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奥迪e-tron纯电动汽车电气与电子系统介绍

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本文将系统介绍奥迪e-tron纯电动汽车电气与电子系统架构,以便知识分享。


奥迪e-tron示意图(图片来源公开网络)

一、供电

1,12V车载供电网

图1 奥迪e-tron供电网导线分布及12V蓄电池安装位置

从图1中容易看出,奥迪e-tron装备有12V蓄电池以及12V车载供电网所需要的导线。所有控制单元都是采用42V供电来工作的。因此,与所有其他奥迪车型一样,奥迪e-tron即使是在高压蓄电池100%充满电时,也要依靠12W共电网。如果12V共电系统不能正常工作,那么通过中央门锁就无法给车辆解锁,点火开关也无法接通,车辆无法行驶,各个控制单元之间也无法进行通讯。
      奥迪e-tron是纯电动汽车,无内燃机,该车也就没有传统意义上的发电机。在车辆行驶中,12V蓄电池由高压蓄电池通过变压器来充电。这个12V蓄电池是铅酸蓄电池,安装在前部流水槽内(图1),它是AGM蓄电池,容量为68Ah。
注意:仅允许专业人员用于为12V蓄电池充电;不允许为其他车辆提供跨接启动;不允许为本车提供跨接启动。

2,供电结构

图2展示的是奥迪e-tron上的12V供电结构原理示意图。熔丝和继电器支架的安装位置在左置方向盘车和右置方向盘车上是相同的。只有一个例外:这个平面图上标有数字6的熔丝和继电器支架,总是位于副司机脚坑处,就是说在左置方向盘车上是位于车辆右侧的,而在右置方向盘车上是位于车辆左侧的。

A-蓄电池;A19-变压器;J404-ABS控制单元;J293_散热器风扇控制单元J367-蓄电池监控控制单元;J500-转向助力控制单元1-主熔丝支架1,在12V蓄电池上;2-主熔丝支架2,在发动机舱内右侧;3-12V充电销子(正极),在主熔丝支架2内;4-熔丝和继电器支架,在发动机舱内右侧;5-熔丝和继电器支架,在右侧A柱下部;6-熔丝和继电器支架, 在副司机脚坑内;7-熔丝和继电器支架,在行李箱内左侧。

图2 奥迪e-tron上的42V供电结构

与其他奥迪车型不同的是,奥迪e-tron上的这个12V充电销子只能用于在服务站给12V蓄电池充电或者缓冲。这个接头绝对不能用于给别的车辆进行跨接启动或者接受别的车辆给本车进行跨接启动。

如果12V蓄电池没电了,那么奥迪e-tron也就没法工作了。由于12V蓄电池是由高压蓄电池支持的(即使在车辆停住时也是这样的),因此没电了的12V蓄电池也就意味着高压蓄电池也没电了(大约还剩10%剩余电量)。奥迪e-tron的12V供电网络具体结构如图3所示。

图3 奥迪e-tron的12V供电网络具体结构

二、联网

1,控制单元的安装位置

A19-变压器;A27-右前LED大灯功率模块1; A31-左前LED大灯功率模块4; J4O4-ABS控制单元;J136-带记忆功能的副司机座椅调节控制单元;J234-安全气囊控制单元;J245-滑动天窗控制单元J285-组合仪表内控制单元;J345-挂车识别控制单元;J386-司机车门控制单元;J387-副司机车门控制单元;J393-舒适系统中央控制单元J428-车距调节控制单元J500-转向助力控制单元;J502-轮胎压力监控控制单元;J519-供电控制单元;J521-带记忆功能的座椅调节和转向柱调节控制单元;J525-数字音响包控制单元;J527-转向柱电子控制单元;J533-数据总线诊断接口;J605-行李箱盖控制单元;J623-发动机控制单元J764-电子转向柱锁控制单元J769-变道辅助控制单元;J770-变道辅助控制单元2; J772-倒车摄像头控制单元J775-底盘控制单元;J794-信息电子控制单元1;J840-蓄电池调节控制单元;J853-夜视系统控制单元J898-前风挡玻璃投影(抬头显示)控制单元;J926-左后车门控制单元J927-右后车门控制单元;J943-电机声响生成控制单元;J949-紧急呼叫模块和通讯控制单元;J1024-温度管理控制单元;J1030-数字式车外后视镜控制单元1;J103仁数字式车外后视镜控制单元2; J1050-高压蓄电池充电器控制单元;J1088-左前物体识别雷达传感器控制单元J4089-右前物体识别雷达传感器控制单元J1121-驾驶员辅助系统控制单元JX22-激光车距调节控制单元;J1234-前桥电驱动控制单元;J1235-后桥电驱动控制单元;J1239-高压蓄电池充电器控制单元2; R78-7V-调谐器。

