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        純電動汽車CAN總線應用整車控制策略研究與經驗

        2020-02-12 11:35:11 劉國瓊 115

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        純電動汽車的國內外發展背景

         

        汽車享有第一商品的美譽,因為,汽車工業的發展,可以帶動眾多產業發展。一輛轎車的零部件數以萬計,附加值很高,一輛車背后是一系列的產業。因此,汽車工業也就成為了衡量一個國家工業化水平和綜合科技水平的重要標志。

        我國的汽車工業水平落后先進國家,短時間內在內燃機領域是不可能消除差距的,中國大規模發展然后車動力汽車在環境、資源、技術等方面面臨嚴重壓力,所以,從國內的資源和環境條件,也要求中國在未來的汽車工業必須探索新的思路。

        隨著我國國民經濟持續高速發展,轎車成為我國居民消費的主要商品之一,我國汽車工業也將迎來一個快速發展的機遇,發展燃油車,會依賴石油資源需求的激增,同時會造成對環境、環保的負面影響,電動汽車恰好避免或者減少這些不利因素。

         

        當代融合多種高新技術企業而興起的純電動汽車、混合動力汽車正在引發世界汽車工業一場革命,展現了中國企業工業的光明未來。近些年來,美國、日本、歐洲的一些國家和跨國公司已經投入大量資金和研發投入,我國也奮起自追,積極投入電動汽車研究與開發,目前新能源車在市場、整車、生產、應用等多方面實現了趕超和創新成果轉化及產業化。

         

        在電動汽車領域,我們和世界發達國家處于同一起跑線,不少方面還處于世界領先地位,這為我買過汽車工業技術實現跨越發展提供了一次歷史性的機遇。更重要的是我國還有后發優勢,因為生產電動汽車不僅僅是發動機的更改,而且是設計、制造、材料、電氣、控制和整個社會服務體系的全面變革,我國電動汽車發展,沒有包袱,市場巨大,生存空間充足。

         

        此外,我們還可以通過開發自主的電動汽車,申請專利、制定標準,保護自己的汽車工業。加入世貿組織后,再靠關稅、政府政策來保護本國利益已經不行了,一流企業做標準,國家也一樣,這是產業的游戲規則。電動汽車的零排放標準及低排放控制政策就可以很好的保護本國的合法權益。

         

        我國電動汽車開發走在國際的前列,目前還需要攻破關鍵的電池技術,電機和電控基本已經完善,面向世界推出純電動汽車、燃料電池電動汽車和混合動力電動汽車。

         

        純電動汽車CAN總線實際應用

         

        2016年,速銳得科技與中汽中心、清華大學、國家計量、環保部等,用一年時間研究了純電動汽車和重型燃油車排放等標準。速銳得作為合作方,主要任務是定制純電動汽車CAN總線應用層和開發CAN總線整車控制策略節點的軟件部分和主控制器CAN總線底層DBC驅動程序。在充分理解整個系統的基礎上,參考SAE J1939協議定制符合電動汽車特點又兼容混合動力汽車的CAN總線協議,定制完成后,將適配好的DBC文件提交中汽中心。

         

        CAN總線位定時 是在CAN中比較復雜的內容,現有的CAN總線方面對位定時講解的過于含糊而且不統一,在純電動汽車系統開發過程中,我們實際使用了遠不止幾款CAN芯片,在SAE J1939的基礎和CAN 2.0B基礎上,設計了符合電動汽車特點的CAN總線協議,引入了調度算法,提高了系統的性能,給純電動汽車系統提供了一個良好的調試測試環境,還在CAN總線系統測試指導下,開發出指定車型的CAN總線監控節點的DBC文件。

         

        純電動汽車各ECU單元的作用

         

        在純電動汽車控制系統中,主要包括4個節點,即主控制器ECU、電機控制ECU、電池管理系統BMSCAN總線控制單元。

         

