溫晶晶，劉 歡

（廣東工商職業(yè)技術(shù)大學(xué) 智能制造學(xué)院，廣東 肇慶 526000）

0 引言

隨著環(huán)境的惡化和燃料資源的減少，傳統(tǒng)燃油汽車的代價越來越高。為了緩解能源與環(huán)境的壓力，維護(hù)汽車的可持續(xù)發(fā)展，研發(fā)新能源汽車已被世界各國和各大汽車生產(chǎn)商所重視。其中，以電能為能源的純電動汽車以其環(huán)保、節(jié)能、功效高、噪聲小等優(yōu)點(diǎn)而被各國廣泛關(guān)注［1］。純電動汽車相對傳統(tǒng)的燃料汽車存在著很多技術(shù)難題，如電池的續(xù)航能力差，電機(jī)的控制技術(shù)不完善，電驅(qū)動系統(tǒng)發(fā)生故障的原因難于確定、可靠性偏低，動力系統(tǒng)參數(shù)的匹配需要優(yōu)化等［2］。電驅(qū)動系統(tǒng)是純電動汽車的重要部分，其一旦發(fā)生故障，則影響車輛的正常行駛，嚴(yán)重時甚至?xí)l(fā)交通事故。因此，建立純電動汽車電驅(qū)動故障診斷系統(tǒng)十分必要，為此，本文搭建了純電動汽車電驅(qū)動故障診斷監(jiān)控系統(tǒng)。

1 電驅(qū)動故障診斷監(jiān)控系統(tǒng)總體硬件設(shè)計

電驅(qū)動故障診斷監(jiān)控系統(tǒng)的目的是實(shí)現(xiàn)純電動汽車電驅(qū)動系統(tǒng)中的過溫、過壓、欠壓、過流、IGBT開路等故障的監(jiān)控診斷，其組成框圖如圖1所示。該系統(tǒng)的工作過程為：電驅(qū)動系統(tǒng)通過CAN網(wǎng)絡(luò)將CAN報文發(fā)送給監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)接收到報文后對其進(jìn)行解析，并將處理結(jié)果顯示在LCD上，同時會發(fā)出報警信號，還可以將故障信息儲存到SD卡中。

圖1 電驅(qū)動故障診斷監(jiān)控系統(tǒng)組成框圖

2 主控微處理器的選擇

由于電驅(qū)動故障診斷監(jiān)控系統(tǒng)需要搭建液晶屏顯示模塊和SD卡儲存模塊，同時還需要實(shí)時處理數(shù)據(jù)，如果選用51單片機(jī)，則它在刷新液晶屏?xí)r需要處理大批量的數(shù)據(jù)和頻繁中斷服務(wù)程序，處理速度明顯跟不上，導(dǎo)致發(fā)生數(shù)據(jù)丟失、系統(tǒng)出錯等現(xiàn)象［3］，因此中央處理器選用運(yùn)行速度快、數(shù)據(jù)處理能力較強(qiáng)的ARM芯片——STM32F103ZET6。STM32F103ZET6的引腳如圖2所示。

3 故障診斷監(jiān)控系統(tǒng)的外圍模塊設(shè)計

3.1 電源電路設(shè)計

STM32及與其連接的各個模塊正常工作都需要外接電源，由于一般的純電動汽車可以提供12V的低壓直流電源，與模塊正常工作電壓不符，因此需要合理的電壓轉(zhuǎn)換模塊。在電源電路設(shè)計中，先將12V的低壓電源轉(zhuǎn)換為5V的電源，再將5V的電源轉(zhuǎn)換為3.3V電源。本電路設(shè)計中共設(shè)計了4路相互獨(dú)立的5V和

3.3 V電源轉(zhuǎn)換電路。

本文中采用MP2359芯片進(jìn)行電源轉(zhuǎn)換，電源轉(zhuǎn)換電路如圖3所示。DC＿IN為直流電源的輸入端，經(jīng)過MP2359的電壓轉(zhuǎn)換，可輸出5V的直流電壓。