图4所列出的的控制单元,有几个是选装的或者特定市场才有。为了清晰明了,此处并未将车上的所有控制单元都列出。

图4 控制单元的安装位置


图5 奥迪e-tron网络拓扑结构

图5展示的是左置方向盘车。控制单元的安装位置除了几个例外的,在左置方向盘车和右置方向盘车上是一样的。比如,供电控制单元J519总是安装在副司机脚坑内的。这就是说:在左置方向盘车上,J519是安装在车辆右侧的,而在右置方向盘车上则是安装在车辆左侧的。相应地,控制单元J136& J521、J386和J387也交换了位置。
通向网关的子总线导线不是用来传输数据的。与发动机控制单元J623—样,网关内有一个120Ω的终端电阻。

2,FexRay总线

J104-ABS控制单元;J234-安全气囊控制单元;J428-车距调节控制单元J500-转向助力控制单元J527-转向柱电子控幣惮元J533-数据总线诊断接口;J623-发动机控制单元;J769-变道辅助控制单元;J770-变道辅助控制单元2;J775-底盘控制单元J1088-左前物体识别雷达传感器控制单元;J1089-右前物体识别雷达传感器控制单元;J1121-驾驶员辅助系统控制单元;J1122-激光车距调节控制单元;J1234-前桥电驱动控制单元;J4235-后桥电驱动控制单元。 

图6 奥迪e-tron FlexRay总线结构

由于这个总的拓扑结构无法展示FlexRay控制单元实际的布置情况,因此采用图6来展示各个FlexRay分支上控制单元的分布。连接在分支终端的控制单元一定会配备有一个94Ω的电阻。中间的控制单元则配有2.6kΩ的电阻。
       FlexRay技术可以在一个分支上使用两个通道,这两个通道分别标有字母"A"和"B"。第二个通道有两种可能的功能,即这些数据作为冗余来发送或者传送的数据量加倍。
在奥迪e-tron上,通道"B”是用于增大数据传输量的。如果同一个控制单元连接在两个通道上了,那么该控制单元的诊断数据是经通道"A”来传输的。如果某分支上的一个通道失效了(比如因FlexRay导线上有短路),那么车辆诊断仪上也会显示出出故障的是哪个通道,这样就能有针对性地检查相应的控制单元或者导线了。
由于FlexRay总线采用时间控制式的数据传送,因此启动(就是让网络开始工作)只能通过所谓的"冷启动”控制单元来实现。在奥迪e-tron上,控制单元是"冷启动”控制单元,包括:数据总线诊断接口J533、ABS控制单元J104、安全气囊控制单元J234。

3, 端子控制

⑴端子15激活

图7 端子15激活的网络控制

端子15激活的网络控制如图7所示,具体情形如下: ①在端子15关闭时,按下进入和启动授权按键E408。②按键E408被按下,这个信号通过单独导线被送至舒适系统中央控制单元J393。 ③ J393检查授权的车钥匙是否在车内,第④和⑥步也会与检查钥匙同时发生。④J393把转向柱解锁命令发送给电子转向柱锁控制单元J764,这就松开了转向柱锁。⑤ J393激活端子15的供电继电器J329,现在控制单元就通过J329获得供电了。⑥J393通过舒适CAN总线把一个“虚拟”端子15信号发送给数据总线诊断接口J533。⑦J533内的高压协调器通过混合动力CAN总线将高压系统激活指令发送给蓄电池调节控制单元J840, J840通过子总线系统来让高压蓄电池开关盒SX6合上电力保护装置。随后高压系统就激活了。从这个时间点起,J285上的指示灯就亮了,高压蓄电池开始放电了。

