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隨著城市環(huán)境污染問題的日益嚴(yán)重，汽車尾氣的控制越來越受到人們的重視，很多國家都開展了電動汽車的研究。但是電動汽車存在續(xù)駛里程短、動力性能差等弱點，加之成本太高，目前還無法大批量投入市場。為了兼顧傳統(tǒng)燃油汽車和電動汽車的優(yōu)點，國內(nèi)外都開始進(jìn)行混合動力汽車的研究。
當(dāng)今汽車的保有量和使用量的飛速增加使得大氣環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重，加上石油資源危機(jī)，使得以電能作為驅(qū)動的汽車技術(shù)成為世界各汽車廠商技術(shù)競爭的熱點。但是電動汽車的產(chǎn)業(yè)化還處于初期的準(zhǔn)備階段，與之相關(guān)的技術(shù)和產(chǎn)品尚未形成工業(yè)體系。在這一新的領(lǐng)域我國與國外處于相近的水平，為此科技部在十·五“863”計劃專門設(shè)立了電動汽車重大專項，以進(jìn)一步推動電動汽車的產(chǎn)業(yè)化，實現(xiàn)我國汽車工業(yè)的跨越式發(fā)展。
現(xiàn)代汽車工業(yè)和電子技術(shù)飛速發(fā)展，汽車上的電子裝置越來越多。一輛高檔汽車的電氣節(jié)點數(shù)已達(dá)上千個，如果采用傳統(tǒng)的方法進(jìn)行布線，連線的數(shù)量非常驚人而且有極大的故障隱患。為了解決這一問題，各大汽車廠商從上世紀(jì)70年代開始了車用網(wǎng)絡(luò)的研究，并取得了很大的發(fā)展，形成了多種適合不同傳輸速率及特殊用途的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，如：CAN總線、LIN總線、用于診斷的KWP2000、用于X-by-wire 的TTP、多媒體應(yīng)用的MOST協(xié)議等。其中CAN（Controller Area Network，控制器局域網(wǎng)）是BOSCH公司于上世紀(jì)80年代提出的。為解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，可以很好的解決上述的問題?，F(xiàn)在世界上許多汽車公司，如奔馳、寶馬、大眾等公司已采用CAN總線來實現(xiàn)汽車內(nèi)部的數(shù)據(jù)通信。
我國對車用網(wǎng)絡(luò)、總線、通訊協(xié)議的研究起步比較晚，但近年來發(fā)展比較快，尤其在電動汽車項目中總線網(wǎng)絡(luò)得到廣泛的應(yīng)用。
由于混合動力汽車有兩套驅(qū)動系統(tǒng)，驅(qū)動系統(tǒng)與整車控制單元（VCU）之間的信息交換與協(xié)調(diào)就顯得尤其重要。CAN（Controller Area Network）總線即控制器局域網(wǎng)絡(luò)，是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)，屬于現(xiàn)場總線的范疇，具有實時性強(qiáng)、可靠性高、抗干擾性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡單、操作性好、價格低廉等特點，因此被廣泛用于工業(yè)控制中。
電動汽車電機(jī)控制器
直流電機(jī)調(diào)速器采用PWM脈沖調(diào)制技術(shù)，對直流電動車進(jìn)行無級調(diào)速。有欠壓、過流等常規(guī)保護(hù).有帶逆轉(zhuǎn)和不帶逆轉(zhuǎn)的二種規(guī)格。主要應(yīng)用以電瓶為動力源的電動汽車、電動游覽車、電動高爾夫球車、叉車行走、旅游車、搬運(yùn)車、多用途車、堆垛車的電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩及速度控制，控制直流串勵(它勵)電機(jī)或永磁電機(jī)。電阻調(diào)速和模擬控制串勵電機(jī)調(diào)速的更新?lián)Q代產(chǎn)品。電壓范圍12V-120V， 輸出功率范圍0.20-25KW,其中無刷電機(jī)調(diào)速器輸出功率范圍0.20-10KW.有高電位低電位剎車多種形式，有正反轉(zhuǎn)功能，有欠壓保護(hù)，過流保護(hù)，堵轉(zhuǎn)保護(hù),換向角60°/120°通用。重量;0.8- 4 kg,外形尺寸; 150-350 × 100 × 55mm.也供應(yīng)DC-DC轉(zhuǎn)換器和與控制器配套的電機(jī)逆轉(zhuǎn)器。包括電機(jī)和電動車全部方案設(shè)計。
總線控制驅(qū)動
混合動力電動汽車總成控制系統(tǒng)，測速單元的速度信號傳送給主控制器，主控制器的控制信號經(jīng)驅(qū)動模塊、充電器傳送給蓄電池，主控制器的控制信號通過溫度控制器傳送給蓄電池，蓄電池的電壓、電流、溫度信號通過檢測模塊傳送給主控制器，設(shè)定單元的設(shè)定信號傳送給主控制器，CAN外總線的數(shù)據(jù)信號端與主控制器相互連接，主控制器的控制信號經(jīng)數(shù)模模塊傳送給變頻器，變頻器的頻率信號傳送給電動機(jī)，電動汽車總成控制系統(tǒng)按工作流程步驟工作，本發(fā)明具有電路簡單，可靠性強(qiáng)，智能化程度高，運(yùn)行穩(wěn)定，反應(yīng)快速等優(yōu)點，能滿足混合動力電動汽車速度自動控制、節(jié)省能源和促進(jìn)混合動力電動汽車普及推廣的需要。
純電動汽車采用電機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的發(fā)動機(jī)，因此電機(jī)控制子系統(tǒng)與CAN,總線上的節(jié)點的通訊就顯得十分重要。
