驱动控制装置执行以下主要功能:分析驾驶员指令(加速踏板);协调转矩要求;运行策略包括应急运行模式反应;控制电机;热量管理;分析电子选挡开关(电子伺服换挡功能);低压车载网络电源管理。 如图12-30所示,EDME控制单元是驱动控制装置主要功能的主控单元和协调单元。 施加驱动力矩前,EDME控制单元必须检查是否已建立行驶准备。此外EDME控制单元还要查询电动传动系所有子系统是否正常运行,这也是提供驱动力矩的一项前提条件。最后EDME控制单元还必须考虑用于驱动车辆的可用电功率,该功率主要通过高压电池状态进行确定。SME控制单元通过相应总线电码将该状态发送至EDME控制单元。作为检查结果,EDME控制单元确定是否能够以及在何范围内提供驱动力矩。出现故障或使用受限时EDME控制单元就会通过组合仪表发出一条相应的检查控制信息。在此所述各项功能均汇总在“运行策略”下。 用于确定驱动力矩的一个重要输入信号是加速踏板角度,该角度通过一根直接线从加速踏板模块传输至EDME控制单元。EDME控制单元根据该信号确定驾驶员转矩需求EDME控制单元必须将该需求以及可能同时存在的转矩要求(例如由定速巡航控制系统或动态稳定控制系统提出)进行比较和协调。EDME控制单元可通过这些输入信息计算出实际所需的电机驱动力矩。 为通过电机产生驱动力矩,必须在电机绕组上产生相电压的大小、频率和相位。该任务并非通过EDME控制单元自身进行,而是由EME控制单元来进行。EDME控制单元通过PT-CAN2以总线电码形式将所需驱动力矩发送至EME控制单元。EME控制单元据此计算出相电压并由安装在同一壳体内的EME供电电子装置最终产生相电压。
另一项重要的驱动控制功能是电子伺服换挡功能,该功能对电子选挡开关和其他信号进行分析,从而模拟传统自动变速器的行驶挡位(P、R、N、D)。
在i3车型上切换行驶挡位的方式与带有自动变速器和电子选挡开关的传统车辆相同。
下面列举一些重要条件和功能。
互锁:只能在行驶准备接通时从P挡切换至其他行驶挡位。
选挡杆锁:只有同时操作制动踏板时才能从P挡或N挡切换至D挡或R挡。
操作选挡杆时从P挡或R挡切换至N挡或D挡。
自动挂人P挡:如果既未操作制动踏板也未操作加速踏板、驾驶员车门打开、驾驶员安全带未插入安全带锁扣,就会在其他行驶挡位下自动挂入P挡(车辆静止时)。关闭行驶准备时也会自动挂入P挡。
自动洗车设备功能:接通行驶准备时挂入行驶挡位N,关闭行驶准备。通过这种方式可使N挡保持挂入状态。
由于i3车型的变速器只有一个固定传动比,因此没有行驶挡位也没有自适应变速器控
制系统、没有运动模式也没有手动模式。变速器不使用离合器来中断或建立动力传递。i3车型的变速器内也没有倒车挡。表12-3展示了EDME内的驱动控制装置如何通过技术方式实现各个行驶挡位。
多年以来,传统车辆的电源管理系统一直以功能形式集成在发动机管理系统内。这项电源管理系统功能包括通过智能型蓄电池传感器(IBS)分析12V蓄电池充电状态以及关闭用电器等。在i3车型上也继承了这一传统,由EDME控制单元针对低压车载网络执行电源管理系统功能。低压车载网络内的电源管理系统包括以下子功能:确定当前用电器能量需求总线电码形式信号,例如车身域控制器(BDC)提供的车外照明装置接通状态];确定12V蓄电池的健康状态、充电状态和充电电流/放电电流(IBS提供的信号);控制DC/DC转换器的功率;监控休眠电流;关闭总线端或用电器,以免12V蓄电池过度放电。
在i3车型上,电机电子装置内的DC/DC转换器执行了传统12V发电机的任务。因此EDME内的电源管理系统根据功率需求以总线电码形式要求电机电子装置提供相应功率EDME控制单元的电气接口:EDME控制单元12V供电(总线端K1.30B、总线端K1.31);带两个霍尔传感器的加速踏板模块,供电、接地和传感器输出信号(输出电压范围为0~2.5V和0~5.0V);制动信号灯开关和制动信号灯测试开关,相互倒置,冗余信号(操作/未操作),通过总线端R供电;LIN总线,读取智能型蓄电池传感器(IBS)信号和控制电动冷却液泵(电机/电机电子装置和充电电子装置冷却循环回路);控制电风扇,可通过PWM信号由EDME控制单元控制用于冷却前部冷却套件的电风扇功率,执行应急运行模式时,EDME控制单元可通过一个继电器以最大功率接通电风扇;车身域控制器(BDC)(启动授权); PT-CAN(EDME内没有终端电阻); PT-CAN2(EDME内没有终端电阻)FlexRay(EDME内没有终端电阻)。
下面汇总了由EDME控制单元计算和执行的功能:转矩协调(驾驶员要求、辅助系统);运行策略;电子伺服换挡;低压电源管理;热量管理;控制电动真空泵;故障管理和应急运行。
