В этом тексте я попробовал сфантазировать, как мог бы быть устроен абстрактный электромобиль. Что у него должно быть внутри и как агрегаты автомобиля соединено в единую систему между собой? Иначе говоря, какова архитектура электромобиля?
Инфу пришлось добывать из видеоуроков на YouTube и с флаеров сайтов производителей электро-деталей.
Попробуем понять, какой путь проходит электричество начиная от зарядной розетки заканчивая колесами автомобиля.
Когда речь идет об архитектуре чего-лило, то тут есть 2 способа представления. Либо объяснять всё словами либо рисовать картинку. В этом вопросе я предпочитаю следовать английской пословицы
Картинка стоит тысячи слов
Поэтому я скомпоновал схему анатомии электромобиля.
Итак, вот схема электромобиля так как я её себе представляю. Понятное дело, что схему надо рассматривать не на листочке A4, а в специальном редакторе векторной графики с увеличением и со слоями. Если кому-то нужен исходник схемы в *.svg, то пишите в личку.
Каждый агрегат электрокара: контроллер зарядки, BMS, инвертор, ABS, ESP, BCU, это, в сущности, устройства на микроконтроллерах. В электромобиле нет ничего механического кроме редуктора на оси двигателя. А мощные процессоры там максимум только в HMI для проигрывания видео. Видимо поэтому электромобили долгое время не появлялись так как до 1980х не было элементной базы для управления ключами инверторов. Я имею в виду мощные и дешевые микроконтроллеры.
Теперь посмотрим под увеличением конкретные места схемы.
Контроллер заряда
Как известно, есть быстрая зарядка постоянным током, а есть медленная от переменного тока. Подозреваю, что выбор режима зарядки происходит по интерфейсу передачи данных по проводам питания PLC или по CAN.
Батарея
Батарея для электрического автомобиля это сотни последовательно соединенных аккумуляторных батареек как в фонариках по 3.7....4,2V каждая. За состоянием всей батарей следит отдельная электронная плата называемая Battery Management System (BMS). Она следить за напряжением, током, температурой, заботится об охлаждении и нагревании батареи, может разрядить перезаряженную батарею, договориться с зарядной станцией по PLC или CAN и прочее.
Инвертор (Inverter)
Инвертор это по сути переходник постоянного тока в переменных ток (и обратно). Он вырабатывает модулированный трехфазный синусоидальный ток необходимый для вращения мотора. Этим занимается прошивка-spiner в микроконтроллере инвертора. Так как в инверторе очень часто переключаются силовые IGBT транзисторы, то инвертор также может работать в режиме нагревателя и нагревать остывающую батарею.
К контроллеру инвертора подключена педаль газа. Если все CAN устройства зависнут, то автомобиль хоть как-то сможет ездить.
Двигатель
Для вращения в электромобилях используют асинхронный электродвигатель. Он работает от переменного тока. Угловая скорость определяется частотой синусов в фазах тех трех силовых оранжевых проводах, что подключены к индукционному мотору. Обычно рядом с мотором прямо на его оси прикреплен механический редуктор. Редуктор нужен для увеличения крутящего момента на колесах. Также на оси электродвигателя есть датчик положения вала (Резольвер или СКВТ). Он сообщает инвертору, что двигатель в самом деле вертится.
Интерфейс управления (HMI)
За автомобилем надо как-то наблюдать. Для этого есть приборная панель и сенсорный экран. Эти приборы берут инфу из CAN шины и 100Base-T1 интерфейса. Часто есть мобильное приложение и за параметрами можно следить по BlueTooth LE. Можно вообще подключиться к CAN и посмотреть какие там циркулируют пакеты в Win приложении.
Рулевая рейка
Понятное дело что для поворота колес нужен высокий момент и малые скорости. Как известно высоким моментном на малых скоростях обладают шаговые двигатели. Но их там нет. Ведь шаговые двигатели тяжелые и дорогие. В электро-усилитель руля ставят BLDC мотор (бесколлекторный двигатель постоянного тока). Управляет им отдельный ECU рулевой рейки.