1 CAN節(jié)點的硬件設(shè)計
當(dāng)今的電機(jī)控制已經(jīng)進(jìn)入到全數(shù)字控制階段，本設(shè)計選用TI公司的DSPTMS320LF2407作為電機(jī)控制器。TMS320LF2407是一種低成本、低功耗、高性能的處理器，其執(zhí)行速度達(dá)到30 MIPS，指令周期縮短到33 ns；有兩個事件管理模塊，可實現(xiàn)PWM的對稱和非對稱波形，可編程的PWM死區(qū)控制等專門應(yīng)用于電機(jī)的數(shù)字化控制的設(shè)計。同時TMS320LF2407還集成CAN控制器模塊。集成的CAN控制器有以下特性：完全支持CAN2.0B協(xié)議，支持標(biāo)準(zhǔn)和擴(kuò)展標(biāo)識符；有6個郵箱，其數(shù)據(jù)長度為0-8個字節(jié)，2個接收2個發(fā)送，2個可以配置為接收或發(fā)送；有15個16位控制寄存器，控制CAN的位定時器、郵箱的發(fā)送和接收使能、錯誤狀態(tài)及中斷等；當(dāng)發(fā)送出現(xiàn)錯誤或仲裁時丟失數(shù)據(jù)，CAN控制器有自動重發(fā)功能等。
2 CAN節(jié)點的軟件設(shè)計
CAN2.0B中規(guī)定，有兩種不同的幀格式：含有11位標(biāo)識符的幀為標(biāo)準(zhǔn)幀；含有29位標(biāo)識符的幀為擴(kuò)展幀。CAN節(jié)點間傳輸?shù)膱笪挠?種不同類型的幀：(U數(shù)據(jù)幀(DataFrame)，將數(shù)據(jù)發(fā)送到CAN,總線上，供其它節(jié)點接收；②遠(yuǎn)程幀(RemoteFrame)，節(jié)點發(fā)出遠(yuǎn)程幀，請求發(fā)送具有同一標(biāo)識符的數(shù)據(jù)幀；③錯誤幀(ErrorFrame)，任何節(jié)點檢測到總線錯誤時發(fā)出錯誤幀；④過載幀(Overload Frame)，在相鄰數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀之間提供附加的延時。其中數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀可以使用上述兩種幀格式。
圖1 TMS320LF2407的CAN節(jié)點接口電路
由于CAN總線符合ISO/OSI參考模型，但只規(guī)定了物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議，用戶需自己開發(fā)應(yīng)用層協(xié)議。需根據(jù)整車的應(yīng)用層協(xié)議規(guī)定CAN幀的標(biāo)識符和數(shù)據(jù)域的含義。本系統(tǒng)中采用的是擴(kuò)展幀格式，在汽車的主控制器和電機(jī)控制器間共有8種不同類型的數(shù)據(jù)，也就有8種不同的標(biāo)識符，分別是主控制器發(fā)給電機(jī)控制器的電機(jī)控制指令、駕駛需求、制動、故障信號；電機(jī)控制器發(fā)給主控制器的電機(jī)狀態(tài)1(轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩)、電機(jī)狀態(tài)2(電流、電壓)、電機(jī)狀態(tài)3(電機(jī)溫度)、電機(jī)故障信號。由應(yīng)用層協(xié)議來決定CAN控制器發(fā)送和接收的幀格式。
TMS320LF2407的CAN控制器模塊包括6個郵箱，每個郵箱由郵箱標(biāo)識寄存器、郵箱控制寄存器、4x16位的存儲空間組成。在對CAN控制器進(jìn)行操作前，對位定時器和郵箱進(jìn)行初始化，本系統(tǒng)將郵箱3配置為發(fā)送郵箱，郵箱2配置為接收郵箱；發(fā)送用查詢的方式，接收采用中斷方式。圖2為CAN初始化程序框圖。
圖2 CAN初始化程序框圖
根據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用層協(xié)議的規(guī)定對CAN控制器初始化后，電機(jī)控制器即可與CAN,總線上的其它節(jié)點進(jìn)行通訊。當(dāng)主控制器需要給電機(jī)控制器發(fā)送指令時，主控制器要保證發(fā)送指令的數(shù)據(jù)幀ID與電機(jī)控制器的ID一致。電機(jī)控制器檢測到總線上有數(shù)據(jù)時，比較總線上數(shù)據(jù)幀ID與自身的ID，如一致則接收該數(shù)據(jù)幀，如不一致則不接收，從而保證數(shù)據(jù)幀能夠正確傳送到目的節(jié)點，而其它非目的節(jié)點不會接收。電機(jī)控制器正確接收到主控制器的數(shù)據(jù)幀后，分析數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)域數(shù)據(jù)，解析出控制命令，即由應(yīng)用層協(xié)議判斷控制信號，由控制器實現(xiàn)對電機(jī)的控制。同樣，電機(jī)控制器可以將狀態(tài)信息傳給主控制器和總線上的其它節(jié)點，每個節(jié)點只接收ID與自身ID一致的數(shù)據(jù)幀。這樣電機(jī)控制系統(tǒng)與CAN總線上其它節(jié)點之間就可以方便地實現(xiàn)通訊。
由于CAN總線的應(yīng)用實現(xiàn)了車身各子系統(tǒng)之間的資源共享，就可根據(jù)智能化的要求和綜合協(xié)調(diào)控制的特點組成一個協(xié)調(diào)控制的綜合系統(tǒng)，全面提高汽車的整體性能。
（轉(zhuǎn)載）
