一種純電動教練車的實現方法

婁飛鵬，康照強，張凱方（河南藍海新能電動汽車有限公司，河南 新鄉　453000）

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一種純電動教練車的實現方法

婁飛鵬，康照強，張凱方
（河南藍海新能電動汽車有限公司，河南 新鄉453000）

摘要：為了減少環境污染及降低駕校使用成本，特提出純電動教練車的實現方法。通過電機控制器及整車控制器實現車輛的熄火及怠速功能，使純電動教練車與傳統燃油車在操作習慣方面保持一致；通過電池中的電池管理系統及同整車控制器的通信，使整個車輛安全性進一步提高。

關鍵詞：純電動教練車；熄火；電機控制器；整車控制器

隨著中國工業的發展及人們生活節奏的加快，汽車作為人們的代步工具越來越多，從而學習駕車也成為了一種趨勢。然而由于駕校培訓場地及初學者的駕駛水平問題，使教練車經常保持在低速或者怠速狀態下，且教練車需要頻繁的起動和制動，導致發動機長期工作在惡劣的環境下，而發動機的這種工作環境油耗高且汽車尾氣排放更加嚴重。為了有效解決教練車成本高及環境污染嚴重等問題，電動車零污染、培養學員費用低、維修費用低等優點，使電動車能在駕校中得到應用，且成為一種趨勢。

目前，純電動教練車也得到一些應用，對改善環境污染及成本高方面起到一定作用［1］。雖然電動教練車保留離合器、油門、制動踏板、5檔變速器等傳統車的特點，但是其在操縱性、功能方面和傳統燃油車還是有很大差異。為了很好解決純電動教練車在操控性方面與傳統燃油車的區別，特提出純電動教練車控制策略及實現的一種方法，通過整車控制器及電機控制器實現車輛怠速及熄火功能，使電動教練車在操控方面與傳統燃油車一樣 （表1），讓學員能更好有效地進行學習培訓。

表1　　純電動教練車與傳統燃油車等的對比

1　純電動教練車工作原理

純電動教練車采用高壓電池作為整車的動力源，通過整車控制器采集駕駛員意圖分析運算，將駕駛員意圖轉換為扭矩命令發給電機控制器，電機控制器接收整車控制器命令后將高壓電池的直流電逆變為交流電，帶動電機運轉，電機通過機械方式同變速器連接，從而帶動整個車輛運行。

純電動教練車系統原理框圖見圖1。純電動教練車的實現主要有以下部件：電池、充電機、電機控制器、整車控制器、電機、5檔變速器、電子油門踏板、制動踏板、鑰匙開關、組合儀表、低壓12V等；其中電池中包含電池管理系統，用來監控電池的狀態及判斷電池是否有故障，電機中集成旋轉變壓器，用來監控電機的實際轉速及轉向。

圖1　　純電動教練車系統原理框圖

圖2為純電動教練車邏輯流程圖。起動時，駕駛者將鑰匙開關至ON檔時，整車低壓12V接通，整車控制器通過CAN線與電機控制器、電池管理系統進行通信，檢測電池及電機控制器是否有故障存在；當鑰匙開關至START時 （即車輛點火），整車控制器通過CAN線使電池中主接觸器閉合，電機控制器正負母線有高壓，整車控制器實時采集電子油門踏板、制動踏板信號，將采集到的信號通過解析、運算處理，通過CAN線給電機控制器發送扭矩命令，電機控制器收到扭矩命令驅動電機運轉，從而帶動變速器的運動。若起動時駕駛者沒有操作電子油門踏板，且電機控制器直流母線有高壓，電機控制器通過軟件功能使電機處于怠速狀態，完成整車的起動［2］。若電機控制器或電池出現故障，整車控制器通過CAN線上傳至組合儀表。

圖2　　純電動教練車邏輯流程圖

2　純電動教練車熄火故障實現

當學員空檔起動車輛，電動教練車可以實現怠速功能；當學員油門及離合器操作不當，或者車輛手制動忘記放下等情況出現，電動教練車可以實現與傳統燃油車一樣的熄火功能。

電動教練車怠速及熄火功能實現方法：定義N1為電動車怠速時控制器輸出的最大扭矩值，定義N2為電機控制器輸出的實時扭矩值；n1為怠速時電機的轉速，n2為怠速熄火時電機的轉速。當電機控制器正負母線電壓有高壓輸入，電機控制器將電池直流電壓轉換為交流電壓輸入到電機三相線端，從而使電機處于運轉狀態，即電動車怠速狀態，此時電機控制器調節為轉速控制，通過調節輸出扭矩N2使電機轉速保持在n1；若在起動過程中，由于車輛負載過大或手制動忘記放下，當電機控制器實時輸出的扭矩N2大于N1時仍無法使電機轉速保持在n1，且電機實時轉速小于n2時，電動車此時則熄火，控制器報出熄火故障上傳組合儀表并顯示出來。

