CN113715757B - 一种适用于智能网联车辆的整车电气架构 - Google Patents

一种适用于智能网联车辆的整车电气架构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适用于智能网联车辆的整车电气架构，包括底盘电气件、上装电气件和电源模块；所述底盘电气件经底盘DC/DC电压转换器与电源模块连接，实现底盘电气件的电源接收；所述上装电气件经上装DC/DC电压转换器与电源模块连接，实现上装电气件的电源接收；所述底盘电气件、上装电气件和电源模块之间经CAN线连接。本发明优化了车辆电气件的电源供应结构，可以降低电量的损耗，提高了续航能力。

Description

一种适用于智能网联车辆的整车电气架构
技术领域
本发明涉及无人驾驶教具车技术领域，特别涉及一种适用于智能网联车辆的整车电气架构。
背景技术
当下无人驾驶教具车产品多种多样，没有统一标准，根据教学需要以及成本所限，会适当搭载某些传感器，比如摄像头+激光雷达，摄像头+毫米波雷达等多种传感器组合，而且都会有计算平台、交换机、蓄电池、高压配电盒等通用模块。因此为了教学和演示，通常的教具车将这些模块零散的安装在车身上，这种传统方案比较简单，容易实现，成本比较低的一些优点，但主要存在以下缺点：通用模块零散布置，使设备繁多、线束复杂。而且传感器部分和通用模块电气部分的用电由同一个车载DCDC提供，容易造成电量使用过快，续航短的问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种适用于智能网联车辆的整车电气架构。本发明优化了车辆电气件的电源供应结构，可以降低电量的损耗，提高了续航能力。
本发明的技术方案：一种适用于智能网联车辆的整车电气架构，包括底盘电气件、上装电气件和电源模块；所述底盘电气件经底盘DC/DC电压转换器与电源模块连接，实现底盘电气件的电源接收；所述上装电气件经上装DC/DC电压转换器与电源模块连接，实现上装电气件的电源接收；所述底盘电气件、上装电气件和电源模块之间经CAN线连接。
上述的智能网联车辆的整车电气架构，所述电源模块包括12V的蓄电池、72V的高压主电池、BMS和高压配电盒。
前述的智能网联车辆的整车电气架构，所述底盘电气件包括前转向控制器、后转向控制器、线控制动单元、电机、电机控制器、电子驻车***、遥控接收模块和整车控制器；所述整车控制器分别与蓄电池、高压主电池、BMS、高压配电盒、前转向控制器、后转向控制器、线控制动单元、电机控制器、电子驻车***和遥控接收模块连接。
前述的智能网联车辆的整车电气架构，所述蓄电池输出有12V的电压线，电压线经第一开关连接整车控制器；所述电压线经主继电器分别与前转向控制器、后转向控制器、线控制动单元、电子驻车***、电机控制器和遥控接收模块连接；所述电压线还与BMS和底盘DC/DC电压转换器连接；所述BMS与高压主电池连接；
所述高压配电盒内设有DC接触器、预充继电器和主正接触器；所述高压主电池经DC接触器与底盘DC/DC电压转换器连接；所述高压主电池分别经预充继电器和主正接触器与电机控制器连接，电机控制器与电机连接。
前述的智能网联车辆的整车电气架构，所述高压配电盒内还设有充电接触器；所述BMS连接有充电座和车载充电机；所述车载充电机经充电接触器与高压主电池连接；所述车载充电机经DC接触器和电压线与蓄电池连接。
前述的智能网联车辆的整车电气架构，所述整车控制器还连接有紧急制动开关，紧急制动开关分别与整车控制器和电机控制器连接。
前述的智能网联车辆的整车电气架构，所述上装电气件包括无人驾驶域控制器、组合导航单元、前置摄像头、顶置激光雷达、侧置激光雷达、前向固态激光雷达、超声波雷达***、车路协同车载单元、交换机、5G网络模块和显示器；所述整车控制器与无人驾驶域控制器连接。
前述的智能网联车辆的整车电气架构，所述上装DC/DC电压转换器分别与电压线和DC接触器连接；所述上装DC/DC电压转换器输出有电源线；所述电源线分别与无人驾驶域控制器、组合导航单元、前向固态激光雷达、交换机、顶置激光雷达、5G网络模块、车路协同车载单元、侧置激光雷达和超声波雷达***连接。
