一種純電動(dòng)公交車整車控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要：為了探索電動(dòng)公交車的控制策略，往往需要首先實(shí)現(xiàn)一套實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，由此獲取驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相關(guān)的數(shù)據(jù)，為后面的優(yōu)化提供基礎(chǔ)。為達(dá)到這一目標(biāo)，本文從易于實(shí)施且經(jīng)濟(jì)可行這樣的角度出發(fā)，利用現(xiàn)有的MC9S12XEP100汽車電子開發(fā)平臺(tái)與實(shí)車相結(jié)合實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)。最后以實(shí)驗(yàn)結(jié)果估算電動(dòng)客車傳動(dòng)系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為例，證明該系統(tǒng)達(dá)到了預(yù)期效果。

關(guān)鍵詞：純電動(dòng)公交車；控制；實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.23.203

1 引言

目前隨著電動(dòng)公交車市場(chǎng)的不斷升溫，對(duì)其控制系統(tǒng)研究的投入也越來越多[1，2]。如何實(shí)現(xiàn)一個(gè)合適的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是一個(gè)必須解決的問題。目前有許多硬件在環(huán)的解決方案[3，4，5]，相對(duì)來說投入較大。本文從項(xiàng)目開發(fā)所需及自身?xiàng)l件出發(fā)，設(shè)計(jì)了一個(gè)易于實(shí)施且經(jīng)濟(jì)可行的方案，并以通過實(shí)驗(yàn)計(jì)算傳動(dòng)系統(tǒng)的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為例，顯示了系統(tǒng)工作的可行性。

2 具體實(shí)現(xiàn)

本項(xiàng)目主要針對(duì)一款給定型號(hào)的電動(dòng)公交車進(jìn)行。為了盡快實(shí)施，本文采用了基于MC9S12XEP100的現(xiàn)成汽車電子開發(fā)平臺(tái)。該型號(hào)的電動(dòng)公交車控制對(duì)象主要有制動(dòng)氣泵等輔助設(shè)備、儀表顯示信號(hào)以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)力矩等控制指令。其控制的依據(jù)是根據(jù)BMS系統(tǒng)所傳輸?shù)男畔?、點(diǎn)火開關(guān)等開關(guān)量信息以及踏板位置等模擬量信號(hào)。因此該系統(tǒng)的硬件連接關(guān)系如圖1所示。

在以上所搭建的硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上，軟件系統(tǒng)要完成的基本控制流程如下：（見圖2）

這樣在底層軟件主要應(yīng)實(shí)現(xiàn)CAN網(wǎng)絡(luò)的收發(fā)控制。該型號(hào)的電動(dòng)公交車CAN網(wǎng)絡(luò)協(xié)議報(bào)文定義符合sae j1939協(xié)議[6，7]，其具體的報(bào)文結(jié)構(gòu)定義如下所示：

由圖3可見其所有報(bào)文由擴(kuò)展幀格式給出，根據(jù)CAN通訊協(xié)議規(guī)范并結(jié)合MC9S12XEP100使用手冊(cè)[8，9]中所提供的CAN0及CAN4模塊應(yīng)用方法，實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)的收發(fā)程序，先是在接受部分對(duì)擴(kuò)展幀進(jìn)行處理：

而對(duì)于所需發(fā)送的內(nèi)容，程序主要對(duì)發(fā)送緩沖區(qū)進(jìn)行了控制：

以上代碼實(shí)現(xiàn)后，即可進(jìn)一步完成應(yīng)用層的編程。應(yīng)用層主要實(shí)現(xiàn)功能是對(duì)接收的數(shù)據(jù)的解析及控制指令的發(fā)送，部分代碼示意如下：

首先是報(bào)文解析的處理

發(fā)送信息的程序舉例如下：

這樣通過軟件設(shè)計(jì)逐步實(shí)現(xiàn)前文所述控制邏輯，完成基本的控制系統(tǒng)。

3 實(shí)驗(yàn)環(huán)境及實(shí)驗(yàn)結(jié)果展示

本文所搭建的實(shí)驗(yàn)環(huán)境直接在該型號(hào)的電動(dòng)公交車上以實(shí)車實(shí)驗(yàn)的方式實(shí)現(xiàn)。如圖4左圖所示，通過將純電動(dòng)公交車驅(qū)動(dòng)輪支離地面，避免實(shí)驗(yàn)過程中程序錯(cuò)誤導(dǎo)致的可能損害。而MC9S12XEP100汽車電子開發(fā)平臺(tái)經(jīng)外圍輸入輸出電路擴(kuò)展后，與原車的控制箱中接插件的接口相連，如圖4右圖所示。

在上圖所示的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中對(duì)所設(shè)計(jì)的基本控制系統(tǒng)進(jìn)行了控制流程的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。當(dāng)程序開始運(yùn)行后，利用CAN總線數(shù)據(jù)采集卡將實(shí)驗(yàn)中各控制模塊的通訊信息進(jìn)行采集，其部分結(jié)果如圖5所示意。

這樣通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可以得到，在131.7844秒到132.4645秒這0.6801秒中，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在驅(qū)動(dòng)力矩為244 n·m的條件下，轉(zhuǎn)速由293 rpm升至336 rpm，因此可得其等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為36.8524kg·m2，然后通過多次采樣取平均，估計(jì)其等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為33.4488 kg·m2，這為進(jìn)一步設(shè)計(jì)合理的驅(qū)動(dòng)控制策略提供了基礎(chǔ)。

4 結(jié)論

隨著電動(dòng)汽車的發(fā)展，研究者需要利用多種手段對(duì)電動(dòng)車的驅(qū)動(dòng)控制進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。本文根據(jù)項(xiàng)目需要，利用容易獲得的現(xiàn)有資源，以較為經(jīng)濟(jì)的手段完成了一個(gè)純電動(dòng)公交車的整車控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，隨后通過該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)所獲取的數(shù)據(jù)近似計(jì)算了動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，這可以為以后的整車控制策略優(yōu)化提供參考，目前我們正在進(jìn)一步完善該系統(tǒng)，以便最終在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)控制效果更佳的整車控制策略。

參考文獻(xiàn)：

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[4]余勝.純電動(dòng)客車整車控制器硬件在環(huán)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的研究與開發(fā)[D].西南交通大學(xué)，2014.

基金：張家港企業(yè)質(zhì)量提升工程培育項(xiàng)目

作者簡(jiǎn)介：張鵬（1974-），男，湖南祁陽人，博士，講師，研究方向：汽車電子。