CAN總線(xiàn)混合動(dòng)力驕車(chē)電控系統的設計與實(shí)現
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并聯(lián)式混合動(dòng)力驅動(dòng)結構簡(jiǎn)介
并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)的驅動(dòng)系統結構見(jiàn)圖1。發(fā)動(dòng)機通過(guò)機械傳動(dòng)裝置與驅動(dòng)橋連接，電動(dòng)機通過(guò)動(dòng)力復合裝置也與驅動(dòng)橋相連，汽車(chē)可由發(fā)動(dòng)機和電動(dòng)機共同驅動(dòng)或各自單獨驅動(dòng)。并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)的結構形式更像是附加了一個(gè)電動(dòng)機驅動(dòng)系統的普通內燃機汽車(chē).電動(dòng)機起“調峰”作用:當汽車(chē)運行工況所需的功率超過(guò)了發(fā)動(dòng)機的功率時(shí)，電動(dòng)機從電池取得電能產(chǎn)生電磁力矩，并向驅動(dòng)橋提供額外的驅動(dòng)功率.有的并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)也有發(fā)電機，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)式混合驅動(dòng)系統簡(jiǎn)圖
電控系統結構設計
電控系統以國際業(yè)界先進(jìn)的CAN總線(xiàn)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)功能相對獨立的智能化節點(diǎn)(前艙傳感器單元、室內傳感器單元、電機驅動(dòng)單元、電池管理單元及顯示單元)為輔助節點(diǎn)構成網(wǎng)絡(luò )控制系統。系統的結構框圖如圖2所示。多能源通過(guò)CAN總線(xiàn)獲得系統當前的狀態(tài)信息，并根據此狀態(tài)信息產(chǎn)生控制命令，亦通過(guò)總線(xiàn)將命令發(fā)送到發(fā)動(dòng)機控制單元、電機驅動(dòng)器使兩種動(dòng)力相互配合，以發(fā)揮混合動(dòng)力汽車(chē)節能和環(huán)保的目的。各單元(或稱(chēng)節點(diǎn))在本設計中的統一編號：N1為多能源控制單元；N2為電機驅動(dòng)器單元；N3為前艙傳感器單元；N4為室內傳感器單元；N5為電池管理單元；N6為顯示單元。
圖2 電控系統結構圖1
1)多能源管理單元
是整個(gè)系統的指揮中心，它由性能較高的微處理器為核心，配合大容量的程序和數據存存器及總線(xiàn)接口構成，由此它能對從總線(xiàn)上傳來(lái)的系統信息進(jìn)行迅速處理，大容量的數據存儲器中存放了系統運行最佳狀態(tài)參數，這樣處理器就能及時(shí)并精確按控制策略對電機和發(fā)動(dòng)機兩種動(dòng)力進(jìn)行最佳配合。當電控系統出現故障時(shí)，它會(huì )及時(shí)對故障進(jìn)行處理，保證系統的安全運行。
2)發(fā)動(dòng)機控制單元
由微處理器、程序和數據存儲器、D/A轉換電路、開(kāi)關(guān)量接口及總線(xiàn)接口構成。它的功能是通過(guò)總線(xiàn)接收多能源管理單元發(fā)出的對發(fā)動(dòng)機的命令，進(jìn)行判斷處理后通過(guò)模擬量輸出及開(kāi)關(guān)量輸出對發(fā)動(dòng)機進(jìn)行控制，其中主要包括對發(fā)動(dòng)機的空然比、點(diǎn)火系統等在各種工況下的控制。另外，本單元還會(huì )將執行情況及其當前狀況(正常狀態(tài)還是故障狀態(tài))及時(shí)通過(guò)總線(xiàn)想多能源進(jìn)行報告。
3)電機驅動(dòng)控制單元
由微處理器、程序和數據存儲器、D/A轉換、開(kāi)關(guān)量接口及電機調速控制幾部分構成。它的功能是通過(guò)總線(xiàn)接收多能源的對電機的控制命令并及時(shí)執行，它主要控制電機的發(fā)電與電動(dòng)狀態(tài)的切換、電機的轉速及輸出力矩的控制，通過(guò)總線(xiàn)向多能源管理單元報告電機的狀態(tài)如轉速、充電電流、放電電流及故障等狀態(tài)，當電機出現故障時(shí)能進(jìn)行自處理以保證車(chē)輛的安全運行。
4)數據采集單元
