作者：肖敬義;王艷;梁曉峰;柴智淵

1、引言：

目前，由于環境污染和能源危機問題日益嚴重，電動汽車的發展開始得到各國的高度重視，成為未來汽車發展的主流方向。

電動汽車主要具有三大關鍵技術：驅動控制系統、電池電源、整車電子控制系統。整車電子控制系統必須滿足純電動汽車的設計理念，使之既節能又簡單可靠。在目前電池技術水平下，解決兩大關鍵技術，有助于電動汽車在中國首先市場化，其經濟意義不言而喻。 電動汽車動力系統結構復雜多樣，部件類型繁多。先進高效的控制體系結構，可以使電動汽車各動力系統之間的數據交換滿足簡單迅速、可靠性高、抗干擾能力強、實時性好、系統錯誤檢測和隔離能力強等要求。

本文設計了一種基于CAN總線的電動汽車整車電子控制系統，該系統應用于開關磁阻電機驅動的純電動汽車上，可以極大地減少車內傳感器的數目，明顯提高車的整體性能。

2、開關磁阻電機應用于電動汽車上的性能特點和控制方法：

開關磁阻電機是一種具有悠久歷史的電機，它誕生于160多年前，經過一百多年的發展，特別是近20年的研究和改進，開關磁阻電機的性能不斷提高，目前已能在較大的功率范圍內使其性能優于其它形式的電機，并且開關磁阻電機的性能特點特別適合應用于純電動汽車。

2.1、開關磁阻電機的性能特點：

（1）結構簡單，效率高;

開關磁阻電動機結構比感應電動機更簡單可靠，特別適用于高速、低速轉矩大，電流小的系統，且效率高，特別是轉子無繞組，適合于頻繁正反轉及沖擊負載等工況條件。

（2）控制電路簡單可靠;

驅動功率電路采用的功率開關元件較少，電路較簡單。功率元件與電動機繞組相串聯，不易發生直通短路。

（3）調速范圍大，轉矩和制動特性好;

利用較簡單的控制電路能夠實現較寬的調速范圍，還具有低速大轉矩和制動能量反饋等特性。

因此開關磁組電機驅動系統特別適合應用于電動汽車。

2.2、開關磁阻電機應用于電動汽車上的控制方法：

（1）車的啟動停止;

開關磁阻電機控制器可以實現對電機啟動、停止、加速、減速、正轉、反轉等控制。當應用于電動車時，車的啟動和停止可以通過啟動鑰匙系統來實現。

（2）車的加速減速;

加速減速通過腳踏油門，調節油門輸出電壓來控制VI給定來調速。

（3）車的前進倒車;

前進、倒車可由檔位搖桿來控制。

（4）車的急剎車;

急剎車可以通過剎車踏板啟動再生制動系統。所以，開關磁阻電機可以很方便地控制電動車的基本操作，這樣可以大大簡化控制系統總線上極為關鍵的電機控制單元。

3、CAN總線的技術特點：

CAN（Controller Area Network）控制器局域網，是德國Bosch公司為解決現代汽車眾多的控制與測試儀器之間的數據交換而開發的一種能有效支持分布式控制和實時控制的串行通信網絡，屬于現場總線的范疇。CAN總線具有可靠、靈活、實時性強的優點。

