CN108001294B - 一种电动轮汽车矢量控制系统的网络拓扑结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种电动轮汽车矢量控制系统的网络拓扑结构，属于电动汽车电子电器架构领域。本发明用于电动轮汽车矢量控制系统的网络架构设计，所述电动轮汽车是指轮毂电机直接驱动行驶的纯电动汽车；该拓扑结构包括矢量控制器、轮毂驱动单元、加速踏板位置传感器、整车控制器、CAN总线网络、供电网络和信号网络；所述矢量控制器是指电动轮汽车动力分配与管理的电子控制器，包含微控制单元、供电模块、CAN总线收发器，网络接口、电源接口和信号接口；本发明实现了矢量控制器、整车控制器、轮毂驱动单元和加速踏板传感器的网络架构模块化设计，解决了电动轮汽车整车CAN总线负载率过高的问题，便于电动轮汽车的轮毂驱动单元集成与动力匹配。

Description

一种电动轮汽车矢量控制系统的网络拓扑结构
技术领域
本发明属于电动汽车电子电器架构领域，特别涉及一种电动轮汽车矢量控制系统的网络拓扑结构。
背景技术
电动轮汽车是指采用轮毂电机直接驱动的纯电动汽车。电动轮汽车为典型的零传动汽车，每个车轮都可以独立施加双向转矩形成四驱转矩矢量，易于车辆的动力学控制，比其他驱动形式的电动车更节能、更安全、更可靠、更灵活、更快捷、更舒适。
在过去的十年间，电动轮汽车已成为电动汽车技术领域的研究热点。电动轮汽车的矢量控制系统由2个前轴轮毂驱动单元、2个后轴轮毂驱动单元、1个整车控制器、CAN总线网络、供电网络和信号网络组成；各轮毂驱动单元均分别由1个轮毂电机和1个轮毂电机控制器组成。针对电动轮汽车的矢量控制系统的网络拓扑结构，现有研究将电动轮汽车的矢量控制系统整合为整车控制器功能的一部分，不仅增加了整车控制器的设计难度，并且轮毂电机作为原整车CAN总线的新节点与整车控制器直接通讯，使得整车CAN总线上传递信息增加，总线负载率上升，系统工作可靠性下降。同时，提升了轮毂驱动电机集成与匹配的复杂度，不利于电动轮汽车整车电子电器架构的模块化设计。
发明内容
本发明的目的是克服已有技术的不足之处，提供一种电动轮汽车矢量控制系统的网络拓扑结构。本发明将现有矢量控制算法独立集成在矢量控制器中，与整车控制器实现物理结构独立。本发明能实现电动轮汽车矢量控制系统的模块化设计，提高系统的集成度与兼容性。
为实现本发明的目的，采用如下技术方案：
一种电动轮汽车矢量控制系统的网络拓扑结构，包括：2个前轴轮毂驱动单元、2个后轴轮毂驱动单元、1个整车控制器、CAN总线网络、供电网络和信号网络；所述CAN总线网络由整车CAN总线、前轴动力CAN总线和后轴动力CAN总线组成；所述供电网络由ACC挡供电线、前轴动力低压供电线、后轴动力低压供电线和传感器供电线组成；所述信号网络由前轴动力信号线、后轴动力信号线和传感器信号线组成；其特征在于，该网络拓扑结构还包括1个矢量控制器和1个加速踏板位置传感器，所述整车控制器、加速踏板位置传感器、矢量控制器以及各轮毂驱动单元上均分别设有电源接口、网络接口和信号接口；
各器件的网络拓扑连接关系为：所述矢量控制器与整车控制器通过整车CAN总线相连；各前轴轮毂驱动单元与矢量控制器均分别通过前轴动力CAN总线、前轴动力低压供电线、前轴动力信号线相连；各后轴轮毂驱动单元与矢量控制器均分别通过后轴动力CAN总线、后轴动力低压供电线、后轴动力信号线相连；所述加速踏板位置传感器与矢量控制器通过传感器供电线和传感器信号线相连；所述矢量控制器通过整车ACC挡供电线由整车供12V电；所述前轴轮毂驱动单元和后轴轮毂驱动单元分别由矢量控制器供12V电；所述加速踏板位置传感器由矢量控制器供5V电。
所述矢量控制器包括：微控制单元、供电模块、整车CAN收发器、前轴动力CAN收发器、后轴动力CAN收发器、4个电源接口、3个信号接口以及3个网络接口；其中，所述微控制单元分别与整车CAN收发器、前轴动力CAN收发器和后轴动力CAN收发器连接；所述整车CAN收发器、前轴动力CAN收发器和后轴动力CAN收发器分别各通过1个网络接口与对应CAN总线相连；3个信号接口分别与前轴轮毂驱动单元、后轴轮毂驱动单元和加速踏板位置传感器相连；所述供电模块通过3个电源接口分别向前轴动力轮毂驱动单元、后轴动力轮毂驱动单元和加速踏板传感器供电，该供电模块通过剩余的1个电源接口与整车ACC供电网络相连。
