一種新型電動(dòng)汽車電控系統(tǒng)示教裝置設(shè)計(jì)

鄭佳超， 周建偉， 武穎文， 閆亞林

（杭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 浙江 杭州 310018）

隨著國(guó)家對(duì)電動(dòng)汽車發(fā)展的政策支持，電動(dòng)汽車日益普及，與之相對(duì)應(yīng)的高技術(shù)人才需求量也在逐年增加。在職業(yè)院校實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)過(guò)程中，電動(dòng)汽車實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)中安全被放在第一位，由于電動(dòng)汽車的實(shí)訓(xùn)涉及到高壓電，一不小心就有可能造成人觸電，所以在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中除電動(dòng)汽車整車設(shè)備外，還應(yīng)該著重考慮電動(dòng)汽車示教裝置，結(jié)合實(shí)訓(xùn)內(nèi)容選擇最佳的實(shí)訓(xùn)設(shè)備，所以電動(dòng)汽車示教裝置的研發(fā)就尤為重要。電動(dòng)汽車核心技術(shù)為“三電”技術(shù)，即電池技術(shù)、電機(jī)技術(shù)、電控技術(shù)，電動(dòng)汽車電控系統(tǒng)是制約電動(dòng)汽車發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一，所以電控系統(tǒng)示教裝置對(duì)新能源汽車技術(shù)專業(yè)在實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)起到很重要的作用。

1 電動(dòng)汽車電控系統(tǒng)示教裝置現(xiàn)狀分析

隨著國(guó)家對(duì)電動(dòng)汽車的政策支持，電動(dòng)汽車市場(chǎng)占比大幅增加，電動(dòng)汽車核心技術(shù)為“三電”技術(shù)，即電池技術(shù)、電機(jī)技術(shù)、電控技術(shù)［1］。在職業(yè)院校教學(xué)實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)為了方便各種教學(xué)場(chǎng)地，實(shí)訓(xùn)設(shè)備應(yīng)便于移動(dòng)，同時(shí)為防止因“高壓電”而引起意外事故的發(fā)生，電動(dòng)汽車電控系統(tǒng)示教裝置應(yīng)用于教學(xué)實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)勢(shì)在必行，研究意義也尤為重要。通過(guò)對(duì)浙江部分高職院校和中職院校的汽車類專業(yè)實(shí)訓(xùn)基地進(jìn)行調(diào)研，新能源汽車實(shí)訓(xùn)設(shè)備包括混合動(dòng)力汽車、電動(dòng)汽車等，還包括一些示教裝置實(shí)訓(xùn)設(shè)備，但可模擬電動(dòng)汽車電控系統(tǒng)工作過(guò)程的示教裝置不多。

2 新型電動(dòng)汽車電控系統(tǒng)示教裝置設(shè)計(jì)

2.1 電動(dòng)汽車電控系統(tǒng)示教裝置硬件設(shè)計(jì)

與傳統(tǒng)汽車的控制系統(tǒng)相比，電動(dòng)汽車電控系統(tǒng)的控制單元數(shù)量與復(fù)雜程度高得多［2］。該電動(dòng)汽車電控系統(tǒng)示教裝置以單片機(jī)控制技術(shù)、汽車電器技術(shù)為基礎(chǔ)，以某一款單片機(jī)為核心控制器設(shè)計(jì)控制電路，整體實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)汽車電控系統(tǒng)的工作原理展示。電動(dòng)汽車電控系統(tǒng)示教裝置主要由電源系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、輸入電路、輸出電路4大模塊組成。該裝置可以全面展示電動(dòng)汽車電控系統(tǒng)的工作過(guò)程及結(jié)構(gòu)分布，該示教裝置整體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

2.2 電動(dòng)汽車電控系統(tǒng)示教裝置軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)電控系統(tǒng)示教裝置設(shè)計(jì)的需求，軟件設(shè)計(jì)在于通過(guò)單片機(jī)進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)電控系統(tǒng)的控制，基于軟件編程主要實(shí)現(xiàn)以下幾項(xiàng)功能。

圖1 新型電動(dòng)汽車電控系統(tǒng)示教裝置整體結(jié)構(gòu)框圖

首先將點(diǎn)火開(kāi)關(guān)打到ON擋時(shí)，給整車控制系統(tǒng)上電。

1） 照明控制系統(tǒng)

