CN113386690B - 一种氢燃料电池汽车的网络拓扑结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氢燃料电池汽车的网络拓扑结构，属于氢能汽车网络拓扑技术领域，包括：与制动转向控制相关的控制器放置于动力CAN上，与电池电机控制相关的控制器及氢燃料电池系统放置于新能源CAN上，剩余其他功能的控制器放置于车身CAN上。通过CAN线通讯实现整车控制器之间大量可靠的数据传输，不需要大量硬线连接；同种类型的控制器放在同一个网段上，不同类型的控制器放在不同的网段上，保证了不同网段的有效隔离，每个网段的负载率控制器在合理范围内，从而提高信号传输的可靠性。车辆功能配置增加时，网络拓扑只需要在现有的基础上做适应性变更，根据新增控制器的类型直接布置在现有的网段上，适配性强。

Description

一种氢燃料电池汽车的网络拓扑结构

技术领域

本发明属于氢能汽车网络拓扑技术领域，更具体地，涉及一种氢燃料电池汽车的网络拓扑结构。

背景技术

随着汽车上控制器个数的增多，汽车智能化程度的提高，硬线已经不能够满足整车功能的实现，德国BOSCH公司从80年代初为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发出一种串行数据通信协议，即CAN总线，它是一种多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维，通信速率最高可达1Mbps。

CAN总线由导线、控制器和终端电阻组成。导线由截面积为0.35mm²或0.5mm²的两根铜导线双绞而成，控制器中集成有主控芯片和CAN收发器，主控芯片收到和发送的信号进行翻译，收发器负责接收和发送网络上共享的信息；整个系统有两个终端电阻，可以单独存在于导线上，也可以集成在两个不同的控制器内，其作用是阻止CAN总线信号产生变化电压的反射。当终端电阻出现故障时，因为线路的反射影响，控制单元的信号无效。

不同的控制器通过导线按照一定的规则连接在一起，形成的拓扑结构，称为CAN网络拓扑，两个终端电阻或终端电阻所在的控制器称之为网络终端，分布在网络的两端，这两个终端电阻或终端电阻所在的控制器之间的CAN线称之为干线，从干线上分出分支连接其他控制器，这些控制器称之为网络节点，干线到控制器之间的分支称之为支线。CAN总线上任意节点可在任意时刻主动地向网络上其它节点发送信息而不分主次，因此可在各节点之间实现自由通信。

氢燃料电池因其高转换效率、环保无污染等特点，在乘用车上的搭载已经成为各大主机厂的重要研究方向，怎样将氢燃料电池有效的与车辆其他部件结合起来，保证氢气的贮存、传输、发生化学反应以及反应后电能到电机的输出及控制，并且保证整个过程中的安全等级，是迫切需要解决的问题。

参考公开号为CN112422392A的专利申请，其使用独立网关，整车控制器、电机控制器、高压配电箱、氢瓶控制器、燃料电池控制器、电池管理控制器、电子驻车制动系统和电动助力转向系统放在同一网段上，汽车管理模块包括车载远程信息处理器(Telematics BOX，T-BOX)、360°全景泊车辅助系统、电子仪表、车载信息娱乐系统、空调、热管理控制器和车身控制模块放在同一条网段上。上述网络结构负载率偏高，对于不同类型控制器划分不清晰，对于车型配置升级或车辆功能变化时适配性不高。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提出了一种氢燃料电池汽车的网络拓扑结构，实现同一系统功能的控制器放在同一个网段上，不同网段之间减少报文转发，并且在不同车型或者同一车型不同配置时网络拓扑的主体结构不会有变化，仅仅进行报文定义的删除或增加。

为实现上述目的，本发明提供了一种氢燃料电池汽车的网络拓扑结构，包括：车身CAN、动力CAN和新能源CAN三个网段；

与制动转向控制相关的控制器放置于所述动力CAN上，与电池电机控制相关的控制器及氢燃料电池系统放置于所述新能源CAN上，剩余其他功能的控制器放置于所述车身CAN上。

在一些可选的实施方案中，所述氢燃料电池系统包含氢燃料电池控制器FCCU、储氢系统控制器HMS以及热管理电源直流直流转换器DCDC，

所述氢燃料电池控制器FCCU、所述储氢系统控制器HMS以及所述热管理电源直流直流转换器DCDC均放置于所述新能源CAN上。

在一些可选的实施方案中，所述氢燃料电池控制器FCCU在工作状态正常时，与整车控制器VCU交互实现燃电行车允许及动力输出，在工作异常时，在组合仪表IC上显示故障信息；

