技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种电动智能
汽车电气系统，尤其是涉及一种分布式架构的控制器及供电冗余电动智能汽车电气系统。
背景技术
[0002] 现有的电动智能汽车研发一般是基于纯电动汽车进行的，相应的电气系统也是基于纯电动汽车电气系统进行开发。目前汽车上普遍使用的，控制器与对应部件相结合，不同控制器分布在整车网络中的架构即为分布式架构。中国
专利CN102501770A对一种纯电动汽车电气系统进行了描述，该电气系统对纯电动汽车电气系统工作方式描述较为详细，但未为电动智能车辆控制系统以及线控系统做冗余性的设计。但由于电动智能汽车未来的发展趋势为线控转向、
线控制动以及以太网通信，而非目前普遍的机械转向、液压制动和CAN总线通信，因此需要保证
硬件、供电以及通信上的冗余。若仍基于原有纯电动汽车电气系统进行开发，则在关键控制器、关键部件或供电出现问题时，将会为整车以及乘客带来安全隐患。实用新型内容
[0003] 本实用新型的目的就是为了克服上述
现有技术存在的
缺陷而提供一种分布式架构的控制器及供电冗余电动智能汽车电气系统。
[0004] 本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0005] 一种分布式架构的控制器及供电冗余电动智能汽车电气系统，包括通过供电线路相互连接的供电单元、钥匙
开关、整车控制器单元、线控助
力单元和汽车部件控制器；
[0006] 所述的供电单元包括主
蓄电池和辅助
蓄电池，主蓄电池和辅助蓄电池负极搭
铁；
[0007] 所述的供电线路包括分别与钥匙开关连接的主常电线路、辅常电线路、主ACC线路、辅ACC线路、ON线路和START线路，所述的主常电线路连接主蓄电池正 极，辅常电线路连接辅助蓄电池正极，所述的钥匙开关位于不同挡位时控制主常电线路与主ACC线路、ON线路和START线路的接通与断开，同时控制辅常电线路与辅ACC线路的接通与断开；
[0008] 所述的整车控制器单元包括通过整车控制器继电器与主常电线路连接的整车控制器以及通过冗余整车控制器继电器与辅ACC线路连接的冗余整车控制器，整车控制器继电器供电控制端连接主ACC线路，冗余整车控制器继电器供电控制端连接辅ACC线路；
[0009] 所述的线控助力单元包括对应连接至主ACC线路和辅ACC线路的线控助力器和冗余线控助力器，各线控助力器和冗余线控助力器均分别连接至整车控制器单元；
[0010] 所述的汽车部件控制器通过相应的单刀双掷继电器连接至主ACC线路和辅ACC线路，所述的单刀双掷继电器控制端连接主ACC线路；主ACC线路供电正常时，各车载设备由主ACC线路供电，否则切换至辅ACC线路。
[0011] 所述的钥匙开关包括OFF挡、ACC挡、ON挡和START挡，钥匙开关位于OFF挡时，主常电线路与主ACC线路、ON线路和START线路均断开；钥匙开关位于ACC挡，主常电线路与主ACC线路接通；钥匙开关位于ON挡，主常电线路与主ACC线路和ON线路均接通；钥匙开关位于START挡，主常电线路与主ACC线路、ON线路和START线路均接通；钥匙开关位于OFF挡，辅常电线路和辅ACC线路断开，钥匙开关位于ACC挡、ON挡和START挡，辅常电线路和辅ACC线路接通。
[0012] 所述的线控助力单元包括线控助力制动单元和线控助力转向单元；
[0013] 所述的线控助力制动单元包括线控助力制动器和冗余线控助力制动器，所述的线控助力制动器通过线控助力制动继电器连接至主ACC线路，所述的冗余线控助力制动器通过冗余线控助力制动继电器连接至辅ACC线路；