當(dāng)撥動(dòng)右轉(zhuǎn)向開(kāi)關(guān)時(shí)，前后右邊轉(zhuǎn)向燈閃爍亮起；當(dāng)撥動(dòng)左轉(zhuǎn)向開(kāi)關(guān)時(shí)，前后左轉(zhuǎn)向燈閃爍亮起；當(dāng)撥動(dòng)近光燈開(kāi)關(guān)時(shí)，近光燈亮起；當(dāng)撥動(dòng)遠(yuǎn)光燈開(kāi)關(guān)時(shí)，遠(yuǎn)光燈亮起［3］；當(dāng)開(kāi)關(guān)處于遠(yuǎn)近光燈中位時(shí)，遠(yuǎn)近光燈均熄滅；當(dāng)撥動(dòng)霧燈開(kāi)關(guān)在ON擋時(shí)，前后霧燈亮起；當(dāng)撥動(dòng)霧燈開(kāi)關(guān)在OFF擋時(shí)，前后霧燈熄滅；當(dāng)撥動(dòng)小燈至ON擋時(shí)，小燈亮起；當(dāng)撥至OFF位置，小燈熄滅；當(dāng)撥動(dòng)停車燈開(kāi)光至ON擋時(shí)，停車燈亮起；當(dāng)撥至OFF擋位時(shí)，停車燈熄滅；示教裝置的顯示開(kāi)關(guān)主要用于控制動(dòng)力電池電壓監(jiān)控單元是否在工作狀態(tài)。

2） 智能空調(diào)系統(tǒng)

當(dāng)撥動(dòng)冷暖風(fēng)制冷開(kāi)關(guān)時(shí)，制冷片開(kāi)始制冷，壓縮機(jī)開(kāi)始工作，智能空調(diào)系統(tǒng)模擬空調(diào)制冷系統(tǒng)進(jìn)行工作；當(dāng)撥動(dòng)冷暖風(fēng)制暖開(kāi)關(guān)時(shí)，開(kāi)始制熱，PTC開(kāi)始工作，智能空調(diào)系統(tǒng)模擬空調(diào)制暖系統(tǒng)進(jìn)行工作，同時(shí)還具有空氣凈化功能。

3） 擋位控制系統(tǒng)

電動(dòng)汽車電控系統(tǒng)示教裝置的擋位控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)換擋功能，當(dāng)撥動(dòng)擋位開(kāi)關(guān)至D擋，此時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)車速控制旋鈕可以改變4個(gè)車輪的轉(zhuǎn)速，同時(shí)在轉(zhuǎn)速表中顯示當(dāng)前的車速，儀表盤(pán)電量表顯示當(dāng)前動(dòng)力電池的電量；當(dāng)撥動(dòng)擋位開(kāi)關(guān)至倒車擋位R，倒車指示燈開(kāi)始點(diǎn)亮，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速旋鈕可以改變倒車車速。

4） 轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)

示教裝置設(shè)有一個(gè)轉(zhuǎn)向開(kāi)關(guān)旋鈕，在行駛過(guò)程中通過(guò)對(duì)開(kāi)關(guān)旋鈕操作實(shí)現(xiàn)改變示教裝置兩前輪的轉(zhuǎn)向，模擬真實(shí)過(guò)程中電動(dòng)汽車的轉(zhuǎn)向控制。

5） 車載顯示系統(tǒng)

示教裝置設(shè)計(jì)車載顯示系統(tǒng)，在車載顯示系統(tǒng)中可以實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前的車速、擋位情況以及動(dòng)力電池的工作電壓等情況，以便駕駛員實(shí)時(shí)掌握車輛運(yùn)行狀況，及時(shí)調(diào)整車輛狀態(tài)。

6） 電源系統(tǒng)

新型電動(dòng)汽車電控系統(tǒng)示教裝置中配有車載充電機(jī)，當(dāng)在電控系統(tǒng)示教裝置需要充電時(shí)，向上撥動(dòng)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)到充電擋位，將動(dòng)力電池與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器瞬間斷開(kāi)，然后動(dòng)力電池與車載充電機(jī)相連，同時(shí)將車載充電機(jī)電源線連接至市電220V，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)力電池的充電，在充電過(guò)程中動(dòng)力電池電壓監(jiān)控單元顯示動(dòng)力電池的充電電壓。電源系統(tǒng)連接框圖如圖2所示。