        主控制器ECU相當于純電動汽車的大腦,它起到控制全局的作用,主控制器ECU接受汽車上傳感器的信息,通過A/D轉換后計算,編碼為CAN報文,發送到總線上控制其他節點的工作。同時,將一些整車相關的信息(車速、電池SCO、踏板位置、電池狀態、門鎖信息)在組合儀表上顯示出來。其中最核心的就是通過傳感器的輸入值與系統當前狀態及汽車工況等條件計算出合適的電機扭矩值,通過CAN總線發送到電機控制系統,指揮電機正確工作。另外,主控制器ECU還控制主繼電器的開關,使得整個系統上電和斷電,行業有的把這些集成在VCU里面。

         

        電機控制ECU相當于純電動汽車的四肢,它的主要工作是主控制器發送扭矩值為輸入值,采用雙閉環控制來調速電機,使電機工作在需要的轉速下,根據電動機的溫度變化控制電機的冷卻水泵和冷卻風扇,從而有效的調節電機溫度。

         

        純電動汽車的電池是有幾十塊單體電池成組供電的,并能保證在不供電時電池不成組,每塊電池的電壓不超過5V,這樣由于單個電池的性能差異,就需要在電池充放電過程中經常要均衡電壓,保證電池性能,這個由BMS電池管理系統來控制。BMS等同于電動汽車血液循環的心臟,電池為血液循環及能量系統。

         

        純電動汽車CAN總線的特點

         

        CAN總線控制單元主要是在不干擾總線數據傳輸的情況下,對總線上傳輸的數據進行實時監控,實時記錄和實時報警,還提供了離線分析功能在純電動汽車調試階段對主控制器主要計算參數進行標定。各個子系統依靠CAN總線傳輸數據,進行數據交換,實現整個分布式系統的控制功能,為了充分利用總線的帶寬,合理分配了8個數據字節的空間,將相關的數據放到一個報文里進行傳輸,保證數據幀有效信息傳輸比重。

         

        在純電動汽車運行過程中,是一些固定的工作狀態之間進行切換,一般有停車狀態、充電狀態、啟動狀態、運行狀態、車輛前進和后退狀態、回饋制動狀態、機械制動狀態、一般故障狀態、重大故障狀態。純電動汽車控制系統正是通過CAN總線協議進行通訊和傳遞參數,將各個分散的節點連成一個閉環系統,把每個節點的特點發揮到最好,在CAN總線技術總有幾個關鍵技術(定位時、總線終端匹配阻抗、CAN驅動器電路設計和DBC應用層協議的設計)這也是CAN調試中的難點。

         

        CAN總線定位時本質上和總線的同步是緊密相關聯的,CAN總線系統的收/發雙方必須以同步時鐘來控制數據的發送和接收。接收端在相當長的數據流中保持位同步。必須俄能識別每個二進制位是從什么時候開始的。為此,對于硬件終端的處理能力提出了高處理能力的需求,如果是直接通過4G/5G遠程傳輸到云端,目前行業內可能成熟的產品有速銳得的V81。為保證接收時鐘和發送時鐘嚴格一致,采用接收器通過調節器從數據中提出同步信號或者是接收器和發送器統一時鐘的方法,CAN總線的定位時在系統位編碼/解碼時采用自有的方式保證系統同步。

         

        CAN總線的一位按照功能的不同分為幾個不同的時段:在預分頻倍數確定時,一定波特率的CAN總線系統的同步段就是已經確定下來了,而其他幾個時間段是可變的,所有,我們可以發現在位定時配置中可以存在幾組不同的參數都可以滿足波特率的要求,應用這些參數,系統基本上可以正常運行。但是在這些組的參數中,存在一組最優的,這組最優的配置參數需要根據系統的最大總線長度和總線節點的振蕩器容差來確定。

         

        如果要獲得一個給定速率下的最大總線長度,就應考慮采樣點應該盡可能接近周期的末尾處。如果要使系統中每個節點可以有更大的振蕩器容差,則需要在位周期中點附近選擇采樣點,正是由于振蕩器容差和總線長度的矛盾,所以需要我們優化位定時參數,使得系統獲得更大的振蕩器容差和最大總線長度。


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