電動三輪車SOC智能控制系統的研究與開發

冶艷?毛建坤?張生強

摘要：燃油機車對環境造成的污染日益加劇，隨著現代新能源技術的不斷發展，新能源交通出行工具不斷出現。短途運輸及在鄉鎮運輸貨物中，電動三輪車起到了無可替代的作用，但由于其各系統、部件故障檢測的不完善、產生的故障不能被精準預處理，常常出現事故，通過發明SOC智能控制系統來精準自檢電動三輪車各系統、部件，并增設安全性預處理等動作功能，解決自檢及智能化控制的技術缺陷，提高電動三輪車的智能化水平和車輛性能。

關鍵詞：新能源電動三輪車；智能控制器；預處理

一、前言

在現實影響下，全球范圍內的能源和資源都出現危機，各個國家的能源狀況都受到影響，因此世界各國都在不斷尋找適合本國經濟發展形勢的相應措施，同時推動社會經濟的不斷發展[1]。目前，汽車作為能源消耗的重要因素，能源缺失對其的限制和影響是極其巨大的，所以汽車節能減排變得極其重要。我國也在不斷提出相關政策來推動新能源電動車的發展，最大限度降低能源消耗和碳排放量，為環保做出貢獻[2-4]。

近幾年，快遞電動三輪車、環衛電動三輪車等快速發展，電動三輪車具有機動靈活、價格低廉、低碳環保等優點，在農村短途運輸中用途廣泛[5]。電動三輪車制造技術已有較多的研究，在環境和新能源雙重背景下，國外及國內前沿技術發達城市較早就開始對應的關鍵技術研究與應用，但是在電動三輪車自檢技術的研究方面，基本以成熟技術的嫁接應用轉化為主[6]，針對電動三輪車自檢技術的研究則更為缺乏。

現有的電動三輪車設計有簡單的電機自檢系統，但是功能單一[7]，僅僅可以完成車輛電機故障的顯示及報警，無法對車輛其他故障進行自檢和自動安全保障的智能化處理，故障檢測與排除難度大、智能化程度低、安全性不穩定[8]，所以，針對電動三輪車各系統、部件故障的檢測與預處理設計自檢自控模塊單元研發了SOC智能控制系統。SOC智能控制系統可精準確定電機、轉把、電流、控制器等電動車部位出現的故障，當電機、轉把、電池或者其他部件出現問題時，相對應的端口顯示燈亮起，能快速判斷并進行精準維修，以達到故障智能自檢測，解決現有電動三輪車自檢及智能化控制的技術缺陷，提高電動三輪車的智能化駕駛水平和車輛性能。

二、SOC智能控制系統概述

（一）SOC智能控制系統簡介

電動車控制系統是用來控制整輛車的電機開啟直到使用結束的一系列運行的控制部件，是電動車上不可缺少的部位[9]。電動車分為多種類型，主要是電動自行車、電動三輪車、電動三輪摩托車、電瓶車等。根據車型的不同，電動車的控制系統有不同的性能和特點，而且控制系統的功能也會直接控制整個車的性能以及運行的狀態。所以不同的控制系統的品質用在同一輛車上，發揮的作用也是不同的。SOC智能控制系統通過與電機、轉把、電流、控制系統等電動車重要部位連接，當電機或者其他部件出現故障時，在智能控制器上出現相對應的異常標志，能快速判斷并精準維修，以達到故障智能自檢測。

（二）SOC智能控制系統工作原理

圖1為智能控制器的端口，包括1-30共三十個端口。1-10端口顯示電動三輪車的運行參數，比如低、中、高速度，溫度等，當相應的速度、溫度等超過設定值時，相對應的端口顯示燈亮起，能快速判斷故障問題；11-20端口是電動車重要部件的故障顯示燈，比如電機、轉把、電流、控制系統4等，當電機或者其他部件出現問題時，相對應的端口顯示燈亮起，能快速判斷故障并精準維修；21-30端口顯示藍牙通信系統，可以與電動三輪車儀表盤連接，在儀表盤上顯示電動車的性能。

具體為：端口16代表底電平剎車，端口17代表倒車按鍵，端口18代表預留或者MAX 50MA OC輸出，端口19代表霍爾儀表，端口20代表電機相線，端口21代表倒車，端口22代表預留，端口23代表預留，端口24代表UART TX，端口25代表UART RX，端口26代表NRST，端口27代表GND，端口28代表轉把供電，端口29代表轉把，端口30代表電門鎖。