所述储氢系统控制器HMS在工作状态正常时，与所述氢燃料电池控制器FCCU和所述整车控制器VCU协同保证氢气的实现功能，在工作状态异常时，在组合仪表IC上显示报警信息；

所述热管理电源直流直流转换器DCDC提供给冷却设备电源，所述整车控制器VCU通过控制冷却风扇或冷却水泵给各设备进行冷却。

在一些可选的实施方案中，组合仪表IC同时分布在所述车身CAN和所述动力CAN上。

在一些可选的实施方案中，所述整车控制器VCU同时分布在所述新能源CAN和所述动力CAN上。

在一些可选的实施方案中，所述车身CAN的终端电阻分别集成在所述组合仪表IC和车身控制器BCM上。

在一些可选的实施方案中，所述动力CAN的终端电阻一个集成在所述组合仪表IC中，一个放在机舱保险丝盒里面。

在一些可选的实施方案中，所述新能源CAN的终端电阻分别集成在所述整车控制器VCU和电池管理系统BMS中。

在一些可选的实施方案中，在采用独立网关时，所述车身CAN的终端电阻分别集成在网关和车身控制器BCM中，所述动力CAN的终端电阻一边集成在网关中，一边放在保险丝盒中，所述新能源CAN的终端电阻分别集成在网关和电池管理系统BMS中。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)CAN总线的特点为数据通信没有主从之分，任意一个节点可以向任何其他(一个或多个)节点发起数据通信，靠各个节点信息优先级先后顺序来决定通信次序，因此决定了网段的分段原则：实现同一系统功能的控制器放在同一个网段上，不同网段之间可以减少报文转发，并且在不同车型或者同一车型不同配置时网络拓扑的主体结构不会有变化，仅仅进行报文定义的删除或增加。

(2)通过CAN线通讯实现整车控制器之间大量可靠的数据传输，不需要大量硬线连接，从而减少线束重量和成本；同种类型的控制器放在同一个网段上，不同类型的控制器放在不同的网段上，保证了不同网段的有效隔离，每个网段的负载率控制器在合理范围内，从而提高信号传输的可靠性。

(3)车辆功能配置增加时，网络拓扑只需要在现有的基础上做适应性变更，根据新增控制器的类型直接布置在现有的网段上，不需要大面积更改，适配性强；网关功能集成在VCU和IC中，不需要开发单独的网管控制器，节约成本。

(4)也可以采用独立网关，方便选择。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种氢燃料电池汽车的网络拓扑结构的示意图；

图2是本发明实施例提供的一种独立网关示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

以下对本发明用到的术语进行说明：

FCCU：Fuel Cell Control Unit，燃料电池控制器；

HMS：Hydrogen Management System，氢系统控制器；

ESC：Electronic Stability Control，电子稳定系统；

EPS：Electric Power Steering，电动助力转向；

MCU：Motor Control Unit，电机控制器；

BMS：Battery Management System，电池管理系统；

FCCU：Hydrogen Fuel Cell Controller Unit，氢燃料电池控制器

DCDC：直流直流转换器；

IC：组合仪表；

VCU：Vehicle control unit，整车控制器；

BCM：Body Control Module，车身控制器；

TPMS：Tire Pressure Monitoring System，胎压监测控制器；

AC：Air conditioner Controller，空调控制器。

实施例

如图1所示是本发明实施例提供的一种氢燃料电池汽车的网络拓扑结构的示意图，包括：车身CAN、动力CAN和新能源CAN三个网段；

与制动转向控制相关的控制器放置于动力CAN上，与电池电机控制相关的控制器及氢燃料电池系统放置于新能源CAN上，剩余其他功能的控制器放置于车身CAN上。

具体地，在本实施例中，整车控制器一共分为三个网段，车身CAN，动力CAN和新能源CAN，其中车身CAN的功能类型为雨刮、灯光、门锁、空调等控制，动力CAN为ESC、EPS等制动转向控制，新能源CAN为MCU，BMS等电池电机控制；

氢燃料电池系统包含三个控制器：氢燃料电池控制器FCCU，储氢系统控制器HMS，以及热管理电源直流直流转换器24VDCDC，其中FCCU通过各种温度压力湿度传感器监控空气进出电堆的温度、压力、湿度信息，氢气进出电堆的温度、压力信息，通过空压机控制器控制空压机，除此之外还有升压DCDC，阀门，热交换器的控制等，FCCU控制整个燃电系统的工作流程并监控工作状态，工作状态正常时，与VCU交互实现燃电行车允许及动力输出，并同时通过云台上传数据，工作异常时，需要在仪表上显示故障信息，提示驾驶员尽快处理。