Также возможно там есть и чисто механическое руление через планетарный редуктор. Электроника ведь может отказать, микроконтроллер зависнуть. А планетарный редуктор фактически является сумматором крутящих моментов.
Периферия
В автомобиле целая куча всяких разных мелких электроприборов: фары, замки, стеклоподъемники, дворники, люки. Для управления ими ставят отдельные контроллеры. Обычно их называют Body Control Units (BCU).
В основном всё блоки соединены такими интерфейсами как CAN, LIN, K-LIne, 100Base-T1, A2B, FPD-Link, MOST, FlexRay.
Вот реестр с подборкой тех самых видеоуроков на основе которых я нарисовал эту схему
https://docs.google.com/spreadsheets/d/1HzHsyG8cG1KPZ-hdft00t4bIOhEh8uNdQpHdTqr6orQ/edit#gid=0
Вывод
По сравнению с двигателями внутреннего сгорания в электромобиле деталей мало. Всё выглядит просто. Допускаю, что в настоящих электромобилях всё несколько сложнее. Особенно в гиперкарах по 2M EUR.
Тут же нет ADAS, парковочных видеокамер. Также я не отражал на схема автомобильные игрушки как мультимедиа системы на задних сиденьях, имитация рычащего мотора из бутафорской выхлопной трубы, сервопривод антикрыла, подогрев стаканчиков, моторы открытия люков, авто лебётки и пр.
Если вам есть, что добавить, то пишите в комментариях.
В автомобильной технике как нигде очень много акронимов. Вот небольшой словарь для понимания автомобильных схем.
Акроним |
Расшифровка |
ODM |
original design manufacturer |
OEM |
original equipment manufacturer |
AC |
alternating current |
OTA |
over-the-air |
GNSS |
Global Navigation Satellite System |
HW |
hardware |
SW |
software |
MCU |
microcontroller |
CPU |
central processing unit |
ABS |
Anti-lock braking system |
ESP |
electronic stability program |
DC |
direct current |
ADAS |
advanced driver assistance system |
LTE |
Long-Term Evolution |
PLC |
Power-line communication |
СКВТ |
синус-косинус вращающийся трансформатор |
PLC |
programmable logic controller |
HMI |
Human-machine interface |
RS-232 |
Recommended Standard 232 |
CAN |
Controller Area Network |
RF |
radio frequency |
LIN |
Local Interconnect Network |
BCU |
body control unit |
Links
https://www.youtube.com/watch?v=QfYKmYewKac
https://pro-sensys.com/info/articles/obzornye-stati/dvigatel-elektromobilya
https://bigmantova.com/electric-vehicle-block-diagram
https://www.rimac-technology.com/en/product-categories/battery-technology
https://www.koenigsegg.com/inverters
https://elements.arrival.com
https://habr.com/ru/company/leader-id/blog/544078/
https://habr.com/ru/post/552888/
https://habr.com/ru/post/551750/
https://habr.com/ru/company/npf_vektor/blog/371749/
https://habr.com/ru/company/itelma/blog/508178/
https://habr.com/ru/company/npf_vektor/blog/389793/
Комментарии (58)
Javian
00.00.0000 00:00+2У Texas Instruments есть раздел об электроавтомобилях https://www.ti.com/applications/automotive/hev-ev-powertrain/overview.html?variantid=18504&subsystemid=19135
aabzel Автор
00.00.0000 00:00-1Ваша URL даже в TOR браузере не открывается
Javian
00.00.0000 00:00В Brave и Opera открывается.
Ошибка на скрине может выдаваться посетителям из Крыма.Hybrid, electric & powertrain systems
aabzel Автор
00.00.0000 00:00-1
В Opera тоже не открывается я не из Крыма.