[0014] 所述的线控助力转向单元包括线控助力转向器和冗余线控助力转向器，所述的线控助力转向器通过线控助力转向继电器连接至主ACC线路，所述的冗余线控助力转向器通过冗余线控助力转向继电器连接至辅ACC线路；
[0015] 所述的线控助力制动继电器、冗余线控助力制动继电器、线控助力转向继电器和冗余线控助力转向继电器的供电控制端分别连接至整车控制器单元。
[0016] 所述的汽车部件控制器包括对应连接电动冷却
风扇、
电子仪表、
车身、电子
水 泵和车载娱乐系统的电动
冷却风扇控制器、电子仪表控制器、车身控制器、电子水泵控制器和车载娱乐控制器，各汽车部件控制器分别通过相应的单刀双掷继电器连接至主ACC线路和辅ACC线路，各单刀双掷继电器控制端连接主ACC线路。
[0017] 该系统还包括自动驾驶单元，所述自动驾驶单元包括通过自动驾驶单元继电器与主ACC线路连接的外界环境
感知器、GPS和惯性导航、车辆与
基础设施通信模
块和远程监控器，所述的自动驾驶单元继电器供电控制端连接整车控制器和冗余整车控制器的控制端。
[0018] 该系统还包括停车
防盗加密控制器，所述的停车防盗加密控制器通过停车防盗加密常闭继电器连接主常电线路，所述的停车防盗加密常闭继电器供电控制端连接主ACC线路。
[0019] 该系统还包括高压单元，所述的高压单元包括高压线路以及分别与高压线路连接的高压电池与电池管理器、车载充
电机、
空调压缩机、蓄电池充电单元和
驱动电机控制器，所述的车载充电机还连接至高压电池与电池管理器，所述的高压电池与电池管理器、空调压缩机和驱动电机控制器分别通过相应的高压单元继电器连接至主常电线路，各高压单元继电器的供电控制端连接ON线路。
[0020] 所述的车载充电机包括低压输出端和高压输出端，所述的低压输出端连接高压电池与电池管理器供电端，所述的高压输出端并联至高压线路的正端
母线和负端母线，所述的正端母线连接高压电池与电池管理器高压正极输入端，所述的负端母线通过负端母线直流
接触器连接高压电池与电池管理器高压负极输入端，所述的负端母线直流接触器控制端连接高压电池与电池管理器的控制端。
[0021] 所述的高压线路上设有高压安全开关，高压安全开关的正极输入端连接高压电池与电池管理器高压正极输入端，高压安全开关的负极输入端连接负端母线直流接触器，高压安全开关的正极输出端分两路，一路依次连接有预充电继电器和预充电
电阻，另一路连接空调压缩机输入正端、蓄电池充电单元的输入正端以及正端母线直流接触器的输入端，正端母线直流接触器的输出端连接驱动电机控制器输入正端，正端母线直流接触器的控制端连接整车控制器单元；高压安全开关的负极输出端接空调压缩机输入负端、蓄电池充电单元的输入负端以及驱动电机控制器的输入负端。
[0022] 所述的蓄电池充电单元包括DC-DC变换器，所述的DC-DC变换器输入端连接高压线路，输出端包括两路，一路连接主蓄电池，另一端连接辅助蓄电池。
[0023] 与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：
[0024] (1)解决了电动智能汽车对于冗余性的要求，对供电单元、整车控制器单元、线控助力单元以及汽车部件控制器均进行了冗余设计，提高了供电可靠性以及整车运行的安全性；
[0025] (2)整车控制器、线控助力制动器和线控助力转向器均分别设置硬件冗余和供电冗余，极大提高了运行的可靠性和安全性；
[0026] (3)汽车部件控制器包括一些不便于进行硬件冗余的关键部件如电动冷却风扇控制器、电子仪表控制器、车身控制器、电子水泵控制器和车载娱乐控制器，这些控制器均通过单刀双掷继电器连接至主ACC线路和辅ACC线路，实现了供电冗余，当主ACC线路掉电，自动切换至辅ACC线路进行供电，提高供电可靠性；
