基于CAN總線的電動(dòng)客車空調(diào)控制方案

楊橋生

（廈門金龍聯(lián)合汽車工業(yè)有限公司，福建 廈門 361023）

1 概述

純電動(dòng)和增程式電動(dòng)客車的空調(diào)均采用電驅(qū)動(dòng)方式。在電動(dòng)汽車技術(shù)“十二五”規(guī)劃中，科技創(chuàng)新的重點(diǎn)任務(wù)有重點(diǎn)開發(fā)先進(jìn)的純電驅(qū)動(dòng)汽車分布式、高容錯(cuò)和強(qiáng)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，高效、智能和低噪聲的電動(dòng)化總成控制系統(tǒng)（電動(dòng)空調(diào)、電動(dòng)轉(zhuǎn)向、制動(dòng)能量回饋控制系統(tǒng)），電動(dòng)空調(diào)的控制作為電動(dòng)汽車發(fā)展的重要課題得到了國(guó)家的高度重視[1-2]。

目前，國(guó)內(nèi)主流的電動(dòng)客車空調(diào)電氣控制模式是485總線模式和PLC模式。

1）485總線模式?？照{(diào)操縱器與空調(diào)頂機(jī)控制盒通過(guò)485總線進(jìn)行通訊。根據(jù)溫度傳感器信號(hào)，壓力開關(guān)信號(hào)等對(duì)空調(diào)的運(yùn)行進(jìn)行控制，風(fēng)機(jī)一般采用24V有刷直流風(fēng)機(jī)，降低電磁干擾。與整車控制器沒有通訊。

2）PLC模式?？照{(diào)操縱器可與常規(guī)空調(diào)操縱器通用。通過(guò)增加一個(gè)PLC，將各種控制邏輯通過(guò)PLC編程，實(shí)現(xiàn)對(duì)空調(diào)運(yùn)行狀態(tài)的控制，風(fēng)機(jī)一般采用三相交流風(fēng)機(jī)，能效比較高。與整車控制器沒有通訊[3]。

電動(dòng)客車在SOC為0.3左右時(shí)，會(huì)降低電機(jī)功率，以維持安全運(yùn)行，同時(shí)也希望空調(diào)降低功率，以確保整車能正常運(yùn)行。另外，空調(diào)系統(tǒng)是電動(dòng)汽車功耗最大的輔助子系統(tǒng)，其功耗占所有輔助子系統(tǒng)功耗的60%～75%，純電動(dòng)大客車所有用電器只有靠車載電池來(lái)提供，在蓄電池能量密度一定的條件下，這種電動(dòng)車上的能源配給是相當(dāng)有限的。因此，純電動(dòng)大客車空調(diào)的設(shè)計(jì)除應(yīng)有足夠的冷量和高可靠性外,更應(yīng)具有高效節(jié)能、輕質(zhì)低噪、安全環(huán)保的優(yōu)勢(shì)，并需采用微電腦智能控[4-5]。再者，空調(diào)制冷時(shí)的最低溫度設(shè)定與制暖時(shí)的最高溫度設(shè)定對(duì)電能的消耗相當(dāng)重要，許多空調(diào)的最低溫度設(shè)計(jì)值都在18℃左右，從舒適性與節(jié)能的角度，根本無(wú)需設(shè)定如此低的溫度[6-7]。

2 基于CAN總線的電動(dòng)客車空調(diào)控制方案

電動(dòng)客車大多都是CAN總線控制方式，而概述中的兩種空調(diào)控制方式都不能與電動(dòng)客車整車控制器進(jìn)行信息交換，空調(diào)處于獨(dú)立運(yùn)行狀態(tài)。為使空調(diào)的運(yùn)行狀態(tài)能更好地配合電動(dòng)客車運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)高效智能的空調(diào)控制，一在滿足制冷/制暖需求的前提下，根據(jù)使用地域特點(diǎn)，通過(guò)整車控制器設(shè)定合適的制冷最低溫度/制暖最高溫度；二在SOC較低時(shí)，控制空調(diào)的運(yùn)行功率，以滿足電動(dòng)客車的安全運(yùn)行。為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，特設(shè)計(jì)一種基于CAN總線的電動(dòng)客車空調(diào)控制方案。本文按SAEJ1939標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)空調(diào)操縱器與整車控制器的CAN通訊報(bào)文[8-9]。