前述的智能网联车辆的整车电气架构，所述无人驾驶域控制器分别连接超声波雷达***、车路协同车载单元、前置摄像头和交换机；所述交换机分别连接顶置激光雷达、显示器、5G网络模块、前向固态激光雷达、组合导航单元和侧置激光雷达；所述组合导航单元与车路协同车载单元连接；所述组合导航单元还连接有多个卫星天线。
前述的智能网联车辆的整车电气架构，所述超声波雷达***包括与无人驾驶域控制器连接的雷达控制器，雷达控制器连接有多个车身左侧超声雷达和多个车身右侧超声雷达。
与现有技术相比，本发明将传感器部分的上装电气件和通用部分的底盘电气件在电源的接收上作了创新，将底盘电气件通过底盘DC/DC电压转换器与电源模块连接，实现底盘电气件的电源接收；将上装电气件经上装DC/DC电压转换器与电源模块连接，实现上装电气件的电源接收，以此可以在非自动驾驶过程中或者人工操控过程中目的性的关闭上装电气件，减小了上装电气件的无谓运转和能源浪费，节省了电池的电量，提高了车辆的续航能力。此外，本发明的蓄电池与转向控制器连接，在底盘DC/DC电压转换器失效时，转向控制器仍可以依靠蓄电池的电量持续工作一段时间，提高车辆行驶的安全性。进一步地，本发明在充电时，可以通过底盘DC/DC电压转换器为蓄电池充电，保持蓄电池的健康，提高了蓄电池的使用寿命。本发明通过设置急停制动开关，可以切断电机控制器的12v电源从而切断整车动力，同时整车控制器得到紧急停止的硬线信号可以控制线控制动单元进行紧急停车，保证安全性。
附图说明
图1是本发明蓄电池与电子驻车***部分的电路结构示意图；
图2是本发明转向控制器与线控制动单元部分的电路结构示意图；
图3是本发明整车控制器与遥控接收模块部分的电路结构示意图；
图4是本发明底盘DC/DC电压转换器、上装DC/DC电压转换器和车载充电机部分的电路结构示意图；
图5是本发明高压主电池、BMS和高压配电盒部分的电路结构示意图；
图6是本发明电机控制器与电机部分的电路结构示意图；
图7是本发明上装电气件的部分电路的结构示意图；
图8是本发明超声波雷达***的电路结构示意图。
附图标记
1、底盘DC/DC电压转换器；2、上装DC/DC电压转换器；3、蓄电池；4、高压主电池；5、BMS；6、高压配电盒；7、前转向控制器；8、后转向控制器；9、线控制动单元；10、电机；11、电机控制器；12、电子驻车***；13、遥控接收模块；14、整车控制器；15、电压线；16、第一开关；17、主继电器；18、DC接触器；19、预充继电器；20、主正接触器；21、充电接触器；22、充电座；23、车载充电机；24、紧急制动开关；25、无人驾驶域控制器；26、组合导航单元；27、前置摄像头；28、顶置激光雷达；29、侧置激光雷达；30、前向固态激光雷达；31、超声波雷达***；32、车路协同车载单元；33、交换机；34、5G网络模块；35、电源线；37、显示器；38、卫星天线；39、雷达控制器；40、左侧超声雷达；41、车身右侧超声雷达；42；第二开关。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
实施例1：一种适用于智能网联车辆的整车电气架构，包括底盘电气件、上装电气件和电源模块；所述底盘电气件经底盘DC/DC电压转换器1与电源模块连接，实现底盘电气件的电源接收；所述上装电气件经上装DC/DC电压转换器2与电源模块连接，实现上装电气件的电源接收；所述底盘电气件、上装电气件和电源模块之间经CAN线连接。本发明将传感器部分的上装电气件和通用部分的底盘电气件在电源的接收上作了创新，将底盘电气件通过底盘DC/DC电压转换器与电源模块连接，实现底盘电气件的电源接收；将上装电气件经上装DC/DC电压转换器与电源模块连接，实现上装电气件的电源接收，以此可以在车辆行驶过程中目的性的关闭上装电气件，减小了上装电气件的无谓运转和能源浪费，节省了电池的电量，提高了车辆的续航能力。
实施例2：在实施例1的基础上，如图1-6所示，图1至图6中，以A为代表的线端之间相连接，其余字母表示的线端类似；所述电源模块包括12V的蓄电池3、72V的高压主电池4、BMS5和高压配电盒6；所述的蓄电池3提供12V电压；所述高压主电池4用于为整车提供电能，所述BMS5为电池管理***，智能化管理及维护各个电池单元，防止高压主电池出现过充电和过放电，延长电池的使用寿命，监控电池的状态；所述高压配电盒用于高压配电；
