القوة وراء السيارات الكهربائية: استكشاف أنظمة التحكم EV ووحدات التحكم في المركبات (VCU)

لقد تحولت السيارات الكهربائية (EVs) بسرعة من مفهوم مستقبلي إلى حركة عالمية. على الرغم من أن حزم البطارية والمحركات الكهربائية تحصل على معظم الاهتمام ، فإن ما يجلب حقًا EV إلى الحياة هو نظام التحكم في EV المتطور - وهو تزامن معقد من الإلكترونيات والبرامج المضمنة والذكاء. في قلب هذا النظام ، توجد وحدة تحكم سيارة EV ، والتي يشار إليها بشكل أكثر شيوعًا باسم وحدة التحكم في السيارة (VCU). في هذه المدونة ، نستكشف الهيكل والوظائف والابتكارات ومستقبل أنظمة التحكم في EV و VCUs.

مقدمة لتكنولوجيا التحكم EV

التحكم في المركبات الكهربائيةتحكم التكنولوجيا كيفية إدارة الطاقة ، وكيفية استجابة السيارة لمدخلات السائقين ، وكيف تتواصل جميع المكونات في الوقت الفعلي. من تنظيم استخدام البطارية إلى مزامنة عزم الدوران المحرك ، يلعب نظام التحكم EV دورًا مهمًا في سلامة المركبات والكفاءة وتجربة القيادة.

يتطلب التحول من محركات الاحتراق الداخلي إلى المحركات الكهربائية مجموعة جديدة تمامًا من آليات التحكم. على عكس السيارات التقليدية ، التي تعتمد بشكل كبير على المكونات الميكانيكية ، تعتمد EVs على عناصر التحكم الإلكترونية الدقيقة والبرامج التي تعمل. هذا التحول النموذجي يجعل وحدة التحكم في سيارة EV ضرورية لوظائف السيارة.

المكونات الرئيسية لنظام التحكم EV

يتكون نظام التحكم EV من وحدات متكاملة متعددة تعمل معًا للتحكم في كل جانب من جوانب تشغيل السيارة. تتضمن المكونات الرئيسية:

أ. وحدة التحكم في المركبات (VCU)

الدماغ المركزي للسيارة التي تنسق جميع النظم الفرعية ، وعمليات بيانات المستشعر ، وتنفيذ استراتيجيات التحكم.

ب. وحدة التحكم في المحرك (MCU)

يتحكم في تشغيل محرك الجر ، بما في ذلك السرعة وعزم الدوران والكبح التجديدي.

ج. نظام إدارة البطارية (BMS)

تدير حزمة البطارية ، بما في ذلك مراقبة الجهد الخلوي ، والتحكم في درجة الحرارة ، وتقدير حالة الشحن (SOC).

د. وحدة توزيع الطاقة (PDU)

ينظم توزيع الطاقة من البطارية إلى مكونات مختلفة.

ه. شاحن على متن (OBC)

يدير عملية شحن البطارية عند توصيلها بمصدر خارجي.

و. واجهة الإنسان والآلة (HMI)

يربط أنظمة المركبات مع السائق ، وعادة ما عبر شاشات Dashboard ولوحات التحكم.

يتواصل كل مكون مع VCU عبر شبكة اتصال على مستوى السيارة ، وعادة ما يستخدم بروتوكولات CAN (شبكة منطقة التحكم).

فهم وحدة التحكم في المركبات (VCU)

تعمل وحدة التحكم في المركبات كوحدة تحكم رئيسية لـ EV. يتلقى بيانات من أجهزة الاستشعار وغيرها من وحدات التحكم الإلكترونية (وحدات التحكم الإلكترونية) وتعالجها لاتخاذ قرارات في الوقت الفعلي. تشمل الوظائف الرئيسية:

• حساب الطلب عزم الدوران
• إدارة الطاقة
• التحكم في وضع القيادة
• تنسيق الكبح التجديدي
• مراقبة السلامة والتشخيص
• التواصل مع أنظمة السحابة أو عن بُعد

على عكس وحدة التحكم في المحرك (ECU) في المركبات التقليدية ، يجب أن يتعامل VCU في EV مع الفروق الدقيقة في الدفع الكهربائي ، والإدارة الحرارية ، وتحسين استخدام البطارية.

