基于can總線的主-從分布式輪轂電機(jī)驅(qū)動的電動車控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于CAN總線的主從分布式控制的四驅(qū)電動車控制系統(tǒng)，車輛控制器與四個輪轂電機(jī)驅(qū)動控制器構(gòu)成主從分布式控制系統(tǒng)，車輛控制器接收駕駛員的控制指令，進(jìn)行汽車運(yùn)行的差速計算，將計算得到的每個車輪的轉(zhuǎn)速發(fā)送到輪轂電機(jī)驅(qū)動控制器，由輪轂電機(jī)驅(qū)動控制器控制電機(jī)轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)整車行駛或制動能量回收；當(dāng)車輛進(jìn)行轉(zhuǎn)向操作時，車輛控制器根據(jù)轉(zhuǎn)向角度傳感器信號，實施電子差速控制取代傳統(tǒng)汽車的機(jī)械差速裝置，進(jìn)行各輪轂電機(jī)運(yùn)行速度調(diào)節(jié)，實現(xiàn)預(yù)期運(yùn)行狀態(tài)。本發(fā)明簡化了傳統(tǒng)汽車的驅(qū)動結(jié)構(gòu)，具有整車質(zhì)量輕、控制靈活、安全、節(jié)能、環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，適用于電動汽車控制。
【專利說明】基于CAN總線的主-從分布式輪轂電機(jī)驅(qū)動的電動車控制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種基于CAN總線的主-從分布控制的輪轂電機(jī)驅(qū)動電動車的控制系統(tǒng)，屬于電動汽車控制領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]進(jìn)入21世紀(jì)以來，由于發(fā)展中國家汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，汽車的保有量呈爆炸式攀升。隨著汽車保有量的迅速增長，汽車耗油量在全部石油產(chǎn)量中的比重也越來越大，全球的能源危機(jī)越來越明顯，生態(tài)環(huán)境日益惡化。同時在汽車工業(yè)不斷前進(jìn)發(fā)展的大背景下，同時滿足不依賴石油燃料、效率高及低污染甚至無污染的新能源汽車將逐漸成為未來社會最有競爭力的產(chǎn)品。人類與環(huán)境和諧共存以及全球經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，使人們迫切希望尋求到一種低排放、資源利用率高、環(huán)境友好型的交通工具，采用清潔能源的汽車無疑將是未來最佳的選擇。研究開發(fā)制造出節(jié)能、環(huán)保、安全的新型汽車，改變傳統(tǒng)汽車模式，是汽車產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必然方向。隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、電池技術(shù)、通信技術(shù)、電機(jī)控制技術(shù)的進(jìn)步，為研究開發(fā)新能源汽車提供了強(qiáng)有力的技術(shù)保障，使得新能源汽車的研究開發(fā)成為未來汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的研究熱點(diǎn)和研究重點(diǎn)。
