CN103481798A - 基于can总线的主-从分布式轮毂电机驱动的电动车控制*** - Google Patents

基于can总线的主-从分布式轮毂电机驱动的电动车控制*** Download PDF

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曾洁
段静
王洪
张金华
吴迪
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Abstract

本发明涉及一种基于CAN总线的主从分布式控制的四驱电动车控制***，车辆控制器与四个轮毂电机驱动控制器构成主从分布式控制***，车辆控制器接收驾驶员的控制指令，进行汽车运行的差速计算，将计算得到的每个车轮的转速发送到轮毂电机驱动控制器，由轮毂电机驱动控制器控制电机转动，实现整车行驶或制动能量回收；当车辆进行转向操作时，车辆控制器根据转向角度传感器信号，实施电子差速控制取代传统汽车的机械差速装置，进行各轮毂电机运行速度调节，实现预期运行状态。本发明简化了传统汽车的驱动结构，具有整车质量轻、控制灵活、安全、节能、环保的优点，适用于电动汽车控制。

Description

基于CAN总线的主-从分布式轮毂电机驱动的电动车控制***
技术领域
本发明涉及一种基于CAN总线的主-从分布控制的轮毂电机驱动电动车的控制***，属于电动汽车控制领域。
背景技术
进入21世纪以来，由于发展中国家汽车产业发展迅速，汽车的保有量呈***式攀升。随着汽车保有量的迅速增长，汽车耗油量在全部石油产量中的比重也越来越大，全球的能源危机越来越明显，生态环境日益恶化。同时在汽车工业不断前进发展的大背景下，同时满足不依赖石油燃料、效率高及低污染甚至无污染的新能源汽车将逐渐成为未来社会最有竞争力的产品。人类与环境和谐共存以及全球经济的可持续发展，使人们迫切希望寻求到一种低排放、资源利用率高、环境友好型的交通工具，采用清洁能源的汽车无疑将是未来最佳的选择。研究开发制造出节能、环保、安全的新型汽车，改变传统汽车模式，是汽车产业实现可持续发展的必然方向。随着现代电力电子技术、自动控制技术、电池技术、通信技术、电机控制技术的进步，为研究开发新能源汽车提供了强有力的技术保障，使得新能源汽车的研究开发成为未来汽车产业发展的研究热点和研究重点。
与传统内燃机和依靠主电动机驱动的汽车相比，利用轮毂电机驱动的电动车，其每个车轮可以通过轮毂电机进行快速驱动和制动，利用电子差速控制极大地增加了转向的灵敏性。同时，由于其在结构上删减了离合器、差速器、传动轴及变速器等传统汽车部件，底盘结构相对简化，整车质量大幅减轻，很大程度上达到了整车的轻量化，同时也为实现底盘***高效智能化创造了有利的条件。轮毂驱动***只需要通过电机及配套的驱动器便能实现单个或多个车轮驱动及制动的精确控制，与传统内燃机汽车和采用感应电机或异步电机等驱动形式的电动汽车相比，该电机响应迅速，而且便于测量。另外，电机直接置于车轮中，动力传输时能量损失几乎为零，电机驱动力通过车轮直接传输，较其他类型电动汽车驱动方式执行效率更高。这样，利用新型电子差速方案对轮毂驱动电动汽车进行差速控制，便可实现车辆的直线行驶、转弯行驶以及加减速运动。采用轮毂电机驱动的电动汽车易实现电动车车轮的再生能量回馈等功能。
发明内容
本发明针对目前电动四驱的电动汽车提出了一种控制有效、简单实用、安全可靠的分布式网络控制的电动汽车控制***，方便解决四轮独立驱动电动汽车控制复杂、实时性不高的问题。
该控制***包括车辆控制器(或称主控制器)，由四个轮毂电机驱动控制器组成的从控制器，四个(左前/右前/左后/右后)轮毂电机，动力电池组管理***，超级电容，加速踏板传感器、转向角度传感器、档位开关传感器、制动开关传感器、霍尔位置传感器、标定监测界面软件和蓄电池；车辆控制器通过一个CAN通信口与四个轮毂电机驱动控制器构成主-从分布式控制网络，它接收驾驶员的控制指令，进行汽车运行的差速计算，将计算得到的每个车轮的转速发送到轮毂电机驱动控制器，由轮毂电机驱动控制器控制电机转动；车辆控制器通过一个CAN通信口与动力电池组管理***(简称BMS)通信，接收BMS传输的电池信息(如电压、温度、电流、故障信号等参数)，在电池没有故障的情况下，车辆控制器正常工作，否则不工作；车辆控制器通过另外一个CAN通信口与标定监测界面软件通信，实现车况信息实时显示以及车辆运行参数的实时标定。
电机驱动控制器采用三相逆变器专用驱动集成电路IR2130，进行三相星形六状态连接，电机驱动控制器选用PIC系列单片机，从单片机的输出，经过变换的六路输出脉冲中，其中有三路对应开关管低端驱动信号，然后经功率放大后，直接送往被驱动功率器件的栅源极；另三路脉冲对应高端驱动信号，信号先经过IR2130内部的电平移位器进行电位转换，变为三路电位悬浮的驱动脉冲信号，再经过输出锁存、驱动脉冲检验之后，再进行功率放大，最后被加载到被驱动功率器件的栅源极完成驱动过程。同时，电机驱动控制器检测自身板温、接收来自霍尔位置传感器的相位信号；利用检测到的相位信号可以进行相序的判断，得到下一时刻的换相顺序，驱动轮毂电机正常转动。