كيف تعمل وحدة تحكم سيارة EV

تعمل وحدة تحكم Car EV من خلال برنامج مضمن مبرمج في VCU. إليك كيفية عملها عادة:

الخطوة 1: جمع الإدخال

توفر المستشعرات بيانات عن سرعة السيارة ، ووضع الدواسة ، وحالة البطارية ، ودرجة حرارة المحرك ، وأكثر من ذلك.

الخطوة 2: معالجة الإشارة

يقوم VCU بتحليل هذه الإشارات ويقارنها مع عتبات تشغيلية محددة مسبقًا أو أوامر برنامج التشغيل.

الخطوة 3: صنع القرار

بناءً على المدخلات ، يحدد VCU مقدار الطاقة التي يجب أن يقدمها المحرك أو مقدار الكبح المطلوب.

الخطوة 4: توزيع الأوامر

يتم إرسال الأوامر إلى وحدة التحكم في المحرك ونظام إدارة البطارية والمكونات الأخرى لتنفيذ الإجراءات المطلوبة.

الخطوة 5: التعليقات والتعديل

يراقب VCU بشكل مستمر ملاحظات النظام ويقوم بإجراء تعديلات في الوقت الفعلي للأداء الأمثل.

تتيح عملية التحكم في الحلقة المغلقة هذه EVs توفير تسارع سلس ، والكبح الدقيق ، وكفاءة الطاقة العالية.

تصميم وهندسة نظام التحكم EV

يتطلب تصميم نظام التحكم EV مزيجًا من هندسة الأجهزة والبرامج. عادةً ما يتم توزيع بنية النظام ، مع وجود متعددة لوكالة الاستخبارات الفورية عبر حافلات الاتصالات عالية السرعة. يشمل الهيكل النموذجي:

• VCU المركزية: وحدة صنع القرار الأساسية
• وحدة التحكم الإلكترونية اللامركزية: بالنسبة للجر والبطارية والمناخ والتحكم في المعلومات والترفيه
• صفائف المستشعر: مستشعرات سرعة العجلات ، مستشعرات درجة الحرارة ، مقاييس التسارع ، إلخ.
• شبكة الاتصالات: عادةً ما يمكن لـ FD أو Lin أو Flexray
• إمدادات الطاقة الزائدة: لضمان تحمل الخطأ

تم تطوير البرنامج باستخدام أدوات التصميم المستندة إلى النماذج مثل MATLAB/SIMULINK ويتبع معايير مثل AUTOSAR و ISO 26262 للوظائف الحرجة للسلامة.

التكامل والتواصل في أنظمة EV

التكامل هو واحد من أكثر جوانب أنظمة التحكم في EV. إنه يتضمن تكامل الأجهزة - ربط الوحدات الفعلية - وتكامل البرامج - يمكن أن يشارك كل من وحدة العناية المركزة المختلفة ومعالجة البيانات بفعالية.

بروتوكولات الاتصال

• يمكن للحافلة: يستخدم على نطاق واسع للتواصل في الوقت الفعلي القوي.
• LIN BUS: عادةً ما يستخدم للتطبيقات ذات السرعة المنخفضة.
• Ethernet: يستخدم بشكل متزايد للتطبيقات عالية البيانات مثل ADAS.
• تحديثات عبر الهواء (OTA): اسمح لـ VCU بتلقي تحسينات البرامج عن بُعد.

التكامل الوظيفي

جميع الأنظمة - من البطارية إلى الفرامل - تعمل بشكل متناغم. يضمن VCU العمليات المنسقة ، على سبيل المثال ، مزامنة الكبح التجديدي مع فرامل الاحتكاك أو ضبط إخراج HVAC بناءً على درجة حرارة البطارية.

الميزات والابتكارات المتقدمة في تقنية VCU

تتطور VCus الحديثة ليس فقط لدعم التحكم في المركبات ولكن أيضًا الاتصال والأتمتة وتكامل الذكاء الاصطناعي. تشمل الابتكارات:

أ. خوارزميات التحكم القائمة على الذكاء الاصطناعي

تعمل نماذج التعلم الآلي على تحسين استخدام الطاقة وتخطيط المسار والصيانة التنبؤية.

ب. التشخيصات المتصلة بالسحابة

يتيح نقل البيانات في الوقت الحقيقي التشخيص عن بُعد وتحديثات البرامج الثابتة.

