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基于CAN通讯的混合动力电动汽车驱动系统的设计与实现


20 0 9年 第 9期  ( 总第 17期 ) 8  

黑龙 江交通 科技 
HEIONGJANG  l L l dAOT NG KE   O   J

No 9, 0 9 . 20 

( u N .8 ) S m  o 17 

基 于 C N通讯 的混 合 动 力 电动汽 车驱 动

系统 的设 计 与 实现  A
芦柏 涛  ( 黑龙江省公路工程造价管理总站 )  
摘 要 : 要 叙 述 了 C N 通 讯 的混 合 动 力 电动 汽 车 驱 动 系 统 的 设 计 与 实 现 的 方 法 与 理 念 , 述 了其 设 计 与  主 A 阐

实西安的重要 性。   关键词 : 混合动力 ; 电动 ; 汽车 ; 油 ; 燃 交流 电机  中图分类号 :4 2 U 6 
1 E   V和 HE V的 发 展 

文献标识 码 :  C

文章编 号:0 8— 3 3 2 0 ) 9— 17— 2. 10 3 8 ( 09 0 0 3 0   况下的不 良运行 , 使得发 动机 的排 污和 油耗大为降低 。( ) 2  在人 口密集的 商业 区、 民区等 地 可用纯 电动 方式 驱动 车  居 辆, 实现零排放 。( ) 3 可通 过 电动机 提供 动力 , 因此 可配备  功率 较小 的发动机 , 并可通过 电动机回收汽车减速和制动 时  的能量 , 进一步降低 了汽 车的能量 消耗 和排 污。   3 混 合 动 力 驱 动 系统 分 类 与 比较   目前世界各 国研究 开发 的混合 动力 电动汽车有不 同 的  结构形式 , 根据其驱动 系统 的配置 和组 合方式 不同 , 分为三  类: 并联 式混合 动力 电动 汽车 ( aa e I b dEetclV - P rll q r   l r a e l [i y ci     lc ,H V) 串联式混合动力 电动汽车 ( e e  yr   lc ll P E 、 ie Sr sH b dEe- i i   te V hce S E 及混 联式 混合 动力 电动 汽车 ( e e — r a ei , H V) il l Sr s   i Pr ll yr   lc c   ei e S H V)  aaeH bi Eet a V hc , P E 。 l d i rl l 4 串联 式 驱 动 系 统  串 联 式 HE 采 用 的 是 电 动 机 直 接 驱 动 车 轮 的 驱 动 方  V 式, 电动机 的电能来 自于蓄电池组和发电机。发动机作 为发  电机的动力来源 , 直接 驱动发 电机 产生 电能 , 电动机供 电  为 和对 蓄电池充 电。小负荷 时 , 由电池单 独为 电动机供 能 ; 大  负荷 时 , 由发动机带动发 电机 为电动机供电。当汽车处 于  则 启 动 、 速 、 坡 等 工 况 时 , 动 机 一 发 电 机 和 电池 组 共 同 向  加 爬 发 电动机提供 电能 ; 当电动车处 于低速 、 行、 滑 怠速等工况 时 ,   则 由电池组驱 动 电动 机 , 由发 动机 一 发 电机 组 向电池 组充  电。发 电机和 电动机之 间采用柔 性连 接 ( 即为电气连接 , 而  非机械连接 ) 使 发 动机不 受 汽 车行驶 工况 的影 响, 作在  , 工 最高效率和较低排放 状态 。串联 式 H V结构简 单 , 控制  E 对 技术要求不高 , 合于市内低速运行 。不足之处在于能量传  适 递为机械能一 电能 , 机械能 , 效率 较低 。   5 并 联 式 驱 动 系 统  并联式 H V的发动机 和电动机以机械能叠加 的方 式实  E 现驱动 , 发动机与 电动机分 属两套 系统 , 既可共 同驱动 又可  单独驱动。发动机发 出的机械 能可直 接传到驱 动桥驱 动汽  车, 电动机也可产生驱 动力矩 来驱动汽车 。这里的电动 机既  可以作 电动机又可 以作 发 电机使用 , 称为 电动一发 电机组 。   即汽车处 于制动状态时 , 电动机作 为发 电机 使用 ; 而在其余  状 态下 , 其仍作为 电动 机使 用。与 串联 式结 构相 比, 发动机  通过机械传 动机构 直 接驱 动 汽车 , 能量 的利用 率相 对较  其 高, 这使 得并联式 燃油经济性 比串联式 的高。并联式驱动系  统最适合于汽车在城 市 间公 路和 高速公路 上稳定行驶 的工  况. 由于并联式驱 动系统的发动机工况要受汽车行驶工况的  影响 , 因此不适 于汽车行驶工况变化较多 、 大 ; 比于串联  较 相 结构式 , 需要变速装 置和动力复合装置 , 传动机构较为复杂。   6 混联式驱动 系统  发动机发 出的功率一部 分通过机械传动输送 给驱动桥 ,   另一部分则驱动发 电机发 电。发 电机 发 出的电能输送 给电  动机或 电池 , 电动 机产 生的驱动力矩通过动力复合装置传送  给驱动桥。通过计算机实时控 制工作过程 , 实现发 动机 和电  动机的优化藕合 , 在结 构上保证系统可工作于更复杂的工况 