為了更好說明該純電動教練車熄火及怠速的功能，以下給出該純電動教練車在熄火及怠速下電機扭矩、轉速曲線。

見圖3，正常起動時，控制器實際輸出扭矩N2在15 Nm與-15 Nm之間調節，使電機實際轉速在500 r／min 與80 r／min運轉，最終維持在270 r／min（n1），當達到設定轉速時電機處于穩定怠速狀態，此時即表示純電動教練車起動成功，無故障報出。

圖3　　純電動教練車怠速時電機控制器扭矩與轉速關系

見圖4，當學員不正常起動時，如起動后掛1檔但是忘記松手制動，控制器實際輸出N2會一直增加，直到增加到設定最大扭矩N1還無法使電機轉速保持在270r／min（n1），且當電機轉速降低至設定值n2時純電動教練車熄火，則控制器報出熄火故障并上傳給儀表，提示駕駛者出現故障。

圖4　　純電動教練車熄火時電機控制器扭矩與轉速關系

3　純電動教練車其他功能

1）制動優先功能：若整車控制器同時接收到制動信號及電子油門踏板信號，整車控制器將不給電機控制器發送扭矩命令，視電子油門踏板無效，防止學員誤操作帶來危險。

2）模擬發動機降轉速：電機控制器可使電機工作在驅動模式或制動模式，通過軟件使電機轉速下降的曲線同發動機一致，從而使切換檔位時無頓挫感。

3）整車安全性：整車控制器通過CAN線實時同電機控制器、電池管理系統進行通信，實時監控、診斷各個零部件信息，對零部件出現不同級別故障進行分類處理，提高整車的安全性。當整車控制器診斷出零部件存在輕微故障 （如電機溫度偏高）時，整車控制器將發送給電機控制器的扭矩值進行限制，車輛可以低速行駛；當整車控制器診斷出零部件存在嚴重故障 （如存在漏電）時，整車控制器將通過CAN線使電池中主接觸器斷開，保證整車的安全性。

4）充電：充電機與電池管理系統通過CAN線進行通信，完成電池的充電，電動教練車帶有車載充電機，可以利用學員中午休息時間或晚上對車輛進行充電，且采用家用電源方便安全。若電池充滿電，可以達到續駛里程200km，滿足學員全天的使用。

4　總結

本文通過整車控制器、電機控制器等實現了純電動教練車的熄火功能及怠速功能，使純電動教練車同傳統的教練車在功能及操作習慣方面保持一致，為駕校降低成本及減少環境污染作出一定貢獻。本論文提出的純電動教練車已經在駕校開始使用，目前教練及學員反饋使用效果很好。

參考文獻：

［1]羅明勝.電驅動教練車的模擬操縱控制方法的研究［D］.武漢科技大學，2010.

［2]楊超群.電動教練車起步控制設計與仿真［D］.武漢科技大學，2013.

［3]章桐，賈永軒，等.電動汽車技術革命［M］.北京：機械工業出版社，2010.

［4]林成武，姚鵬，等.電動汽車驅動控制系統研究［J］.沈陽工業大學學報，2006（5）：30-33.

［5]李斌花，王地川，等.純電動車電機驅動控制系統現狀與發展趨勢［J］.客車技術與研究，2005（1）：5-6.

（編輯文珍）

中圖分類號：U463.61

文獻標識碼：A

文章編號：1003－8639（2016）01－0010－03

收稿日期：2015-08-05；修回日期：2015-12-02

作者簡介：婁飛鵬，主要從事整車控制器的開發，電機及電機控制器的應用開發。

An Implement Method of A Pure Electric Vehicle For Coaching

LOU Fei-peng，KANG Zhao-qiang，ZHANG Kai-fang
（Henan Landhigh Xinneng EV Co.，Ltd.，Xinxiang 453000，China）

Abstract：To reduce environmental pollution and driving cost，the implement method of pure electric vehicle for coaching is proposed.The vehicle flameout and idle speed functions can be realized by motor controller and vehicle controller，which makes the pure electric vehicle for coaching keep pace with the conventional vehicle in operation habit.The entire vehicle safety is further improved by communication between the battery management system and the vehicle controller.

Key words：pure vehicle for coaching；flameout；motor controller；vehicle controller