电机电子装置(EME)的任务是将高压电池的直流电压(最高约400VDC)转换为用于控制电机(作为电动机)的三相交流电压(最高约360VAC)。反之,当电机作为发电机使用时,电机电子装置将电机的三相交流电压转换为直流电压,从而为高压电池充电。该过程在制动能量回收利用期间进行。对于这两种运行方式来说都需使用双向DC/AC转换器该转换器可作为逆变器和直流整流器工作。
通过同样集成在电机电子装置内的DC/DC转换器来确保为12V车载网络供电。此外电机电子装置还有一个控制单元。
i3车型的整个电机电子装置位于一个铝合金壳体内电机电子装置上的接口可分为四个类别:低压接口;高压接口;电位补偿导线接口;冷却液管路接口。
图12-31展示了电机电子装置的所有接口在电机电子装置上,从外部可见的多芯低压插头上汇总了以下导线和信号:EME控制单元供电(前部配电盒和接地的总线端K1.30B);安全蓄电池接线柱的总线端K1.30C(由EME控制单元进行分析,从而识别事故);总线系统 PT-CAN2(在EME控制单元内带有
用于 PT-CAN2的120Ω终端电阻);唤醒导线;连接便捷充电电子装置的控制导线,用于授权充电过程;高压触点监控电路输入端和输出端(EME控制单元分析信号并在电路断路时关闭高压系统);电动机械式驻车锁位置传感器的供电和信号、电磁铁和电机的供电;制动真空压力传感器电源和信号;电动真空泵供电。
这些导线和信号的电流强度相对较小。通过两个独立的低压接口和横截面较大的导线使电机电子装置与12V车载网络(总线端K1.30和K1.31)连接。电机电子装置内的DC/DC转换器通过该连接为整个1V车载网络提供能量电机电子装置与电机的连接从外部无法看到。该连接位于电机右侧端盖下方,如图12-32所示。
在端盖下方除有为定子绕组(高压接口)供电的螺栓连接件外,还有传输以下信号的插接连接件:电机的转子位置传感器供电和传感器信号;电机内两个温度传感器的信号图12-33所示为电机电子装置低压接口连接电路。
在电机电子装置上总共有五个高压接口,用于连接至其他高压组件,其连接方式见表12-4。
图12-34所示为电机电子装置高压接口连接电路。
i3车型的变速器需要执行以下任务:将电机的转速和转矩传输至半轴;在两个半轴和驱动车轮之间进行转速补偿;防止车辆溜车。
为了执行上述任务,变速器带有下列子组件:带两个圆柱齿轮对的齿轮传动机构(中央减速器);集成在变速器壳体内的差速器;电动机械式驻车锁。
由于电机可提供较大有效转速范围,因此变速器只需要一个挡位,即只有一个固定传动比。转速为零时发动机不提供转矩。而电机则完全不同;从零转速起便开始提供较高转矩,因此变速器也不需要离合器来进行起步或更换挡位。
数字式发动机电气电子伺控系统(EDME)控制单元包含逻辑部分,即何时应挂入或松开驻车锁的条件。EDME控制单元通过 PT-CAN将相应指令传输至电机电子装置。最终由EME控制单元直接控制驻车锁执行机构。其工作方式与其他行驶挡位(R和D)功能一样在此,EDME控制单元也计算逻辑部分。随后由电机电子装置负责执行部分,从而例如针对倒车行驶或向前行驶以相应方式控制电机。变速器还带有选挡杆锁和互锁功能,其逻辑部分也在EDME控制单元内进行计算用于控制电机的供电电子装置主要由双向DC/AC转换器构成,如图12-35所示。这是种脉冲变流器,带有一个2芯直流电压接口和一个三相交流电压接口。该DC/AC转换器可作为逆变器工作,作为电动机工作时将电能从高压电池传输至电机。它也可以作为整流器工作,将电能从电机传输至高压电池。进行制动能量回收利用时采用这种运行模式,此时电机作为发电机工作并“产生”电能。
DC/AC转换器的运行模式由EME控制单元决定。为此,EME控制单元从EDME控制单元接收主要输入参数--电机提供的转矩规定值(数量和符号)。EME控制单元根据该
规定值和当前电机运行状态(转速和转矩)确定DC/AC转换器的运行模式以及电机相电压的振幅和频率。根据这些规定值以脉冲方式控制DC/AC转换器的功率半导体。
除DC/AC转换器外,供电电子装置还包括DC/AC转换器交流电压侧所有三相内的电流传感器。EME控制单元通过电流传感器信号监控供电电子装置和电机内的电功率以及电机产生的转矩。通过电流传感器信号以及电机内转子位置传感器信号还能接通电机电子装置控制电路。
电机电子装置和电机的功率数据在研发过程中进行了相互匹配。因此电机电子装置能够持续提供75kW电功率并短时提供125kW最大功率。为了防止供电电子装置过载,在DC/AC转换器上还有一个温度传感器。如果根据该传感器信号识别出功率半导体温度过高,EME控制单元就会降低输出至电机的功率,以保护供电电子装置。如果功率降低程度能够让用户明显感觉到,就会通过一条检查控制信息提示用户。如果电机温度超出允许范围,用户也会获得相同的故障响应(降低功率)和相同的检查控制信息。