[0027] (4)钥匙开关设置OFF挡、ACC挡、ON挡和START挡，保留了原有钥匙开关控制的方便性，同时钥匙开关各挡位可独立控制各线路的通断；
[0028] (5)系统设置的自动驾驶单元，自动驾驶单元受整车控制器和冗余整车控制器的控制，可实现无人驾驶；
[0029] (6)系统还包括通过停车防盗加密常闭继电器与常电线路连接的停车防盗加密控制器，停车防盗加密常闭继电器供电控制端连接主ACC线路，从而受主ACC线路控制，停车时即钥匙开关位于OFF挡时能自动对车辆进行防盗，钥匙开关切换后，解除防盗功能，从而提高汽车停车时的安全性；
[0030] (7)系统中的高压单元能够提供电动智能汽车内高压用电设备的
电能，安全可靠。
附图说明
[0031] 图1为本实用新型电动智能汽车电气系统的结构示意图；
[0032] 图2为本实用新型电动智能汽车电气系统中钥匙开关的结构示意图。
[0033] 图中，1为高压电池与电池管理器，2为负端母线直流接触器，3为高压安全开关，4为预充电继电器，5为预充电电阻，6为正端母线直流接触器，7为高压电池与电池管理继电器，8为车载充电机，9为空调压缩机，10为DC-DC变换器，11为辅助蓄电池，12为主蓄电池，13为驱动电机控制器，14为空调压缩机继电器，15为驱动电机控制器继电器，16为钥匙开关，17整车控制器继电器，18为整车控制器，19为冗余整车控制器继电器，20为冗余整车控制器，21为电动冷却风扇单刀双掷继电器，22为电动冷却风扇控制器，23为停车防盗加密常闭继电器， 24为停车防盗加密控制器，25为线控助力制动继电器，26为线控助力制动器，27为电子仪表控制器单刀双掷继电器，28为电子仪表控制器，29为线控助力转向继电器，30为线控助力转向器，31为车身控制器单刀双掷继电器，32为车身控制器，33为自动驾驶单元继电器，34为电子水泵单刀双掷继电器，35为电子水泵控制器，36为冗余线控助力制动继电器，
37为冗余线控助力制动器，38为冗余线控助力转向继电器，39为冗余线控助力转向器，40为车载娱乐控制器单刀双掷继电器，41为车载娱乐控制器，42为外界环境感知器，43为GPS和惯性导航，44为车辆与基础设施通信模块，45为远程监控器，L1为辅常电线路，L2为主常电线路，L3为主ACC线路，L4为辅ACC线路，L5为ON线路，L6为START线路，P1为OFF挡，P2为ACC挡，P3为ON挡，P4为START挡。
具体实施方式
[0034] 下面结合附图和具体
实施例对本实用新型进行详细说明。
[0035] 实施例
[0036] 如图1所示，一种分布式架构的控制器及供电冗余电动智能汽车电气系统，该系统包括通过供电线路相互连接的供电单元、钥匙开关16、整车控制器单元、线控助力单元和汽车部件控制器。其中供电单元包括主蓄电池12和辅助蓄电池11，主蓄电池12和辅助蓄电池11负极搭铁；该系统中供电线路包括6条，分别为供电线路包括分别与钥匙开关16连接的辅常电线路L1、主常电线路L2、主ACC线路L3、辅ACC线路L4、ON线路L5和START线路L6，主常电线路L2连接主蓄电池12正极，辅常电线路L1连接辅助蓄电池11正极，钥匙开关16位于不同挡位时控制主常电线路L2与主ACC线路L3、ON线路L5和START线路L6的接通与断开，同时控制辅常电线路L1与辅ACC线路L4的接通与断开。