（1） CAN總線采用多主結構，網絡上的任一節點可在任意時刻向其他節點發送信息，通訊方式靈活。

（2） 網絡上的節點根據對總線訪問優先級的不同，最快可在134μs內得到響應。

（3） 采用非破壞性總線仲裁技術，可以大大節省總線沖突仲裁時間，網絡在擁擠的情況下也不會癱瘓。

（4） CAN采用NRZ編碼，直接通信距離最遠可達10km（速度5kbps），通信速率最高可達1Mbps（此時通信距離最長為40m）。

（5） 采用短幀結構，傳輸時間短，受干擾概率低。

（6） CAN節點在錯誤嚴重的情況下具有自動關閉輸出功能，以使總線上其他節點的操作不受影響。

（7） 通訊介質可為雙絞線、同軸電纜或光纖，選擇靈活。

4、系統方案設計：

4．1、網絡節點配置和信號類型：

4．1．1、電動車內主要CAN節點及各節點CAN總線主要收發信號如下：

（1）電池管理系統節點：電池荷電狀態（SOC）、電池充放電狀態、電池故障。

（2）液晶顯示節點：電池荷電狀態（SOC）、車速、電機轉速、前進倒車狀態、門窗開關狀態、燈光開關狀態、電機溫度、車內溫度、再生制動狀態、電池充放電狀態、電池故障、空調開關狀態、鑰匙信號。

（3）電機控制節點：電機轉速、前進倒車狀態、電機啟動停止、電機溫度、再生制動狀態。

（4）聯合裝配節點：車內溫度、車速、門窗開關狀態、燈光開關狀態、空調開關狀態。

（5）人機對話節點：控制門窗開關、控制燈光開關、液晶顯示開關、空調開關。

（6）運行控制節點：啟動鑰匙信號、腳踏油門、剎車踏板、前進倒車檔位搖桿。

4．1．2、電動汽車電控單元接收及發送的數據類型：

本方案中，電動汽車每個電控單元的接收和發送的數據類型如表（1）所示，其中T表示發送，R表示接收。

表（1） 電動汽車電控單元接收及發送的數據類型

4．2、網絡構架：

本電動汽車整車電子控制系統由兩條總線構成，即高速CAN總線和低速總線。高速CAN總線和低速總線是兩個獨立的總線系統。為了便于汽車所有功能的管理，通過網關將這兩個總線網絡連接起來，不同總線間的數據通過網關實現數據的共享。這樣兩個總線分別獨立運行，只有需要在兩種總線間交換的數據才通過網關進行傳輸。這種方式可將不同類型的信息分開，減輕了各網絡總線上的負擔。

高速CAN總線主要連接電動汽車的驅動系統，可以實現對電機、電池、轉向、制動等關鍵系統的快速控制。低速總線主要用于連接車身系統，并通過網關作為子網接入高速CAN總線，組成一個統一的多元網絡。

本系統的網絡構架如圖（1）所示。

圖（1） 網絡構架

4．3、電池管理節點介紹：

電池管理系統一直是電動汽車發展中的一項關鍵技術，它最基本的作用是監視電池的工作狀態，通過對電池電壓、電流和溫度這些參數的測量，預測電池的SOC和相應的剩余行駛里程，管理電池的工作狀況。電池管理系統框圖如圖（2）所示：

圖（2） 電池管理系統框圖

4．4、液晶顯示節點介紹：

本設計采用液晶顯示，它可以比模擬儀表顯示更多的信息量，更有利于信息的集中管理，方便了駕駛員的操作。它所顯示的信息主要包括：電池狀態信息、電機狀態信息、整車運行狀態信息、車內設施狀態信息、以及啟動鑰匙信息。它的主要信號如圖表（2）所示：

表（2） 液晶顯示節點主要信號

5、結束語：

現代汽車上的電子裝置越來越多，一輛高檔汽車的電氣節點數已達上千個，如果采用傳統的方法進行布線，連線的數量將非常驚人而且有極大的故障隱患。而基于CAN總線的開關磁阻電機驅動系統可以實現車內各個節點信息的共享，極大地改善車內布局，提高車的整體性能。

目前在國內已開發出混合動力汽車的整車電子控制系統，但它市基于混合動力汽車的，在控制節點和儀表顯示上與本文開發的純電動汽車有較大差別。本文設計的整車電子控制系統直接應用于純電動汽車，采用數字液晶顯示，可達到節能、簡單、可靠的更高要求。從目前世界各國的電動汽車整車電子控制系統來看，其電機控制節點歐美多采用交流感應電機，日本多用直流電動機，儀表顯示節點多采用模擬儀表。本文設計的整車電控系統應用于開關磁阻電機驅動的電動汽車上，采用數字液晶顯示，彌補了這一領域的研究。

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