現(xiàn)代電動車輛中的電控技術

摘要：現(xiàn)代電動車輛中電控技術應用廣泛，各類設備運行參數(shù)共享成為整車系統(tǒng)的特點。（CAN）總線的數(shù)據(jù)交換速度高、抗噪性強，成為車輛內(nèi)部通信網(wǎng)絡的首選。介紹了集成CAN控制器的高性能微處理器P8xC592的功能和特點及其在電動車輔助三相逆變電源中的應用。

關鍵詞：CAN總線 P8xC592微處理器 三相逆變電源
電動車由于儲能設備容量有限，在運行過程中對電能流向管理十分嚴格。精確的電能管理可以延長車輛運行里程，減少電池充電頻率，從而節(jié)約運行成本。車載能量管理系統(tǒng)需要隨時監(jiān)控電池電壓、電機輸出功率以及其它設備的用電情況。同時，電動車電子控制系統(tǒng)的動態(tài)信息必須具有實時性，各子系統(tǒng)需要將車輛的公共數(shù)據(jù)實時共享，如電機轉速、車輪轉換、油門踏板位置等。但不同控制單元的控制周期不同，數(shù)據(jù)轉換速度、各控制命令優(yōu)先級也不同，因此需要一種具有優(yōu)先權競爭模式的數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡，并且本身具有極高的通信速率。此外，作為一種載人交通工具，電動汽車必須具有極高的運行穩(wěn)定性，整車通訊系統(tǒng)必須具有很強的容錯能力和快速處理能力。
德國Bosch公司為了解決現(xiàn)代車輛中眾多的控制和數(shù)據(jù)交換問題，開發(fā)出一種CAN（Controller Area Network）現(xiàn)場總線通訊結構，廣泛應用在常規(guī)燃油汽車上，如BENZ、BMW、PORSCHE。同時，CAN總線也被認為是電動車最佳通訊結構，我國“863計劃”關于電動汽車的說明中已經(jīng)明確提出，新申報的電動車開發(fā)項目必須采用CAN總線通訊模式。
CAN總線結構是一種有效支持分布式控制或實時控制的串行通訊網(wǎng)絡。圖1為一個典型的電動汽車CAN總線結構示意圖，包括整車動力部分的主電機控制器、電池組管理系統(tǒng)、人機界面顯示系統(tǒng)等多個設備，這些子系統(tǒng)之間通過CAN進行數(shù)據(jù)通訊和命令傳輸。每個節(jié)點設備都能夠在脫離CAN總線的情況下獨立完成自身系統(tǒng)的運行，從而滿足車輛運行安全性的需要。同時，CAN總線也不會因為某個設備的脫離而出現(xiàn)系統(tǒng)結構崩潰的現(xiàn)象。
本文介紹的電動車用三相逆變電源屬于圖1中的車載輔助逆變電源。稱為“輔助電源”是因為它的負載為電動車上的一些輔助交流電機，如汽車轉向助力油泵、剎車氣泵、冷卻水循環(huán)中的水泵以及空調(diào)系統(tǒng)中的壓縮機等。對該三相逆變電源的工作要求是：正常運行情況時獨立維持輔助電機的穩(wěn)定運行，能夠根據(jù)上位機的指令適當調(diào)整工作狀態(tài)；在負載發(fā)生故障（如電機短路）時迅速關系輸出、安全關機，同時能夠通過CAN總線向上位機和其它節(jié)點報告自身故障，引發(fā)車輛各系統(tǒng)的相關操作（例如：位于儀表臺上的人機界面顯示系統(tǒng)將立即顯示警告信息，報告車輛故障部位，并提示駕駛員減速；而整車能量管理系統(tǒng)則發(fā)出命令關閉輔助逆變電源的輸入，并將接收到的錯誤代碼和當前運行參數(shù)進行保存，便于維修人員進行故障診斷）。
由此看出，雖然選擇一個通用變頻器進行改裝可以實現(xiàn)車用三相逆變電源的基本功能，但是要做成支持CAN總線各種功能的智能化節(jié)點必須從底層進行開發(fā)，直接選擇支持CAN總線接口的控制芯片，在控制程序中集成CAN通訊功能，適應整車通訊的要求。
1 P8xC592芯片介紹
在電動車用輔助逆變電源的設計中，控制電路不僅要支持CAN總線通訊，還要對負載電壓、電流等模擬量進行檢測，進行各種邏輯判斷，并驅動其它芯片完成三相逆變功能。因此簡單選擇一個單獨的CAN控制器是不夠的，最方便的選擇是使用帶有在片CAN功能的控制器。