(2)激活驱动系统

图8 激活驱动系统的网络控制

激活驱动系统的网络控制如图8所示, 具体情形如下: ①在端子15关闭时,按下进入和启动授权按键E408,并踏下制动踏板。 ②按键E408被按下,这个信号通过单独导线被送至舒适系统中央控制单元J393。③J393检查授权的车钥匙是否在车内,第④和⑥步也会与检查钥匙同时发生。 ④J393把转向柱解锁命令发送给电子转向柱锁控制单元J764,这就松开了转向柱锁。⑤ J393激活端子15的供电继电器J329„现在控制单元就通过J329获得供电了。发动机控制单元J623处理制动灯开关F的信号。 ⑥J393通过舒适CAN总线把一个“虚拟”端子15信号发送给数据总线诊断接口J533。J533内的高压协调器通过混合动力CAN总线将高压系统激活指令发送给蓄电池调节控制单元J840。J840通过子总线系统来让高压蓄电池开关盒SX6合上电力保护装置。与此同时,高压协调器通过FlexRay总线发送激活指令。 ⑦发动机控制单元J623检查是否有来自制动灯开关F的“已踏下制动踏板”信号, 来自选挡杆传感器控制单元J587的“选挡杆在位置P或N”的信号,来自高压电池充电器控制单元J1050的“未插入充电线”的信号。 ⑧如果这些信号都有了,那么J623就会通过FlexRay总线把“激活驱动系统”这个指令发送给前桥电驱动控制单元J1234。于是驱动系统就被激活了,功率表上会出现“READY”这个字样。

三、数据总线诊断接口

图9 数据总线诊断接口J533

J533如图9所示,数据总线诊断接口J533(网关)控制单元安装在左侧座椅下。该控制单元用车辆诊断仪经诊断地址码0019来进行诊断,该网关管理诊断防火墙。
网关执行网络系统的网关、高压协调器、FlexRay总线控制器、诊断主控制单元、低压供电网(12V)电能管理器以及各种connect-服务的接口等方面的功能。
       需要使用混合动力CAN总线、舒适CAN总线、舒适CAN总线2、信息娱乐CAN总线、组合仪表CAN总线、扩展CAN总线、Connect-CAN总线、FlexRay总 线、诊断CAN总线以及以太网等数据总线系统。不使用模块化信息娱乐(MIB)CAN总线和MOST总线。是J367蓄电池监控控制单元、J453多功能方向盘控制单元以及J1158方向盘触摸识别控制单元等的LIN主控制器。

四、供电控制单元

J549(BCM1)在奥迪e-tron上,供电控制单元J519也是车辆的主要控制单元之一。J519的任务是读取众多传感器信息并激活执行元件、外部照明以及雨刮器等。供电控制单元内还集成有很多其他功能,比如驻车转向辅助系统或者座椅加热的激活。供电控制单元J519也负责激活空调装置。可通过地址码0009来访问J519。空调部件的诊断也是用这个诊断功能来进行的。
      供电控制单元使用舒适CAN总线2。另外,该控制单元通过专用的CAN总线与驾驶员辅助系统控制单元J1121和大灯功率模块4相连。J519也是众多UN从装置的主控制单元。
氛围照明的车内灯模块以及空调伺服电机既可以作为LIN串联也可以并联在相关的LIN分支上。在进行故障查寻时要注意这个情况。供电控制单元执行的功能包括:车外灯主控制器、车内灯主控制器、车灯控制单元诊断网关。集成功能包括泊车的驻车辅助和驻车转向辅助功能,氛围照明的激活车内模块功能以及空调调节功能。
供电控制单元J519总是安装在副驾驶脚坑处(图10),就在熔丝和继电器支架旁。该控制单元是少数几个在左置方向盘和右置方向盘车上安装位置不同的控制单元之一。

图10 供电控制单元J519(BCM1)安装位置                                                     图11 舒适电子系统相关控制单元位置

五、舒适电子系统

奥迪e-tron上的舒适电子系统网络, 是基于第2代MLBevo平台的网络结构的。车上装备有舒适CAN总线和舒适CAN总线2。新增加的就是选装的虚拟车外后视镜,该装置可以把摄像头的图像显示在相应车门装饰板上的显示器上。
      如图11所示,奥迪e-tron上有J345挂车识别控制单元、J136带记忆功能的座椅调节和转向柱调节控制单元、J521带记忆功能的副司机座椅调节控制单元、J605行李箱盖控制单元、J245滑动天窗控制单元、J393舒适系统中央控制单元、J1030数字式车外后视镜控制单元K J1031数字式车外后视镜控制单元2. J1169近场通讯控制单元1、J1170近场通讯控制单元2、J938行李箱盖开启控制单元以及J764电子转向柱锁控制单元等舒适装备和控制单元,它们有些是直接通过舒适系统中央控制单元联入车辆网络内的,有些是通过舒适CAN总线和舒适CAN总线2联入车辆网络内的。