圖2 電源系統(tǒng)連接框圖

2.3 新型電動(dòng)汽車電控系統(tǒng)示教裝置優(yōu)勢(shì)

1） 目前高職院校電動(dòng)汽車實(shí)訓(xùn)設(shè)備車型中主要包括吉利、北汽、比亞迪等品牌的整車實(shí)訓(xùn)設(shè)備市場(chǎng)占比相對(duì)較多，但相關(guān)電動(dòng)汽車子系統(tǒng)的示教裝置比較少，結(jié)合我院與吉利進(jìn)行校企合作，同時(shí)通過(guò)對(duì)職業(yè)院校實(shí)訓(xùn)設(shè)備調(diào)研了解，中職或高職的職業(yè)技能大賽多次以EV300、EV450等車型為比賽車型，很多職業(yè)院校的整車實(shí)訓(xùn)設(shè)備包括EV450整車，本示教裝置選擇以EV450車型的電控系統(tǒng)為研究對(duì)象，職業(yè)院校對(duì)該款車配套的示教裝置需求量相對(duì)較大。

2） 新型電動(dòng)汽車電控系統(tǒng)示教裝置具有成本低、功能全、體積小、操作簡(jiǎn)單、便于移動(dòng)教學(xué)，符合很多職業(yè)院校學(xué)生學(xué)習(xí)的需求，并能很好地展示電動(dòng)汽車電控系統(tǒng)的工作過(guò)程。

3 新型電動(dòng)汽車電控系統(tǒng)示教裝置整機(jī)調(diào)試

新型電動(dòng)汽車電控系統(tǒng)示教裝置布置如圖3所示。其整機(jī)調(diào)試的過(guò)程如下：給電動(dòng)汽車電控系統(tǒng)示教裝置進(jìn)行充電，然后上電后將開(kāi)關(guān)放置在運(yùn)行擋，示教裝置控制系統(tǒng)開(kāi)始初始化，之后接通電源，將車速擋位開(kāi)關(guān)放置在一擋，方向選擇前進(jìn)或后退，則可以控制車輪的前行和后退；同樣可以通過(guò)不同功能開(kāi)關(guān)控制汽車照明與信號(hào)系統(tǒng)各個(gè)信號(hào)，當(dāng)車輛運(yùn)行時(shí)示教裝置的轉(zhuǎn)速表、電量表結(jié)合實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)都有相應(yīng)的指示數(shù)據(jù)，同時(shí)顯示屏將采集數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地顯示，方便以不同形式實(shí)時(shí)查看檢測(cè)的相關(guān)數(shù)據(jù)。

4 總結(jié)

新型電動(dòng)汽車電控系統(tǒng)示教裝置的電源系統(tǒng)與電驅(qū)控制系統(tǒng)進(jìn)行電性連接，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、節(jié)約設(shè)備成本的優(yōu)點(diǎn)。示教裝置能夠?qū)崿F(xiàn)電動(dòng)汽車電控系統(tǒng)進(jìn)行教學(xué)演示，讓老師在教學(xué)時(shí)通過(guò)操作示教裝置上實(shí)體開(kāi)關(guān)、控制動(dòng)力電池裝置等，展示電動(dòng)汽車電控系統(tǒng)的工作原理，實(shí)現(xiàn)對(duì)其工作過(guò)程的掌握學(xué)習(xí)。新型電動(dòng)汽車電控系統(tǒng)示教裝置對(duì)相關(guān)部門(mén)升級(jí)電動(dòng)汽車電控系統(tǒng)有良好的指導(dǎo)意義，同時(shí)對(duì)于開(kāi)設(shè)相關(guān)課程的職業(yè)院校開(kāi)展電動(dòng)汽車電控系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)可以提升學(xué)習(xí)效率，保證實(shí)訓(xùn)安全，同時(shí)節(jié)約30%的開(kāi)支經(jīng)費(fèi)，降低設(shè)備成本，總而言之，本示教裝置具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

圖3 新型電動(dòng)汽車電控系統(tǒng)示教裝置布置圖