所述底盘电气件包括前转向控制器7、后转向控制器8、线控制动单元9、电机10、电机控制器11、电子驻车***12、遥控接收模块13和整车控制器14(VCU)；所述整车控制器14分别与蓄电池3、高压主电池4、BMS5、高压配电盒6、前转向控制器7、后转向控制器8、线控制动单元9、电机控制器11、电子驻车***12和遥控接收模块13连接。所述前转向控制器7与VCU交互，控制前转向电机；所述线控制动单元9接收VCU的制动指令，建压制动；所述电机10与电机控制器11连接后用于提供车辆的驱动力；所述电子驻车***12用于控制驻车电机；所述遥控接收模块13用于遥控信号接收；所述整车控制器14用于车辆的整车控制。
如图1-3所示，所述蓄电池3输出有12V的电压线15，电压线15经第一开关16连接整车控制器14；所述电压线15经主继电器17分别与前转向控制器7、后转向控制器8、线控制动单元9、电子驻车***1、电机控制器11和遥控接收模块13连接；所述电压线15还与BMS5和底盘DC/DC电压转换器1连接；所述BMS5与高压主电池4连接；
如图5所示，所述高压配电盒6内设有DC接触器18、预充继电器19和主正接触器20；所述高压主电池4经DC接触器18与底盘DC/DC电压转换器1连接；所述高压主电池4分别经预充继电器19和主正接触器20与电机控制器11连接，电机控制器11与电机10连接。
如图5所示，所述高压配电盒6内还设有充电接触器21；所述BMS5连接有充电座22和车载充电机23；所述车载充电机23经充电接触器21与高压主电池4连接；所述车载充电机23经DC接触器18和电压线15与蓄电池3连接。
如图1所示，所述整车控制器14还连接有紧急制动开关24，紧急制动开关24分别与整车控制器14和电机控制器11连接。
如图7和图8所示，图7至图8中，以字母为代表的线端之间相连接；所述上装电气件包括无人驾驶域控制器25、组合导航单元26、前置摄像头27、顶置激光雷达28、侧置激光雷达29、前向固态激光雷达30、超声波雷达***31、车路协同车载单元32、交换机33、5G网络模块34和显示器37；所述整车控制器14与无人驾驶域控制器25连接。所述无人驾驶域控制器25用于传感器数据处理、目标识别、路径规划、车辆控制等；所述组合导航单元26用于集成卫星导航与惯性测量单元，输出车辆实时位置与运动状态；所述前置摄像头27用于获取车辆前进方向图像；所述顶置激光雷达28用于获取车辆周围路况；所述侧置激光雷达29用于获取车辆左前270°范围内路况和获取车辆右后270°范围内路况；所述前向固态激光雷达30用于识别车辆前进方向目标；所述超声波雷达***31包括与无人驾驶域控制器25连接的雷达控制器39，雷达控制器39连接有6个车身左侧超声雷达40和6个车身右侧超声雷达41。所述车身左侧超声雷达40和车身右侧超声雷达41用于测量左侧和右侧的障碍物距离；所述雷达控制器39将超声波雷达信号转换为CAN信号发往域控制器；所述车路协同车载单元32用于与路端设备通信交互车路信息；所述交换机33用于信号传输；所述5G网络模块用于连接5G移动网络；所述显示器37用于显示车辆运行情况。
如图7和图8所示，所述上装DC/DC电压转换器2分别与电压线15和DC接触器18连接；所述上装DC/DC电压转换器2输出有电源线35；所述电源线35分别与无人驾驶域控制器25、组合导航单元26、前向固态激光雷达30、交换机33、顶置激光雷达28、5G网络模块34、车路协同车载单元32、侧置激光雷达29和超声波雷达***31连接。所述无人驾驶域控制器25分别连接超声波雷达***31、车路协同车载单元32、前置摄像头36和交换机33；所述交换机33分别连接顶置激光雷达28、显示器37、5G网络模块34、前向固态激光雷达30、组合导航单元26和侧置激光雷达29；所述组合导航单元26与车路协同车载单元32连接。所述组合导航单元26还连接有2个卫星天线38。本实施例中，对于具体的引脚连接关系，请参阅说明书附图，本发明不在具体赘述。
采用上述实施例2中的电气架构，其车辆具有遥控模式、自动驾驶模式、充电模式和遥控模式。
遥控模式：