Javian
00.00.0000 00:00+2По сообщению это точно блокировка со стороны сервера. То, что выдает сообщение, а не сбрасывает соединение, характерно для санкционной блокировки. Поэтому наверняка через VPN сайт будет доступен. А почему ваша сеть блокируется знают только в Ti. Возможно эти IP адреса раньше были за провайдером из Крыма, как вариант.
vla3d
00.00.0000 00:00+2Ну да, не открывает, эмбарго на интеллектуальную собственность (как объясняли на каком-то другом сайте, который тоже не пускает россиян)
aborouhin
00.00.0000 00:00+3У многих сервисов, используемых для фильтрации трафика, выходные ноды Tor в отдельном списке... В общем, добро пожаловать в 2023 год, где один сайт Вас не пускает, потому что Вы из неправильной страны, когда Вы подключаетесь к VPN - другой сайт Вас не пускает, потому что у него IP-адреса датацентров в бесплодных потугах борьбы с ботами внесены в чёрный список... Третий сайт тоже пускает только из определённой страны - но уже другой.
Грустно на всё это смотреть, конечно. Наблюдать за интернетом, посредине которого стремительно возводятся заборы. Конструировать свой VPN с маршрутизацией через 4 разных сервера/роутера в 3 разных странах - и всё равно что-нибудь да не откроется.
P.S. Но данный конкретный URL как раз открывается успешно и напрямую с турецкого IP, и с российского VPN (своего сервера на российском хостинге).
soirt
00.00.0000 00:00+1выглядит реалистично.
Многий блоки объедены в одно устройство. Еще не нашел упоминания что автомобиль общается с зарядным устройством. с медленным ему надо знать сколько можно энергии брать, в случае с быстрым станции надо знать сколько можно выдавать энергии.
mbait
00.00.0000 00:00+8В электромобиле нет ничего механического кроме редуктора на оси двигателя
Нанос контура охлаждения ВВБ, насос контура охлаждения инвертора, тепловой насос (если имеется). Пневматическая тормозная система. По-мойму, проще написать, что у электромобиля нет двигателя внутреннего сгорания и (иногда) трансмиссии.
Подозреваю, что выбор режима зарядки происходит по интерфейсу передачи данных по проводам питания PLC.
Два разных физических порта. Вообще картинки не смотрели перед написанием статьи?
Батарея для электрического автомобиля это сотни последовательно соединенных аккумуляторных батареек как в фонариках по 4,2V
Последовательно-параллельно. Номинальное напряжение ячеек - 3.7В.
Инвертор (Spiner)
Может на каком-то языке и "spiner", но в английском - "inverter".
К контроллеру инвертора подключена педаль газа. Если все CAN устройства зависнут, то автомобиль хоть как -то сможет ездить. Так как в инверторе очень часто переключаются силовые транзисторы, то инвертор также может работать в режиме нагревателя.
По-мойму, это троллинг.
Для вращения в электромобилях используют трехфазный индукционный мотор. Он работает от переменного тока.
Fuck you, Tesla, with your BLDC motor.
В этом тексте я попробовал сфантазировать как мог бы быть устроен абстрактный электромобиль?
Короче, сайт научной фантастики находится по другому адресу.
aabzel Автор
00.00.0000 00:00-1
nitro80
00.00.0000 00:00+1Что-то однобоко как-то.
Батарея для электрического автомобиля это сотни последовательно соединенных аккумуляторных батареек как в фонариках по 4,2V каждая.
В моём Nissan Leaf иначе ????????
OldFashionedEngineer
00.00.0000 00:00-1Перестал читать сразу после того, как увидел надпись "stepper motor" для управления рулевым механизмом. Даже на жигулях реализован сервопривод в усилителе руля.
aabzel Автор
00.00.0000 00:00Исправил согласно этой методичке
https://www.youtube.com/watch?v=I1LnHOI544kOldFashionedEngineer
00.00.0000 00:00+1Так в этой методичке же сказали, что мотор bldc, это многофазный двигатель постоянного тока, и это не равно шаговому двигателю.
Кто-то картинки на ходу редактирует, а мне комментарии минусуют))))
uh9lab
00.00.0000 00:00+2"Трехфазный индукционный мотор" - асинхронный, если что.
"Определяется частотой синусов" - ???
"бес коллекторный двигатель" - собирает бесов?
aabzel Автор
00.00.0000 00:00-1Исправил.
Вы можете помочь мне составить классификацию электродвигателей?
Сколько их вообще?
Чем они отличаются?
Где применяются?
