黃惠豪 惠州城市職業(yè)學(xué)院

江淮純電動(dòng)汽車控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)架的設(shè)計(jì)

黃惠豪 惠州城市職業(yè)學(xué)院

當(dāng)前新能源汽車的快速發(fā)展，純電動(dòng)汽車成為重要的汽車重要的發(fā)展趨勢(shì)，這為中、高職培養(yǎng)純電動(dòng)汽車應(yīng)用與維修人才提出了需求。本文研究了江淮純電動(dòng)汽車電動(dòng)機(jī)及其控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)架的設(shè)計(jì)方案包括控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)架需要實(shí)現(xiàn)的功能，簡(jiǎn)化了驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，規(guī)劃了實(shí)驗(yàn)臺(tái)架合理尺寸，繪制了實(shí)驗(yàn)臺(tái)架的電路圖，并完成拆裝、組配控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)架。

純電動(dòng)汽車 控制系統(tǒng) 實(shí)驗(yàn)臺(tái)架

目前，環(huán)境污染問(wèn)題日益嚴(yán)重，在道路上運(yùn)行的燃油汽車無(wú)時(shí)無(wú)刻在排放尾氣，而純電動(dòng)汽車實(shí)現(xiàn)零排放，能大大地減少空氣污染，同時(shí)，純電動(dòng)汽車在自身性能上有一些優(yōu)點(diǎn)：加速比傳統(tǒng)汽車較快；轉(zhuǎn)矩響應(yīng)也很靈敏等。所以，純電動(dòng)汽車成為新時(shí)期國(guó)家需要大力支持發(fā)展的新型汽車。

1 江淮同悅汽車結(jié)構(gòu)與原理

（1）控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：是江淮同悅純電動(dòng)汽車的整車控制系統(tǒng)。包括整車控制器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、動(dòng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和車輪四個(gè)部分組成。檔位信號(hào)、油門信號(hào)、剎車信號(hào)通過(guò)傳感器轉(zhuǎn)變成控制信號(hào)傳遞給整車和電機(jī)控制器，通過(guò)ECU的計(jì)算分析輸出對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)給功率變換器，轉(zhuǎn)化成大電流驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作。

（2）能源系統(tǒng)。江淮同悅純電動(dòng)汽車的能源系統(tǒng)是由電池、電能管理系統(tǒng)和充電監(jiān)視系統(tǒng)組成。電池為整個(gè)汽車提供足夠的電能以及供給其他用電電器；充電監(jiān)視系統(tǒng)可以監(jiān)測(cè)電源的使用狀況并防止電池過(guò)量充電；電能管理系統(tǒng)會(huì)使蓄電池回收車輛減速時(shí)的能量，改善了電能的使用率。

（3）輔助控制系統(tǒng)。輔助控制系統(tǒng)能改變有動(dòng)力轉(zhuǎn)向、冷氣暖氣溫度控制和輔助電源等功能。

2 實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)

2.1 實(shí)驗(yàn)臺(tái)架功能的設(shè)計(jì)

在研究江淮純電動(dòng)汽車控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)架的功能的基礎(chǔ)上，本文建立起驅(qū)動(dòng)電機(jī)、控制器、儀表系統(tǒng)、負(fù)載等硬件實(shí)驗(yàn)臺(tái)架結(jié)構(gòu)，構(gòu)建出適合教學(xué)要求的實(shí)訓(xùn)臺(tái)架，開(kāi)發(fā)出適應(yīng)中、高職學(xué)校學(xué)生需求的教學(xué)實(shí)訓(xùn)臺(tái)架。根據(jù)對(duì)課程標(biāo)準(zhǔn)研究，教程的分析，結(jié)合學(xué)生學(xué)習(xí)的具體情況，實(shí)驗(yàn)臺(tái)架的功能需要滿足以下幾點(diǎn)：

（1）控制器能根據(jù)操作響應(yīng)油門踏板的開(kāi)度情況與位置，輸出控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)臺(tái)架電機(jī)的速度控制。

（2）控制器能采集實(shí)驗(yàn)臺(tái)架運(yùn)行的當(dāng)前狀態(tài)信號(hào)和操作員控制信號(hào)，如驅(qū)動(dòng)電機(jī)的工作溫度、轉(zhuǎn)速等信號(hào)。并能快速響應(yīng)操作員的各種動(dòng)作，轉(zhuǎn)變成控制信號(hào)，使正整車正常的運(yùn)行起來(lái)。

