CN203974716U - 学生方程式纯电动赛车的整车控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型供一种学生方程式纯电动赛车的整车控制系统包括：整车电控CPU，整车DC-DC转换模块，油门踏板信号处理电路，制动踏板信号处理电路，液晶显示控制系统，整车CAN通信网络，整车故障处理系统，激活指示灯驱动电路，启动鸣笛驱动电路，程序转换处理电路，热管理系统；还包括高压电安全系统，所述的高压电安全系统包括：动力电池高压输出-输入回路及控制，驱动电机高压输出-输入回路及控制，高压安全控制系统，简单可靠的预充电与放电系统。本实用新型实现了纯电动方程式赛车的整车的动力控制、能量控制、高压电安全控制、警示信息控制及动力驱动系统的热管理，使所述学生方程式纯电动赛车其能稳定安全高效地运行。

Description

学生方程式纯电动赛车的整车控制系统

技术领域

本实用新型属于纯电动赛车整车控制领域，具体涉及一种学生方程式电动赛车的整车系统。

背景技术

随着大学生方程式赛车比赛的兴起，纯电动方程式赛车以其卓越的动力性、经济性和环保性能而登场。由于学生方程式电动赛车的特殊性，所以对其动力性，经济性，安全性都有不同的要求。传统燃油方程式赛车的控制方式和策略已经不能满足电动赛车要求。目前国内的纯电动方程式赛车多以模拟控制为主。一般组成有电机、电机控制器、动力电池、电子油门踏板、制动踏板开关等。控制方案为：电机控制器采集油门踏板和制动踏板信号来控制电机转动，为整车提供驱动力。但是模拟控制有着以下的明显缺点：反应速度较慢、信号抗干扰能力弱、整车走线复杂、控制不够精确等。为了解决模拟控制的以上缺点，提高整车性能，学生方程式纯电动赛车整车控制器就此诞生。该控制器是基于控制局域网总线（CAN总线）的控制方式，通过在局域网上各个节点接受传输各类信息，彼此协调匹配，让各自的功能发挥到最佳，让动力电池以及电机效率最优。通过驱动电机控制器节点，电池管理系统等动力驱动节点的控制让赛车运行的更加安全可靠。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种学生方程式纯电动赛车的整车控制器，该控制器通过解释驾驶员的操纵意图，并综合电动赛车整车的运行参数，对电机控制系统、动力电池管理系统、整车电气系统，制动系统等进行综合协调和控制，同时使用了高速CAN总线技术，使控制器的具有高的稳定性，并有效地减低了整车线束重量和成本。本实用新型解决了现有学生方程式赛车无整车控制器，不能进行全数字高效控制的问题。

为实现上述目的，本实用新型实施例提供如下技术方案：一种学生方程式纯电动赛车的整车控制系统，包括：整车CAN通信网络，整车故障处理系统；所述的低压电池模块通过开关连接整车DC-DC转换模块；该整车DC-DC转换模块连接激活指示灯驱动电路、启动鸣笛驱动电路、油门与制动踏板电路和整车电控CPU；激活指示灯驱动电路连接激活指示灯；启动鸣笛驱动电路连接喇叭或蜂鸣器；同时该油门与制动踏板电路通过油门信号处理电路和制动信号处理电路连接于整车电控CPU；所述的整车CAN通信网络是通过整车电控CPU与动力电池管理系统、电机控制系统进行信息交换处理的网络；同时该整车CAN通信网络与整车故障处理系统连接，所述整车故障处理系统包括热管理系统、液晶显示控制系统和高压安全控制系统。

进一步的，所述的低压电池模块包括选用12v或者24v铅酸电池或锂电池，通过赛车主开关接入所述的整车DC-DC转换模块，该模块具有多个12v，24v，5v接口来给整车低压系统供电。

进一步的，所述的整车DC-DC转换模块包括用多个DC-DC升压和降压模块将12v或24v直流电变为24v，12v，5v的直流电压，并且这些模块能够提供足够的电流来给整车低压系统供电。

