一種純電動公交車整車控制實驗系統設計

摘 要：為了探索電動公交車的控制策略，往往需要首先實現一套實驗系統，由此獲取驅動系統相關的數據，為后面的優化提供基礎。為達到這一目標，本文從易于實施且經濟可行這樣的角度出發，利用現有的MC9S12XEP100汽車電子開發平臺與實車相結合實現該系統。最后以實驗結果估算電動客車傳動系統等效轉動慣量為例，證明該系統達到了預期效果。

關鍵詞：純電動公交車；控制；實驗系統

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

1 引言

目前隨著電動公交車市場的不斷升溫，對其控制系統研究的投入也越來越多[1，2]。如何實現一個合適的實驗平臺是一個必須解決的問題。目前有許多硬件在環的解決方案[3，4，5]，相對來說投入較大。本文從項目開發所需及自身條件出發，設計了一個易于實施且經濟可行的方案，并以通過實驗計算傳動系統的等效轉動慣量為例，顯示了系統工作的可行性。

2 具體實現

本項目主要針對一款給定型號的電動公交車進行。為了盡快實施，本文采用了基于MC9S12XEP100的現成汽車電子開發平臺。該型號的電動公交車控制對象主要有制動氣泵等輔助設備、儀表顯示信號以及電機驅動力矩等控制指令。其控制的依據是根據BMS系統所傳輸的信息、點火開關等開關量信息以及踏板位置等模擬量信號。因此該系統的硬件連接關系如圖1所示。

在以上所搭建的硬件實驗平臺上，軟件系統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實現CAN網絡的收發控制。該型號的電動公交車CAN網絡協議報文定義符合sae j1939協議[6，7]，其具體的報文結構定義如下所示：

由圖3可見其所有報文由擴展幀格式給出，根據CAN通訊協議規范并結合MC9S12XEP100使用手冊[8，9]中所提供的CAN0及CAN4模塊應用方法，實現了相應的收發程序，先是在接受部分對擴展幀進行處理：

而對于所需發送的內容，程序主要對發送緩沖區進行了控制：

以上代碼實現后，即可進一步完成應用層的編程。應用層主要實現功能是對接收的數據的解析及控制指令的發送，部分代碼示意如下：

首先是報文解析的處理

發送信息的程序舉例如下：

這樣通過軟件設計逐步實現前文所述控制邏輯，完成基本的控制系統。

3 實驗環境及實驗結果展示

本文所搭建的實驗環境直接在該型號的電動公交車上以實車實驗的方式實現。如圖4左圖所示，通過將純電動公交車驅動輪支離地面，避免實驗過程中程序錯誤導致的可能損害。而MC9S12XEP100汽車電子開發平臺經外圍輸入輸出電路擴展后，與原車的控制箱中接插件的接口相連，如圖4右圖所示。

在上圖所示的實驗環境中對所設計的基本控制系統進行了控制流程的實驗驗證。當程序開始運行后，利用CAN總線數據采集卡將實驗中各控制模塊的通訊信息進行采集，其部分結果如圖5所示意。

這樣通過實驗數據分析可以得到，在131.7844秒到132.4645秒這0.6801秒中，驅動系統在驅動力矩為244 n·m的條件下，轉速由293 rpm升至336 rpm，因此可得其等效轉動慣量為36.8524kg·m2，然后通過多次采樣取平均，估計其等效轉動慣量為33.4488 kg·m2，這為進一步設計合理的驅動控制策略提供了基礎。

4 結論

隨著電動汽車的發展，研究者需要利用多種手段對電動車的驅動控制進行實驗研究。本文根據項目需要，利用容易獲得的現有資源，以較為經濟的手段完成了一個純電動公交車的整車控制實驗系統，隨后通過該實驗系統所獲取的數據近似計算了動力傳動系統的等效轉動慣量，這可以為以后的整車控制策略優化提供參考，目前我們正在進一步完善該系統，以便最終在此基礎上實現控制效果更佳的整車控制策略。

參考文獻：

[1]張翔.純電動汽車整車控制器進展[J].汽車電器，2011（02）：1-4.

[2]趙軒.純電動客車動力總成控制策略研究[D].長安：長安大學，2012.

[3]周明珂.電動汽車增程器VCU硬件在環仿真平臺的研究與開發[D].中國計量學院，2012.

[4]余勝.純電動客車整車控制器硬件在環實驗平臺的研究與開發[D].西南交通大學，2014.

基金：張家港企業質量提升工程培育項目

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