由處理器、微處理器、程序和數據存儲器、開(kāi)關(guān)量接口、A/D轉換、頻率變換及總線(xiàn)接口構成。其功能是準確且及時(shí)檢測車(chē)輛系統的各參數如:發(fā)動(dòng)機轉速、車(chē)速、節氣門(mén)開(kāi)度、剎車(chē)、水溫、真空度、擋位、空調狀態(tài)、鑰匙狀態(tài)、離合器狀態(tài)等，并通過(guò)總線(xiàn)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.另外，此數據也作為顯示單元進(jìn)行顯示的依據，因此，此單元是整個(gè)系統的眼睛。
5)電池管理單元
本混合動(dòng)力車(chē)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，為保證系統的安全及電池的可靠工作，對每個(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)控制器對其所管理的電池的電壓、容量、溫度參數進(jìn)行檢測并通過(guò)485總線(xiàn)通知電池管理單元，同時(shí)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(guò)充和過(guò)放，以保證系統的安全.電池管理單元由較高級的微處理器和必要的外圍電路構成，本單元通過(guò)RS485總線(xiàn)與各電池的控制器進(jìn)行通信，收集各電池的當前狀態(tài)參數(電壓、容量、溫度)，并將這些信息進(jìn)行處理后通過(guò)CAN總線(xiàn)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。
6)顯示單元
顯示單元的構成與其他單元大同小異，它的功能是接收CAN總線(xiàn)上的信息，對必要的信息如車(chē)速、發(fā)動(dòng)機 轉速、里程、電池容量、充電電流、放電電流、水溫、油量及系統故障代碼進(jìn)行顯示，在顯示方式上，采用無(wú)可動(dòng)部件的高精度數字顯示，增加了顯示信息量并提高了可靠性，同時(shí)為了滿(mǎn)足司機習慣于看指針式模擬儀表的要求，也采用類(lèi)似指針運動(dòng)的發(fā)光二極管模擬舊式表的顯示。
硬件設計
從N3、N4、N6三節點(diǎn)的功能要求來(lái)看，若按功能對硬件進(jìn)行分別設計可各取所需，減小節點(diǎn)體積和重量，但是，這樣不便于系統功能的擴展，也限制了節點(diǎn)的可靠性和互換性，故采取三節點(diǎn)硬件統一設計的方案，即三節點(diǎn)的硬件完全一樣，各節點(diǎn)的硬件可互換，每個(gè)硬件包括所有三節點(diǎn)所需要的硬件功能，另外，由于現代電子技術(shù)的進(jìn)步，統一設計和分別設計的硬件之間的體積和重量的差別很小，對系統性能的影響可以說(shuō)是微乎其微，更重要的是這樣的設計為后續進(jìn)一步改進(jìn)所需的系統擴展和冗余式可靠性設計奠定了硬件基礎。
硬件系統(圖3)以微處理器CPU為核心以及必要的外圍電路構成.其中CPU為高性中央處理單元，具有豐富的功能和高速的處理能力，可快速進(jìn)行大量的數學(xué)和邏輯運算，完全能滿(mǎn)足本電控系統的設計要求.程序存儲器中存放著(zhù)實(shí)現各節點(diǎn)功能的軟件用以控制各節點(diǎn)的功能實(shí)現。數據儲存器電路用于系統內存擴展，復雜的程序控制和運算需要大量的中間變量和緩沖區，內存的擴展解決了這一問(wèn)題.D/A轉換電路用于將處理后的數字信號轉換模擬信號輸出，主要應用于輸出控制和信號的遠程轉換，A/D轉換電路用于對系統的模擬量進(jìn)行采集，即將被采集的模擬信號轉換為數字信號，所設計的轉換電路的轉換速度可達5微秒/路，分辨率為1/4096，每個(gè)節點(diǎn)可同時(shí)進(jìn)行8路A/D轉換，完全可滿(mǎn)足任務(wù)書(shū)的技術(shù)要求.開(kāi)關(guān)量輸出接口用于輸出節點(diǎn)的位控制命令，具有靈活的輸出控制，可直接或間接滿(mǎn)足各種功率輸出的控制要求，在本系統中的主要位控制信號有發(fā)動(dòng)機的供油、空調、大小電機啟動(dòng)選擇等信號。
開(kāi)關(guān)量輸入電路用于采集系統的開(kāi)關(guān)量，如:鑰匙開(kāi)關(guān)信息、離合器狀態(tài)信息及空調狀態(tài)信息等信號.顯示接口電路用于將被顯示信號實(shí)時(shí)傳送到顯示器，顯示器采用數字化高亮度的LED顯示，提高了顯示的精度，同時(shí)又保留了原有儀表的模式，以便使用者有一個(gè)過(guò)渡的過(guò)程，不致產(chǎn)生不習慣的感覺(jué).頻率變換電路用于將系統的速度信號(發(fā)動(dòng)機轉速和車(chē)速)轉換為統一制式的脈沖信號以便微處理器進(jìn)行識別和測速。CAN總線(xiàn)電路由總線(xiàn)控制器和收發(fā)控制電路構成，它負責接收和發(fā)送總線(xiàn)信息，使各節點(diǎn)通過(guò)總線(xiàn)相連接，使電控系統成為靈活的網(wǎng)絡(luò )控制系統。
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