2 0世纪 9 o年代 以来 , 全球性 的石油危机 以及大气 污染  使 汽车 的节能与环保性 能 日益得 到重视 。特别对 于汽 车密  集、 交通拥挤 的大城市 而言 , 汽车频 繁起停 造成 的内燃 机变  工况 ( 特别是加速 、 速 、 低 怠速 ) 行是 造成 尾气 排放 严重 、 运   耗油率高 的主要原因之一 。尽 管 电控 技术 和代用燃 料技术  能够在一定程度 上改 善内燃机 的经 济性能和排放性能 , 但是  进一步单纯使用传统 内燃机技 术发展 汽车 工业将会 给我 国  的能源安全和环境保 护造成 巨大 的压 力 。面临如此 严峻 的  形势 , 世界各 国, 特别是我 国, 必须认 真思考汽车工业 的未  都 来发展这一全球性 的问题。融合 当代 多种高新 技术 的纯 电  动汽车、 混合动力 电动汽车 和燃料 电池汽 车的 问世 , 在引  正 发世界汽车工业 的一场 革命 。研 制开发 电动车 己经成 为工  业发达国家 和跨 国汽 车公 司 战略发展 的重要 内容 。许 多发  达国家不惜投入巨资进行该领域 的研究开发 , 制定 了相关  并 的政策 、 法规来推动 电动汽车 的发展 , 使得 全球 电动车技 术  得 到飞速发展纯 电 动 汽 车 ( lc i  hceE 是取代 传  Eetc ci   V) rV l 统内燃机汽车 、 满足零排 放 的最 终选 择 , 是 目前 电池 的能  但 量 密度 、 充电时间 、 格 、 命等 问题 仍未 得 到理想 的解决 , 价 寿   从 而限制 了纯电动汽车 的发展。近年 来燃料 电池 汽车发展  十分迅速 , 但在成本 、 氢能源 的制备等 方面仍 存在一 些急需  解决 的问题. 因此 , 19 自 95年起 , 界许 多著 名汽 车生产厂  世 商 已将研究的重点转 向 了可实施性较 强 的混合动力 电动 汽  车 ( bi Eetcl e ieHE ) Hyr   l r a V hc   V 。我 国政府 也对 HE d ci   l V的  发展给予 了足够 的重 视 , 国家科 技部在 “ 十五 ” 划 中制定  规 的战略 目标是 , 取在 发展 E .H V的 电池 、 量管 理系  争 V E 能 统、 驱动控制等关键 技术上基 本保持 与世 界 同步 , 并且 目前  已将 H V的开发列为 国家高技术研究 发展计划 ( 6 E 83计划 )   的重大研究课题之一 。   2 混 合 动 力 电 动 汽 车 的 特点  混合动力 电动汽车 ( E ) 在一 辆汽车 上 同时 配备 电  H V是 力驱 动 系 统 和 辅 助 动 力 单 元 ( u ia   o e  nt 简 称  A xl r P w rU i iy , A U) 其中 A U是燃烧某种燃料 的原动机 或由原动机 驱动  P , P 的发 电机组 , 目前 HE V所采用 的原动机一般 为柴 油机 、 汽油  机或燃汽轮机。混合 动力 电动汽车将 原动 机 、 电动机 、 量  能 储存装置 ( 电池 ) 蓄 组合 在一 起 , 它们 之 间的 良好匹 配和 优  化控制 , 可充分发挥 内燃 机汽车 和电动 汽车 的优点 , 避免各  自的不足 , 当今最具 实 际开发 意 义的低 排 放和 低油 耗 汽  是 车 。较之纯电动汽车 , V具有 如下 的优点 : 1 由于有原  HE () 动机作为辅助动力 , 电池 的数量 和质量可 减少 , 因此 汽车 自   身重量可 以减小 。( ) 2 汽车 的续驶 里程 和 动力性 可 达到 内 

