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3.3 区域集中化过程中的控制器形态

3.3.1 机械结构集成

所谓机械结构集成,就是直接将印制电路版放在一个机械封装的盒子内,以丰田混合动力的动力控制单元为例,将逆变器(Inverter)、升压器(Boost Converter)、直流变换器(DC/DC Converter)三个模块封装到一个模块中,印制电路构成的模块之间通过导线连接。

丰田Mirai是丰田家族中著名的氢能源车型。该车全长4890mm,宽1815mm,高1535mm,总重1850kg,其动力总成最大功率可达113kW,最大转矩为335N·m,加注燃料用时仅3min,而续驶里程可达650km。其动力系统架构如图3-4所示。

图3-4 丰田氢动力汽车Mirai及动力系统架构

通过使用一个专用的集成控制器,将电力电子单元、燃料电池系统控制器、DC/DC变换器整合成一个单体控制器,如图3-5所示。通过一体式的集成控制器,将电堆功率同时转化为高压650V动力电源、260V系统辅助电力及12V低压电源;上下多层结构电冷却板,使用一个通道解决了多个控制器的冷却问题。

图3-5 功率控制单元的机械封装及结构

机械结构集成提高了防护性能和可靠性,节约了空间和成本,部分解决了分布式架构的问题(比如线束);所需整合的供应商资源较少。但机械集成在电路本质上还是一种分布式架构,即分布式架构所面临的任务和挑战并没有减少很多。

3.3.2 域控制硬件集成

为了解决各个ECU之间算力协同、相互冗余、算力浪费的问题,分布式架构正在向“功能域”集中式架构演进成为趋势。域控制器设计的特点:

在硬件层面上,为了增强可扩展性、提高通信效率、减少线束长度、减少硬件实体重量,包含算法、算力、通信、功能模块、I/O、电源等硬件资源将被重新规划。

在软件层面上,整车的算法控制单元、算力需求单元要求进一步集中,功能域控制器将进一步发展形成集中式中央车载计算中心(平台)。

集中式域控制器方案的实现并不是一蹴而就的,主要体现在车身单元本身具备较多的执行器单元。在实现大域控的中央控制方案之前,自动驾驶系统会阶段性地引入诸如智能座舱域控制器、智能底盘域控制器等。如上的划分其目的在于打破原有功能边界,可按照区域划分,形成区域控制器,完成功集能域架构渐进性的向整车集中式架构进化。典型的功率控制单元及其封装方式如图3-6所示。

以乘用车为例,除了动力域和底盘域之外,整车还可以分为前舱区域控制器、座舱区域控制器、行李舱区域控制器。

图3-6 功率控制单元及其封装方式

其中前舱域控制器完成前灯光系统驱动控制、前舱传感器、前舱控制器传感器的I/O接口输入及前舱控制器(动力域控、底盘域控、自动驾驶域控)电源分配;座舱域控制器完成座舱域控制器输入(如超声波传感器目标处理数据)、座舱输出控制指令(如车门、车窗、车灯控制指令)转化、舱内灯光、音频系统驱动控制、及座舱控制器电源分配;后舱域控制器需要完成车身舒适系统的I/O接入(如后舱周边4~6颗超声波传感器原始数据处理)、后舱控制器(如智能后视摄像头、侧后角雷达)电源分配。 hdt8fZxKyojUQFewmA9caeE+zErr3YBUx89WEZig9JwcrbftaMBpqgFUpOAq2Y2L

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