて情報を分析します。ドライバーの運転意図と車両の走行状態情報を抽出し、最終的にCANバスを介してコマンドを送信して各コンポーネントのコントローラーの動作を制御し、車両の正常な運転を保証します。車両コントローラには以下の基本機能が必要です。
(1) 車両の駆動を制御する機能 電気自動車の駆動モーターは、ドライバーの意図に応じて駆動トルクや制動トルクを出力する必要があります。運転者がアクセルペダルやブレーキペダルを踏み込むと、駆動モータは一定の駆動力や回生制動力を出力する必要がある。ペダル開度が大きくなるほど、駆動モーターの出力も大きくなります。したがって、車両制御装置はドライバーの操作を合理的に説明する必要があります。車両のサブシステムからフィードバック情報を受信し、ドライバーに意思決定のフィードバックを提供します。車両の通常の運転を実現するために車両のサブシステムに制御コマンドを送信します。
(2) 車両全体のネットワーク管理 車両コントローラは、電気自動車の多数のコントローラの 1 つであり、CAN バスのノードです。車両ネットワーク管理において、車両コントローラは情報制御の中心であり、情報の編成と送信、ネットワーク状態の監視、ネットワーク ノードの管理、およびネットワーク障害の診断と処理を担当します。
(3) 制動エネルギーの回収 純電気自動車が内燃機関車と異なる大きな特徴は、制動エネルギーを回収できることです。これは、純粋な電気自動車のモーターを回生ブレーキ状態で動作させることによって実現されます。車両コントローラの分析 ドライバーのブレーキの意図、パワーバッテリーパックの状態、および駆動モーターの状態情報を、ブレーキエネルギー回生制御戦略と組み合わせて、ブレーキエネルギー回生の条件下でモーターモードコマンドとトルクコマンドをモーターコントローラーに送信します。モーターは発電モードで動作し、電気ブレーキによって回収されたエネルギーはブレーキ性能に影響を与えることなくパワーバッテリーパックに保存され、ブレーキエネルギーの回収を実現します。
(4) 車両エネルギーの管理と最適化 純粋な電気自動車では、パワーバッテリーは駆動モーターに電力を供給するだけでなく、電気アクセサリにも電力を供給します。したがって、最大の航続距離を得るために、車両コントローラーは車両全体の電源を担当することになります。エネルギー利用を改善するためのエネルギー管理。バッテリーの SOC 値が比較的低い場合、車両コントローラーは一部の電気アクセサリにコマンドを送信し、電気アクセサリの出力を制限して走行距離を延ばします。
(5) 車両状態の監視と表示 電力、総電圧、セル電圧、バッテリー温度、故障などの情報をリアルタイムで車両情報表示システムに CAN バス経由で送信し、表示します。さらに、車両コントローラーは CAN バス上の各モジュールの通信を定期的に検出します。バス上のノードが正常に通信できないと判断した場合には、車両情報表示システムに障害情報を表示し、緊急事態に備えた適切な措置を講じます。極端な状況の発生を防ぐための処理により、ドライバーは車両の現在の動作状態情報を直接かつ正確に取得できます。
(6) 故障診断と処理 故障診断のために車両電子制御システムを継続的に監視します。障害インジケーターは、障害カテゴリといくつかの障害コードを示します。障害内容に応じて、対応する安全保護処理をタイムリーに実行します。それほど深刻でない障害の場合は、メンテナンスのために近くのメンテナンス ステーションまで低速で走行することができます。
(7) 外部充電管理は、充電の接続を実現し、充電プロセスを監視し、充電状態を報告し、充電を終了します。
(8) 診断装置のオンライン診断とオフライン検出は、外部診断装置との接続と診断通信を担当し、データ ストリームの読み取り、障害コードの読み取りとクリア、制御ポートのデバッグを含む UDS 診断サービスを実現します。 。
以下の図は、純粋な電気自動車の車両コントローラーの例です。走行中や充電中の制御信号を収集することでドライバーの意図を判断し、CANバスを通じて車両の電子制御機器を管理・スケジュール設定し、車種ごとに使い分ける。車両駆動制御、エネルギー最適化制御、制動エネルギー回収制御、ネットワーク管理を実現する制御戦略。車両コントローラは、マイクロコンピュータ、インテリジェントパワードライブ、CANバスなどの技術を採用しており、優れた動的応答、高いサンプリング精度、強力な抗干渉能力、優れた信頼性という特徴を備えています。
純粋な電気自動車の車両コントローラの例
3. 車両コントローラの設計要件
車両コントローラに信号を直接送信するセンサには、アクセルペダルセンサ、ブレーキペダルセンサ、ギアスイッチが含まれ、アクセルペダルセンサとブレーキペダルセンサはアナログ信号を出力し、ギアスイッチの出力信号はスイッチ信号である。車両コントローラは、モータコントローラやバッテリマネジメントシステムに指令を送信することで駆動モータの動作や動力バッテリの充放電を間接的に制御し、メインリレーを制御することで車載モジュールのオンオフを実現します。 。
車両制御ネットワークの構成と車両コントローラの入出力信号の分析に応じて、車両コントローラは次の技術要件を満たす必要があります。
① ハードウェア回路を設計する際には、電気自動車の走行環境を十分に考慮し、電磁適合性に注意を払い、耐干渉能力を向上させる必要があります。車両コントローラは、極端な状況の発生を防ぐために、ソフトウェアおよびハードウェアに一定の自己保護機能を備えている必要があります。
② 車両コントローラには、さまざまな入力情報を迅速かつ正確に収集できる十分な I/O インターフェイスと、アクセルペダル信号とブレーキペダル信号を収集するための少なくとも 2 つの A/D 変換チャネルが必要です。デジタル入力チャネルは車両のギア信号を収集するために使用され、車両リレーを駆動するために複数のパワードライブ信号出力チャネルが必要です。
③ 車両コントローラは各種通信インターフェースを備える必要がある。CAN 通信インターフェイスは、モーター コントローラー、バッテリー管理システム、車両情報表示システムとの通信に使用されます。RS232 通信インターフェイスはホスト コンピュータとの通信に使用され、RS-485 通信インターフェイスは予約されています。/422 通信インターフェイス。一部のモデルの車のタッチ スクリーンなど、CAN 通信をサポートしていないデバイスと互換性があります。
④ 道路状況が異なると、車はさまざまな衝撃や振動に遭遇します。車の信頼性と安全性を確保するために、車両コントローラーは優れた耐衝撃性を備えている必要があります。
投稿時間: 2022 年 11 月 9 日