CAN總線(xiàn)混合動(dòng)力汽車(chē)電控系統的設計與實(shí)現

　　混合動(dòng)力汽車(chē)是一種由內燃機和電動(dòng)機混合驅動(dòng)的汽車(chē)，其主要特點(diǎn)是節能、環(huán)保。這種汽車(chē)在起步時(shí)用電動(dòng)機驅動(dòng)，消除了內燃機起步時(shí)由于燃燒不充分而排黑煙的現象。在汽車(chē)減速或剎車(chē)時(shí)，利用發(fā)電機把動(dòng)能轉化成電能，貯存到蓄電池中，實(shí)現能量回收達到節能的目的。由于這種汽車(chē)是內燃機和電動(dòng)機兩種動(dòng)力并存，僅用傳統的針對內燃機的電控系統無(wú)法實(shí)現兩種動(dòng)力的最佳配合，因此開(kāi)發(fā)混合動(dòng)力車(chē)的全新電控系統是十分必要的.本文以一種電機并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)成功實(shí)現為背景，從系統角度介紹了混合動(dòng)力汽車(chē)電控系統結構、功能及效果。

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

　　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。