新能源汽車車身電器教學(xué)設(shè)備方案設(shè)計(jì)

金星辰 王春暉

摘 要：由于當(dāng)代新能源汽車結(jié)合現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，增添許多智能網(wǎng)聯(lián)新功能，繼而車輛上的傳感器和電子控制單元也日益增多。如果繼續(xù)采用過去傳統(tǒng)汽車點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信方式，會(huì)產(chǎn)生重量增加、布線復(fù)雜等問題。目前大多數(shù)新能源汽車采用分布式通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，線束簡(jiǎn)單、重量減少并且擴(kuò)展性高的優(yōu)點(diǎn)，但針對(duì)新能源汽車分布式通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)設(shè)備不完善。文章以比亞迪E5車型為例進(jìn)行詳細(xì)分析，針對(duì)新能源汽車分布式電氣架構(gòu)的教學(xué)設(shè)備進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，旨在提供一套針對(duì)新能源汽車完整的理實(shí)一體化教學(xué)設(shè)備資源。

關(guān)鍵詞：新能源汽車;電氣架構(gòu);教學(xué)設(shè)備

中圖分類號(hào)：U469.72? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1671-7988（2020）15-109-03

Abstract： As modern new energy vehicles combine with modern Internet technology to add many new functions of intelligent network connection， and then the number of sensors and electronic control units on vehicles is increasing. If we continue to use the traditional car point-to-point communication mode in the past， it will lead to the problems of increasing weight and complicated wiring[1]. At present， most new energy vehicles adopt distributed communication network architecture， which has the advantages of simple wiring harness， reduced weight and high scalability. However， the practical training and teaching equipment for distributed communication network architecture of new energy vehicles is not perfect. Therefore， this paper takes BYD E5 model as an example for detailed analysis， and designs a scheme for the teaching equipment of distributed electrical architecture of new energy vehicles， aiming at providing a complete set of integrated teaching equipment resources for new energy vehicles.

Keywords： New energy vehicles; Electrical architecture; Teaching equipment

CLC NO.： U469.72? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）15-109-03

前言

近幾年，由于日益嚴(yán)重的環(huán)境問題和資源問題，新能源汽車發(fā)展迅速。并且新能源汽車結(jié)合了互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，大部分采用了新型電子電氣架構(gòu)[1]。然而，新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了新能源汽車產(chǎn)業(yè)相關(guān)技術(shù)人才的發(fā)展速度，對(duì)于新能源汽車的技術(shù)人才的培養(yǎng)還不夠。目前，市場(chǎng)上汽車方面的教學(xué)資源仍然以傳統(tǒng)汽車為主，對(duì)于新能源汽車的研究，也僅僅著眼于汽車動(dòng)力系統(tǒng)和充放電系統(tǒng)上。因此，本文主要以比亞迪E5車型為例，研究新能源汽車下的電子電氣架構(gòu)，并設(shè)計(jì)一套符合現(xiàn)在發(fā)展趨勢(shì)的新能源汽車教學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)備。

1 比亞迪車型分析

比亞迪E平臺(tái)是通過“33111”高度集成化設(shè)計(jì)來達(dá)到極限地壓縮空間、從而更容易開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)化模塊的目的，最終形成標(biāo)準(zhǔn)化程度高的純電動(dòng)車平臺(tái)?！?3111”包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)三合一、高壓控制器三合一、低壓控制器多合一、一塊動(dòng)力電池和一塊智能網(wǎng)聯(lián)中控屏?？偟膩碚f就是把幾大相關(guān)部件合為一體，讓部件占用空間最小化、成本最低化、乘坐空間最大化、車輛性能最高化[2]。

基于比亞迪E平臺(tái)研究的比亞迪E5車型是網(wǎng)約車和出租車的首選，銷量占比達(dá)比亞迪所有新能源汽車的38.1%，成為國(guó)產(chǎn)純電動(dòng)家轎中最具性價(jià)比典范車型。比亞迪E5車型的電氣架構(gòu)如圖1所示，主要包括7個(gè)網(wǎng)絡(luò)：

1）動(dòng)力網(wǎng)包含的控制模塊有驅(qū)動(dòng)電機(jī)、換擋機(jī)構(gòu)、組合儀表、整車控制器、充配電總成（DC-DC轉(zhuǎn)換器、車載充電機(jī)OBC）、診斷座DLC、4G模塊、車身控制器BCM。傳輸速率為250kbit/s，其終端電阻（120Ω）分別在網(wǎng)關(guān)和電池管理器模塊中。