（三）SOC智能控制系統功能

如圖2，SOC智能控制系統中控制系統為芯片，從控制系統引出來的線連接到電動三輪車各重要部件、各重要性能輸出口，在控制器端口顯示器顯示出來，把控制系統顯示的內容展現在儀表盤上，儀表盤表面的顯示模塊包括欠壓保護、控制器故障、電機故障、防溜坡控制、高溫、轉把故障、剎車以及通信結構的指示燈等。SOC智能控制系統可直接轉矩控制，起步平滑，加速性能好，在中、高速度段加速性能尤其突出，近似燃油摩托車操控性能，矢量控制型正弦波電流輸出，馬達輸出轉矩平滑，充分抑制電機轉矩波動而引起的低噪音；系統在實現車輛電機故障的顯示及報警的基礎上，通過檢測用戶信息單元反饋的情況確定車輛的工作狀態，可以實現預設安全性動作；SOC智能控制系統還可裝置集成車輛中控功能，在具備傳統中控功能的基礎上，實現車輛故障詳細信息的可視化，不僅使用便捷，降低維修、維護成本，而且可解決現有電動三輪車自檢及智能化控制的技術缺陷，提升電動三輪車的智能化駕駛水平和車輛性能，提高車輛駕駛的安全性和穩定性[9]。

電動三輪車SOC智能控制系統技術可按用戶需求專配，啟動強度、駕駛速度隨心調，功能開關任意開啟，車輛狀況可實時查看。具體為電動三輪車SOC智能控制系統，控制系統為芯片，從控制系統引出來的線可連接到電動三輪車各重要部件、各重要性能輸出口、藍牙輸出口，連接手機藍牙，在手機上可顯示出具體故障部位，顯示模塊狀態調節（電壓選擇60V或72V，起步方式有柔軟、舒適、運動、運動+），速度調節（低速速度調節、中速速度調節、高速速度調節），倒車方式有極慢、較慢、一般、標準，功能開關（功能選擇、防溜坡強度調節、陡坡緩降強度調節）及車輛狀況（控制系統、電機霍爾、轉把霍爾、剎車系統、欠壓保護、高溫保護、過流保護）等；通信結構包括CAN通信和藍牙通信。

三、SOC智能控制系統構造

如圖3，SOC智能控制系統是由獨立散熱器、智能控制芯片、MOS管組成，獨立散熱器將極大提升功率管的散熱效率，溫升整體線穩定，從而降低產品的損壞概率，能長時間應對破地用車場景；智能控制芯片具體故障檢測的功能；MOS管可支撐車輛高負荷運轉所產生的負荷，提高整車的質量。

四、SOC智能控制系統故障檢測

（一）永磁同步電機故障檢測

電動三輪車使用永磁同步電機控制器的額定工作電壓是48V—120V，永磁同步電機控制器的額定母線電流是45A—300A，永磁同步電機控制器的額定輸出功率是1000W—10000W，永磁同步電機控制器的靜態工作電流為20mA-40mA，永磁同步電機控制器的速度限定收電機限定和用定配置，永磁同步電機控制器的工作方式是直接轉矩控制。當電機故障亮起時，電機上的HALL輸入不正常。當防溜坡控制亮起時，SOC智能控制系統處于防溜坡狀態。當高溫亮起時，SOC智能控制系統工作溫度高于系統設定值，或者電機溫度高于客戶設定值。

（二）電池故障檢測

電動三輪車行駛過程中使用電池時，當欠壓保護亮起時，電池電壓高于系統設定值或者低于系統設定值。當SOC智能控制系統故障亮起時，電機的相線短路或者相線對地短路，或者電機堵轉工作時間超過系統設定值，或者系統內部上電組自檢時發現異常。SOC智能控制系統檢測到異常情況時，通過改變電機控制回路中的開關信號，使電機斷開，然后通過對電機進行短路試驗，檢測是否發生短路故障，通過軟件切換控制電路中的開關信號，使電機斷開，如果發生相線對地短路故障，則將相線對地短路的電機通過更換電池進行修復。