本发明的特点及有益效果在于：
1.本发明提出的电动轮汽车矢量控制系统的网络拓扑结构，实现了矢量控制器、整车控制器、轮毂驱动单元和加速踏板传感器的网络集成化设计，经矢量控制器接入整车CAN总线，解决了电动轮汽车整车CAN总线负载率过高的问题，提高了信息传递的可靠性。
2.本发明提出的电动轮汽车矢量控制系统的网络拓扑结构，实现了电动轮汽车动力管理与控制系统的模块化设计，便于电动轮汽车的轮毂驱动单元集成与动力匹配。
3.本发明提出的电动轮汽车用的矢量控制器，是电动轮汽车动力分配与管理的电子控制器，内部可集成对轮毂电机的转矩进行分配的矢量控制算法，提高车辆操纵稳定性、经济性与安全性。
4.本发明提出的电动轮汽车矢量控制系统的网络拓扑结构可扩充至具有相同硬件结构的前轴两驱电动轮汽车或后轴两驱电动轮汽车。
附图说明
图1为本发明的网络拓扑结构图。
图2为本发明的矢量控制器硬件结构拓扑图。
具体实施方式
本发明提出的一种电动轮汽车矢量控制系统的网络拓扑结构，下面结合附图和具体实施例进一步说明如下：
本发明实施例的一种电动轮汽车矢量控制系统的网络拓扑结构如图1所示，包括1个矢量控制器、2个前轴轮毂驱动单元、2个后轴轮毂驱动单元、1个加速踏板位置传感器、1个整车控制器、CAN总线网络、供电网络和信号网络，各控制器与轮毂驱动单元及传感器均设有电源接口、网络接口和信号接口。
如图1所示，2个前轴轮毂驱动单元分别为前左轮轮毂驱动单元和前右轮轮毂驱动单元；2个后轴轮毂驱动单元分别为后左轮轮毂驱动单元和后右轮轮毂驱动单元；各轮毂驱动单元均分别由1个轮毂电机与1个轮毂电机控制器组成；CAN总线网络由整车CAN总线(整车CANH、整车CANL)、前轴动力CAN总线(前轴动力CANH、前轴动力CANL)、后轴CAN总线组成(后轴动力CANH、后轴动力CANL)；供电网络由ACC挡供电线(ACC电源线12V、电源地)、前轴动力低压供电线(前轴供电线12V、前轴供电地)、后轴动力低压供电线(后轴供电线12V、后轴供电地)、传感器供电线(供电线5V、供电地)组成；信号网络由前轴动力信号线(前轴信号线、前轴信号地)、后轴动力信号线(后轴信号线、后轴信号地)、传感器信号线组成。
该系统的网络拓扑结构如图1所示，矢量控制器与整车控制器通过整车CAN总线和网络接口相连；各前轴轮毂驱动单元与矢量控制器均分别通过前轴动力CAN总线和网络接口、前轴动力低压供电线和电源接口、前轴动力信号线和信号接口相连；各后轴轮毂驱动单元与矢量控制器均分别通过后轴动力CAN总线和网络接口、后轴动力低压供电线和电源接口、后轴动力信号线和信号接口相连；加速踏板位置传感器与矢量控制器通过传感器供电线和电源接口、传感器信号线和信号接口相连；矢量控制器通过整车ACC挡供电线由整车钥匙ACC挡供电。
本发明实施例的加速踏板位置传感器为常规产品。
如图2所示(为了简化视图，矢量控制器与前后轴轮毂驱动单元和动力CAN总线及供电模块的连接线名称图中仅示意了一侧)，矢量控制器包含微控制单元M、供电模块B、CAN总线收发器(整车CAN收发器、前轴动力CAN收发器、后轴动力CAN收发器)、4个电源接口(矢量控制器电源接口ST、前轴电源接口SF、后轴电源接口SR、传感器电源接口SS)、3个信号接口(前轴信号接口JF、后轴信号接口JR、传感器信号接口JS)以及3个网络接口(整车控制器网络接口CV、前轴网络接口CF、后轴网络接口CR)；其中，微控制单元M分别与整车CAN收发器、前轴动力CAN收发器和后轴动力CAN收发器连接；整车CAN收发器、前轴动力CAN收发器、后轴动力CAN收发器分别通过整车CAN网络接口CV、前轴动力CAN网络接口CF、后轴动力CAN网络接口CR与整车CAN总线、前轴动力CAN总线、后轴动力CAN总线相连；前轴信号接口JF、后轴信号接口JR、传感器信号接口JS分别与前轴轮毂驱动单元、后轴轮毂驱动单元和加速踏板位置传感器相连；供电模块B通过前轴电源接口SF与后轴电源接口SR分别向各前轴动力轮毂驱动单元、各后轴动力轮毂驱动单元提供12V低压电，供电模块B通过传感器电源接口SS向加速踏板传感器提供5V低压电；供电模块B直接向微控制单元M提供5V与3.3V低压电，本实施例的供电模块为常规产品，具体结构不作叙述；矢量控制器电源接口ST与整车ACC供电网络相连。