Я тут уже попробовал выполнить обзор
https://docs.google.com/spreadsheets/d/1bD_HD0zGbBNvdwtbZmyGHWsh3fX-G0UfjE9-x2DN_8o/edit#gid=0Redvirg
00.00.0000 00:00+1По поводу коллекторных двигателей часто путаница. Они бывают постоянного тока(DC у вас в таблице) и универсальные(AC или DC). DC motor - двигатель, который все знают. Universal motor - двигатель тоже известен (электроинструмент и бытовая техника). Оба этих двигателя в русском языке называются коллекторными электродвигателями.
Dynasaur
Какие-то пережитки бензинового наследия. Надо пользоваться преимуществами, которые даёт электропривод! На каждом колесе свой мотор (мотор-колесо). Сразу получаем полный привод и минус коробка передач, минус трансмиссия, минус дифференциал. А ещё можно сделать поворотными все 4 колеса и парковаться боком и разворачиваться на месте и ездить по косой (удобно при перестроениях на скорости). И управлять всеми четырьмя колёсами независимо благодаря чему получить недостижимые для бензиновых праотцов возможности.
VT100
Увеличение неподрессоренных масс. Не пойдёт.
Первые эксперименты — середина 80-х (Япония, механика). Серийное применение на некоторых моделях — 2000-е.
Dynasaur
Если не хочется увеличивать неподрессоренные массы, оставьте моторы на кузове и приводите колёса через ШРУСы. Опять же независимое управление всеми колёсами, полный привод, минус коробка, дифференциал, кардан
zatim
Двигатели обычно не имеют приличного момента при маленькой скорости вращения, характерной для колес. Даже в авто в мосте стоит редуктор порядка 4:1. На каждый мотор надо еще по редуктору, что избыточно.
Kotofay
Уменьшится и сам мотор и редуктор соответственно /4.
А сделав такой полный привод можно улучшить как управляемость так и проходимость в зимних условиях.
Можно даже заморочиться и сделать управляемый вектор тяги, а не просто тупые блокировки.
zatim
Нет, это так не работает. Для примера посмотрите на общепромышленные двигатели различной мощности.
Можно, конечно, сделать. Почему бы и нет. Но так до сих пор никто не делает, и причина этому понятна - экономически невыгодно.
Kotofay
Были системы полного привода и поэкзотичнее, на серийных машинах:
Как видите, тут экономическими соображениями не беспокоились.
zatim
Это из другой оперы. То, что на фото - это больше похоже на колесные редукторы, широко используемые на авто повышенной проходимости. Колесные редукторы есть на луазах, уазах. Они решают совершенно другую и весьма специфическую задачу.
Kotofay
Это не другая опера, это система полного привода V-Drive, к повышенной проходимости никакого отношения не имеющая, т.к. клиренс не меняется.
zatim
Да что вы? А для чего еще делают полный привод, если не для повышенной проходимости?
Конкретно по той системе пишут, что такая извращенная схема потребовалась из-за того, что ей предполагалось дорабатывать уже серийные заднеприводные авто и места под передний мост просто не было предусмотрено. Доработка была считай что штучной - выпущено порядка 1000 авто, что для американской автоиндустрии не то что капля в море, молекула.
Kotofay
"Внедорожник" повышенной проходимости:
И ещё один:
zatim
Где я писал про "внедорожник"? Вы бессовестно перевираете мои слова. Сначала вы облажались с системой v-drive, до конца не разобравшись для чего она, теперь то же самое с quattro.
Тем более что вы сами писали:
Dynasaur
Для этого на мотор-колёса ставят двигатели с увеличенным числом полюсов. Если увеличить число полюсов в 4 раза, это эквивалентно редуктору 4:1
zatim
Число полюсов нельзя увеличивать сверхмеры. Во первых, для электромобиля и так нужны двигатели по возможности с бОльшим числом полюсов чтобы уйти в более высокие частоты управления и выжать бОльше мощности с того же объема. Конструктивно сложно делать многополюсные двигатели. В промышленности обычно используют не более 6 пар.
