现代电动车辆中电控技术的应用

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1、现代电动车辆中电控技术的应用来源:电子工程世界

2、发布日期:2010-10-8  电动车由于储能设备容量有限,在运行过程中对电能流向管理十分严格。精确的电能管理可以延长车辆运行里程,减少电池充电频率,从而节约运行成本。车载能量管理系统需要随时监控电池电压、电机输出功率以及其它设备的用电情况。同时,电动车电子控制系统的动态信息必须具有实时性,各子系统需要将车辆的公共数据实时共享,如电机转速、车轮转换、油门踏板位置等。但不同控制单元的控制周期不同,数据转换速度、各控制命令优先级也不同,因此需要一种具有优先权竞争模式的数据交换网络,并且

3、本身具有极高的通信速率。此外,作为一种载人交通工具,电动汽车必须具有极高的运行稳定性,整车通讯系统必须具有很强的容错能力和快速处理能力。    德国Bosch公司为了解决现代车辆中众多的控制和数据交换问题,开发出一种CAN(ControllerAreaNetwork)现场总线通讯结构,广泛应用在常规燃油汽车上,如BENZ、BMW、PORSCHE。同时,CAN总线也被认为是电动车最佳通讯结构,我国“863计划”关于电动汽车的说明中已经明确提出,新申报的电动车开发项目必须采用CAN总线通讯模式。  CAN总线结构是一种有效支持分布式

4、控制或实时控制的串行通讯网络。图1为一个典型的电动汽车CAN总线结构示意图,包括整车动力部分的主电机控制器、电池组管理系统、人机界面显示系统等多个设备,这些子系统之间通过CAN进行数据通讯和命令传输。每个节点设备都能够在脱离CAN总线的情况下独立完成自身系统的运行,从而满足车辆运行安全性的需要。同时,CAN总线也不会因为某个设备的脱离而出现系统结构崩溃的现象。  本文介绍的电动车用三相逆变电源属于图1中的车载辅助逆变电源。称为“辅助电源”是因为它的负载为电动车上的一些辅助交流电机,如汽车转向助力油泵、刹车气泵、冷却水循环中的水泵

5、以及空调系统中的压缩机等。对该三相逆变电源的工作要求是:正常运行情况时独立维持辅助电机的稳定运行,能够根据上位机的指令适当调整工作状态;在负载发生故障(如电机短路)时迅速关系输出、安全关机,同时能够通过CAN总线向上位机和其它节点报告自身故障,引发车辆各系统的相关操作(例如:位于仪表台上的人机界面显示系统将立即显示警告信息,报告车辆故障部位,并提示驾驶员减速;而整车能量管理系统则发出命令关闭辅助逆变电源的输入,并将接收到的错误代码和当前运行参数进行保存,便于维修人员进行故障诊断)。    由此看出,虽然选择一个通用变频器进行改装

6、可以实现车用三相逆变电源的基本功能,但是要做成支持CAN总线各种功能的智能化节点必须从底层进行开发,直接选择支持CAN总线接口的控制芯片,在控制程序中集成CAN通讯功能,适应整车通讯的要求。  1P8xC592芯片介绍  在电动车用辅助逆变电源的设计中,控制电路不仅要支持CAN总线通讯,还要对负载电压、电流等模拟量进行检测,进行各种逻辑判断,并驱动其它芯片完成三相逆变功能。因此简单选择一个单独的CAN控制器是不够的,最方便的选择是使用带有在片CAN功能的控制器。  P8xC592是由PHILIPS公司开发生产的8位微处理器,主要

7、包括:  ·一个80C51中央处理单元(CPU)  ·两个标准的16位定时/计数器  ·包括四个捕获和三个比较寄存器的16位定时器/计数器  ·具有8路模拟量输入的10位A/D变换器  ·两路分辨率为8位的脉冲宽度调制输出  ·具有两级优先权的15个中断源  ·五组8位I/O端口和一组与A/D变换器模拟量输入共用的8位输入口  ·与内部RAM进行DMA数据传送的CAN控制器  ·具有总线故障管理功能的1MbpsCAN控制器  ·与标准80C51兼容的全双工UART    P8xC592共有68个管脚,其中包括6个8位I/O口,P

8、0~P3与80C51相同,但P1可以用作一些特殊功能,包括4个捕获输入端、外部计数器输入端、外部计数器复位输入端和CAN接口的CTX0和CTX1输出端。并行I/O口P4的功能与P1、P2和P3相同。P5口是不是有输出功能的并行输入口,主要用作A/D变换器的模拟量输入端。  P8xC592内含CAN控制器,包括为实现高性能串行网络通信所必需的所有硬件,从而能够控制通信流顺利通过CAN协议的局域网。为了避免出现混乱,芯片中增加的CAN控制器对于CPU是作为能够双方独立工作的存储器映像外围设备出现的,即可以把P8xC592简单设想为两

9、个独立工作器件的集成体。如果关闭CAN控制器部分的功能,该芯片可以仅作为带有模拟量A/D转换的普通8位单片机使用。    启用CAN控制器的功能,主要借助四个特殊功能寄存器(SPR)实现,CPU对CAN控制器的控制及其访问都通过它们完成,接口结构如图2所示。这四

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