所述矢量控制器是电动轮汽车动力分配与管理的电子控制器，其内的微控制单元通过在芯片内集成矢量控制算法(该矢量控制算法所达到的功能可通过本领域的常规技术予以实现)实现。具体地，该矢量控制算法依据驾驶员对车辆操纵系统(如加速踏板、制动踏板、方向盘、挡位等)的操作确定驾驶员意图，通过加速踏板开度解析车辆总需求扭矩，结合车辆状态(如速度、加速度、横摆速度等矢量信息)、路面状态(通过估计路面附着系数确定)、轮毂电机状态(如轮毂电机的转矩、转速的当前值和极限值)、动力电池充放电功率限制，计算并分配符合驾驶员意图的各轮毂电机的转矩指令，实现驱动防滑、制动防抱死、制动能量回收与横摆力矩控制等功能，从而提高车辆操纵稳定性、经济性与安全性。如图2所示，总线网络与微控制单元M之间传递的信息经对应的CAN收发器进行接收与发送，信号网络与微控制单元M之间传递的信息直接接入微控制单元。
本发明提出的电动轮汽车矢量控制系统的网络拓扑结构，实现了矢量控制器、轮毂驱动单元和加速踏板传感器的网络集成化设计，经矢量控制器接入整车CAN总线，解决了电动轮汽车整车CAN总线负载率过高的问题，提高了信息传递的可靠性；完成了电动轮汽车动力管理与控制系统的模块化设计，便于电动轮汽车的轮毂驱动单元集成与动力匹配。
本发明提出的网络拓扑结构可扩充至具有相同硬件结构的前轴两驱电动轮汽车或后轴两驱电动轮汽车类似功能的实现。

Claims (2)

1.一种电动轮汽车矢量控制系统的网络拓扑结构，包括：2个前轴轮毂驱动单元、2个后轴轮毂驱动单元、1个整车控制器、CAN总线网络、供电网络和信号网络；所述CAN总线网络由整车CAN总线、前轴动力CAN总线和后轴动力CAN总线组成；所述供电网络由ACC挡供电线、前轴动力低压供电线、后轴动力低压供电线和传感器供电线组成；所述信号网络由前轴动力信号线、后轴动力信号线和传感器信号线组成；其特征在于，该网络拓扑结构还包括1个矢量控制器和1个加速踏板位置传感器，所述整车控制器、加速踏板位置传感器、矢量控制器以及各轮毂驱动单元上均分别设有电源接口、网络接口和信号接口；
各器件的网络拓扑连接关系为：所述矢量控制器与整车控制器通过整车CAN总线相连；各前轴轮毂驱动单元与矢量控制器均分别通过前轴动力CAN总线、前轴动力低压供电线、前轴动力信号线相连；各后轴轮毂驱动单元与矢量控制器均分别通过后轴动力CAN总线、后轴动力低压供电线、后轴动力信号线相连；所述加速踏板位置传感器与矢量控制器通过传感器供电线和传感器信号线相连；所述矢量控制器通过整车ACC挡供电线由整车供12V电；所述前轴轮毂驱动单元和后轴轮毂驱动单元分别由矢量控制器供12V电；所述加速踏板位置传感器由矢量控制器供5V电。
2.根据权利要求 1所述的网络拓扑结构，其特征在于，所述矢量控制器包括：微控制单元、供电模块、整车CAN收发器、前轴动力CAN收发器、后轴动力CAN收发器、4个电源接口、3个信号接口以及3个网络接口；其中，所述微控制单元分别与整车CAN收发器、前轴动力CAN收发器和后轴动力CAN收发器连接；所述整车CAN收发器、前轴动力CAN收发器和后轴动力CAN收发器分别各通过1个网络接口与对应CAN总线相连；3个信号接口分别与前轴轮毂驱动单元、后轴轮毂驱动单元和加速踏板位置传感器相连；所述供电模块通过3个电源接口分别向前轴动力轮毂驱动单元、后轴动力轮毂驱动单元和加速踏板传感器供电，该供电模块通过剩余的1个电源接口与整车ACC供电网络相连。
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