3.2 CAN模塊的硬件設(shè)計

在硬件上，CAN報文的處理需要CAN的收發(fā)器和控制器。CAN的收發(fā)器和控制器按照結(jié)構(gòu)分為獨(dú)立的CAN控制器＋CAN收發(fā)器和帶有CAN控制器的微處理器＋CAN收發(fā)器兩種。本系統(tǒng)選擇后一種，即TJA1050。

本系統(tǒng)CAN接口的硬件電路包括CAN收發(fā)器TJA1050、兩個光耦隔離芯片6N137以及若干電子器件。其中TJA1050的CAN＿H和CAN＿L引腳分別與CAN網(wǎng)絡(luò)中的CAN＿H和CAN＿L相連接；TJA1050的數(shù)據(jù)發(fā)送引腳R和接收引腳D分別通過6N137光耦隔離器與CAN的接收引腳和發(fā)送引腳相連。CAN模塊的控制電路如圖4所示。

3.3 監(jiān)控顯示模塊的設(shè)計

故障診斷系統(tǒng)需要通過監(jiān)控顯示模塊來顯示驅(qū)動系統(tǒng)當(dāng)前所處的狀態(tài)，對于顯示屏的選擇在考慮成本和功耗的基礎(chǔ)上，本文選擇型號為ILI19341的TFT-LCD液晶顯示器。

TFT-LCD屬于薄膜晶體管液晶顯示器，與普通的顯示器相比，它具有很多優(yōu)點(diǎn)：可以很好地克服非選通時的串?dāng)_、功耗低、成本低、圖像質(zhì)量較高、功能強(qiáng)大、掃描速度較快等。

圖2 STM32F103ZET6的引腳

圖3 電源轉(zhuǎn)換電路

TFT-LCD模塊與STM32有兩種并行方式，分別為16位和8位并行方式，本文從數(shù)據(jù)量和速度等方面考慮，選用16位的并行方式。TFT-LCD由STM32的FSMC接口驅(qū)動控制，其原理圖如圖5所示。

3.4 報警模塊

當(dāng)故障診斷系統(tǒng)診斷出故障發(fā)生時，STM32首先根據(jù)故障診斷策略判斷故障等級，然后通過蜂鳴器發(fā)出報警信號。在報警模塊的硬件設(shè)計中，蜂鳴器的引腳通過防誤發(fā)聲電路與STM32的PB8引腳相連。當(dāng)有故障發(fā)生時PB8引腳置為高電平，報警器持續(xù)發(fā)出蜂鳴聲，一旦故障消失，蜂鳴器則停止發(fā)聲。報警模塊如圖6所示。

3.5 SD卡儲存模塊

在故障診斷監(jiān)控系統(tǒng)中，需要儲存大量的歷史故障代碼、故障類型、故障發(fā)生時間以及GBK字庫。目前電子設(shè)備中的存儲器種類較多，包括U盤、SD卡、SDRAM等，其中SD卡具有讀寫速度較快、體積小、安全性高等優(yōu)點(diǎn)，被大量使用在MP4、數(shù)碼相機(jī)等產(chǎn)品中。根據(jù)故障診斷監(jiān)控系統(tǒng)的要求本設(shè)計選用SD卡作為存儲器，SD卡的控制電路如圖7所示。SD卡與STM32以6根線的方式相連接。其中SD卡的數(shù)據(jù)位DATA 0～DATA 3分別與STM32的PC8～PC11引腳相連，命令引腳CND與STM32的PD2引腳相連。

4 結(jié)語

本文主要完成了純電動汽車電驅(qū)動故障診斷監(jiān)控系統(tǒng)的總體硬件設(shè)計，并對該系統(tǒng)的最小系統(tǒng)、外圍電路、CAN接口電路及報警、顯示模塊進(jìn)行了選型和硬件電路設(shè)計，滿足了對純電動汽車電驅(qū)動進(jìn)行故障診斷的硬件要求。

圖4 CAN模塊的控制電路

圖5 TFT-LCD顯示模塊

圖6 報警模塊

圖7 SD卡控制電路