[0003]與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)和依靠主電動機(jī)驅(qū)動的汽車相比，利用輪轂電機(jī)驅(qū)動的電動車，其每個車輪可以通過輪轂電機(jī)進(jìn)行快速驅(qū)動和制動，利用電子差速控制極大地增加了轉(zhuǎn)向的靈敏性。同時，由于其在結(jié)構(gòu)上刪減了離合器、差速器、傳動軸及變速器等傳統(tǒng)汽車部件，底盤結(jié)構(gòu)相對簡化，整車質(zhì)量大幅減輕，很大程度上達(dá)到了整車的輕量化，同時也為實現(xiàn)底盤系統(tǒng)高效智能化創(chuàng)造了有利的條件。輪轂驅(qū)動系統(tǒng)只需要通過電機(jī)及配套的驅(qū)動器便能實現(xiàn)單個或多個車輪驅(qū)動及制動的精確控制，與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車和采用感應(yīng)電機(jī)或異步電機(jī)等驅(qū)動形式的電動汽車相比，該電機(jī)響應(yīng)迅速，而且便于測量。另外，電機(jī)直接置于車輪中，動力傳輸時能量損失幾乎為零，電機(jī)驅(qū)動力通過車輪直接傳輸，較其他類型電動汽車驅(qū)動方式執(zhí)行效率更高。這樣，利用新型電子差速方案對輪轂驅(qū)動電動汽車進(jìn)行差速控制，便可實現(xiàn)車輛的直線行駛、轉(zhuǎn)彎行駛以及加減速運(yùn)動。采用輪轂電機(jī)驅(qū)動的電動汽車易實現(xiàn)電動車車輪的再生能量回饋等功能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對目前電動四驅(qū)的電動汽車提出了一種控制有效、簡單實用、安全可靠的分布式網(wǎng)絡(luò)控制的電動汽車控制系統(tǒng)，方便解決四輪獨(dú)立驅(qū)動電動汽車控制復(fù)雜、實時性不高的問題。
[0005]該控制系統(tǒng)包括車輛控制器(或稱主控制器)，由四個輪轂電機(jī)驅(qū)動控制器組成的從控制器，四個(左前/右前/左后/右后)輪轂電機(jī)，動力電池組管理系統(tǒng)，超級電容，加速踏板傳感器、轉(zhuǎn)向角度傳感器、檔位開關(guān)傳感器、制動開關(guān)傳感器、霍爾位置傳感器、標(biāo)定監(jiān)測界面軟件和蓄電池；車輛控制器通過一個CAN通信口與四個輪轂電機(jī)驅(qū)動控制器構(gòu)成主-從分布式控制網(wǎng)絡(luò)，它接收駕駛員的控制指令，進(jìn)行汽車運(yùn)行的差速計算，將計算得到的每個車輪的轉(zhuǎn)速發(fā)送到輪轂電機(jī)驅(qū)動控制器，由輪轂電機(jī)驅(qū)動控制器控制電機(jī)轉(zhuǎn)動；車輛控制器通過一個CAN通信口與動力電池組管理系統(tǒng)(簡稱BMS)通信，接收BMS傳輸?shù)碾姵匦畔?如電壓、溫度、電流、故障信號等參數(shù))，在電池沒有故障的情況下，車輛控制器正常工作，否則不工作；車輛控制器通過另外一個CAN通信口與標(biāo)定監(jiān)測界面軟件通信，實現(xiàn)車況信息實時顯示以及車輛運(yùn)行參數(shù)的實時標(biāo)定。
[0006]電機(jī)驅(qū)動控制器采用三相逆變器專用驅(qū)動集成電路IR2130，進(jìn)行三相星形六狀態(tài)連接，電機(jī)驅(qū)動控制器選用PIC系列單片機(jī)，從單片機(jī)的輸出，經(jīng)過變換的六路輸出脈沖中，其中有三路對應(yīng)開關(guān)管低端驅(qū)動信號，然后經(jīng)功率放大后，直接送往被驅(qū)動功率器件的柵源極；另三路脈沖對應(yīng)高端驅(qū)動信號，信號先經(jīng)過IR2130內(nèi)部的電平移位器進(jìn)行電位轉(zhuǎn)換，變?yōu)槿冯娢粦腋〉尿?qū)動脈沖信號，再經(jīng)過輸出鎖存、驅(qū)動脈沖檢驗之后，再進(jìn)行功率放大，最后被加載到被驅(qū)動功率器件的柵源極完成驅(qū)動過程。同時，電機(jī)驅(qū)動控制器檢測自身板溫、接收來自霍爾位置傳感器的相位信號；利用檢測到的相位信號可以進(jìn)行相序的判斷，得到下一時刻的換相順序，驅(qū)動輪轂電機(jī)正常轉(zhuǎn)動。
