1、引言：
目前，由于環(huán)境污染和能源危機問題日益嚴重，電動汽車的發(fā)展開始得到各國的高度重視，成為未來汽車發(fā)展的主流方向。
電動汽車主要具有三大關鍵技術:驅(qū)動控制系統(tǒng)、電池電源、整車電子控制系統(tǒng).整車電子控制系統(tǒng)必須滿足純電動汽車的設計理念,使之既節(jié)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(jīng)濟意義不言而喻. 電動汽車動力系統(tǒng)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(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換滿足簡單迅速、可靠性高、抗干擾能力強、實時性好、系統(tǒng)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(tǒng)，該系統(tǒng)應用于開關磁阻電機驅(qū)動的純電動汽車上，可以極大地減少車內(nèi)傳感器的數(shù)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(jīng)過一百多年的發(fā)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(nèi)使其性能優(yōu)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(zhuǎn)矩大，電流小的系統(tǒng)，且效率高，特別是轉(zhuǎn)子無繞組，適合于頻繁正反轉(zhuǎn)及沖擊負載等工況條件。
(2)控制電路簡單可靠;
驅(qū)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(lián)，不易發(fā)生直通短路。
(3)調(diào)速范圍大,轉(zhuǎn)矩和制動特性好;
利用較簡單的控制電路能夠?qū)崿F(xiàn)較寬的調(diào)速范圍，還具有低速大轉(zhuǎn)矩和制動能量反饋等特性。
因此開關磁組電機驅(qū)動系統(tǒng)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(xiàn)對電機啟動、停止、加速、減速、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)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(tǒng)來實現(xiàn)。
(2)車的加速減速;
加速減速通過腳踏油門，調(diào)節(jié)油門輸出電壓來控制VI給定來調(diào)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(tǒng)。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(tǒng)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(wǎng)，是德國Bosch公司為解決現(xiàn)代汽車眾多的控制與測試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種能有效支持分布式控制和實時控制的串行通信網(wǎng)絡，屬于現(xiàn)場總線的范疇。CAN總線具有可靠、靈活、實時性強的優(yōu)點。
(1) CAN總線采用多主結構，網(wǎng)絡上的任一節(jié)點可在任意時刻向其他節(jié)點發(fā)送信息，通訊方式靈活。
(2) 網(wǎng)絡上的節(jié)點根據(jù)對總線訪問優(yōu)先級的不同，最快可在134μs內(nèi)得到響應。
(3) 采用非破壞性總線仲裁技術，可以大大節(jié)省總線沖突仲裁時間，網(wǎng)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(jié)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(jié)點的操作不受影響。
(7) 通訊介質(zhì)可為雙絞線、同軸電纜或光纖，選擇靈活。
4、系統(tǒng)方案設計：
4．1、網(wǎng)絡節(jié)點配置和信號類型：
4．1．1、電動車內(nèi)主要CAN節(jié)點及各節(jié)點CAN總線主要收發(fā)信號如下：
(1)電池管理系統(tǒng)節(jié)點：電池荷電狀態(tài)（SOC）、電池充放電狀態(tài)、電池故障。
(2)液晶顯示節(jié)點：電池荷電狀態(tài)（SOC）、車速、電機轉(zhuǎn)速、前進倒車狀態(tài)、門窗開關狀態(tài)、燈光開關狀態(tài)、電機溫度、車內(nèi)溫度、再生制動狀態(tài)、電池充放電狀態(tài)、電池故障、空調(diào)開關狀態(tài)、鑰匙信號。
(3)電機控制節(jié)點：電機轉(zhuǎn)速、前進倒車狀態(tài)、電機啟動停止、電機溫度、再生制動狀態(tài)。
(4)聯(lián)合裝配節(jié)點：車內(nèi)溫度、車速、門窗開關狀態(tài)、燈光開關狀態(tài)、空調(diào)開關狀態(tài)。
(5)人機對話節(jié)點：控制門窗開關、控制燈光開關、液晶顯示開關、空調(diào)開關。
(6)運行控制節(jié)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(fā)送的數(shù)據(jù)類型：
本方案中，電動汽車每個電控單元的接收和發(fā)送的數(shù)據(jù)類型如表1所示，其中T表示發(fā)送，R表示接收。
表1 電動汽車電控單元接收及發(fā)送的數(shù)據(jù)類型
4.2 網(wǎng)絡構架
本電動汽車整車電子控制系統(tǒng)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(tǒng)。為了便于汽車所有功能的管理，通過網(wǎng)關將這兩個總線網(wǎng)絡連接起來，不同總線間的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)關實現(xiàn)數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)才通過網(wǎng)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(wǎng)絡總線上的負擔。
高速CAN總線主要連接電動汽車的驅(qū)動系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對電機、電池、轉(zhuǎn)向、制動等關鍵系統(tǒng)的快速控制。低速總線主要用于連接車身系統(tǒng)，并通過網(wǎng)關作為子網(wǎng)接入高速CAN總線，組成一個統(tǒng)一的多元網(wǎng)絡。
本系統(tǒng)的網(wǎng)絡構架如圖1所示。
圖1 網(wǎng)絡構架
4.3 電池管理節(jié)點介紹
電池管理系統(tǒng)一直是電動汽車發(fā)展中的一項關鍵技術，它最基本的作用是監(jiān)視電池的工作狀態(tài)，通過對電池電壓、電流和溫度這些參數(shù)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(tǒng)框圖如圖2所示：
圖2 電池管理系統(tǒng)框圖
4.4 液晶顯示節(jié)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(tài)信息、電機狀態(tài)信息、整車運行狀態(tài)信息、車內(nèi)設施狀態(tài)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(jié)點主要信號
5、結束語
現(xiàn)代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)已達上千個，如果采用傳統(tǒng)的方法進行布線，連線的數(shù)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(qū)動系統(tǒng)可以實現(xiàn)車內(nèi)各個節(jié)點信息的共享，極大地改善車內(nèi)布局，提高車的整體性能。
目前在國內(nèi)已開發(fā)出混合動力汽車的整車電子控制系統(tǒng)，但它市基于混合動力汽車的，在控制節(jié)點和儀表顯示上與本文開發(fā)的純電動汽車有較大差別.本文設計的整車電子控制系統(tǒng)直接應用于純電動汽車，采用數(shù)字液晶顯示，可達到節(jié)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(tǒng)來看，其電機控制節(jié)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(jié)點多采用模擬儀表。本文設計的整車電控系統(tǒng)應用于開關磁阻電機驅(qū)動的電動汽車上，采用數(shù)字液晶顯示，彌補了這一領域的研究。