本发明采用了CAN总线通信方式。CAN属于工业现场总线的范畴，较一般总线相比，CAN总线的数据通信具有更强的可靠性、突出的实用性和实时性的优点。鉴于控制***中主从节点不是很多，设计采用了标准格式的数据帧，其标识符有11位，分别包含目的地址、源地址和报文类型。车辆控制器作为主控制器，给定一个地址。四个电机驱动控制器的优先级地位是平等的，各节点收发信号按照定时发送的方式进行通信。例如转速、线速度等实时变化的数据，发送的时间间隔分别根据数据的采样频率和总线的承受能力来设定。对于事件响应的变量来看，这些变量采用事件响应进行数据收发。例如，制动信号。只要检测到有制动信号，车辆控制器立即发送制动控制报文给四个电机驱动控制器。如果总线仲裁丢失，则在10毫秒后重新发送，直到该节点获得CAN总线使用权并完成报文的发送。
电池管理***能有效保护电源，起到延长电池使用寿命、增加续航里程的作用。本发明中电池管理***可以实现对动力电池的有效监控，通过CAN总线将检测到的数据传送给上位机监控。
本发明的有益效果是：基于CAN总线的主从分布控制网络简洁、安全并可靠，能够对四轮毂驱动电动汽车进行实时有效地控制。
附图说明
图1为本发明电动车控制***结构原理图。
图2为本发明的电机驱动控制流程图。
图3为本发明电动车差速控制流程图。
图4为本发明电动车运行控制流程图。
具体实施方式
如附图所示：整车由车辆控制器与四个轮毂电机驱动控制器通过CAN总线组成主从分布式控制***，车辆控制器根据加速踏板传感器和档位开关传感器信号，将车辆行驶的目标线速度转化为各个车轮的目标线速度，并根据转速与线速度的关系得到四个车轮的转速，经由前后四个电机驱动控制器分别驱动控制四个轮毂电机，进而驱动控制四个车轮运转，实现整车正常行驶；当车辆进行转向操作时，车辆控制器根据转向角度传感器信号，实施电子差速控制取代传统汽车的机械差速装置，进行各轮毂电机运行速度调节，实现预期运行状态；减速、滑行或停车行驶时，根据制动开关传感器信号，通过档位调节进行制动能量回收，将回收的电能存储在超级电容中。
本发明中电机驱动控制是电动车行驶的基本保证，将速度作为控制对象进行实时控制，其驱动控制流程见图2，按以下几个步骤进行：PIC端口资源配置，PWM功能设置；检测静止时电枢位置，判断当前相位；根据驾驶员指令，车辆控制器向四个电机驱动控制器发送前进或倒退信号，驱动控制器接收指令；开启电机控制使能信号，读取任意时刻三相线圈的位置信息，判断相序，同时根据三相位置信号计算当前转速，向车辆控制器发送当前速度信息；根据设定目标转速，进行PID的转速调整，调节电流环。整车四个车轮将从CAN总线中接收到的对应目标转速作为控制目标，通过驱动模块调节将四个车轮的实际转速快速调节至目标转速。
本发明中电子差速控制是车辆能够正常运行的保障，差速控制的好坏直接影响到驾驶特性。平顺的直路上，直接通过加速踏板给定PID调节即可正常行驶。转向运行时，通过方向盘执行预期转向的偏转并将转向角度信号传递给车辆控制器，车辆控制器通过差速计算得到四个车轮的目标转速，流程图如图3所示。
制动能量回收：电动汽车在行驶时，一般会有启动、加速、减速、停车等几种工况。根据不同工况的判断，电动汽车能量控制也不尽相同。当遇到减速制动或滑行操作时，车辆控制器打开再生制动回路，电机驱动器使轮毂电机处于发电机模式进行制动能量的回收，全部存储在超级电容中。紧急制动时，机械制动同时作用，以保障车辆安全。
标定监测界面软件通过CAN通信进行整车控制参数的监控与标定，同时检测动力电池的实时参数变量情况。
本发明不局限于上述实施例，任何在本发明披露的技术范围内的等同构思或者改变，均列为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.基于CAN总线的主从分布式轮毂电机驱动的电动车控制***，其特征在于：控制***由前后四个轮毂电机、四个轮毂电机驱动控制器、车辆控制器、动力电池组管理***、超级电容、加速踏板传感器、制动开关传感器、转向角度传感器、霍尔位置传感器、档位开关传感器、标定检测界面软件和蓄电池组成，车辆控制器通过一个CAN通信口与四个轮毂电机驱动控制器构成主-从分布式控制网络，它接收驾驶员的控制指令，进行汽车运行的差速计算，将计算得到的每个车轮的转速发送到轮毂电机驱动控制器，由轮毂电机驱动控制器控制电机转动；它通过一个CAN通信口与动力电池组管理***通信，接收BMS传输的电池信息，在电池没有故障的情况下，车辆控制器正常工作，否则不工作；车辆控制器通过另外一个CAN通信口与标定监测界面软件通信，实现车况信息实时显示以及车辆运行参数的实时标定。
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