一種純電動(dòng)教練車的實(shí)現(xiàn)方法

婁飛鵬，康照強(qiáng)，張凱方（河南藍(lán)海新能電動(dòng)汽車有限公司，河南 新鄉(xiāng)　453000）

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一種純電動(dòng)教練車的實(shí)現(xiàn)方法

婁飛鵬，康照強(qiáng)，張凱方
（河南藍(lán)海新能電動(dòng)汽車有限公司，河南 新鄉(xiāng)453000）

摘要：為了減少環(huán)境污染及降低駕校使用成本，特提出純電動(dòng)教練車的實(shí)現(xiàn)方法。通過電機(jī)控制器及整車控制器實(shí)現(xiàn)車輛的熄火及怠速功能，使純電動(dòng)教練車與傳統(tǒng)燃油車在操作習(xí)慣方面保持一致；通過電池中的電池管理系統(tǒng)及同整車控制器的通信，使整個(gè)車輛安全性進(jìn)一步提高。

關(guān)鍵詞：純電動(dòng)教練車；熄火；電機(jī)控制器；整車控制器

隨著中國工業(yè)的發(fā)展及人們生活節(jié)奏的加快，汽車作為人們的代步工具越來越多，從而學(xué)習(xí)駕車也成為了一種趨勢。然而由于駕校培訓(xùn)場地及初學(xué)者的駕駛水平問題，使教練車經(jīng)常保持在低速或者怠速狀態(tài)下，且教練車需要頻繁的起動(dòng)和制動(dòng)，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)長期工作在惡劣的環(huán)境下，而發(fā)動(dòng)機(jī)的這種工作環(huán)境油耗高且汽車尾氣排放更加嚴(yán)重。為了有效解決教練車成本高及環(huán)境污染嚴(yán)重等問題，電動(dòng)車零污染、培養(yǎng)學(xué)員費(fèi)用低、維修費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，使電動(dòng)車能在駕校中得到應(yīng)用，且成為一種趨勢。

目前，純電動(dòng)教練車也得到一些應(yīng)用，對改善環(huán)境污染及成本高方面起到一定作用［1］。雖然電動(dòng)教練車保留離合器、油門、制動(dòng)踏板、5檔變速器等傳統(tǒng)車的特點(diǎn)，但是其在操縱性、功能方面和傳統(tǒng)燃油車還是有很大差異。為了很好解決純電動(dòng)教練車在操控性方面與傳統(tǒng)燃油車的區(qū)別，特提出純電動(dòng)教練車控制策略及實(shí)現(xiàn)的一種方法，通過整車控制器及電機(jī)控制器實(shí)現(xiàn)車輛怠速及熄火功能，使電動(dòng)教練車在操控方面與傳統(tǒng)燃油車一樣 （表1），讓學(xué)員能更好有效地進(jìn)行學(xué)習(xí)培訓(xùn)。

表1　　純電動(dòng)教練車與傳統(tǒng)燃油車等的對比

1　純電動(dòng)教練車工作原理

純電動(dòng)教練車采用高壓電池作為整車的動(dòng)力源，通過整車控制器采集駕駛員意圖分析運(yùn)算，將駕駛員意圖轉(zhuǎn)換為扭矩命令發(fā)給電機(jī)控制器，電機(jī)控制器接收整車控制器命令后將高壓電池的直流電逆變?yōu)榻涣麟?，帶?dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，電機(jī)通過機(jī)械方式同變速器連接，從而帶動(dòng)整個(gè)車輛運(yùn)行。

純電動(dòng)教練車系統(tǒng)原理框圖見圖1。純電動(dòng)教練車的實(shí)現(xiàn)主要有以下部件：電池、充電機(jī)、電機(jī)控制器、整車控制器、電機(jī)、5檔變速器、電子油門踏板、制動(dòng)踏板、鑰匙開關(guān)、組合儀表、低壓12V等；其中電池中包含電池管理系統(tǒng)，用來監(jiān)控電池的狀態(tài)及判斷電池是否有故障，電機(jī)中集成旋轉(zhuǎn)變壓器，用來監(jiān)控電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向。

