CAN總線混合動力汽車電控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

　　混合動力汽車是一種由內(nèi)燃機(jī)和電動機(jī)混合驅(qū)動的汽車，其主要特點是節(jié)能、環(huán)保。這種汽車在起步時用電動機(jī)驅(qū)動，消除了內(nèi)燃機(jī)起步時由于燃燒不充分而排黑煙的現(xiàn)象。在汽車減速或剎車時，利用發(fā)電機(jī)把動能轉(zhuǎn)化成電能，貯存到蓄電池中，實現(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)和電動機(jī)兩種動力并存，僅用傳統(tǒng)的針對內(nèi)燃機(jī)的電控系統(tǒng)無法實現(xiàn)兩種動力的最佳配合，因此開發(fā)混合動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)式混合動力汽車成功實現(xiàn)為背景，從系統(tǒng)角度介紹了混合動力汽車電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能及效果。

并聯(lián)式混合動力驅(qū)動結(jié)構(gòu)簡介

　　并聯(lián)式混合動力汽車的驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。發(fā)動機(jī)通過機(jī)械傳動裝置與驅(qū)動橋連接，電動機(jī)通過動力復(fù)合裝置也與驅(qū)動橋相連，汽車可由發(fā)動機(jī)和電動機(jī)共同驅(qū)動或各自單獨驅(qū)動。并聯(lián)式混合動力電動汽車的結(jié)構(gòu)形式更像是附加了一個電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的普通內(nèi)燃機(jī)汽車.電動機(jī)起“調(diào)峰”作用:當(dāng)汽車運行工況所需的功率超過了發(fā)動機(jī)的功率時，電動機(jī)從電池取得電能產(chǎn)生電磁力矩，并向驅(qū)動橋提供額外的驅(qū)動功率.有的并聯(lián)式混合動力電動汽車也有發(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)動系統(tǒng)簡圖

電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　電控系統(tǒng)以國際業(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，以五個功能相對獨立的智能化節(jié)點(前艙傳感器單元、室內(nèi)傳感器單元、電機(jī)驅(qū)動單元、電池管理單元及顯示單元)為輔助節(jié)點構(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)動機(jī)控制單元、電機(jī)驅(qū)動器使兩種動力相互配合，以發(fā)揮混合動力汽車節(jié)能和環(huán)保的目的。各單元(或稱節(jié)點)在本設(shè)計中的統(tǒng)一編號：N1為多能源控制單元；N2為電機(jī)驅(qū)動器單元；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)存儲器中存放了系統(tǒng)運行最佳狀態(tài)參數(shù)，這樣處理器就能及時并精確按控制策略對電機(jī)和發(fā)動機(jī)兩種動力進(jìn)行最佳配合。當(dāng)電控系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，它會及時對故障進(jìn)行處理，保證系統(tǒng)的安全運行。

　　2)發(fā)動機(jī)控制單元

　　由微處理器、程序和數(shù)據(jù)存儲器、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)出的對發(fā)動機(jī)的命令，進(jìn)行判斷處理后通過模擬量輸出及開關(guān)量輸出對發(fā)動機(jī)進(jìn)行控制，其中主要包括對發(fā)動機(jī)的空然比、點火系統(tǒng)等在各種工況下的控制。另外，本單元還會將執(zhí)行情況及其當(dāng)前狀況(正常狀態(tài)還是故障狀態(tài))及時通過總線想多能源進(jìn)行報告。

　　3)電機(jī)驅(qū)動控制單元

　　由微處理器、程序和數(shù)據(jù)存儲器、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電機(jī)的控制命令并及時執(zhí)行，它主要控制電機(jī)的發(fā)電與電動狀態(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)故障時能進(jìn)行自處理以保證車輛的安全運行。

　　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)確且及時檢測車輛系統(tǒng)的各參數(shù)如:發(fā)動機(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，此單元是整個系統(tǒng)的眼睛。

　　5)電池管理單元

　　本混合動力車采用鋰電池組，此電池組由40個電池串聯(lián)而成，每個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，對每個電池都配備一以功能較簡單微處理器為核心的控制器，每個控制器對其所管理的電池的電壓、容量、溫度參數(shù)進(jìn)行檢測并通過485 總線通知電池管理單元，同時控制器也對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，同時也會將電池組的SOC傳送到顯示單元進(jìn)行顯示。