CAN總線混合動(dòng)力汽車電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　混合動(dòng)力汽車是一種由內(nèi)燃機(jī)和電動(dòng)機(jī)混合驅(qū)動(dòng)的汽車，其主要特點(diǎn)是節(jié)能、環(huán)保。這種汽車在起步時(shí)用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，消除了內(nèi)燃機(jī)起步時(shí)由于燃燒不充分而排黑煙的現(xiàn)象。在汽車減速或剎車時(shí)，利用發(fā)電機(jī)把動(dòng)能轉(zhuǎn)化成電能，貯存到蓄電池中，實(shí)現(xiàn)能量回收達(dá)到節(jié)能的目的。由于這種汽車是內(nèi)燃機(jī)和電動(dòng)機(jī)兩種動(dòng)力并存，僅用傳統(tǒng)的針對(duì)內(nèi)燃機(jī)的電控系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)兩種動(dòng)力的最佳配合，因此開發(fā)混合動(dòng)力車的全新電控系統(tǒng)是十分必要的.本文以一種電機(jī)并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車成功實(shí)現(xiàn)為背景，從系統(tǒng)角度介紹了混合動(dòng)力汽車電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能及效果。

并聯(lián)式混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

　　并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。發(fā)動(dòng)機(jī)通過機(jī)械傳動(dòng)裝置與驅(qū)動(dòng)橋連接，電動(dòng)機(jī)通過動(dòng)力復(fù)合裝置也與驅(qū)動(dòng)橋相連，汽車可由發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)共同驅(qū)動(dòng)或各自單獨(dú)驅(qū)動(dòng)。并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)形式更像是附加了一個(gè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的普通內(nèi)燃機(jī)汽車.電動(dòng)機(jī)起“調(diào)峰”作用:當(dāng)汽車運(yùn)行工況所需的功率超過了發(fā)動(dòng)機(jī)的功率時(shí)，電動(dòng)機(jī)從電池取得電能產(chǎn)生電磁力矩，并向驅(qū)動(dòng)橋提供額外的驅(qū)動(dòng)功率.有的并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車也有發(fā)電機(jī)，但其主要作用是向電池充電，以保持電池的荷電狀態(tài)(SOC)。

圖1　并聯(lián)式混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　電控系統(tǒng)以國(guó)際業(yè)界先進(jìn)的CAN總線作為通信媒介，以智能化的多能源管理單元為控制核心，以五個(gè)功能相對(duì)獨(dú)立的智能化節(jié)點(diǎn)(前艙傳感器單元、室內(nèi)傳感器單元、電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元、電池管理單元及顯示單元)為輔助節(jié)點(diǎn)構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。多能源通過CAN總線獲得系統(tǒng)當(dāng)前的狀態(tài)信息，并根據(jù)此狀態(tài)信息產(chǎn)生控制命令，亦通過總線將命令發(fā)送到發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器使兩種動(dòng)力相互配合，以發(fā)揮混合動(dòng)力汽車節(jié)能和環(huán)保的目的。各單元(或稱節(jié)點(diǎn))在本設(shè)計(jì)中的統(tǒng)一編號(hào)：N1為多能源控制單元；N2為電機(jī)驅(qū)動(dòng)器單元；N3為前艙傳感器單元；N4為室內(nèi)傳感器單元；N5為電池管理單元；N6為顯示單元。

圖2　電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　1)多能源管理單元

　　是整個(gè)系統(tǒng)的指揮中心，它由性能較高的微處理器為核心，配合大容量的程序和數(shù)據(jù)存存器及總線接口構(gòu)成，由此它能對(duì)從總線上傳來的系統(tǒng)信息進(jìn)行迅速處理，大容量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中存放了系統(tǒng)運(yùn)行最佳狀態(tài)參數(shù)，這樣處理器就能及時(shí)并精確按控制策略對(duì)電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)兩種動(dòng)力進(jìn)行最佳配合。當(dāng)電控系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，它會(huì)及時(shí)對(duì)故障進(jìn)行處理，保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

　　2)發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元

　　由微處理器、程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、D/A轉(zhuǎn)換電路、開關(guān)量接口及總線接口構(gòu)成。它的功能是通過總線接收多能源管理單元發(fā)出的對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的命令，進(jìn)行判斷處理后通過模擬量輸出及開關(guān)量輸出對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制，其中主要包括對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的空然比、點(diǎn)火系統(tǒng)等在各種工況下的控制。另外，本單元還會(huì)將執(zhí)行情況及其當(dāng)前狀況(正常狀態(tài)還是故障狀態(tài))及時(shí)通過總線想多能源進(jìn)行報(bào)告。

　　3)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制單元

　　由微處理器、程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、D/A轉(zhuǎn)換、開關(guān)量接口及電機(jī)調(diào)速控制幾部分構(gòu)成。它的功能是通過總線接收多能源的對(duì)電機(jī)的控制命令并及時(shí)執(zhí)行，它主要控制電機(jī)的發(fā)電與電動(dòng)狀態(tài)的切換、電機(jī)的轉(zhuǎn)速及輸出力矩的控制，通過總線向多能源管理單元報(bào)告電機(jī)的狀態(tài)如轉(zhuǎn)速、充電電流、放電電流及故障等狀態(tài)，當(dāng)電機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)能進(jìn)行自處理以保證車輛的安全運(yùn)行。

　　4)數(shù)據(jù)采集單元

　　由處理器、微處理器、程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、開關(guān)量接口、A/D轉(zhuǎn)換、頻率變換及總線接口構(gòu)成。其功能是準(zhǔn)確且及時(shí)檢測(cè)車輛系統(tǒng)的各參數(shù)如:發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、車速、節(jié)氣門開度、剎車、水溫、真空度、擋位、空調(diào)狀態(tài)、鑰匙狀態(tài)、離合器狀態(tài)等，并通過總線傳送給多能源管理單元，多能源管理單元以此作為決策依據(jù).另外，此數(shù)據(jù)也作為顯示單元進(jìn)行顯示的依據(jù)，因此，此單元是整個(gè)系統(tǒng)的眼睛。

　　5)電池管理單元

　　本混合動(dòng)力車采用鋰電池組，此電池組由40個(gè)電池串聯(lián)而成，每個(gè)電池正常工作電壓為3.6V，為保證系統(tǒng)的安全及電池的可靠工作，對(duì)每個(gè)電池都配備一以功能較簡(jiǎn)單微處理器為核心的控制器，每個(gè)控制器對(duì)其所管理的電池的電壓、容量、溫度參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)并通過485 總線通知電池管理單元，同時(shí)控制器也對(duì)所管理的電池的充電及放電電流進(jìn)行控制，防止電池過充和過放，以保證系統(tǒng)的安全.電池管理單元由較高級(jí)的微處理器和必要的外圍電路構(gòu)成，本單元通過RS485總線與各電池的控制器進(jìn)行通信，收集各電池的當(dāng)前狀態(tài)參數(shù)(電壓、容量、溫度)，并將這些信息進(jìn)行處理后通過 CAN總線通知多能源管理單元，同時(shí)也會(huì)將電池組的SOC傳送到顯示單元進(jìn)行顯示。