圖1　　純電動(dòng)教練車系統(tǒng)原理框圖

圖2為純電動(dòng)教練車邏輯流程圖。起動(dòng)時(shí)，駕駛者將鑰匙開關(guān)至ON檔時(shí)，整車低壓12V接通，整車控制器通過CAN線與電機(jī)控制器、電池管理系統(tǒng)進(jìn)行通信，檢測電池及電機(jī)控制器是否有故障存在；當(dāng)鑰匙開關(guān)至START時(shí) （即車輛點(diǎn)火），整車控制器通過CAN線使電池中主接觸器閉合，電機(jī)控制器正負(fù)母線有高壓，整車控制器實(shí)時(shí)采集電子油門踏板、制動(dòng)踏板信號，將采集到的信號通過解析、運(yùn)算處理，通過CAN線給電機(jī)控制器發(fā)送扭矩命令，電機(jī)控制器收到扭矩命令驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)變速器的運(yùn)動(dòng)。若起動(dòng)時(shí)駕駛者沒有操作電子油門踏板，且電機(jī)控制器直流母線有高壓，電機(jī)控制器通過軟件功能使電機(jī)處于怠速狀態(tài)，完成整車的起動(dòng)［2］。若電機(jī)控制器或電池出現(xiàn)故障，整車控制器通過CAN線上傳至組合儀表。

圖2　　純電動(dòng)教練車邏輯流程圖

2　純電動(dòng)教練車熄火故障實(shí)現(xiàn)

當(dāng)學(xué)員空檔起動(dòng)車輛，電動(dòng)教練車可以實(shí)現(xiàn)怠速功能；當(dāng)學(xué)員油門及離合器操作不當(dāng)，或者車輛手制動(dòng)忘記放下等情況出現(xiàn)，電動(dòng)教練車可以實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)燃油車一樣的熄火功能。

電動(dòng)教練車怠速及熄火功能實(shí)現(xiàn)方法：定義N1為電動(dòng)車怠速時(shí)控制器輸出的最大扭矩值，定義N2為電機(jī)控制器輸出的實(shí)時(shí)扭矩值；n1為怠速時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，n2為怠速熄火時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。當(dāng)電機(jī)控制器正負(fù)母線電壓有高壓輸入，電機(jī)控制器將電池直流電壓轉(zhuǎn)換為交流電壓輸入到電機(jī)三相線端，從而使電機(jī)處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，即電動(dòng)車怠速狀態(tài)，此時(shí)電機(jī)控制器調(diào)節(jié)為轉(zhuǎn)速控制，通過調(diào)節(jié)輸出扭矩N2使電機(jī)轉(zhuǎn)速保持在n1；若在起動(dòng)過程中，由于車輛負(fù)載過大或手制動(dòng)忘記放下，當(dāng)電機(jī)控制器實(shí)時(shí)輸出的扭矩N2大于N1時(shí)仍無法使電機(jī)轉(zhuǎn)速保持在n1，且電機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速小于n2時(shí)，電動(dòng)車此時(shí)則熄火，控制器報(bào)出熄火故障上傳組合儀表并顯示出來。

為了更好說明該純電動(dòng)教練車熄火及怠速的功能，以下給出該純電動(dòng)教練車在熄火及怠速下電機(jī)扭矩、轉(zhuǎn)速曲線。

見圖3，正常起動(dòng)時(shí)，控制器實(shí)際輸出扭矩N2在15 Nm與-15 Nm之間調(diào)節(jié)，使電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速在500 r／min 與80 r／min運(yùn)轉(zhuǎn)，最終維持在270 r／min（n1），當(dāng)達(dá)到設(shè)定轉(zhuǎn)速時(shí)電機(jī)處于穩(wěn)定怠速狀態(tài)，此時(shí)即表示純電動(dòng)教練車起動(dòng)成功，無故障報(bào)出。