燃机 的水平。( ) 3 借助 原动 机 的动力 , 带 动空调 、 可 真空助 
力 、 向助力及其它辅助电器 , 转 无需消耗 电池组有 限的电能 ,   从而保证 了驾车和乘 坐的舒适性 。   较之 内燃 机汽车 , E H V则具有 如下 的优点 : 1 可使原  () 动机在最佳的工况区域稳定运行 , 避免或减少 了发动机变工 
收 稿 日期 :0 9一o 2   20 6- 0

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总第 17期  8

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第 9期 

下, 克服 了串联式的能量 损失 和并联 式的热 机工作点优化 问  l 驱 动 电 动 机  1 题。但 系统更为复杂 , 对动力复合装置要求更高 。混联式混  电动机的种类很 多 , 最早是采用 了控制性能好和成本较  合动力系统的控制策 略是 : 车低速行 驶时 , 汽 驱动 系统 以串  低的直流电动机。直流电动机 具有优 良的电磁转 矩控制特  联工作方 式为主; 车高速稳 定行驶 时 , 动系统 以并联工  性 , 汽 驱 调速 比较方便 , 控制装置 简单 、 廉价 , 但是 由于直流电动  作方式为主。   机上有电刷 、 向器等 接触零 件 , 易磨顺 , 换 容 形成环火 , 可靠  7 混 合 动 力 电 动汽 车对 驱 动 系统 的要 求  性差 , 体积和质量较大 。因此 , 逐步被交流 电动机、 永磁电动  () 1 电动汽车用 电动机应在整 个运行 范围 内, 具有高 的  机 、 开关磁阻电动机代 替。 鼠笼式 感应 电动 机应用最广 泛。   效率 , 以提高续驶里 程。   三相异步感应 电动 机的定子和转 子采 用层叠 、 紧的硅钢片  压 ( ) 高转 矩 惯 量 比 。 2有   组 成 , 端 采 用 铝 盖 封 装 在 转 子 和 定 子 之 间 没有 相 互 接 触 的  两 () 3 电动 机 可靠性 好 , 能够 在较 恶 劣 的环 境 下长期 工  部件 , 结构简单 , 运行 可靠 , 经久耐用。   2 作, 结构简单适应 大批量 生产 , 行 时噪 声低 , 用维 修方  1 逆 变 器  运 使 便 , 格便宜等。 价   在采 用三相感应异 步电动机时 , 需要应用逆变器 中的功  () 4 电动汽车用 电动机应具有宽广 的调速范围, 包括恒转  率半北京 交通 大学 硕士学位 论文导体 变换器件 , 将直流电变  矩区和恒功率区。在恒转矩 区, 要求低速运行时具有大转矩 , 以  换为频率 和幅值都 可以调节的交 流电 , 来实现对 电动机的控    满足起动和爬坡的要求 : 在恒功率区 , 要求低转矩时具有高的速  制。 1 信 息传 递  3 度, 以满足汽X- ay坦的路面能够高速行驶的要求。 r   () 5 良好 的转矩 , 速度特性 。   每个单元为一个 C N节点 ,A A C N节点收到多能源控制器  () 6 电动汽车用 电动 机应能 够在 汽 车减速 时实 现再生  发出的控制命令后 , 识别并 执行相应命 令 ; 同时各 C N节点  A 制动 , 将能量回收并反馈 回蓄 电池 , 得 电动 汽车具有 最佳  在规定的时间内将信号处理 系统采集 后的各节点信息 , 使 通过  能量的利用率 , 这在 内燃机汽车上是不能实现 的。   C N总线送往多能源控制器 , A 进行数据交换。所有 C N节点  A 8 混 合 动 力 电动 汽 车 系统 构 成 及 信 息 传 递  通讯位速率必须一致 , 保证控制 系统 的实时性和可靠性。   混合 动力 电动汽车主要包括动力 电池组 、 发动机一发 电  基 于 “ 桥六 轮 全 驱 动 混 合 动 力 装 甲车 电机 驱 动 系 统  三 机组 、 驱动电动机 、 逆变 器等单元组成 , 各单元之间的信息传  设计 ” 目而完成 的。