高压车载网络电源管理系统包括两项子功能:一项用于行驶运行模式;另一项用于充电运行模式。在行驶运行模式下协调从高压电池至高压用电器的能量流。为此EME控制单元进行以下计算步骤并不断重复。
①对高压电池提供的功率进行查询(提供信号:SME)。
②对电动驱动装置要求的功率进行查询(信号来源:EDME)。
③对要求的空调系统功率进行查询(电气加热装置,电动空调压缩机,IHKA)。
④决定如何分配电功率并与用电器控制单元进行通信。
在充电运行模式下,高压电源管理系统执行不同任务:控制从车辆外部通过EME和或便捷充电电子装置(KLE)至高压电池以及根据需要至电气加热装置(EH)或至电动空调压缩机(EKK)的能量流。
在EME内始终不断重复以下步骤。
①对外部可提供功率进行查询(信号来源:LIM)。
②对高压电池可消耗功率进行查询(SME)。
③对需要提供给空调系统的功率进行查询(IHKA/IHKR)。
④要求(EME/KLE)提供所需功率。
⑤将可提供的部分功率传输至高压电池接收装置(SME控制单元)和空调系统(IHKA控制单元)。
外部可提供的功率并非大小不限,而是会受到电网和EME/KLE限制。因此必须在进行分配前首先查询可分配的功率。高压电池根据其充电状态等可能无法吸收任意大小的功率,因此同样必须首先查询相关数值。根据高压电池温度或驾驶员提出的空调要求,空调系统也需要电功率,该功率数值是充电运行模式下用于高压电源管理系统的第三个重要输入参数。通过这些信息对外部要求的功率进行控制并分配给用电器。
不仅电机通过电机电子装置供电。高压用电器(电动空调压缩机和电气加热装置)也从电机电子装置获得高压供电,但并未为此在电机电子装置内实现复杂的控制功能,而是将电机电子装置用作高压直流配电盒,由高压电池提供该高电压。为防止短路时连接两个高压用电器的高压导线过载,电机电子装置分别带有一个用于电动空调压缩机和一个用于电气加热装置的高压熔丝。两个高压熔丝的额定电流为40A。
电机电子装置带有电动机械式驻车锁控制所需的以下组件:用于控制驻车锁模块内电机的输出级;用于监控电机的电流传感器;传感器信号的电子分析装置。
用于控制电机的输出级由功率晶体管式桥接电路构成。它能够在操作期间为电机提供
3~4A的电流,而且还能够提供最髙10A的电机启动电流。桥接电路的设计可确保即使输出端短路自身也不会受到损坏(电流限制)。为了防止电机和导线过载,EME控制单元监控输出级的电流并根据需要进行限制。为此输出级带有一个电流传感器,由EME控制单元对其信号进行分析。
驻车锁模块内的两个冗余位置传感器是霍尔传感器。EME控制单元为该传感器供电此外还读取位置传感器信号,检查其可信度并进行分析。EME控制单元根据位置传感器信号确定驻车锁状态(已挂入/已松开)并以总线电码形式提供状态信息。例如由EDME控制单元读取该信号并计算出挂入行驶挡位等变速器功能。
图12-36所示为驻车锁模块与电机电子装置之间的电气接口。
电机电子装置带有用于分析制动真空压力传感器信号和控制电动真空泵的硬件。但控制电动真空泵的功能逻辑并非在EME控制单元,而是在DSC控制单元内。EME和DSC控制单元通过 PT-CAN和 PTCAN2上的总线电码交换电动真空泵的传感器信号和接通要求。
与传统车辆相同,在i3车型上制动真空压力传感器也安装在制动助力器壳体上。电机电子装置为传感器供电,同时传感器发回取决于制动助力器内真空的电压信号。EME控制单元将该模拟传感器信号转化为实际制动真空压力并以总线电码形式发送给DSC控制单元。
DSC控制单元分析制动真空压力信号,考虑行驶动力参数(例如车速)和制动踏板操作并由此确定是否需要接通电动真空泵。此外,DSC控制单元内的功能逻辑还考虑滞后情况,因此电动真空泵不会持续接通和关闭,而是在达到所需最小制动真空压力前保持接通状态。DSC控制单元以总线电码形式将电动真空泵接通要求发回给EME控制单元。
电机电子装置带有一个输出级(半导体继电器),用于接通和关闭电动真空泵的供电。
根据需要可将DC/DC转换器输出电压直接连接至电动真空泵。接通电流最高可达30A。为了保护输出级和导线,通过电子方式限制电流。不对电动真空泵进行功率或转速限制,而是仅接通和关闭电动真空泵。制动真空压力传感器可根据不再提供真空识别出电动真空泵失灵。至少会提供交通法规许可的减速度(提高踏板力)。在此由DSC实现液压制动助力功能,即根据驾驶员压力产生液压增强的循环压力。