Dynasaur
Понятное дело, всё имеет свои пределы. Ну в принципе, редуктор на выходе электромотора вещь довольно привычная. Конечно, хотелось бы его избежать, но это уже вопрос конкретного конструктивного решения. Одим конструкторам удастся, другие предпочтут добавить редуктор.
radtie
Тут все упирается в цену.
Да, по двигателю на каждое колесо - это хорошо (не мотор-колеса понятно), но по мотору на пару колес + дифф - дешевле.
Да, мотор с хорошими показателями без коробки - это хорошо, но дешевле поставить мотор попроще + простую 2-х ступенчатую коробку.
Хотя я с вами согласен, надо выкидывать легаси, и я уверен, в будущем, когда технологии и цены позволят, так и будет, никаких диффов и коробок, все 4 поворотных колеса.
Но и сейчас такое встречается серийно, например на Rivian по двигателю на каждое колесо, а на Хаммере все 4 поворачиваются:
vin2809
Интересно, а как это "Белазы" ездят? Наверно мучаются возить по 400 т без рессор...
zatim
Белазы ездят на скоростях, сравнимых со скоростью телеги с лошадью. У телег тоже не было рессор. Кроме того, при таком весе шины с воздухом становятся рессорами. Собственно, как и на всех тракторах.
На белазах сделали мотор-колесо по единственной причине: на таких мощностях передача механической энергии валами и шестернями становится менее выгодной чем электричеством.
VT100
Поинтересуйтесь требованиями к дорожному полотну для карьерных самосвалов.
Dynasaur
Дело в том, что для вонючек такие цели достигаются лишь необоснованным усложнением и нагромождением конструкции, дороговизной и сложным дорогим обслуживанием. Для электричек это наоборот гармонично и просто. А всё по тому, что у вонючки мотор один и ставить по мотору на колесо не реально. А у электрички поставить по мотору на колесо проще, чем один центральный мотор плюс трансмиссия.
deee
4WS / HICAS применялись на серийных моделях из Японии уже в 80-е. 2000-е - это уже закат применения: https://www.autoweek.com/car-life/a1871191/four-wheel-steering-demystified/ , https://www.autozine.org/technical_school/traction/Steering_3.html , https://global.honda/heritage/episodes/19874ws.html , https://www.caranddriver.com/reviews/a35287962/tested-1988-four-wheel-steering-benefits/
Разве что GM Quadrasteer можно вспомнить.
Ksoo
Вес мотора теслы около 250кг, при разделении мотора на четере колеса, это по 50 кг плюсом на каждое колесо с уменьшением сумарной мощьности или эффективности. Сильно усложняется охлаждение моторов. Ради полного привода, который нужен малому кол-ву пользователей.
Поворотные четыре колеса можно и без электромобилей сделать, но дальше нескольких прототипов не стали развивать. Предпологаю с устойчивостью начинаются проблемы.
Kotofay
Ничего там не начинается. Устойчивость в повороте только увеличивается. Японцы давно ставили в серийные машины.
beho1der
а еще учитывайте что в большинстве регионов надо менять резину два раза в сезон и на мотор колесе это уже делается не просто!
Kotofay
Про мотор-колёса уже сказали -- увеличение неподрессоренных масс "не наш метод".
Колёса обычные, привод от каждого мотора обычным валом со ШРУСами.
beho1der
учитывая что под днищем обычно аккумуляторная батарея, то уместить там еще электродвигатели слегка проблематично и кроме того что клиренс будет очень маленький так еще и повредить их легко.
radtie
На самом деле нет там проблем ни с местом, ни с клиренсом, современные синхронные двигатели очень компактные
aborouhin
Полный привод не нужен тем, кто никогда не ездил на полном приводе :)
saege5b
ЕСП. Причём продвинутая, устойчивость к срыву на льду - изумительная.
Один раз прокатился на "фаршированной" тоёте.
Возможности к парковке - можно влезть в любую дырку, лишь бы корпус входил туда. Опять же, короткий радиус поворота, в пределе чуть больше длины машины.
У механической передачи идёт усложнение подвески, тем более, что бензиновый двигатель - один, и с него надо тащить "туннель" ко второй паре колёс.
anonymous
НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь