与常规汽车相比,节能与环保性能突出的混合动力电动汽车具有更为复杂的综合机电系统,其增加的电机辅助动力源使汽车控制系统的任务量和交互的信息量大增,很多信息需具有较强的实时性,以便及时地反映和控制车的运行状态。因此,国内外在对混合动力电动汽车的开发研究和产业化中,都将网络技术作为重要的支撑和应用技术。
四个基本子网组成混合动力电动汽车网络体系从功能上来看,混合动力电动汽车网络由四个基本子网组成——
—车身控制系统子网、安全系统子网、多媒体信息子网和动力系统子网。由于任务不同,它们分别采用了不同的通信协议,各子网之间通过信息传递实现资源共享。此外,各子网络有时采用相同的底层协议,由于要求不同,考虑到经济性、可靠性等因素,常采用不同的传输速率。
在同一个子网中,为了优化网络的性能,减少网络的负荷,又可将一个子网划分为若干个网段,各子网及各网段间是通过网络互连技术连接的。对应于网络互连ECU所起的作用不同,网络互连技术可以分为四种:中继器互连技术、网桥互连技术、路由器互连技术、网关互连技术。
混合动力汽车的网络结构体系如图1所示。考虑到各子网间的信息交换,设置了三个网关节点,电子组合仪表单元作为动力系统子网与车身系统子网的网关节点;多媒体与导航监控系统作为多媒体子网与车身子网间的网关节点;安全子网中央控制单元作为安全子网与车身子网的网关节点。通过这些网关节点,可以实现各子网间的信息交换。
在该结构体系中,为x-by-wire技术的应用留下了扩展的空间。这样既保证了车身与动力系统子网的相对长期的稳定性,又为线传电控技术发展对网络控制的需求提供了进一步的拓展空间。
四个基本子网实施布局
◆ 车身控制系统子网
一个比较完整的车身电子系统分布式总线控制网络,车身控制系统可包括两个车门控制器(用于车门自动开关、门锁的独立和集中控制)、后视镜的调节控制、后行李箱远程集中控制、电子组合仪表控制器、防盗系统控制器、车灯控制器及雨刷控制器等。
车身电子系统控制以舒适性为目的,对可靠性和实时性无特殊要求,相反要求系统合理、简单、经济,以降低整车造价。它的总线传输速率通常都在125Kb/s以下,总线访问方式为周期触发与事件触发混合使用。在采用周期触发时,触发周期通常在20ms-50ms即可,因此均可采用传输速率较低的B类网协议。
由于车身控制需要某些车辆运行与控制信息,从资源共享的角度,需要与动力系统通信。例如门锁锁死在操作时需要车速信号;总线的休眠与唤醒需要点火开关信号等等。在这些情况下,可以将电子组合仪表ECU作为动力系统网络与车身系统网络的网关。
◆ 安全系统子网
这里的安全系统是指被动安全系统,即安全气囊与安全带的分布式控制。安全子系统网络由三条总线组成,中央控制单元同时作为三条总线的主控节点,分别与碰撞传感器、安全带扣传感器、安全带张紧装置、安全气囊点火爆发装置进行数据通信,并实施控制。为了避免其他无关的信息可能造成的干扰,安全系统网络自成一个独立的分布式控制系统。
有关系统进行状态的监控信息,需传送到系统外部,也即安全系统需要有一个节点作为网关与车身系统互联,安全系统中央控制单元是最为理想的一个网关节点。
◆ 多媒体信息子网
多媒体通信网络的节点是数字化的音频、视频和无线电通信装置,如CD、音像系统、移动电话、语音识别系统、紧急呼救系统和GPS卫星定位系统。随着智能交通技术、远程诊断和远程服务技术的发展,这类网络在公交车中将会获得较大发展。
多媒体通信子系统网络对通信速率要求较高(10Mb/s左右),同时须要支持同步和异步传输方式,传输介质一般采用光纤。由于介质的限制,这种网络的拓扑结构采用环形的点-点互联,目前支持多媒体网络的通信协议有D2B和MOST。
◆ 动力系统子网
混合动力电动车采用复合动力源提供动力,能量的平衡控制比较复杂,可将驾驶操作命令的解释与能量平衡控制在结构上分为两级进行。对驾驶操作命令的解释由车辆管理器来负责,它位于最上层;而对能量平衡控制由能量管理器来实现,它位于第二层;而对动力装置的具体控制则由专门的电控单元具体实施,它们位于最下层。这样做可使控制的层次更加清晰,便于问题的分析。也就是说,对发动机、离合器、电机驱动器、自动变速箱(AMT)、动力蓄电池和再生制动发电机的控制,主要由能量管理器负责;车辆管理器则主要负责对驾驶操作命令进行解释和从驾驶操作的层次上对车内电源装置进行管理。
这也意味着,与车辆动力系统控制相关的绝大部分信息数据只在能量管理器内部传递,只有和各子系统运行状态有关的重要信息才由能量管理器上传至车辆管理器,进而通过车辆管理系统中的仪表指示器提供给驾驶员进行驾驶参考。
防抱死制动系统(ABS)已经成为提高车辆主动安全性的重要装备。而在电动汽车中,由于再生回馈制动的使用,则必须考虑与传统机械制动的综合协调控制,即机械制动+再生回馈制动+ABS的综合制动控制,可将其纳入动力系统子网中,由能量管理器来控制。
◆ 相关链接 四类汽车网络标准
自20世纪80年代以来,各大国际知名汽车公司纷纷投资,致力于汽车网络技术的研究及应用。迄今为止,已逐步形成多种汽车网络标准和网络协议。
20世纪80年代美国汽车工程协会(SAE)根据功能将汽车网络分为A、B、C、D四类。A类是面向传感器、执行器控制的低速网络(如LIN协议),数据传输位速率通常小于10Kb/s,主要用于后视镜调整、电动窗等控制。B类是面向独立模块间数据共享的中速网络,位速率一般在10Kb/s到125Kb/s之间,主要应用于车身电子舒适性模块、仪表显示等系统。C类是面向高速、实时闭环控制的多路传输网,位速率在125Kb/s到1Mb/s之间,主要用于牵引控制、先进发动机控制、防抱死控制等系统。D类是面向多媒体应用、高速信息流传输的高性能网络协议(如MOST协议),位速率一般在2Mb/s
以上,主要用于CD播放机、VCD/DVD播放机、液晶显示等系统。 (耿聪 刘溧)
|
|