2.1 整車網(wǎng)絡(luò)中ECU拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

ECU拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見圖1。

2.2 空調(diào)系統(tǒng)CAN控制簡(jiǎn)圖

電動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)CAN控制簡(jiǎn)圖見圖2。

壓縮機(jī)選用臥式渦旋全封閉式壓縮機(jī)，蒸發(fā)風(fēng)機(jī)、冷凝風(fēng)機(jī)采用三相交流風(fēng)機(jī)，通過(guò)變頻器控制壓縮機(jī)和風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。

2.3 CAN總線報(bào)文結(jié)構(gòu)

表1為29標(biāo)識(shí)符的分配表：其中，優(yōu)先級(jí)為3位，可以有8個(gè)優(yōu)先級(jí)；R一般固定為0；DP現(xiàn)固定為0；8位的PF為報(bào)文的代碼；8位的PS為目標(biāo)地址或組擴(kuò)展；8位的SA為發(fā)送此報(bào)文的源地址[10]。

表1 CAN總線網(wǎng)絡(luò)報(bào)文結(jié)構(gòu)圖

2.4 網(wǎng)絡(luò)地址分配與報(bào)文

SAEJ1939沒定義整車控制器和空調(diào)控制器的CAN總線結(jié)點(diǎn)地址，新定義地址使用208-231這段屬于公路用車的預(yù)留地址。本文定義整車控制器地址為208（見表2），定義空調(diào)控制器地址為230（見表3），定義優(yōu)先級(jí)為6，定義PDU格式為PDU1。

電動(dòng)空調(diào)控制系統(tǒng)通過(guò)接收空調(diào)系統(tǒng)的壓力、溫度傳感器的信號(hào)、環(huán)境溫度信號(hào)以及整車SOC信號(hào)，通過(guò)控制系統(tǒng)計(jì)算處理之后，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)空調(diào)功率的控制。同時(shí)根據(jù)不同地域電動(dòng)客車運(yùn)行的特點(diǎn)，調(diào)整空調(diào)的最低制冷溫度/最高制暖溫度設(shè)定值，實(shí)現(xiàn)高效、智能的節(jié)能運(yùn)行[11-12]。

3 結(jié)束語(yǔ)

CAN總線控制具有高效、智能、可靠等優(yōu)點(diǎn)。隨著電動(dòng)客車行業(yè)的發(fā)展，CAN總線控制的智能化電動(dòng)空調(diào)將會(huì)得到普及應(yīng)用。

表2 整車控制器發(fā)送報(bào)文

表3 空調(diào)操縱器發(fā)送報(bào)文

[1]林程，王硯生，孟祥峰.奧運(yùn)純電動(dòng)大客車技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2008.8.

[2]佚名.電動(dòng)汽車科技發(fā)展“十二五”專項(xiàng)規(guī)劃（摘要）[EB/OL].中國(guó)科技網(wǎng)，[2012-03-03].http://www.stdaily.com/kjrb/content/2012-03/03/content_436481.htm

[3]李先換.電動(dòng)客車電動(dòng)熱泵變頻空調(diào)的研發(fā)與應(yīng)用[J].客車技術(shù)與研究，2009，31（6）：23-25.

[4]祝嘉光，陳清泉，孫逢春.現(xiàn)代電動(dòng)汽車技術(shù)[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2004.7.

[5]楊亞利.純電動(dòng)客車空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]，福建建設(shè)科技，2009，（4）

[6]曹中義.電動(dòng)汽車電動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)分析研究[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2008.

[7]潘振利，黃漢濤.電動(dòng)客車空調(diào)的研制[J].制冷，2010，6（2）

[8]李連潤(rùn)，唐名奇，李濤.客車空調(diào)CAN總線介紹[J].客車技術(shù)與研究，2005，27（4）：25-27.

[9]劉永木，劉望生，李洪澤.SAE J1939標(biāo)準(zhǔn)下的汽車CAN通訊報(bào)文 /幀格式[J].長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，3（1）

[10]（德）W.齊墨爾曼，R.施密特加爾.汽車總線系統(tǒng)[M].鄧萍,譯.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.5.

[11]張勇，陸勇.CAN總線在車身低速電器中的應(yīng)用[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010，（6）：5-8.

[12]馮桑，康迂福，康林權(quán).基于CAN總線的車載智能終端硬件設(shè)計(jì)[J].公路與汽運(yùn)，2010，（6）