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混合動力電動汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)剖析

www.diaoyou.cc 來源：中國電子報　　　電動車商情網(wǎng) 作者：俠名類別：電動車維修時間：2004-11-13

與常規(guī)汽車相比，節(jié)能與環(huán)保性能突出的混合動力電動汽車具有更為復(fù)雜的綜合機(jī)電系統(tǒng)，其增加的電機(jī)輔助動力源使汽車控制系統(tǒng)的任務(wù)量和交互的信息量大增，很多信息需具有較強(qiáng)的實(shí)時性，以便及時地反映和控制車的運(yùn)行狀態(tài)。因此，國內(nèi)外在對混合動力電動汽車的開發(fā)研究和產(chǎn)業(yè)化中，都將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為重要的支撐和應(yīng)用技術(shù)。四個基本子網(wǎng)組成混合動力電動汽車網(wǎng)絡(luò)體系從功能上來看，混合動力電動汽車網(wǎng)絡(luò)由四個基本子網(wǎng)組成—— —車身控制系統(tǒng)子網(wǎng)、安全系統(tǒng)子網(wǎng)、多媒體信息子網(wǎng)和動力系統(tǒng)子網(wǎng)。由于任務(wù)不同，它們分別采用了不同的通信協(xié)議，各子網(wǎng)之間通過信息傳遞實(shí)現(xiàn)資源共享。此外，各子網(wǎng)絡(luò)有時采用相同的底層協(xié)議，由于要求不同，考慮到經(jīng)濟(jì)性、可靠性等因素，常采用不同的傳輸速率。在同一個子網(wǎng)中，為了優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的性能，減少網(wǎng)絡(luò)的負(fù)荷，又可將一個子網(wǎng)劃分為若干個網(wǎng)段，各子網(wǎng)及各網(wǎng)段間是通過網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)連接的。對應(yīng)于網(wǎng)絡(luò)互連ECU所起的作用不同，網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)可以分為四種：中繼器互連技術(shù)、網(wǎng)橋互連技術(shù)、路由器互連技術(shù)、網(wǎng)關(guān)互連技術(shù)。混合動力汽車的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系如圖1所示�？紤]到各子網(wǎng)間的信息交換，設(shè)置了三個網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，電子組合儀表單元作為動力系統(tǒng)子網(wǎng)與車身系統(tǒng)子網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)；多媒體與導(dǎo)航監(jiān)控系統(tǒng)作為多媒體子網(wǎng)與車身子網(wǎng)間的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)；安全子網(wǎng)中央控制單元作為安全子網(wǎng)與車身子網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。通過這些網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)各子網(wǎng)間的信息交換。在該結(jié)構(gòu)體系中，為x-by-wire技術(shù)的應(yīng)用留下了擴(kuò)展的空間。這樣既保證了車身與動力系統(tǒng)子網(wǎng)的相對長期的穩(wěn)定性，又為線傳電控技術(shù)發(fā)展對網(wǎng)絡(luò)控制的需求提供了進(jìn)一步的拓展空間。四個基本子網(wǎng)實(shí)施布局 ◆　車身控制系統(tǒng)子網(wǎng) 一個比較完整的車身電子系統(tǒng)分布式總線控制網(wǎng)絡(luò)，車身控制系統(tǒng)可包括兩個車門控制器(用于車門自動開關(guān)、門鎖的獨(dú)立和集中控制)、后視鏡的調(diào)節(jié)控制、后行李箱遠(yuǎn)程集中控制、電子組合儀表控制器、防盜系統(tǒng)控制器、車燈控制器及雨刷控制器等。車身電子系統(tǒng)控制以舒適性為目的，對可靠性和實(shí)時性無特殊要求，相反要求系統(tǒng)合理、簡單、經(jīng)濟(jì)，以降低整車造價。它的總線傳輸速率通常都在125Kb/s以下，總線訪問方式為周期觸發(fā)與事件觸發(fā)混合使用。在采用周期觸發(fā)時，觸發(fā)周期通常在20ms-50ms即可，因此均可采用傳輸速率較低的B類網(wǎng)協(xié)議。由于車身控制需要某些車輛運(yùn)行與控制信息，從資源共享的角度，需要與動力系統(tǒng)通信。例如門鎖鎖死在操作時需要車速信號；總線的休眠與喚醒需要點(diǎn)火開關(guān)信號等等。在這些情況下，可以將電子組合儀表ECU作為動力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)與車身系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)。 ◆　安全系統(tǒng)子網(wǎng) 這里的安全系統(tǒng)是指被動安全系統(tǒng)，即安全氣囊與安全帶的分布式控制。安全子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)由三條總線組成，中央控制單元同時作為三條總線的主控節(jié)點(diǎn)，分別與碰撞傳感器、安全帶扣傳感器、安全帶張緊裝置、安全氣囊點(diǎn)火爆發(fā)裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，并實(shí)施控制。為了避免其他無關(guān)的信息可能造成的干擾，安全系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)自成一個獨(dú)立的分布式控制系統(tǒng)。有關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)的監(jiān)控信息，需傳送到系統(tǒng)外部，也即安全系統(tǒng)需要有一個節(jié)點(diǎn)作為網(wǎng)關(guān)與車身系統(tǒng)互聯(lián)，安全系統(tǒng)中央控制單元是最為理想的一個網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。 ◆　多媒體信息子網(wǎng) 多媒體通信網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)是數(shù)字化的音頻、視頻和無線電通信裝置，如CD、音像系統(tǒng)、移動電話、語音識別系統(tǒng)、緊急呼救系統(tǒng)和GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)。隨著智能交通技術(shù)、遠(yuǎn)程診斷和遠(yuǎn)程服務(wù)技術(shù)的發(fā)展，這類網(wǎng)絡(luò)在公交車中將會獲得較大發(fā)展。多媒體通信子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)對通信速率要求較高(10Mb/s左右)，同時須要支持同步和異步傳輸方式，傳輸介質(zhì)一般采用光纖。由于介質(zhì)的限制，這種網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用環(huán)形的點(diǎn)-點(diǎn)互聯(lián)，目前支持多媒體網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議有D2B和MOST。 ◆　動力系統(tǒng)子網(wǎng) 混合動力電動車采用復(fù)合動力源提供動力，能量的平衡控制比較復(fù)雜，可將駕駛操作命令的解釋與能量平衡控制在結(jié)構(gòu)上分為兩級進(jìn)行。對駕駛操作命令的解釋由車輛管理器來負(fù)責(zé)，它位于最上層；而對能量平衡控制由能量管理器來實(shí)現(xiàn)，它位于第二層；而對動力裝置的具體控制則由專門的電控單元具體實(shí)施，它們位于最下層。這樣做可使控制的層次更加清晰，便于問題的分析。也就是說，對發(fā)動機(jī)、離合器、電機(jī)驅(qū)動器、自動變速箱(AMT)、動力蓄電池和再生制動發(fā)電機(jī)的控制，主要由能量管理器負(fù)責(zé)；車輛管理器則主要負(fù)責(zé)對駕駛操作命令進(jìn)行解釋和從駕駛操作的層次上對車內(nèi)電源裝置進(jìn)行管理。這也意味著，與車輛動力系統(tǒng)控制相關(guān)的絕大部分信息數(shù)據(jù)只在能量管理器內(nèi)部傳遞，只有和各子系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)有關(guān)的重要信息才由能量管理器上傳至車輛管理器，進(jìn)而通過車輛管理系統(tǒng)中的儀表指示器提供給駕駛員進(jìn)行駕駛參考。防抱死制動系統(tǒng)(ABS)已經(jīng)成為提高車輛主動安全性的重要裝備。而在電動汽車中，由于再生回饋制動的使用，則必須考慮與傳統(tǒng)機(jī)械制動的綜合協(xié)調(diào)控制，即機(jī)械制動+再生回饋制動+ABS的綜合制動控制，可將其納入動力系統(tǒng)子網(wǎng)中，由能量管理器來控制。 ◆　相關(guān)鏈接　四類汽車網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn) 自20世紀(jì)80年代以來，各大國際知名汽車公司紛紛投資，致力于汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究及應(yīng)用。迄今為止，已逐步形成多種汽車網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。 20世紀(jì)80年代美國汽車工程協(xié)會(SAE)根據(jù)功能將汽車網(wǎng)絡(luò)分為A、B、C、D四類。A類是面向傳感器、執(zhí)行器控制的低速網(wǎng)絡(luò)(如LIN協(xié)議)，數(shù)據(jù)傳輸位速率通常小于10Kb/s，主要用于后視鏡調(diào)整、電動窗等控制。B類是面向獨(dú)立模塊間數(shù)據(jù)共享的中速網(wǎng)絡(luò)，位速率一般在10Kb/s到125Kb/s之間，主要應(yīng)用于車身電子舒適性模塊、儀表顯示等系統(tǒng)。C類是面向高速(High Speed)、實(shí)時閉環(huán)控制的多路傳輸網(wǎng)，位速率在125Kb/s到1Mb/s之間，主要用于牽引控制、先進(jìn)發(fā)動機(jī)控制、防抱死控制等系統(tǒng)。D類是面向多媒體應(yīng)用、高速(High Speed)信息流傳輸?shù)母咝阅芫W(wǎng)絡(luò)協(xié)議(如MOST協(xié)議)，位速率一般在2Mb/s 以上，主要用于CD播放機(jī)、VCD/DVD播放機(jī)、液晶顯示等系統(tǒng)。（耿聰劉溧）