2）ESC網(wǎng)（汽車電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)）包含的控制模塊有電子手剎EPB、防抱死制動(dòng)系統(tǒng)ABS、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器、診斷座DLC、4G模塊。傳輸速率為 500kbit/s，其終端電阻分別在網(wǎng)關(guān)和ABS模塊中。

3）舒適網(wǎng)包含的控制模塊有組合開關(guān)、空調(diào)面板、CD/多媒體、安全氣囊SRS、引擎模擬器、多功能屏、玻璃升降開關(guān)、倒車?yán)走_(dá)、外部胎壓監(jiān)測(cè)、空調(diào)控制器、診斷座DLC、4G模塊、車身電腦BCM。傳輸速率為125kbit/s，其終端電阻分別在網(wǎng)關(guān)和車身控制器BCM模塊中。

4）電池子網(wǎng)包含的控制模塊有電池管理器、電池包。傳輸速率為125kbit/s，其終端電阻分別在電池管理器和電池包中。

5）充電子網(wǎng)包含的控制模塊有電池管理器、直流充電口。傳輸速率為125kbit/s，其終端電阻在電池管理器模塊中。

6）啟動(dòng)子網(wǎng)包含的控制模塊有車身控制器BCM、智能鑰匙keyless系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向軸鎖。傳輸速率為125kbit/s，其終端電阻分別在車身控制器BCM和智能鑰匙keyless模塊中。

7）空調(diào)子網(wǎng)包含的控制模塊有空調(diào)控制器、壓縮機(jī)、空調(diào)加熱模塊PTC。傳輸速率為125kbit/s，其終端電阻分別在網(wǎng)關(guān)和壓縮機(jī)模塊中。

8）各網(wǎng)絡(luò)之間通過網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)不同通信速率間的信息交互，動(dòng)力網(wǎng)和舒適網(wǎng)通過BCM（車身控制模塊）發(fā)送指令控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)操作。

2 新能源汽車車身電器教學(xué)設(shè)備方案設(shè)計(jì)

2.1 需求分析

目前新能源汽車實(shí)訓(xùn)教學(xué)設(shè)備的現(xiàn)狀，教學(xué)設(shè)備功能單一，實(shí)訓(xùn)臺(tái)架與實(shí)車相差過遠(yuǎn)，對(duì)學(xué)生吸引力不夠，因此建立一套新能源汽車車身電器的模塊教學(xué)設(shè)備。新能源汽車車身電器模塊教學(xué)設(shè)備需要滿足以下兩點(diǎn)[3]：

2.1.1 實(shí)現(xiàn)汽車基本功能需求

實(shí)訓(xùn)臺(tái)的操作應(yīng)與實(shí)際駕駛過程中的操作相符合，實(shí)訓(xùn)臺(tái)所使用的相關(guān)電器及配件應(yīng)為汽車上的原裝產(chǎn)品。同時(shí)，考慮到燈光信號(hào)系統(tǒng)在汽車中的實(shí)際布置，以便于學(xué)生了解燈光信號(hào)系統(tǒng)在汽車中的布置情況，實(shí)訓(xùn)臺(tái)的布置方式應(yīng)按照原車的布置方式來實(shí)施，模擬實(shí)車的場(chǎng)景，方便學(xué)生理解。

2.1.2 實(shí)現(xiàn)汽車故障診斷教學(xué)功能需求

為了便于學(xué)生對(duì)車身電器故障進(jìn)行準(zhǔn)確的檢測(cè)與排除，還要確保教學(xué)實(shí)訓(xùn)臺(tái)能夠?qū)ζ嚦Ｒ姽收线M(jìn)行真實(shí)模擬。應(yīng)在故障所涉及到的位置中設(shè)置對(duì)應(yīng)的檢測(cè)點(diǎn)，使學(xué)生能夠通過這些檢測(cè)點(diǎn)分析故障原因，并對(duì)故障進(jìn)行有效排除，這樣有助于培養(yǎng)學(xué)生對(duì)問題的分析與解決能力。

2.2 方案設(shè)計(jì)

2.2.1 功能設(shè)計(jì)

以比亞迪E5汽車為代表，構(gòu)建新能源汽車車身電器模塊化教學(xué)臺(tái)架。將比亞迪E5車身電器劃分為車燈、車門、儀表雨刮、舒適性、輔助電源五大模塊，實(shí)現(xiàn)車身電器模塊既能獨(dú)立工作，又能聯(lián)動(dòng)調(diào)控。車身電器實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)臺(tái)獨(dú)立工作時(shí)，控制模塊能夠?qū)崿F(xiàn)汽車正常行駛功能以及相應(yīng)的故障設(shè)置診斷功能。聯(lián)動(dòng)調(diào)控時(shí)，也可以將各模塊通過CAN總線進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)各模塊之間的信息交互。如圖2所示，車身電器劃分為五大模塊，通過CAN總線相連實(shí)現(xiàn)通信。

2.2.2 機(jī)械設(shè)計(jì)

教學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)臺(tái)架是汽車電器以及線束布置的支撐基礎(chǔ)，結(jié)合成本以及強(qiáng)度、剛度的要求，綜合考慮選用鋁型材結(jié)構(gòu)，鋁型材結(jié)構(gòu)密度小、質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、易于加工，適用于教學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)臺(tái)架。根據(jù)車身電器功能需求，鋁型材之間采用直角連接件進(jìn)行加固，各模塊之間選用碰珠卡扣實(shí)現(xiàn)對(duì)接，實(shí)訓(xùn)臺(tái)底部裝有剎車腳輪，既可以方便移動(dòng)，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)固定。

教學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)臺(tái)架需要與比亞迪E5車身電器結(jié)構(gòu)相符合，使車身電器以及相應(yīng)線束依附臺(tái)架固定，教學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)臺(tái)架完成效果如圖3所示。

2.2.3 電氣設(shè)計(jì)

結(jié)合對(duì)比亞迪E5的電氣系統(tǒng)的分析，車身電器教學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)臺(tái)需要對(duì)比亞迪E5的電氣系統(tǒng)進(jìn)行拆分組合，實(shí)現(xiàn)模塊化運(yùn)行，聯(lián)動(dòng)調(diào)控時(shí)采用接插件進(jìn)行通信連接。結(jié)合比亞迪E5車型的電路圖，進(jìn)行模塊化電路設(shè)計(jì)，如圖4圖5所示，作為獨(dú)立教學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)臺(tái)運(yùn)行時(shí)，儀表模塊通過轉(zhuǎn)向軸開關(guān)控制車燈相關(guān)指示燈和雨刮電器實(shí)現(xiàn)功能，而車燈模塊通過實(shí)訓(xùn)臺(tái)面板控制裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)車燈的操作。聯(lián)動(dòng)調(diào)控時(shí)，儀表模塊與車燈模塊CAN總線相連接，通過對(duì)儀表模塊的轉(zhuǎn)向柱開關(guān)操作，將信息發(fā)送至車燈模塊，繼而控制車燈動(dòng)作。

2.2.4 故障設(shè)置與診斷系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

汽車教學(xué)設(shè)備需要結(jié)合實(shí)際生活中出現(xiàn)的常見故障問題，通過故障模擬裝置對(duì)故障現(xiàn)象進(jìn)行模擬，達(dá)到學(xué)生可以檢測(cè)故障并維修的目的。

故障設(shè)置總體布局如圖6所示，通過一體機(jī)操作電腦設(shè)置故障點(diǎn)，故障設(shè)置板接收到指令操作相應(yīng)位置的開關(guān)，實(shí)訓(xùn)臺(tái)顯示故障無法正常運(yùn)行。常見故障設(shè)置類型主要分為：供電故障、通信故障、搭鐵斷路故障、失效損壞、保險(xiǎn)故障。針對(duì)每個(gè)故障都需要設(shè)置故障檢測(cè)端子，實(shí)現(xiàn)故障診斷功能。

3 結(jié)語

論文對(duì)比亞迪E5汽車的系統(tǒng)架構(gòu)詳細(xì)分析，并以該車型為載體，通過對(duì)實(shí)訓(xùn)教學(xué)特點(diǎn)和汽車故障檢測(cè)技能進(jìn)行研究，提出一套新能源汽車車身電器教學(xué)設(shè)備方案。

參考文獻(xiàn)

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