ج. عزم الدوران

يمكن لـ VCUs التحكم في عزم العجلات الفردية لتحسين التعامل والسلامة.

د. التكامل مع ADAS

تتواصل أنظمة مساعدة السائق المتقدمة مثل Contraise Control و Adminting Controlming مع VCU لتعزيز ديناميات القيادة.

ه. منصات VCU وحدات

تتجه الشركات نحو VCus المعيارية التي يمكن تخصيصها لكل منصة مركبة ، مما يقلل من وقت التطوير والتكلفة.

التحديات في تصميم نظام التحكم EV

على الرغم من التطورات التكنولوجية ، فإن تطوير نظام التحكم القوي EV يمثل تحديات كبيرة:

أ. السلامة والتكرار

يجب أن تعمل وظائف السلامة الحرجة بشكل موثوق في جميع الظروف. يتطلب تحقيق الامتثال ISO 26262 التحقق من صحة وتكرار صارمة.

ب. الإدارة الحرارية

يجب على وحدات تحكم EV إدارة الحرارة الناتجة عن إلكترونيات الطاقة ، خاصة أثناء الشحن السريع والقيادة عالية التحميل.

ج. تعقيد البرامج

تحتوي VCus على ملايين خطوط الكود. يعد ضمان الأمن والكفاءة والتشغيل الخالي من الأخطاء مهمة هندسية رئيسية.

د. تكامل النفقات العامة

يعد دمج المكونات الجديدة أو ميزات البرامج دون تعطيل الوظائف الحالية معقدًا.

ه. قيود في الوقت الحقيقي

يجب أن يعمل نظام التحكم EV في الوقت الفعلي مع انخفاض الكمون لضمان سلامة السائق والاستجابة.

الاتجاهات المستقبلية في وحدات تحكم EV وتطوير VCU

مع نضوج تقنية EV ، يتجه مستقبل وحدات التحكم في سيارات EV و VCus نحو أنظمة أكثر ذكاءً وأكثر تكييفًا وأكثر ارتباطًا.

أ. وحدات التحكم في المجال والحيوان

بدلاً من العديد من وحدات التحكم الإلكترونية ، ستعمل البنى المستقبلية على توحيد السيطرة في وحدات التحكم في الزونال لتقليل الأسلاك وتحسين الكفاءة.

ب. الحوسبة المركزية

تتحرك مصنعي المعدات الأصلية نحو منصات حوسبة المركبات المركزية التي يمكنها التعامل مع كل شيء من مجموعة نقل الحركة إلى المعلومات والترفيه.

ج. منظمة العفو الدولية والسيطرة التنبؤية

ستستخدم VCUS منظمة العفو الدولية لإدارة الطاقة التنبؤية ، وتعلم عادات السائق لتحسين الأداء وعمر البطارية.

د. التركيز الأمن السيبراني

مع زيادة الاتصال ، يعد تأمين نظام التحكم EV من التهديدات الإلكترونية أولوية قصوى.

ه. الاتصالات V2X

سيمكّن الاتصال من مركبة إلى كل شيء (V2X) السيارات من مشاركة البيانات مع البنية التحتية ، وتعزيز السلامة وتدفق حركة المرور.

خاتمة

مع استمرار ثورة المركبات الكهربائية في اكتساب الزخم ، لا يمكن المبالغة في أهمية نظام التحكم في EV المحدد جيدًا. في وسط هذه الأعجوبة التكنولوجية ، تقع وحدة التحكم في سيارة EV ، أو وحدة التحكم في المركبات ، والتي تعمل كأعقار خلف الماكينة. من إدارة تدفق الطاقة إلى ضمان تجربة قيادة سلسة ، فإن VCU هي القوة الصامتة التي تعمل بالعصر الكهربائي.

إن التطورات المستقبلية في الذكاء الاصطناعي والاتصال والبنية المركزية ستؤدي فقط إلى تعزيز قدرات هذه الأنظمة ، مما يتيح السيارات الكهربائية الأكثر ذكاءً والأمان والأكثر كفاءة. مع استمرار المهندسين وشركات صناعة السيارات في دفع الحدود ، يكون هناك شيء واحد واضح: إن الطاقة وراء السيارات الكهربائية لا تكمن في البطارية فحسب ، بل في الذكاء الذي يتحكم فيها.