當 SOC智能控制系統故障檢測過程中發現系統內部上電組自檢異常時，首先檢查電池的正負極是否與 SOC智能控制系統的正負極連接正確，然后檢查電池的正負極是否與 SOC智能控制系統的正負極連接正確，最后斷開電池與 SOC智能控制系統之間的連接。

（三）轉把故障檢測

使用電動三輪車轉把，當轉把故障時，轉把的輸入不正常，或者SOC智能控制系統上電時轉把不處于松開狀態。剎車亮起時，控制系統處于剎車狀態，及時做到安全性預處理，提高電動三輪車的智能化水平和車輛性能。在電動三輪車的正常運行過程中，當 SOC智能控制系統檢測到轉把出現故障時，系統會向控制器發出信號，控制器將發出指令讓轉把松開，實現車輛的自檢。當車輛出現故障時， SOC智能控制系統將啟動安全保護裝置，降低電動三輪車的安全隱患。當 SOC智能控制系統檢測到轉把出現故障時，首先發出指令給控制器，由控制器對轉把進行制動和松開，防止電動三輪車失去平衡造成車輛側翻等危險事故的發生。

（四）儀表盤故障檢測

電動三輪車在使用過程中，當儀表盤出現故障，需要進入配置界面時，SOC智能控制系統會及時按電子剎車，電門鎖上電松開電子剎車儀表速度顯示 AA 并進入配置界面，等配置好后，SOC智能控制系統斷電重啟后配置有效，智能控制系統起到了及時糾正儀表盤錯誤的作用。如果儀表盤故障沒有進入配置界面， SOC智能控制系統會通過按電子剎車、電門鎖上電、儀表上電進行復位。

（五）通信結構故障檢測

電動三輪車在使用過程中，UART通信結構用于進行參數配置或者工作狀態的監控，CAN通信接口用于進行參數配置或者工作狀態監控，藍牙通信用于進行參數配置或工作狀態監控，當通信結構出現故障，SOC智能控制系統及時中斷通信結構的所有工作狀態參數，等重新配置好后，SOC智能控制系統恢復正常工作。電動三輪車的 UART通信結構中， CAN通信接口用于將 SOC智能控制系統采集的數據發送給 CAN總線。CAN總線是一種多主多從總線，每個 CAN節點都有自己獨立的地址，每個 CAN節點都可以對其他節點發送數據， CAN總線采用主從式結構，所有節點的地址不會重復使用，而是根據各個 CAN節點的地址分配不同的數據。由于電動三輪車在使用過程中，SOC智能控制系統需要不斷地與 CAN總線進行通信，所以當某一CAN節點出現故障時，SOC智能控制系統會自動將該CAN節點加入故障列表中，然后再對其他 CAN節點進行檢測和重新分配。

五、智能電動三輪車發展建議

黨的二十大報告對碳達峰碳中和的部署，在我國建設生態文明，推動社會可持續發展方面起到了“舉旗定向”的作用。碳達峰碳中和既是我國當前社會關注的熱點，也是我國未來社會發展的主要戰略。電動三輪車行業需求持續火熱，資本利好電動三輪車領域，長期來看行業發展持續向好[9-11]。電動三輪車行業與智能技術對接，提高了電動三輪車行業科技體驗及行業內的競爭力。電動三輪車使用SOC智能控制系統可提高行駛的安全可靠性以及綜合實用性，提升電動三輪車綜合技術實力和水平，推動智能、創新關鍵共性技術攻關與應用，助力地區新能源技術發展，可實現碳達峰碳中和[12-13]。

六、結語

科技創新助力鄉村振興，推動綠色低碳發展。具有SOC智能控制系統的新能源電動三輪車，可對產生的故障進行自檢和自動安全保障智能化處理，實現車輛故障詳細信息的可視化。SOC智能控制系統生產成本低，操作便捷，能有效提高電動三輪車智能水平和使用效率，降低故障率和事故率。

參考文獻

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基金項目：甘肅省科技廳2022年第八批省級科技計劃（技術創新引導計劃）項目“電動三輪車SOC芯片智能化控制系統研究與開發”（項目編號：22CX8GH221）

作者單位：冶艷，武威職業學院；毛建坤、張生強，甘肅牛電森祥車輛制造有限公司

責任編輯：張津平