[0007]本發(fā)明采用了 CAN總線通信方式。CAN屬于工業(yè)現(xiàn)場總線的范疇，較一般總線相t匕，CAN總線的數(shù)據(jù)通信具有更強(qiáng)的可靠性、突出的實用性和實時性的優(yōu)點(diǎn)。鑒于控制系統(tǒng)中主從節(jié)點(diǎn)不是很多，設(shè)計采用了標(biāo)準(zhǔn)格式的數(shù)據(jù)幀，其標(biāo)識符有11位，分別包含目的地址、源地址和報文類型。車輛控制器作為主控制器，給定一個地址。四個電機(jī)驅(qū)動控制器的優(yōu)先級地位是平等的，各節(jié)點(diǎn)收發(fā)信號按照定時發(fā)送的方式進(jìn)行通信。例如轉(zhuǎn)速、線速度等實時變化的數(shù)據(jù)，發(fā)送的時間間隔分別根據(jù)數(shù)據(jù)的采樣頻率和總線的承受能力來設(shè)定。對于事件響應(yīng)的變量來看，這些變量采用事件響應(yīng)進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)。例如，制動信號。只要檢測到有制動信號，車輛控制器立即發(fā)送制動控制報文給四個電機(jī)驅(qū)動控制器。如果總線仲裁丟失，則在10毫秒后重新發(fā)送，直到該節(jié)點(diǎn)獲得CAN總線使用權(quán)并完成報文的發(fā)送。
[0008]電池管理系統(tǒng)能有效保護(hù)電源，起到延長電池使用壽命、增加續(xù)航里程的作用。本發(fā)明中電池管理系統(tǒng)可以實現(xiàn)對動力電池的有效監(jiān)控，通過CAN總線將檢測到的數(shù)據(jù)傳送給上位機(jī)監(jiān)控。
[0009]本發(fā)明的有益效果是:基于CAN總線的主從分布控制網(wǎng)絡(luò)簡潔、安全并可靠，能夠?qū)λ妮嗇烌?qū)動電動汽車進(jìn)行實時有效地控制。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明電動車控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖。
[0011]圖2為本發(fā)明的電機(jī)驅(qū)動控制流程圖。
[0012]圖3為本發(fā)明電動車差速控制流程圖。
[0013]圖4為本發(fā)明電動車運(yùn)行控制流程圖。
【具體實施方式】
[0014]如附圖所示:整車由車輛控制器與四個輪轂電機(jī)驅(qū)動控制器通過CAN總線組成主從分布式控制系統(tǒng)，車輛控制器根據(jù)加速踏板傳感器和檔位開關(guān)傳感器信號，將車輛行駛的目標(biāo)線速度轉(zhuǎn)化為各個車輪的目標(biāo)線速度，并根據(jù)轉(zhuǎn)速與線速度的關(guān)系得到四個車輪的轉(zhuǎn)速，經(jīng)由前后四個電機(jī)驅(qū)動控制器分別驅(qū)動控制四個輪轂電機(jī)，進(jìn)而驅(qū)動控制四個車輪運(yùn)轉(zhuǎn)，實現(xiàn)整車正常行駛；當(dāng)車輛進(jìn)行轉(zhuǎn)向操作時，車輛控制器根據(jù)轉(zhuǎn)向角度傳感器信號，實施電子差速控制取代傳統(tǒng)汽車的機(jī)械差速裝置，進(jìn)行各輪轂電機(jī)運(yùn)行速度調(diào)節(jié)，實現(xiàn)預(yù)期運(yùn)行狀態(tài)；減速、滑行或停車行駛時，根據(jù)制動開關(guān)傳感器信號，通過檔位調(diào)節(jié)進(jìn)行制動能量回收，將回收的電能存儲在超級電容中。