圖3　　純電動(dòng)教練車怠速時(shí)電機(jī)控制器扭矩與轉(zhuǎn)速關(guān)系

見圖4，當(dāng)學(xué)員不正常起動(dòng)時(shí)，如起動(dòng)后掛1檔但是忘記松手制動(dòng)，控制器實(shí)際輸出N2會(huì)一直增加，直到增加到設(shè)定最大扭矩N1還無法使電機(jī)轉(zhuǎn)速保持在270r／min（n1），且當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速降低至設(shè)定值n2時(shí)純電動(dòng)教練車熄火，則控制器報(bào)出熄火故障并上傳給儀表，提示駕駛者出現(xiàn)故障。

圖4　　純電動(dòng)教練車熄火時(shí)電機(jī)控制器扭矩與轉(zhuǎn)速關(guān)系

3　純電動(dòng)教練車其他功能

1）制動(dòng)優(yōu)先功能：若整車控制器同時(shí)接收到制動(dòng)信號及電子油門踏板信號，整車控制器將不給電機(jī)控制器發(fā)送扭矩命令，視電子油門踏板無效，防止學(xué)員誤操作帶來危險(xiǎn)。

2）模擬發(fā)動(dòng)機(jī)降轉(zhuǎn)速：電機(jī)控制器可使電機(jī)工作在驅(qū)動(dòng)模式或制動(dòng)模式，通過軟件使電機(jī)轉(zhuǎn)速下降的曲線同發(fā)動(dòng)機(jī)一致，從而使切換檔位時(shí)無頓挫感。

3）整車安全性：整車控制器通過CAN線實(shí)時(shí)同電機(jī)控制器、電池管理系統(tǒng)進(jìn)行通信，實(shí)時(shí)監(jiān)控、診斷各個(gè)零部件信息，對零部件出現(xiàn)不同級別故障進(jìn)行分類處理，提高整車的安全性。當(dāng)整車控制器診斷出零部件存在輕微故障 （如電機(jī)溫度偏高）時(shí)，整車控制器將發(fā)送給電機(jī)控制器的扭矩值進(jìn)行限制，車輛可以低速行駛；當(dāng)整車控制器診斷出零部件存在嚴(yán)重故障 （如存在漏電）時(shí)，整車控制器將通過CAN線使電池中主接觸器斷開，保證整車的安全性。

4）充電：充電機(jī)與電池管理系統(tǒng)通過CAN線進(jìn)行通信，完成電池的充電，電動(dòng)教練車帶有車載充電機(jī)，可以利用學(xué)員中午休息時(shí)間或晚上對車輛進(jìn)行充電，且采用家用電源方便安全。若電池充滿電，可以達(dá)到續(xù)駛里程200km，滿足學(xué)員全天的使用。

4　總結(jié)

本文通過整車控制器、電機(jī)控制器等實(shí)現(xiàn)了純電動(dòng)教練車的熄火功能及怠速功能，使純電動(dòng)教練車同傳統(tǒng)的教練車在功能及操作習(xí)慣方面保持一致，為駕校降低成本及減少環(huán)境污染作出一定貢獻(xiàn)。本論文提出的純電動(dòng)教練車已經(jīng)在駕校開始使用，目前教練及學(xué)員反饋使用效果很好。

參考文獻(xiàn)：

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［5]李斌花，王地川，等.純電動(dòng)車電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢［J］.客車技術(shù)與研究，2005（1）：5-6.

（編輯文珍）

中圖分類號：U463.61

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1003－8639（2016）01－0010－03

收稿日期：2015-08-05；修回日期：2015-12-02

作者簡介：婁飛鵬，主要從事整車控制器的開發(fā)，電機(jī)及電機(jī)控制器的應(yīng)用開發(fā)。

An Implement Method of A Pure Electric Vehicle For Coaching

LOU Fei-peng，KANG Zhao-qiang，ZHANG Kai-fang
（Henan Landhigh Xinneng EV Co.，Ltd.，Xinxiang 453000，China）

Abstract：To reduce environmental pollution and driving cost，the implement method of pure electric vehicle for coaching is proposed.The vehicle flameout and idle speed functions can be realized by motor controller and vehicle controller，which makes the pure electric vehicle for coaching keep pace with the conventional vehicle in operation habit.The entire vehicle safety is further improved by communication between the battery management system and the vehicle controller.

Key words：pure vehicle for coaching；flameout；motor controller；vehicle controller