張亞琛 江智林 陳曼君

關鍵詞：純電動方程式賽車;輪轂電機驅動;電氣系統(tǒng);線控

0 引言

純電動方程式賽車的結構與燃油車主要區(qū)別，就在于從發(fā)動機驅動變?yōu)殡妱訖C驅動，由電池組來提供能量。車輛的驅動系統(tǒng)和轉向系統(tǒng)是賽車中的關鍵部分，對車輛行駛的動力性、穩(wěn)定性和機動性至關重要。本項目開發(fā)的電動方程式賽車

是以車載電源為動力，用兩后輪獨立電機驅動車輪行駛，兩前輪轉向為主，兩后輪轉向為輔的方式。本論文主要介紹深職魅影車隊參賽作品輪轂電機驅動電動汽車的電氣系統(tǒng)。該電氣系統(tǒng)能實現(xiàn)以下功能和技術指標。

（1）輪轂電機獨立驅動轉向控制。實現(xiàn)車速PID精確控制、電子差速、轉向精確控制和輪轂電機保護等功能。

（2）顯示報警功能。實現(xiàn)LCD實時顯示系統(tǒng)，能將車況實時的提供給司機，并利用蜂鳴器的報警方式進行報警提示。

（3）照明與信號功能?？蓪崿F(xiàn)在車及手機遙控照明與報警信號。

（4）倒車雷達功能。實現(xiàn)倒車時對障礙物距離的探測并分等級報警。

（5）電池管理功能。對電池組的電壓、輸出電流和溫度信號進行實時采集，主控單元會根據軟件設置的情況進行電池組管理和保護等措施。

1 輪轂電機驅動電動汽車的電氣系統(tǒng)介紹

1.1 輪轂電機驅動電動汽車的電氣系統(tǒng)組成

車身電氣系統(tǒng)主要由儀表、照明、雷達、四輪轉向驅動和電池管理模塊組成[1]?？刂茊卧捎眉锌刂品绞?，4個輪轂電機和4個轉向電機的采集信號和控制信號都和主控芯片直接電氣連接，實現(xiàn)四輪全方位轉向和四輪驅動控制，能進行電子差速和電子轉向角度差等。

同時，輪轂電機和轉向電機還與控制臺的控制信號和顯示信號進行直接電氣連接，實現(xiàn)方向機的準確采樣和模式開關輸入，并將車況信息實時的顯示出來。另外，對電池組電壓、輸出電流和溫度信號線連接，實現(xiàn)對電池組的實時監(jiān)控和保護。

總結起來，車身電氣系統(tǒng)的硬件設計包括以下7個方面：儀表系統(tǒng)模塊;照明與信號模塊;無線通信模塊;雷達通信模塊;四個輪轂電機驅動轉向控制模塊;電池管理模塊（圖1）。

1.2 儀表系統(tǒng)介紹

整車控制器是整車的核心控制部件，負責采集加速踏板、制動踏板和轉速等信息。整車控制器通過CAN總線通訊網絡實時協(xié)調各個ECU之間的控制策略，使整車滿足各種車況的要求。整車控制還需要負責儀表顯示的功能。

1.3 照明與信號系統(tǒng)介紹

輪轂電機驅動電動汽車的照明與信號系統(tǒng)是由4個前后組合燈、4個組合燈控制ECU、喇叭、組合開關、制動、WiFi通信模塊和主控ECU組成。

照明與信號系統(tǒng)的4個組合燈控制ECU與主控ECU通過CAN總線進行通信。主控ECU還配置了WiFi通信模塊，可用手機連接局域網向主控ECU發(fā)送命令，從而對照明與信號系統(tǒng)實現(xiàn)遠程控制。WiFi通信模塊采用的是ESP8266，可作為熱點，實現(xiàn)局域網無線控制。照明與信號系統(tǒng)主控ECU與組合燈控制ECU與如圖2所示。

1.4 總線通訊網絡

輪轂電機驅動電動汽車的整車控制系統(tǒng)，共有7個電子控制單元，分別是整車控制器、左后輪驅動控制器、右后輪驅動控制器、儀表控制器、雷達通信控制器、照明與信號控制器和電池管理控制器。它們之間通過CAN總線網絡架構實現(xiàn)數據通訊，實現(xiàn)線控[2]。

1.5 雷達通信系統(tǒng)介紹

雷達通信系統(tǒng)由雷達ECU、超聲測距模塊、GPS定位模塊和CAN通信接口組成。在車后布置了2個超聲波傳感器，在倒車時，車后的傳感器探測到障礙物，雷達ECU采用的GM3101芯片接收到探測信息并進行處理（圖3），將處理結果通過CAN總線發(fā)送給儀表ECU，進而可以進行報警。GPS定位模塊將車輛位置信息發(fā)送給儀表ECU并在顯示屏上實時顯示位置。

1.6 電池管理系統(tǒng)介紹

動力電池系統(tǒng)由鈷酸鋰電池組，電池管理系統(tǒng)等組成。電池芯片為3.7V22Ah的鈷酸鋰電池，組成方式為40S2P，規(guī)格為148.0V/44Ah，6.512kWh。動力電池為4個驅動電機供高壓電。電池管理系統(tǒng)工作電壓為12.0V。

其中電池管理系統(tǒng)BMS安裝于電池箱體內。BMS的功能有電壓檢測，電流檢測，溫度檢測，絕緣檢測，電池狀態(tài)估算，CAN通信，充電均衡和遠程監(jiān)控，其中CAN通信功能是通過外部高速的CAN向整車實施提供動力電池各工作狀態(tài)及管理系統(tǒng)的狀態(tài)，通過內部告訴CAN接收幾個子模塊數據并發(fā)出控制命令。

2 結束語

本項目為輪轂電機驅動電動汽車設計了整車電氣系統(tǒng)，實現(xiàn)了整車通信、儀表、照明與信號、動力驅動和電池管理等功能，并實現(xiàn)了手機對汽車電控單元的遠程控制。無線通信技術是智能網聯(lián)汽車實現(xiàn)的基礎，為下一步實現(xiàn)整車聯(lián)網控制奠定基礎。