整车控制器单元包括通过整车控制器继电器17与主常电线路L2连接的整车控制器18以及通过冗余整车控制器继电器19与辅ACC线路L4连接的冗余整车控制器20，整车控制器继电器17供电控制端连接主ACC线路L3，冗余整车控制器继电器19供电控制端连接辅ACC线路L4，从而使得整车控制器18受主ACC线路L3的供电状况决定，主ACC线路L3上电后，整车控制器18工作，冗余整车控制器20受辅ACC线路L4供电状况决定，辅ACC线路L4上电后，冗余整车控制器20工作。该系统中的线控助力单元包括对应连接至主ACC线路L3和辅ACC线路L4的线控助 力器和冗余线控助力器，各线控助力器和冗余线控助力器分别连接至整车控制器单元；汽车部件控制器通过相应的单刀双掷继电器连接至主ACC线路L3和辅ACC线路L4，单刀双掷继电器控制端连接主ACC线路L3；主ACC线路L3供电正常时，各车载设备由主ACC线路L3供电，否则切换至辅ACC线路L4。
[0037] 如图2所示为钥匙开关16的结构示意图，钥匙开关16包括OFF挡P1、ACC挡P2、ON挡P3和START挡P4，钥匙开关16位于OFF挡P1时，主常电线路L2与主ACC线路L3、ON线路L5和START线路L6均断开；钥匙开关16位于ACC挡P2，主常电线路L2与主ACC线路L3接通；钥匙开关16位于ON挡P3，主常电线路L2与主ACC线路L3和ON线路L5均接通；钥匙开关16位于START挡P4，主常电线路L2与主ACC线路L3、ON线路L5和START线路L6均接通；钥匙开关16位于OFF挡P1，辅常电线路L1和辅ACC线路L4断开，钥匙开关16位于ACC挡P2、ON挡P3和START挡P4，辅常电线路L1和辅ACC线路L4接通。该钥匙开关16保留了原有钥匙开关16控制的方便性，同时钥匙开关16各挡位可独立控制各线路的通断。
[0038] 该系统中的线控助力单元包括线控助力制动单元和线控助力转向单元；线控助力制动单元包括线控助力制动器26和冗余线控助力制动器37，线控助力制动器26通过线控助力制动继电器25连接至主ACC线路L3，冗余线控助力制动器37通过冗余线控助力制动继电器36连接至辅ACC线路L4；线控助力转向单元包括线控助力转向器30和冗余线控助力转向器39，线控助力转向器30通过线控助力转向继电器29连接至主ACC线路L3，冗余线控助力转向器39通过冗余线控助力转向继电器38连接至辅ACC线路L4；线控助力制动继电器25、冗余线控助力制动继电器36、线控助力转向继电器29和冗余线控助力转向继电器38的供电控制端分别连接至整车控制器单元，实现了控助力制动器26、冗余线控助力制动器37、线控助力转向器30和冗余线控助力转向器39与整车控制单元的连接，且控助力制动器26、冗余线控助力制动器37、线控助力转向器30和冗余线控助力转向器39的工作均受整车控制单元的控制。
[0039] 该系统中的汽车部件控制器包括对应连接电动冷却风扇、电子仪表、车身、电子水泵和车载娱乐系统的电动冷却风扇控制器22、电子仪表控制器28、车身控制器32、电子水泵控制器35和车载娱乐控制器41，各汽车部件控制器分别通过相应的单刀双掷继电器连接至主ACC线路L3和辅ACC线路L4，各单刀双掷继电器 控制端连接主ACC线路L3，该实施例中电动冷却风扇控制器22、电子仪表控制器28、车身控制器32、电子水泵控制器35和车载娱乐控制器41对应的单刀双掷继电器分别为电动冷却风扇单刀双掷继电器21、电子仪表控制器单刀双掷继电器27、车身控制器单刀双掷继电器31、电子水泵单刀双掷继电器34和车载娱乐控制器单刀双掷继电器40。
[0040] 另外，该系统还包括自动驾驶单元和停车防盗加密控制器24；所述自动驾驶单元包括通过自动驾驶单元继电器33与主ACC线路L3连接的外界环境感知器42、GPS和惯性导航43、车辆与基础设施通信模块44和远程监控器45，自动驾驶单元继电器33供电控制端连接整车控制器18和冗余整车控制器20的控制端。停车防盗加密控制器24通过停车防盗加密常闭继电器23连接主常电线路L2，停车防盗加密常闭继电器23供电控制端连接主ACC线路L3；
主ACC线路L3上电前，停车防盗加密常闭继电器23闭合，停车防盗加密控制器24工作，主ACC线路L3上电后，停车防盗加密常闭继电器23断开，停车防盗加密控制器24停止工作。
[0041] 该系统还包括高压单元，高压单元包括高压线路以及分别与高压线路连接的高压电池与电池管理器1、车载充电机8、空调压缩机9、蓄电池充电单元和驱动电机控制器13，车载充电机8还连接至高压电池与电池管理器1，高压电池与电池管理器1、空调压缩机9和驱动电机控制器13分别通过相应的高压单元继电器连接至主常电线路L2，具体的高压电池与电池管理器1、空调压缩机9和驱动电机控制器13对应通过高压电池与电池管理继电器7、空调压缩机继电器14和驱动电机控制器继电器15连接至主常电线路L2，上述各高压单元继电器(包括高压电池与电池管理继电器7、空调压缩机继电器14和驱动电机控制器继电器15)的供电控制端连接ON线路L5。车载充电机8包括低压输出端和高压输出端，低压输出端连接高压电池与电池管理器1供电端，高压输出端并联至高压线路的正端母线和负端母线，正端母线连接高压电池与电池管理器1高压正极输入端，负端母线通过高压电池与电池管理器1连接高压电池与电池管理器1高压负极输入端，高压电池与电池管理器1控制端连接高压电池与电池管理器1的控制端。高压线路上设有高压安全开关3，高压安全开关3的正极输入端连接高压电池与电池管理器1高压正极输入端，高压安全开关3的负极输入端连接高压电池与电池管理器1，高压安全开关3的正极输出端分两路，一路依次连接有预充电继电器4和预充电电阻 5，另一路连接空调压缩机9输入正端、蓄电池充电单元的输入正端以及正端母线直流接触器6的输入端，正端母线直流接触器6的输出端连接驱动电机控制器13输入正端，正端母线直流接触器6的控制端连接整车控制器单元；高压安全开关3的负极输出端接空调压缩机9输入负端、蓄电池充电单元的输入负端以及驱动电机控制器13的输入负端。蓄电池充电单元包括DC-DC变换器10，DC-DC变换器10输入端连接高压线路，输出端包括两路，一路连接主蓄电池12，另一端连接辅助蓄电池11。
[0042] 该电气系统工作方式包括：
[0043] (1)停车充电工作过程
[0044] 外部充电桩接至车载充电机8，车载充电机8的低压供电线路为高压电池与电池管理器1的
电池管理系统提供电能，高压电池与电池管理器1自检完成后，控制高压电池与电池管理器1连通，同时发送充电使能报文给车载充电机8，车载充电机8的高压输出开始通过高压
直流母线向高压电池与电池管理器1的电池包充电，并通过DC-DC变换器10向辅助蓄电池11、主蓄电池12充电。DC-DC变换器10在辅助蓄电池11和主蓄电池12充电完成后自动切断与两个电池的连接，电池包充电完成后，高压电池与电池管理器1给车载充电机8发送充电完成报文，同时断开高压电池与电池管理器1，车载充电机8停止高压输出。
[0045] 停车防盗加密控制器24在停车过程中通过由主蓄电池12供电的常电线路供电，保障车辆安全。
[0046] (2)钥匙启动工作过程
[0047] 钥匙开关16从OFF挡P1打至ACC挡P2时，停车防盗加密控制器24下电停止工作，整车控制器18、电动冷却风扇、电子水泵、线控助力制动器26、电子仪表控制器28、线控助力转向器30、车身控制器32、车载娱乐系统通过主ACC线路L3供电开始工作；冗余整车控制器20、冗余线控助力制动器37、冗余线控助力转向器39通过辅ACC线路L4供电开始工作。