（3）控制器能實(shí)現(xiàn)各類控制信號(hào)的采集和通訊。能實(shí)現(xiàn)各功能之間的通訊，將采集的信號(hào)在儀表和指示燈等設(shè)備中進(jìn)行輸出。

（4）安全防護(hù)。主要是電氣安全防護(hù)，特別在教學(xué)實(shí)踐中，教師和學(xué)生需要操作實(shí)驗(yàn)臺(tái)架，如果在發(fā)生實(shí)驗(yàn)中臺(tái)架出現(xiàn)過(guò)電壓、過(guò)電流和等異常情況，保護(hù)器需要及時(shí)關(guān)斷電路，保護(hù)人員和設(shè)備的安全。

（5）支承連接可靠。將各部分組件在實(shí)驗(yàn)臺(tái)架上合理布局方便教學(xué)，保證各部分組件連接牢固不會(huì)松脫，確保實(shí)驗(yàn)臺(tái)架運(yùn)行的安全。

2.2 實(shí)驗(yàn)臺(tái)架模塊的設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)臺(tái)架采用的是模塊化的設(shè)計(jì)思路，這樣實(shí)驗(yàn)更具有通用性和可擴(kuò)展性。所謂模塊化設(shè)計(jì)是指在功能分析的基礎(chǔ)上，將系統(tǒng)劃分為若干功能、結(jié)構(gòu)獨(dú)立的基本單元模塊，并使模塊系標(biāo)準(zhǔn)化，通過(guò)模塊的有效選擇和組合，實(shí)現(xiàn)不同功能的系統(tǒng)，滿足不同需求的設(shè)計(jì)方法。

根據(jù)中、高職學(xué)生學(xué)習(xí)的現(xiàn)狀，滿足教材關(guān)于純電動(dòng)汽車控制系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)的大綱的要求，實(shí)驗(yàn)臺(tái)架要能完成控制實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，按照控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)架的設(shè)計(jì)要求，實(shí)驗(yàn)臺(tái)架分成六個(gè)模塊部分，主要有電源部分、電源控制部分、電機(jī)及其控制部分、安全保護(hù)部分等。

2.3 實(shí)驗(yàn)臺(tái)架總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)臺(tái)架以整車控制器為整個(gè)純電動(dòng)汽車控制系統(tǒng)的核心，將控制系統(tǒng)所有的組件按流程順序裝配起來(lái)，能實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制，同時(shí)能在儀表顯示觀察臺(tái)架的運(yùn)行性能，并方便檢測(cè)關(guān)鍵參數(shù)。實(shí)驗(yàn)臺(tái)架的總體結(jié)構(gòu)框架設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 實(shí)驗(yàn)臺(tái)架的總體結(jié)構(gòu)框架設(shè)計(jì)圖

2.4 實(shí)驗(yàn)臺(tái)架尺寸的設(shè)計(jì)

純電動(dòng)汽車控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)架的總體尺寸設(shè)計(jì)如圖2所示，實(shí)驗(yàn)臺(tái)架總體高度月為1.8m，其中臺(tái)架操作臺(tái)為長(zhǎng)約1.8m，寬約0.5m的矩形，操作臺(tái)高度約為0.9m，基本符合學(xué)生學(xué)習(xí)、操作要求。

圖2 實(shí)驗(yàn)臺(tái)架尺寸設(shè)計(jì)圖

實(shí)驗(yàn)臺(tái)架以整車控制器為核心，采用鋼質(zhì)材料進(jìn)行制作，表面采用不銹鋼作為主要材料，其他金屬部分采用了防銹處理，操作臺(tái)底部安裝大容量蓄電池是車身電器的供電電源。實(shí)驗(yàn)臺(tái)架為了移動(dòng)方便，在底部安裝有滾輪，當(dāng)需要移動(dòng)在別的位置是，滾輪解鎖推動(dòng)臺(tái)架運(yùn)動(dòng)。

2.5 實(shí)驗(yàn)臺(tái)架臺(tái)面布置的設(shè)計(jì)

根據(jù)電動(dòng)汽車控制系統(tǒng)的構(gòu)成，在實(shí)驗(yàn)臺(tái)架有限的臺(tái)面空間重新布置，讓檔位開(kāi)關(guān)、整車控制器、電機(jī)控制器、高壓配電盒、車載充電機(jī)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)等部件合理的擺放，方便于教學(xué)授課和學(xué)生的實(shí)訓(xùn)，同時(shí)達(dá)到實(shí)驗(yàn)臺(tái)架簡(jiǎn)潔、美觀的要求。實(shí)驗(yàn)臺(tái)架臺(tái)面的布置見(jiàn)圖3。

