輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)的電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

關(guān)鍵詞：純電動(dòng)方程式賽車(chē);輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng);電氣系統(tǒng);線控

0 引言

純電動(dòng)方程式賽車(chē)的結(jié)構(gòu)與燃油車(chē)主要區(qū)別，就在于從發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)變?yōu)殡妱?dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，由電池組來(lái)提供能量。車(chē)輛的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是賽車(chē)中的關(guān)鍵部分，對(duì)車(chē)輛行駛的動(dòng)力性、穩(wěn)定性和機(jī)動(dòng)性至關(guān)重要。本項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的電動(dòng)方程式賽車(chē)

是以車(chē)載電源為動(dòng)力，用兩后輪獨(dú)立電機(jī)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪行駛，兩前輪轉(zhuǎn)向?yàn)橹?，兩后輪轉(zhuǎn)向?yàn)檩o的方式。本論文主要介紹深職魅影車(chē)隊(duì)參賽作品輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)的電氣系統(tǒng)。該電氣系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)以下功能和技術(shù)指標(biāo)。

（1）輪轂電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向控制。實(shí)現(xiàn)車(chē)速PID精確控制、電子差速、轉(zhuǎn)向精確控制和輪轂電機(jī)保護(hù)等功能。

（2）顯示報(bào)警功能。實(shí)現(xiàn)LCD實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)，能將車(chē)況實(shí)時(shí)的提供給司機(jī)，并利用蜂鳴器的報(bào)警方式進(jìn)行報(bào)警提示。

（3）照明與信號(hào)功能?？蓪?shí)現(xiàn)在車(chē)及手機(jī)遙控照明與報(bào)警信號(hào)。

（4）倒車(chē)?yán)走_(dá)功能。實(shí)現(xiàn)倒車(chē)時(shí)對(duì)障礙物距離的探測(cè)并分等級(jí)報(bào)警。

（5）電池管理功能。對(duì)電池組的電壓、輸出電流和溫度信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，主控單元會(huì)根據(jù)軟件設(shè)置的情況進(jìn)行電池組管理和保護(hù)等措施。

1 輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)的電氣系統(tǒng)介紹

1.1 輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)的電氣系統(tǒng)組成

車(chē)身電氣系統(tǒng)主要由儀表、照明、雷達(dá)、四輪轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)和電池管理模塊組成[1]。控制單元采用集中控制方式，4個(gè)輪轂電機(jī)和4個(gè)轉(zhuǎn)向電機(jī)的采集信號(hào)和控制信號(hào)都和主控芯片直接電氣連接，實(shí)現(xiàn)四輪全方位轉(zhuǎn)向和四輪驅(qū)動(dòng)控制，能進(jìn)行電子差速和電子轉(zhuǎn)向角度差等。

同時(shí)，輪轂電機(jī)和轉(zhuǎn)向電機(jī)還與控制臺(tái)的控制信號(hào)和顯示信號(hào)進(jìn)行直接電氣連接，實(shí)現(xiàn)方向機(jī)的準(zhǔn)確采樣和模式開(kāi)關(guān)輸入，并將車(chē)況信息實(shí)時(shí)的顯示出來(lái)。另外，對(duì)電池組電壓、輸出電流和溫度信號(hào)線連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池組的實(shí)時(shí)監(jiān)控和保護(hù)。

總結(jié)起來(lái)，車(chē)身電氣系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)包括以下7個(gè)方面：儀表系統(tǒng)模塊;照明與信號(hào)模塊;無(wú)線通信模塊;雷達(dá)通信模塊;四個(gè)輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向控制模塊;電池管理模塊（圖1）。

1.2 儀表系統(tǒng)介紹

整車(chē)控制器是整車(chē)的核心控制部件，負(fù)責(zé)采集加速踏板、制動(dòng)踏板和轉(zhuǎn)速等信息。整車(chē)控制器通過(guò)CAN總線通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)協(xié)調(diào)各個(gè)ECU之間的控制策略，使整車(chē)滿足各種車(chē)況的要求。整車(chē)控制還需要負(fù)責(zé)儀表顯示的功能。