全 车采用 串联驱 动方式 , 过减速器  项 通 递是 通 过 C N 总线 实 现 的 。 A   并行驱动车 的前桥 、 中桥和后桥。 文章 阐述 了混合动力电动  ‘ 9 动 力 电 池 组  汽车的结 构和工作原理 , 设计并实 现了一种基于 S F V WM调  动力 电池 组 是 H V 的基 本 动 力 源 , 力 电 池 组 是 由多  制方式 的 V V E 动 V F和矢量控制 的混合动力车驱动控制系统 , 给  个 1  2 V或 2  4V的蓄电池串联成的高压直流动力 电池组 , 用  出了控制 系统 的相关硬件资源 , 对关键模块做 了较详 细的  并 于储 存充 电器所充入 的电能或发 电机所 发出 的电能。动力  说明; 并用汇编语 言实现 了空 间矢 量调制算法 、 与整车 控制  电池组的电能经过电流变换器输 入电动机 , 驱动车辆行驶。   器的 C N通讯软件 、 V F控制 软件 、 A V V 矢量控制算 法软件以  1 发动 机 一 发 电 机 组  0 及整车驱 动控制逻 辑程序 。逆 变器一异 步电机现场联 合调  发动机一发电机组是 H V的辅 助 动力 系统 , 动机带  试得 到的数据和工作波形证 明了其控 制系统设计的正确性。 E 发   动发电机发 电, 所发 出的 电能输 入动力 电池组 中, 或直 接通  介绍 了混合动力 电动汽车较 之纯 电动汽车存在 的优点  过电流变换器供给驱动电动机 , 发动机始终保持稳定运行和  以及 它的发展情况 。然 后根据其 驱动 系统的配置 和组 合方  在一定 范围内的功率输 出。中央控 制器根据 动力 电池 组所  式不同将 混合动力 驱动系统 分为三 类 : 并联式 、 串联式 及混  储存的电量和 电量的消耗情况反馈的信息 , 用多能源动力总  联式混合 动力 电动 汽车, 针对这三种驱动系统的结构和工作  成控制模块控制发动机 的启动或关 闭。发动 机一发 电机组  模式进行 了比较 。最后 介绍 了混 合动力 电动汽车 系统 构成  所 提供 的 电能 , 够 有 效 的延 长 HE 的行 驶 里 程 。 能 V   及系统各部分之 间的信 息传递情 况。  
( 接 第 16页 ) 上 3   上升 。油管是随机进 口的纯 正品 , 经检测 没有质量 问题 , 通  过现场观察 , 现是 斗 门开 , 发 闭时 强烈 撞击 限位 块 、 门框 所  致。要有效地避免产生 冲击 负荷 , 必须严格 执行操 作规 程 ,   液压 阀开 闭不能过猛 , 快 ; 过 避免使工作 装置构 件运动 到极  限位置产生强烈冲击 , 有一个值 得注意 的问题 , 还 操作 手要  保持稳定 。   () 2 要注意气蚀 和溢流噪声  在工程机械作业中要时刻注意液压泵和溢流阀的声 音 ,   如果液压泵 出现 “ 气蚀 ” 噪声 , 查 明原因排 除故 障后再 使  应 用, 如果执行元件在没有 负荷时运 用缓慢 , 并伴有 溢流 阀溢  流声 响 , 即即停机检修 。 应立   () 3 保持适宜的液压油温度  液压系统的工 作温度一般 控制在 3 O一8 O℃ 之间为 宜 ,   液压系统 的油温 过高会 导致 液压 油粘 度 降低 , 容易 经起 泄  露, 效率下 降, 润滑 油膜 强度 降低 , 速机 械的磨损 ; 成碳  加 生 化物和淤碴 ; 油液气化加 速 , 油质恶化 , 油封 , 高压 胶管 过早  老化等 , 为了避免温度过 高 , 要长期 过载 ; 不 注意散 热器 , 散  热片不要被油污染 , 以防尘 土附着影 响散热 效果 ; 保持 足够  的油量 以利于液压油 的循环散热 。   () 4 液压油箱气压和油量 的控制  压力式液压油箱在工作 中要 随时注意液压油箱气压 , 其  压力必须保持在 随机 《 使用 说明 书》 定 的范 围内 , 规 压力过  低时油泵吸油不足易损 坏 , 力过高 时会使 液压系统漏 油 , 压   容易造成低压油管爆管 , 对维 修和换 油后 的工作机械 , 排尽 
?