[0048] 钥匙开关16从CC挡P2打至ON挡P3时，高压电池与电池管理继电器7、空调压缩机继电器14、驱动电机控制器继电器15接通，高压电池与电池管理器1、空调压缩机9、驱动电机控制器13开始工作，若整车控制器18和冗余整车控制器20未接收到高压电池与电池管理器1、驱动电机控制器13的故障
信号，则发送命令给高压电池与电池管理器1关闭高压电池与电池管理器1，同时关闭预充电继电 器4，通过预充电电阻5进行限流，为驱动电机控制器13进行预充电，驱动电机控制器13发送预充电成功报文后，整车控制器18和冗余整车控制器
20进行比对后控制正端母线直流接触器6闭合，以及控制预充电继电器4断开，完成高压部分上电过程。
[0049] 钥匙开关16从ON挡P3切换至START挡P4，整车控制器18检测驱动电机控制器13无故障后，控制线控助力制动继电器25、线控助力转向继电器29、冗余线控助力制动继电器36、冗余线控助力转向继电器38吸合，为线控助力制动器26、线控助力转向器30、冗余线控助力制动器37、冗余线控助力转向器39上电，制动、驱动、转向全部启动，可执行整车控制器
18和冗余整车控制器20发出的行车指令。若为无人模式，整车控制器18控制自动驾驶单元继电器33吸合，自动驾驶单元上电。
[0050] (3)发生紧急故障工作过程
[0051] 主蓄电池12工作不正常：则冗余整车控制器20接管整个车辆控制，冗余整车控制器20向驱动电机控制器13发送指令逐步降低输出
扭矩，同时电动冷却风扇、车身控制器32、电子水泵、车载娱乐控制器41自动切换至辅ACC线路L4供电，冗余整车控制器20控制冗余线控助力制动器37、冗余线控助力转向器39接管车辆的制动与转向。若为有人驾驶模式，冗余整车控制器20通过电子仪表提示驾驶员当前车辆状态，提示驾驶员降低车速就近停车；若为无人驾驶模式，则冗余整车控制器20控制车辆在路边停靠。
[0052] 整车控制器18检测到严重故障的报文，或车辆发生碰撞：则整车控制器18迅速发送降低输出扭矩命令给驱动电机控制器13，同时迅速切断高压电池与电池管理器1和正端母线直流接触器6，通过电子仪表警告驾驶员当前车辆状态，必要时驾驶员可拉动
驾驶舱内的高压安全开关3，保障电气和人身安全。
[0053] 整车控制器18出现故障：正常行驶时，整车控制器18和冗余整车控制器20进行完全相同的工作，不断将二者对车辆输出的控制命令进行比对，相同则发送至控制网络。当发现整车控制器18出现故障，冗余整车控制器20立即接管，保障整车行驶的安全性。本实用新型中的主ACC线路L3和辅ACC线路L4均为12V供电线路。
[0054] 本实用新型的优越功效在于：解决了电动智能汽车对于冗余性的要求，为车辆行驶中的整车控制器18、线控助力制动器26和线控助力转向器30等关键部件设 计了硬件和供电的冗余，提高了自动驾驶汽车的安全性；对于不便于进行硬件冗余的关键部件如电动冷却风扇控制器22、电子水泵控制器35、电子仪表控制器28、车身控制器32和车载娱乐控制器41等，采用单刀双掷继电器控制，当主ACC线路L3供电掉电，自动切换至辅ACC线路L4保证供电；对钥匙开关16进行改进，保留了原有钥匙开关16控制的方便性，可独立控制两路12V供电线路的通断。
[0055] 上述的具体实施方式只是示例性的，是为了更好的使本领域技术人员能够理解本专利，并不构成对
权利要求范围的限制；只要是根据本专利所揭示精神的所作的任何等同变更或修饰，均在本实用新型保护的范围内。
