混合動力電動汽車網(wǎng)絡技術剖析

www.middletowncarescoalition.com 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雜的綜合機電系統(tǒng)，其增加的電機輔助動力源使汽車控制系統(tǒng)的任務量和交互的信息量大增，很多信息需具有較強的實時性，以便及時地反映和控制車的運行狀態(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)絡技術作為重要的支撐和應用技術。四個基本子網(wǎng)組成混合動力電動汽車網(wǎng)絡體系從功能上來看，混合動力電動汽車網(wǎng)絡由四個基本子網(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現(xiàn)資源共享。此外，各子網(wǎng)絡有時采用相同的底層協(xié)議，由于要求不同，考慮到經(jīng)濟性、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)絡的性能，減少網(wǎng)絡的負荷，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)絡互連技術連接的。對應于網(wǎng)絡互連ECU所起的作用不同，網(wǎng)絡互連技術可以分為四種：中繼器互連技術、網(wǎng)橋互連技術、路由器互連技術、網(wǎng)關互連技術。混合動力汽車的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)體系如圖1所示。考慮到各子網(wǎng)間的信息交換，設置了三個網(wǎng)關節(jié)點，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)關節(jié)點；多媒體與導航監(jiān)控系統(tǒng)作為多媒體子網(wǎng)與車身子網(wǎng)間的網(wǎng)關節(jié)點；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)關節(jié)點。通過這些網(wǎng)關節(jié)點，可以實現(xiàn)各子網(wǎng)間的信息交換。在該結(jié)構(gòu)體系中，為x-by-wire技術的應用留下了擴展的空間。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，又為線傳電控技術發(fā)展對網(wǎng)絡控制的需求提供了進一步的拓展空間。四個基本子網(wǎng)實施布局 ◆　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，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、門鎖的獨立和集中控制)、后視鏡的調(diào)節(jié)控制、后行李箱遠程集中控制、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，對可靠性和實時性無特殊要求，相反要求系統(tǒng)合理、簡單、經(jīng)濟，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火開關信號等等。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)絡與車身系統(tǒng)網(wǎng)絡的網(wǎng)關。 ◆　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，分別與碰撞傳感器、安全帶扣傳感器、安全帶張緊裝置、安全氣囊點火爆發(fā)裝置進行數(shù)據(jù)通信，并實施控制。為了避免其他無關的信息可能造成的干擾，安全系統(tǒng)網(wǎng)絡自成一個獨立的分布式控制系統(tǒng)。有關系統(tǒng)進行狀態(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)點作為網(wǎng)關與車身系統(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)關節(jié)點。 ◆　多媒體信息子網(wǎng) 多媒體通信網(wǎng)絡的節(jié)點是數(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、遠程診斷和遠程服務技術的發(fā)展，這類網(wǎng)絡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)絡的拓撲結(jié)構(gòu)采用環(huán)形的點-點互聯(lián)，目前支持多媒體網(wǎng)絡的通信協(xié)議有D2B和MOST。 ◆　動力系統(tǒng)子網(wǎng) 混合動力電動車采用復合動力源提供動力，能量的平衡控制比較復雜，可將駕駛操作命令的解釋與能量平衡控制在結(jié)構(gòu)上分為兩級進行。對駕駛操作命令的解釋由車輛管理器來負責，它位于最上層；而對能量平衡控制由能量管理器來實現(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、離合器、電機驅(qū)動器、自動變速箱(AMT)、動力蓄電池和再生制動發(fā)電機的控制，主要由能量管理器負責；車輛管理器則主要負責對駕駛操作命令進行解釋和從駕駛操作的層次上對車內(nèi)電源裝置進行管理。這也意味著，與車輛動力系統(tǒng)控制相關的絕大部分信息數(shù)據(jù)只在能量管理器內(nèi)部傳遞，只有和各子系統(tǒng)運行狀態(tài)有關的重要信息才由能量管理器上傳至車輛管理器，進而通過車輛管理系統(tǒng)中的儀表指示器提供給駕駛員進行駕駛參考。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)機械制動的綜合協(xié)調(diào)控制，即機械制動+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。 ◆　相關鏈接　四類汽車網(wǎng)絡標準自20世紀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)絡技術的研究及應用。迄今為止，已逐步形成多種汽車網(wǎng)絡標準和網(wǎng)絡協(xié)議。 20世紀80年代美國汽車工程協(xié)會(SAE)根據(jù)功能將汽車網(wǎng)絡分為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(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類是面向獨立模塊間數(shù)據(jù)共享的中速網(wǎng)絡，位速率一般在10Kb/s到125Kb/s之間，主要應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、先進發(fā)動機控制、防抱死控制等系統(tǒng)。D類是面向多媒體應用、高速(High Speed)信息流傳輸?shù)母咝阅芫W(wǎng)絡協(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、VCD/DVD播放機、液晶顯示等系統(tǒng)。（耿聰劉溧）