HMS主要是储氢系统的控制，包括控制氢瓶阀门开闭，氢气泄漏监控，氢瓶压力温度信息的检测，以及各种突发状况的处理等，工作状态正常时，与FCCU、VCU协同保证氢气的储存、加氢、参与电堆的反应等，工作状态异常时，需要在仪表上显示报警信息；

DCDC主要是提供给冷却设备电源，VCU通过控制冷却风扇或冷却水泵给冷凝器、电堆、空压机、电机等进行冷却，由此可见，氢燃料电池系统与VCU等动力输出相关，将其相关设备放在新能源CAN上，更便于控制器之间直接交互，不需要通过网关转发。

在本实施例中，组合仪表涉及整车系统的显示，因此可以同时分布在车身CAN和动力CAN上，VCU需要判断电机和燃料电池、高压电池的各种状态，根据档位信息分配扭矩及能量回收等，可以同时分布在新能源CAN和动力CAN上。

在本实施例中，车身CAN的终端电阻分别集成在IC和BCM上，动力CAN的终端电阻一个集成在IC中，一个放在机舱保险丝盒里面，新能源CAN的终端电阻分别集成在VCU和BMS中。

如图2所示，上述方案中采用的是网关功能集成方案，也可以采用独立网关的方案，车身CAN的终端电阻分别集成在网关和BCM中，动力CAN的终端电阻一边集成在网关中，一边放在保险丝盒中，新能源CAN的终端电阻分别集成在网关和BMS中。

在本实施例中，图1和图2中的控制器仅做示例，不做唯一性限定。

需要指出，根据实施的需要，可将本申请中描述的各个步骤/部件拆分为更多步骤/部件，也可将两个或多个步骤/部件或者步骤/部件的部分操作组合成新的步骤/部件，以实现本发明的目的。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种氢燃料电池汽车的网络拓扑结构，其特征在于，包括：车身CAN、动力CAN和新能源CAN三个网段；

与制动转向控制相关的控制器放置于所述动力CAN上，与电池电机控制相关的控制器及氢燃料电池系统放置于所述新能源CAN上，剩余其他功能的控制器放置于所述车身CAN上；

所述氢燃料电池系统包含氢燃料电池控制器FCCU、储氢系统控制器HMS以及热管理电源直流直流转换器DCDC，

所述氢燃料电池控制器FCCU、所述储氢系统控制器HMS以及所述热管理电源直流直流转换器DCDC均放置于所述新能源CAN上；

所述氢燃料电池控制器FCCU在工作状态正常时，与整车控制器VCU交互实现燃电行车允许及动力输出，在工作异常时，在组合仪表IC上显示故障信息；

所述储氢系统控制器HMS在工作状态正常时，与所述氢燃料电池控制器FCCU和所述整车控制器VCU协同保证氢气的实现功能，在工作状态异常时，在组合仪表IC上显示报警信息；

所述热管理电源直流直流转换器DCDC提供给冷却设备电源，所述整车控制器VCU通过控制冷却风扇或冷却水泵给各设备进行冷却。

2.根据权利要求1所述的网络拓扑结构，其特征在于，组合仪表IC同时分布在所述车身CAN和所述动力CAN上。

3.根据权利要求2所述的网络拓扑结构，其特征在于，所述整车控制器VCU同时分布在所述新能源CAN和所述动力CAN上。

4.根据权利要求3所述的网络拓扑结构，其特征在于，所述车身CAN的终端电阻分别集成在所述组合仪表IC和车身控制器BCM上。

5.根据权利要求4所述的网络拓扑结构，其特征在于，所述动力CAN的终端电阻一个集成在所述组合仪表IC中，一个放在机舱保险丝盒里面。

6.根据权利要求5所述的网络拓扑结构，其特征在于，所述新能源CAN的终端电阻分别集成在所述整车控制器VCU和电池管理系统BMS中。

7.根据权利要求1所述的网络拓扑结构，其特征在于，在采用独立网关时，所述车身CAN的终端电阻分别集成在网关和车身控制器BCM中，所述动力CAN的终端电阻一边集成在网关中，一边放在保险丝盒中，所述新能源CAN的终端电阻分别集成在网关和电池管理系统BMS中。

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