按下位于车上的第一开关16后整车控制器14启动，整车控制器14通过1号引脚驱动主继电器17闭合，底盘上的电子驻车***8(EPB)、线控制动单元9(IBS)、前转向控制器7、后转向控制器8(EPS)、电机控制器11，遥控接收模块13等得到12v电压被激活；同时BMS5和底盘DC/DC电压转换器1被激活，DC接触器18和预充继电器20也被闭合。BMS5启动后闭合其内部主负接触器，并将闭合正常状态通过CAN网络反馈到整车控制器14；同时电机控制器11开始预充，电压逐渐上升。当整车控制器14检测到BMS闭合主负接触器正常和逆变器电压大于电池电压90％时，闭合高压配电盒6(PDU)内部的主正接触器20，整车高压回路接通完成上电。此时底盘DC/DC电压转换器1开始输出，为各用电器提供电源。整车控制器14通过遥控接收模块13的指令控制车辆运行。
自动驾驶模式：
车辆运行在遥控模式时，通过打开车身第二开关42(SW4)或遥控器上的模式切换开关可以进入自动驾驶状态。整车控制器14收到SW4的硬线信号或遥控接收机的模式切换信号后，通过81号引脚激活上装DC/DC电压转换器，上装电气件启动完成后，进入自动驾驶模式。自动驾驶模式下整车控制器14接收无人驾驶域控制器25(ACU)的指令控制车辆运行。车辆处于自动驾驶模式时，可通过遥控器端的模式切换按钮回到遥控模式，整车控制器14不再断开上装DC/DC电压转换器的使能，避免上装电器件的反复启动，也便于自动驾驶与遥控模式的快速切换。点按车身上的第二开关42(SW4)可关闭上装DC/DC电压转换器的输出，并回到遥控模式。
充电模式：
在进入充电模式之前车辆必须处于下电状态。点按第一开关16可以让整车下电。充电座22插上充电枪后，车载充电机23接入220v启动，车载充电机23的2H引脚唤醒BMS，BMS与充电枪通过cc和cp引脚进行连接确认与功率确认。确认无误，BMS闭合内部主负接触器并通过5号引脚闭合高压配电盒6(PDU)内的充电接触器21，车载充电机23通过2H引脚闭合PDU内的DC接触器18并使能底盘DC/DC电压转换器。此时72V高压主电池与12v蓄电池均开始充电，上装DC/DC电压转换器不启动。
急停模式：
当车辆处于自动驾驶或遥控模式时按下车上的紧急制动开关24可以切断电机控制器11的12v电源从而切断整车动力，同时整车控制器14得到紧急停止的硬线信号可以控制线控制动单元9进行紧急停车。拔出紧急制动开关24，电机控制器11电源恢复，紧急停止信号取消。也可以通过遥控器端的紧急停止开关切断动力，刹停车辆。
综上所述，本发明将传感器部分的上装电气件和通用部分的底盘电气件在电源的接收上作了创新，将底盘电气件通过底盘DC/DC电压转换器与电源模块连接，实现底盘电气件的电源接收；将上装电气件经上装DC/DC电压转换器与电源模块连接，实现上装电气件的电源接收，以此可以在车辆行驶过程中目的性的关闭上装电气件，减小了上装电气件的无谓运转和能源浪费，节省了电池的电量，提高了车辆的续航能力。此外，本发明的蓄电池与转向控制器连接，在底盘DC/DC电压转换器失效时，转向控制器仍可以依靠蓄电池的电量持续工作一段时间，提高车辆行驶的安全性。进一步地，本发明在充电时，可以通过底盘DC/DC电压转换器为蓄电池充电，保持蓄电池的健康，提高了蓄电池的使用寿命。

Claims (5)

1.一种适用于智能网联车辆的整车电气架构，其特征在于：包括底盘电气件、上装电气件和电源模块；所述底盘电气件经底盘DC/DC电压转换器（1）与电源模块连接，实现底盘电气件的电源接收；所述上装电气件经上装DC/DC电压转换器（2）与电源模块连接，实现上装电气件的电源接收；所述底盘电气件、上装电气件和电源模块之间经CAN线连接；
所述电源模块包括12V的蓄电池（3）、72V的高压主电池（4）、BMS（5）和高压配电盒（6）；
所述底盘电气件包括前转向控制器（7）、后转向控制器（8）、线控制动单元（9）、电机（10）、电机控制器（11）、电子驻车***（12）、遥控接收模块（13）和整车控制器（14）；所述整车控制器（14）分别与蓄电池（3）、高压主电池（4）、BMS（5）、高压配电盒（6）、前转向控制器（7）、后转向控制器（8）、线控制动单元（9）、电机控制器（11）、电子驻车***（12）和遥控接收模块（13）连接；