六、舒适系统中央控制单元

图12 舒适系统中央控制单元J393安装位置

J393如图12所示,舒适系统中央控制单元J393安装在车辆行驶方向左侧、行李箱内左侧侧面装饰板的后面,这个安装位置与各种Q系列车型是相同的。在奥迪e-tron±,舒适系统中央控制单元J393使用一个支架以立式装在车上。
       舒适系统中央控制单元J393有中央门锁主控制器、防盗器主控制器等主控制器功能。是J505前挡风玻璃加热控制单元,G578防盗警报装置传感器,H12警报喇叭,J938行李箱盖开启控制单元以及尾灯MX3、MX4、MX13等内容的LIN主控制器。J4169近场通讯控制单元和J1170近场通讯控制单元2两个近场通讯控制单元连接在J393上。这种J393硬件用于所有MLBevo结构的车型上。 

七、虚拟车外后视镜

1, 虚拟车外后视镜功能

图13 奥迪e-tron虚拟车外后视镜结构

奥迪e-tron上可以选装虚拟车外后视镜,其PR-号是PAF(图13)。这种后视镜与标配的车外后视镜相比明显狭长一些,这种新外形可以降低风阻(改善风阻系数),也就降低了风噪(改善了空气动力学性能)。每个扁平托架上个集成有一个小摄像头,其图像会显示在仪表板和车门之间过渡区的OLED显示屏上(图14)。

图14 奥迪e-tron虚拟车外后视镜显示效果

虚拟车外后视镜是无法单独接通或者关闭的。如果车辆已开锁了,那么两个数字式车外后视镜控制单元J1030和J1031就启动了。如果接下来打开了驾驶侧车门或者副驾驶车门,那么摄像头图像机会在显示屏上显示一定的时间;在接通了点火开关后,摄像头图像会一直显示着。在关闭了点火开关后,摄像头图像还会显示约2min。 一旦车辆上锁,该系统也就停止工作了。
      这种虚拟车外后视镜可适应各种行驶状况。在显示屏框上可以显示激活了的转向灯、变道警报和离车警报。通过MMI菜单可以进行其他设置,比如两个显示屏的亮度。根据用户需要可进行各种视界设置: 
①路缘视界 :显示的视界向下扩展,图像变大;②十字路口视界:在转弯时较小转弯—侧的死角;③高速公路视界:通过摄像头变焦来改善在高速公路上行驶时的视界。

2,虚拟车外后视镜的电气连接

图15 虚拟车外后视镜的通讯

如图15所示,虚拟车外后视镜,数字式车外后视镜控制单元1J1030(右侧数字式车外后视镜)和数字式车外后视镜控制单元2 J1031(左侧数字式车外后视镜))是连接在舒适CAN总线2上的。虚拟车外后视镜的两个控制单元与车门装饰板上的显示屏构成一个单元。J1030与R284、J1031、R283构成一个总成。这两个控制单元的诊断地址如下:J1030诊断地址8111;J1031诊断地址8112。
      虚拟车外后视镜的电气装备还包括两个摄像头加热器R282和R281。与传统的车外后视镜加热器不同的是,这两个加热器是自动激活来工作的。具体取决于车外温度、雨刮器是否工作、后风窗加热是否接通或者是否识别出有污物。加热策略与传统车外后视镜加热是相同的,比如:按照车外温度,加热先按最大功率(就是100%)来工作, 在经过了规定时间后,加热功率会下降。
      在两个虚拟车外后视镜的壳体上集成有两个车周环境摄像头:左侧车周环境摄像头R244和右侧车周环境摄像头R245。另外,两个侧面转向灯指示灯(左侧/右侧转向指示灯灯泡M18/M19)集成在后视镜壳体上。

八、发动机控制单元J623

图16 发动机控制单元J623安装位置

如图16所示,发动机控制单元J623安装在左侧A柱上,它连接在FlexRay总线。加速踏板模块GX2连接在发动机控制单元上,驻车锁执行器V682是通过子CAN总线连接的。发动机控制单元经组合仪表CAN总线从控制单元J587来获取挂入的行驶挡信息。
      蓄电池调节控制单元J840经混合动力CAN总线将高压蓄电池充电状态和电流限制信息发送给发动机控制单元。发动机控制单元J623根据这些信息和加速踏板模块GX2的位置,通过FlexRay总线把电驱动和能量回收的转速和扭矩规定值发送给前桥及后桥交流驱动装置。
如果司机踏下制动踏板,那么发动机控制单元会经FlexRay总线从控制单元J104接收到这个制动意愿信息。根据能量回收设置情况,制动功率会在交流驱动装置和脚制动器之间进行分配。

车速若下降,那么能量回收功率也就下降。不用脚制动器就无法将车辆制动至停住。在功率表的Charge刻度区会显示能量回收情况。司机可以通过方向盘上的点动开关来设置能量回收功率。

来源:刘春晖

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