輪轂電機驅(qū)動電動汽車的電氣系統(tǒng)設(shè)計

張亞琛 江智林 陳曼君

關(guān)鍵詞：純電動方程式賽車;輪轂電機驅(qū)動;電氣系統(tǒng);線控

0 引言

純電動方程式賽車的結(jié)構(gòu)與燃油車主要區(qū)別，就在于從發(fā)動機驅(qū)動變?yōu)殡妱訖C驅(qū)動，由電池組來提供能量。車輛的驅(qū)動系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是賽車中的關(guān)鍵部分，對車輛行駛的動力性、穩(wěn)定性和機動性至關(guān)重要。本項目開發(fā)的電動方程式賽車

是以車載電源為動力，用兩后輪獨立電機驅(qū)動車輪行駛，兩前輪轉(zhuǎn)向為主，兩后輪轉(zhuǎn)向為輔的方式。本論文主要介紹深職魅影車隊參賽作品輪轂電機驅(qū)動電動汽車的電氣系統(tǒng)。該電氣系統(tǒng)能實現(xiàn)以下功能和技術(shù)指標。

（1）輪轂電機獨立驅(qū)動轉(zhuǎn)向控制。實現(xiàn)車速PID精確控制、電子差速、轉(zhuǎn)向精確控制和輪轂電機保護等功能。

（2）顯示報警功能。實現(xiàn)LCD實時顯示系統(tǒng)，能將車況實時的提供給司機，并利用蜂鳴器的報警方式進行報警提示。

（3）照明與信號功能?？蓪崿F(xiàn)在車及手機遙控照明與報警信號。

（4）倒車雷達功能。實現(xiàn)倒車時對障礙物距離的探測并分等級報警。

（5）電池管理功能。對電池組的電壓、輸出電流和溫度信號進行實時采集，主控單元會根據(jù)軟件設(shè)置的情況進行電池組管理和保護等措施。

1 輪轂電機驅(qū)動電動汽車的電氣系統(tǒng)介紹

1.1 輪轂電機驅(qū)動電動汽車的電氣系統(tǒng)組成

車身電氣系統(tǒng)主要由儀表、照明、雷達、四輪轉(zhuǎn)向驅(qū)動和電池管理模塊組成[1]?？刂茊卧捎眉锌刂品绞?，4個輪轂電機和4個轉(zhuǎn)向電機的采集信號和控制信號都和主控芯片直接電氣連接，實現(xiàn)四輪全方位轉(zhuǎn)向和四輪驅(qū)動控制，能進行電子差速和電子轉(zhuǎn)向角度差等。

同時，輪轂電機和轉(zhuǎn)向電機還與控制臺的控制信號和顯示信號進行直接電氣連接，實現(xiàn)方向機的準確采樣和模式開關(guān)輸入，并將車況信息實時的顯示出來。另外，對電池組電壓、輸出電流和溫度信號線連接，實現(xiàn)對電池組的實時監(jiān)控和保護。

總結(jié)起來，車身電氣系統(tǒng)的硬件設(shè)計包括以下7個方面：儀表系統(tǒng)模塊;照明與信號模塊;無線通信模塊;雷達通信模塊;四個輪轂電機驅(qū)動轉(zhuǎn)向控制模塊;電池管理模塊（圖1）。

1.2 儀表系統(tǒng)介紹

整車控制器是整車的核心控制部件，負責(zé)采集加速踏板、制動踏板和轉(zhuǎn)速等信息。整車控制器通過CAN總線通訊網(wǎng)絡(luò)實時協(xié)調(diào)各個ECU之間的控制策略，使整車滿足各種車況的要求。整車控制還需要負責(zé)儀表顯示的功能。

1.3 照明與信號系統(tǒng)介紹

輪轂電機驅(qū)動電動汽車的照明與信號系統(tǒng)是由4個前后組合燈、4個組合燈控制ECU、喇叭、組合開關(guān)、制動、WiFi通信模塊和主控ECU組成。

照明與信號系統(tǒng)的4個組合燈控制ECU與主控ECU通過CAN總線進行通信。主控ECU還配置了WiFi通信模塊，可用手機連接局域網(wǎng)向主控ECU發(fā)送命令，從而對照明與信號系統(tǒng)實現(xiàn)遠程控制。WiFi通信模塊采用的是ESP8266，可作為熱點，實現(xiàn)局域網(wǎng)無線控制。照明與信號系統(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)

輪轂電機驅(qū)動電動汽車的整車控制系統(tǒng)，共有7個電子控制單元，分別是整車控制器、左后輪驅(qū)動控制器、右后輪驅(qū)動控制器、儀表控制器、雷達通信控制器、照明與信號控制器和電池管理控制器。它們之間通過CAN總線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊，實現(xiàn)線控[2]。

1.5 雷達通信系統(tǒng)介紹

雷達通信系統(tǒng)由雷達ECU、超聲測距模塊、GPS定位模塊和CAN通信接口組成。在車后布置了2個超聲波傳感器，在倒車時，車后的傳感器探測到障礙物，雷達ECU采用的GM3101芯片接收到探測信息并進行處理（圖3），將處理結(jié)果通過CAN總線發(fā)送給儀表ECU，進而可以進行報警。GPS定位模塊將車輛位置信息發(fā)送給儀表ECU并在顯示屏上實時顯示位置。

1.6 電池管理系統(tǒng)介紹

動力電池系統(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。動力電池為4個驅(qū)動電機供高壓電。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，電流檢測，溫度檢測，絕緣檢測，電池狀態(tài)估算，CAN通信，充電均衡和遠程監(jiān)控，其中CAN通信功能是通過外部高速的CAN向整車實施提供動力電池各工作狀態(tài)及管理系統(tǒng)的狀態(tài)，通過內(nèi)部告訴CAN接收幾個子模塊數(shù)據(jù)并發(fā)出控制命令。

2 結(jié)束語

本項目為輪轂電機驅(qū)動電動汽車設(shè)計了整車電氣系統(tǒng)，實現(xiàn)了整車通信、儀表、照明與信號、動力驅(qū)動和電池管理等功能，并實現(xiàn)了手機對汽車電控單元的遠程控制。無線通信技術(shù)是智能網(wǎng)聯(lián)汽車實現(xiàn)的基礎(chǔ)，為下一步實現(xiàn)整車聯(lián)網(wǎng)控制奠定基礎(chǔ)。