系统中的空气后要按 随机《 用说 明书》 使 规定 的检 查油位状  态, 将工程机械停在 平整的地方 , 发动机熄灭 1  i 重新  5mn后 检查油位 , 必要 时予 以补充。  
9 更 换 液 压 零 件 时 应 注 意 的 问题   更换液压零件必须首先拆除原有零件 , 在拆卸液压元件  的过程 中, 如不严格按 操作规 程工作 , 将会把 原来完好零 件 

弄伤 , 因此 , 在拆卸之前要认真阅读机械的各种使用说 明书。   拆卸 时要用木锤或铜锤慢慢敲打 , 不可用力过猛 , 逐渐拆开 ,   切铁碰伤 或拉伤液压零 件 , 响零 件精度 和光 洁度 , 成液  影 造 压件 漏 油 。   1 维 护 及 使 用 管 理  0 () 1 加强 对工 程 机 械 的点 检和 日常维 护 , 定期 维护 管  理, 掌握设 备运行状 态 , 时 发 现异常现 象 , 及 日常检查 如发 

现液压油油面下降 , 检查 液压系 统所有油管 , 应 软管 和密封 
表 面泄 露 。   () 2 对液压系统进行状态检 测 , 时掌握机械 的运行 状  及

况, 寻找故障所在 和产生原因。   () 3 根据工程机械 的作业 工况合理选 择液压油 , 应重  还 视对液压油质 的检测 , 对劣化 和污染程度达到或超过有关规  定 的液压油应及时更换 。  
1 结 束 语  1

工程机械液压系统 的维修与其他部位的修理方式不 同,   是理论性较强 , 且精密度 要求 较高 的修 理工作 , 求维修人  要 员必须具有一定的液压 知识 , 同时还要精 心修理 , 才能收到  较好的修理效果 。  

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