圖3 實(shí)驗(yàn)臺(tái)架臺(tái)面布置圖

2.6 實(shí)驗(yàn)臺(tái)架電路圖的設(shè)計(jì)

據(jù)江淮純電動(dòng)汽車無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖，結(jié)合選擇的控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)方案，經(jīng)過(guò)查閱江淮電動(dòng)汽車控制系統(tǒng)相關(guān)電路圖，驗(yàn)證并記錄原車電路線路，分析實(shí)驗(yàn)臺(tái)架功能結(jié)構(gòu)摒除多余的電路結(jié)構(gòu)，繪制印刷在臺(tái)架的面板上，還需要預(yù)留檢測(cè)儀表接口與故障檢測(cè)接口。

經(jīng)歸納與簡(jiǎn)化的電路，一步一步在CorelDRAW繪制出江淮純電動(dòng)汽車控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)架面板電路圖圖4，使得在實(shí)驗(yàn)臺(tái)架上能實(shí)現(xiàn)車輛驅(qū)動(dòng)控制的功能，并簡(jiǎn)單明了的展現(xiàn)電動(dòng)汽車控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理，更好的達(dá)到教學(xué)和實(shí)訓(xùn)的目的。

圖4 實(shí)驗(yàn)臺(tái)架電路圖

3 實(shí)驗(yàn)臺(tái)架可完成的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目

（1）完成純電動(dòng)汽車控制系統(tǒng)部件的認(rèn)識(shí)實(shí)訓(xùn)。本文設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)臺(tái)架把江淮同悅汽車的控制系統(tǒng)拆卸分解，選擇出比較簡(jiǎn)潔的結(jié)構(gòu)，再重新布置了純電動(dòng)汽車控制系統(tǒng)的組成部件，清晰展示了純電動(dòng)汽車控制系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)、各組成部件的安裝位置，使學(xué)生對(duì)純電動(dòng)汽車的控制單元直觀的認(rèn)識(shí)更為直觀的認(rèn)識(shí)。

（2）完成控制系統(tǒng)操作實(shí)訓(xùn)。實(shí)驗(yàn)臺(tái)架可以正常運(yùn)行，在教學(xué)中很方便的動(dòng)態(tài)演示控制過(guò)程及動(dòng)力傳動(dòng)過(guò)程的工作情況?？赡M正常汽車控制，進(jìn)行加減速等實(shí)際操作，真實(shí)展示純電動(dòng)汽車控制系統(tǒng)的原理及工作過(guò)程。

（3）控制系統(tǒng)拆裝、調(diào)試實(shí)訓(xùn)，試驗(yàn)臺(tái)架重新布置了純電動(dòng)汽車控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，能清晰展示各組成部件的同時(shí)，也方便學(xué)生拆裝、調(diào)試。包括一些低壓接口和低壓器件，學(xué)生通過(guò)大量的拆裝練習(xí)，更能把握純電動(dòng)汽車整車的結(jié)構(gòu)與連接。

（4）純電動(dòng)車性能測(cè)試實(shí)訓(xùn)。檢測(cè)操作臺(tái)側(cè)面預(yù)留有儀表測(cè)量接線端口，通過(guò)接線端口的測(cè)量，可以完成臺(tái)架的驅(qū)動(dòng)電機(jī)、控制線路、電氣控制系統(tǒng)的檢測(cè)實(shí)訓(xùn)。

（5）完成純電動(dòng)車故障實(shí)訓(xùn)。實(shí)驗(yàn)臺(tái)架預(yù)留了方便拆裝的接口和檢測(cè)口，可以讓教師隨教學(xué)進(jìn)度和學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)度靈活設(shè)置故障，包括：蓄電池、線路斷路、對(duì)地短路，儀表顯示故障。

[1]夏長(zhǎng)亮,方紅偉.永磁無(wú)刷直流電機(jī)及其控制[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào),2012,27(3);

[2]胡云寶,王加祥,曹鬧昌等.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)無(wú)刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)[J].微電機(jī),2013,46(1);

[3]宰文姣.無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)[J].微特電機(jī),2013,41(1);

[4]隨順科,孫長(zhǎng)江,王服.基于智能無(wú)刷直流電機(jī)控制策略研究[J].制造業(yè)自動(dòng)化,2011,33(8);

[5]陳運(yùn)華,高鳳岐,王廣龍.基于自適應(yīng)模糊算法的無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)研究[J].微電機(jī),2012.

黃惠豪，1983.10，男，講師，碩士，惠州城市職業(yè)學(xué)院。