所述蓄电池（3）输出有12V的电压线（15），电压线（15）经第一开关（16）连接整车控制器（14）；所述电压线（15）经主继电器（17）分别与前转向控制器（7）、后转向控制器（8）、线控制动单元（9）、电子驻车***（1）、电机控制器（11）和遥控接收模块（13）连接；所述电压线（15）还与BMS（5）和底盘DC/DC电压转换器（1）连接；所述BMS（5）与高压主电池（4）连接；
所述高压配电盒（6）内设有DC接触器（18）、预充继电器（19）和主正接触器（20）；所述高压主电池（4）经DC接触器（18）与底盘DC/DC电压转换器（1）连接；所述高压主电池（4）分别经预充继电器（19）和主正接触器（20）与电机控制器（11）连接，电机控制器（11）与电机（10）连接；
所述上装电气件包括无人驾驶域控制器（25）、组合导航单元（26）、前置摄像头（27）、顶置激光雷达（28）、侧置激光雷达（29）、前向固态激光雷达（30）、超声波雷达***（31）、车路协同车载单元（32）、交换机（33）、5G网络模块（34）和显示器（37）；所述整车控制器（14）与无人驾驶域控制器（25）连接；
所述上装DC/DC电压转换器（2）分别与电压线（15）和DC接触器（18）连接；所述上装DC/DC电压转换器（2）输出有电源线（35）；所述电源线（35）分别与无人驾驶域控制器（25）、组合导航单元（26）、前向固态激光雷达（30）、交换机（33）、顶置激光雷达（28）、5G网络模块（34）、车路协同车载单元（32）、侧置激光雷达（29）和超声波雷达***（31）连接；
按下位于车上的第一开关后整车控制器启动，整车控制器通过1号引脚驱动主继电器闭合，底盘上的电子驻车***、线控制动单元、前转向控制器、后转向控制器、电机控制器、遥控接收模块得到12v电压被激活；同时BMS和底盘DC/DC电压转换器被激活，DC接触器和预充继电器也被闭合；BMS启动后闭合其内部主负接触器，并将闭合正常状态通过CAN网络反馈到整车控制器；同时电机控制器开始预充，电压逐渐上升；当整车控制器检测到BMS闭合主负接触器正常和逆变器电压大于电池电压90%时，闭合高压配电盒内部的主正接触器，整车高压回路接通完成上电；此时底盘DC/DC电压转换器开始输出，为各用电器提供电源；整车控制器通过遥控接收模块的指令控制车辆运行；
车辆运行在遥控模式时，通过打开车身第二开关或遥控器上的模式切换开关可以进入自动驾驶状态；整车控制器收到SW4的硬线信号或遥控接收机的模式切换信号后，通过81号引脚激活上装DC/DC电压转换器，上装电气件启动完成后，进入自动驾驶模式；自动驾驶模式下整车控制器接收无人驾驶域控制器的指令控制车辆运行；车辆处于自动驾驶模式时，可通过遥控器端的模式切换按钮回到遥控模式，整车控制器不再断开上装DC/DC电压转换器的使能，避免上装电器件的反复启动，也便于自动驾驶与遥控模式的快速切换；点按车身上的第二开关可关闭上装DC/DC电压转换器的输出，并回到遥控模式。
2.根据权利要求1所述的智能网联车辆的整车电气架构，其特征在于：所述高压配电盒（6）内还设有充电接触器（21）；所述BMS（5）连接有充电座（22）和车载充电机（23）；所述车载充电机（23）经充电接触器（21）与高压主电池（4）连接；所述车载充电机（23）经DC接触器（18）和电压线（15）与蓄电池（3）连接。
3.根据权利要求1所述的智能网联车辆的整车电气架构，其特征在于：所述整车控制器（14）还连接有紧急制动开关（24），紧急制动开关（24）分别与整车控制器（14）和电机控制器（11）连接。
4.根据权利要求1所述的智能网联车辆的整车电气架构，其特征在于：所述无人驾驶域控制器（25）分别连接超声波雷达***（31）、车路协同车载单元（32）、前置摄像头（36）和交换机（33）；所述交换机（33）分别连接顶置激光雷达（28）、显示器（37）、5G网络模块（34）、前向固态激光雷达（30）、组合导航单元（26）和侧置激光雷达（29）；所述组合导航单元（26）与车路协同车载单元（32）连接；所述组合导航单元（26）还连接有多个卫星天线（38）。
5.根据权利要求4所述的智能网联车辆的整车电气架构，其特征在于：所述超声波雷达***（31）包括与无人驾驶域控制器（25）连接的雷达控制器（39），雷达控制器（39）连接有多个车身左侧超声雷达（40）和多个车身右侧超声雷达（41）。
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