1.3 照明與信號(hào)系統(tǒng)介紹

輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)的照明與信號(hào)系統(tǒng)是由4個(gè)前后組合燈、4個(gè)組合燈控制ECU、喇叭、組合開(kāi)關(guān)、制動(dòng)、WiFi通信模塊和主控ECU組成。

照明與信號(hào)系統(tǒng)的4個(gè)組合燈控制ECU與主控ECU通過(guò)CAN總線進(jìn)行通信。主控ECU還配置了WiFi通信模塊，可用手機(jī)連接局域網(wǎng)向主控ECU發(fā)送命令，從而對(duì)照明與信號(hào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。WiFi通信模塊采用的是ESP8266，可作為熱點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)無(wú)線控制。照明與信號(hào)系統(tǒng)主控ECU與組合燈控制ECU與如圖2所示。

1.4 總線通訊網(wǎng)絡(luò)

輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)的整車(chē)控制系統(tǒng)，共有7個(gè)電子控制單元，分別是整車(chē)控制器、左后輪驅(qū)動(dòng)控制器、右后輪驅(qū)動(dòng)控制器、儀表控制器、雷達(dá)通信控制器、照明與信號(hào)控制器和電池管理控制器。它們之間通過(guò)CAN總線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊，實(shí)現(xiàn)線控[2]。

1.5 雷達(dá)通信系統(tǒng)介紹

雷達(dá)通信系統(tǒng)由雷達(dá)ECU、超聲測(cè)距模塊、GPS定位模塊和CAN通信接口組成。在車(chē)后布置了2個(gè)超聲波傳感器，在倒車(chē)時(shí)，車(chē)后的傳感器探測(cè)到障礙物，雷達(dá)ECU采用的GM3101芯片接收到探測(cè)信息并進(jìn)行處理（圖3），將處理結(jié)果通過(guò)CAN總線發(fā)送給儀表ECU，進(jìn)而可以進(jìn)行報(bào)警。GPS定位模塊將車(chē)輛位置信息發(fā)送給儀表ECU并在顯示屏上實(shí)時(shí)顯示位置。

1.6 電池管理系統(tǒng)介紹

動(dòng)力電池系統(tǒng)由鈷酸鋰電池組，電池管理系統(tǒng)等組成。電池芯片為3.7V22Ah的鈷酸鋰電池，組成方式為40S2P，規(guī)格為148.0V/44Ah，6.512kWh。動(dòng)力電池為4個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)供高壓電。電池管理系統(tǒng)工作電壓為12.0V。

其中電池管理系統(tǒng)BMS安裝于電池箱體內(nèi)。BMS的功能有電壓檢測(cè)，電流檢測(cè)，溫度檢測(cè)，絕緣檢測(cè)，電池狀態(tài)估算，CAN通信，充電均衡和遠(yuǎn)程監(jiān)控，其中CAN通信功能是通過(guò)外部高速的CAN向整車(chē)實(shí)施提供動(dòng)力電池各工作狀態(tài)及管理系統(tǒng)的狀態(tài)，通過(guò)內(nèi)部告訴CAN接收幾個(gè)子模塊數(shù)據(jù)并發(fā)出控制命令。

2 結(jié)束語(yǔ)

本項(xiàng)目為輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)設(shè)計(jì)了整車(chē)電氣系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了整車(chē)通信、儀表、照明與信號(hào)、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)和電池管理等功能，并實(shí)現(xiàn)了手機(jī)對(duì)汽車(chē)電控單元的遠(yuǎn)程控制。無(wú)線通信技術(shù)是智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，為下一步實(shí)現(xiàn)整車(chē)聯(lián)網(wǎng)控制奠定基礎(chǔ)。