新能源汽車車身電器教學設備方案設計

金星辰 王春暉

摘 要：由于當代新能源汽車結合現代互聯網技術，增添許多智能網聯新功能，繼而車輛上的傳感器和電子控制單元也日益增多。如果繼續采用過去傳統汽車點對點的通信方式，會產生重量增加、布線復雜等問題。目前大多數新能源汽車采用分布式通信網絡架構，線束簡單、重量減少并且擴展性高的優點，但針對新能源汽車分布式通信網絡架構的實訓教學設備不完善。文章以比亞迪E5車型為例進行詳細分析，針對新能源汽車分布式電氣架構的教學設備進行方案設計，旨在提供一套針對新能源汽車完整的理實一體化教學設備資源。

關鍵詞：新能源汽車;電氣架構;教學設備

中圖分類號：U469.72? 文獻標識碼：A? 文章編號：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，由于日益嚴重的環境問題和資源問題，新能源汽車發展迅速。并且新能源汽車結合了互聯網技術，大部分采用了新型電子電氣架構[1]。然而，新能源汽車產業的發展速度遠遠超過了新能源汽車產業相關技術人才的發展速度，對于新能源汽車的技術人才的培養還不夠。目前，市場上汽車方面的教學資源仍然以傳統汽車為主，對于新能源汽車的研究，也僅僅著眼于汽車動力系統和充放電系統上。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，并設計一套符合現在發展趨勢的新能源汽車教學實驗實訓設備。

1 比亞迪車型分析

比亞迪E平臺是通過“33111”高度集成化設計來達到極限地壓縮空間、從而更容易開發標準化模塊的目的，最終形成標準化程度高的純電動車平臺。“33111”包括驅動電機三合一、高壓控制器三合一、低壓控制器多合一、一塊動力電池和一塊智能網聯中控屏。總的來說就是把幾大相關部件合為一體，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平臺研究的比亞迪E5車型是網約車和出租車的首選，銷量占比達比亞迪所有新能源汽車的38.1%，成為國產純電動家轎中最具性價比典范車型。比亞迪E5車型的電氣架構如圖1所示，主要包括7個網絡：

1）動力網包含的控制模塊有驅動電機、換擋機構、組合儀表、整車控制器、充配電總成（DC-DC轉換器、車載充電機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）分別在網關和電池管理器模塊中。

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

3）舒適網包含的控制模塊有組合開關、空調面板、CD/多媒體、安全氣囊SRS、引擎模擬器、多功能屏、玻璃升降開關、倒車雷達、外部胎壓監測、空調控制器、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關和車身控制器BCM模塊中。

4）電池子網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）啟動子網包含的控制模塊有車身控制器BCM、智能鑰匙keyless系統、轉向軸鎖。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）空調子網包含的控制模塊有空調控制器、壓縮機、空調加熱模塊PTC。傳輸速率為125kbit/s，其終端電阻分別在網關和壓縮機模塊中。

8）各網絡之間通過網關實現不同通信速率間的信息交互，動力網和舒適網通過BCM（車身控制模塊）發送指令控制執行機構操作。

2 新能源汽車車身電器教學設備方案設計

2.1 需求分析

目前新能源汽車實訓教學設備的現狀，教學設備功能單一，實訓臺架與實車相差過遠，對學生吸引力不夠，因此建立一套新能源汽車車身電器的模塊教學設備。新能源汽車車身電器模塊教學設備需要滿足以下兩點[3]：

2.1.1 實現汽車基本功能需求

實訓臺的操作應與實際駕駛過程中的操作相符合，實訓臺所使用的相關電器及配件應為汽車上的原裝產品。同時，考慮到燈光信號系統在汽車中的實際布置，以便于學生了解燈光信號系統在汽車中的布置情況，實訓臺的布置方式應按照原車的布置方式來實施，模擬實車的場景，方便學生理解。

2.1.2 實現汽車故障診斷教學功能需求

為了便于學生對車身電器故障進行準確的檢測與排除，還要確保教學實訓臺能夠對汽車常見故障進行真實模擬。應在故障所涉及到的位置中設置對應的檢測點，使學生能夠通過這些檢測點分析故障原因，并對故障進行有效排除，這樣有助于培養學生對問題的分析與解決能力。

2.2 方案設計

2.2.1 功能設計

以比亞迪E5汽車為代表，構建新能源汽車車身電器模塊化教學臺架。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，實現車身電器模塊既能獨立工作，又能聯動調控。車身電器實驗實訓臺獨立工作時，控制模塊能夠實現汽車正常行駛功能以及相應的故障設置診斷功能。聯動調控時，也可以將各模塊通過CAN總線進行連接，實現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總線相連實現通信。

2.2.2 機械設計

教學實驗實訓臺架是汽車電器以及線束布置的支撐基礎，結合成本以及強度、剛度的要求，綜合考慮選用鋁型材結構，鋁型材結構密度小、質量輕、強度高、易于加工，適用于教學實驗實訓臺架。根據車身電器功能需求，鋁型材之間采用直角連接件進行加固，各模塊之間選用碰珠卡扣實現對接，實訓臺底部裝有剎車腳輪，既可以方便移動，同時也可以實現固定。

教學實驗實訓臺架需要與比亞迪E5車身電器結構相符合，使車身電器以及相應線束依附臺架固定，教學實驗實訓臺架完成效果如圖3所示。

2.2.3 電氣設計

結合對比亞迪E5的電氣系統的分析，車身電器教學實驗實訓臺需要對比亞迪E5的電氣系統進行拆分組合，實現模塊化運行，聯動調控時采用接插件進行通信連接。結合比亞迪E5車型的電路圖，進行模塊化電路設計，如圖4圖5所示，作為獨立教學實驗實訓臺運行時，儀表模塊通過轉向軸開關控制車燈相關指示燈和雨刮電器實現功能，而車燈模塊通過實訓臺面板控制裝置實現對車燈的操作。聯動調控時，儀表模塊與車燈模塊CAN總線相連接，通過對儀表模塊的轉向柱開關操作，將信息發送至車燈模塊，繼而控制車燈動作。

2.2.4 故障設置與診斷系統方案設計

汽車教學設備需要結合實際生活中出現的常見故障問題，通過故障模擬裝置對故障現象進行模擬，達到學生可以檢測故障并維修的目的。

故障設置總體布局如圖6所示，通過一體機操作電腦設置故障點，故障設置板接收到指令操作相應位置的開關，實訓臺顯示故障無法正常運行。常見故障設置類型主要分為：供電故障、通信故障、搭鐵斷路故障、失效損壞、保險故障。針對每個故障都需要設置故障檢測端子，實現故障診斷功能。

3 結語

論文對比亞迪E5汽車的系統架構詳細分析，并以該車型為載體，通過對實訓教學特點和汽車故障檢測技能進行研究，提出一套新能源汽車車身電器教學設備方案。

參考文獻

[1] 賀強.新能源汽車CAN通信系統的設計與實現[D].遼寧大學， 2016.

[2] 楊意品.比亞迪純電動汽車e平臺技術解析[J].汽車維護與修理， 2019（23）：66-69.

[3] 耿麗，張建峰.汽車電器多功能實訓臺架的設計探索[J].產業與科技論壇，2016，15（05）：58-59.