[0015]本發(fā)明中電機(jī)驅(qū)動控制是電動車行駛的基本保證，將速度作為控制對象進(jìn)行實時控制，其驅(qū)動控制流程見圖2，按以下幾個步驟進(jìn)行:PIC端口資源配置，PWM功能設(shè)置；檢測靜止時電樞位置，判斷當(dāng)前相位；根據(jù)駕駛員指令，車輛控制器向四個電機(jī)驅(qū)動控制器發(fā)送前進(jìn)或倒退信號，驅(qū)動控制器接收指令；開啟電機(jī)控制使能信號，讀取任意時刻三相線圈的位置信息，判斷相序，同時根據(jù)三相位置信號計算當(dāng)前轉(zhuǎn)速，向車輛控制器發(fā)送當(dāng)前速度信息；根據(jù)設(shè)定目標(biāo)轉(zhuǎn)速，進(jìn)行PID的轉(zhuǎn)速調(diào)整，調(diào)節(jié)電流環(huán)。整車四個車輪將從CAN總線中接收到的對應(yīng)目標(biāo)轉(zhuǎn)速作為控制目標(biāo)，通過驅(qū)動模塊調(diào)節(jié)將四個車輪的實際轉(zhuǎn)速快速調(diào)節(jié)至目標(biāo)轉(zhuǎn)速。
[0016]本發(fā)明中電子差速控制是車輛能夠正常運(yùn)行的保障，差速控制的好壞直接影響到駕駛特性。平順的直路上，直接通過加速踏板給定PID調(diào)節(jié)即可正常行駛。轉(zhuǎn)向運(yùn)行時，通過方向盤執(zhí)行預(yù)期轉(zhuǎn)向的偏轉(zhuǎn)并將轉(zhuǎn)向角度信號傳遞給車輛控制器，車輛控制器通過差速計算得到四個車輪的目標(biāo)轉(zhuǎn)速，流程圖如圖3所示。
[0017]制動能量回收:電動汽車在行駛時，一般會有啟動、加速、減速、停車等幾種工況。根據(jù)不同工況的判斷，電動汽車能量控制也不盡相同。當(dāng)遇到減速制動或滑行操作時，車輛控制器打開再生制動回路，電機(jī)驅(qū)動器使輪轂電機(jī)處于發(fā)電機(jī)模式進(jìn)行制動能量的回收，全部存儲在超級電容中。緊急制動時，機(jī)械制動同時作用，以保障車輛安全。
[0018]標(biāo)定監(jiān)測界面軟件通過CAN通信進(jìn)行整車控制參數(shù)的監(jiān)控與標(biāo)定，同時檢測動力電池的實時參數(shù)變量情況。
[0019]本發(fā)明不局限于上述實施例，任何在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)的等同構(gòu)思或者改變，均列為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.基于CAN總線的主從分布式輪轂電機(jī)驅(qū)動的電動車控制系統(tǒng)，其特征在于:控制系統(tǒng)由前后四個輪轂電機(jī)、四個輪轂電機(jī)驅(qū)動控制器、車輛控制器、動力電池組管理系統(tǒng)、超級電容、加速踏板傳感器、制動開關(guān)傳感器、轉(zhuǎn)向角度傳感器、霍爾位置傳感器、檔位開關(guān)傳感器、標(biāo)定檢測界面軟件和蓄電池組成，車輛控制器通過一個CAN通信口與四個輪轂電機(jī)驅(qū)動控制器構(gòu)成主-從分布式控制網(wǎng)絡(luò)，它接收駕駛員的控制指令，進(jìn)行汽車運(yùn)行的差速計算，將計算得到的每個車輪的轉(zhuǎn)速發(fā)送到輪轂電機(jī)驅(qū)動控制器，由輪轂電機(jī)驅(qū)動控制器控制電機(jī)轉(zhuǎn)動；它通過一個CAN通信口與動力電池組管理系統(tǒng)通信，接收BMS傳輸?shù)碾姵匦畔ⅲ陔姵貨]有故障的情況下，車輛控制器正常工作，否則不工作；車輛控制器通過另外一個CAN通信口與標(biāo)定監(jiān)測界面軟件通信，實現(xiàn)車況信息實時顯示以及車輛運(yùn)行參數(shù)的實時標(biāo)定。
【文檔編號】B60L15/32GK103481798SQ201210194869
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2012年6月8日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月8日
【發(fā)明者】張育華, 曾潔, 段靜, 王洪, 張金華, 吳迪 申請人:鎮(zhèn)江恒馳科技有限公司