进一步的，所述的制动信号处理电路使用AD转换器将制动踏板传感器的模拟信号进行调理并转换为数字信号传送给所述的整车电控CPU。

进一步的，所述的激活指示灯驱动电路包括用数字芯片或者模拟电路构成多谐振荡电路并通过控制继电器的通断来控制所述的激活指示灯。

进一步的，所述的激活指示灯选用高亮发光二极管或者高亮发光二级管陈列。

进一步的，所述的启动鸣笛控制电路包括用数字芯片或者模拟电路构成单稳态触发器并通过控制继电器的通断来控制所述的喇叭或蜂鸣器。

本实用新型具有以下有益效果：本实用新型实现了对纯电动方程式赛车的整车的动力控制、能量控制、高压电安全控制、警示信息控制及动力驱动系统的热管理，使所述学生方程式纯电动赛车其能稳定安全高效地运行。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例的结构框图；

图2为本实用新型实施例的整车CAN通信模块示意图；

图3为本实用新型实施例的信号采集模块示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参见图1，一种纯电动汽车的整车控制器，包括：

整车CAN通信网络（图未示出），整车故障处理系统（图未示出）；所述的低压电池模块6通过开关连接整车DC-DC转换模块7；该整车DC-DC转换模块7连接激活指示灯驱动电路3、启动鸣笛驱动电路4、油门与制动踏板电路8和整车电控CPU1；激活指示灯驱动电路3连接激活指示灯2；启动鸣笛驱动电路4连接喇叭或蜂鸣器5；同时油门与制动踏板电路8通过油门信号处理电路10和制动信号处理电路12连接于整车电控CPU1；所述的整车CAN通信网络是通过整车电控CPU1与动力电池管理系统9、电机控制系统11进行信息交换处理的网络；同时该整车CAN通信网络与整车故障处理系统连接，所述整车故障处理系统包括热管理系统13、液晶显示控制系统14和高压安全控制系统15。

作为本实用新型具体的实施方式，所述的低压电池模块6包括选用12v或者24v铅酸电池或锂电池，通过赛车主开关后接入所述的整车DC-DC转换模块7，该模块具有多个12v，24v，5v接口来给整车低压系统供电。所述的整车DC-DC集成转换模块7包括用多个DC-DC升压和降压模块将12v或24v直流电变为24v，12v，5v的直流电压，并且这些模块能够提供足够大的功率来给整车低压系统供电。

所述的油门与制动踏板8采用的双输出的电子油门踏板，具有两路独立的电源和两路独立的信号输出；所述的油门信号处理电路10包括两路独立的滤除高频杂波的RC低通滤波器；所述的油门信号处理电路10包括用AD转换器将模拟电信号转换为数字信号；所述的数字信号主要是驾驶员操纵意愿的输出值，若输出的两路信号如果差值超过10%，整车电控CPU1将切断动力系统或降低动力系统的输出，并且向电机控制器发出零目标转矩或低的目标转矩，这时电机输出功率为零或更小。

所述的制动信号处理电路12包括用AD转换器将制动踏板传感器的模拟信号转换为数字信号传送给所述的整车电控CPU1；CPU1接受到该信号，自动识别驾驶员意图为减速或者停车，将根据所述信号的大小停止对电机控制器的信号输入，使电机输出功率为零，或者减小对电机控制器的信号输入，这时整车将在机械制动装置的作用下按照驾驶员的意图减速或者停车。

所述的液晶显示控制系统14是整个赛车当前状态的显示平台，采用的是集成液晶显示器模块，显示内容包括：电池总电压，电池输出电流，电池SOC值，电机温度，电机控制器温度，当前车速以及故障显示。该液晶主要接受的是整车电控CPU1的信号，通过232串口或者CAN口进行通信。同时液晶显示模块是一个集成可编程控制系统，可以对液晶的显示页面和显示内容进行编程控制。

所述的整车CAN通信是赛车的信息交换枢纽，包括所述的整车电控CPU1与所述的动力电池管理系统9和所述的电机控制系统进行信息交换处理的网络。采用的载体为双绞线，同时具备与PC机进行人机交流的功能。能够通过CAN卡读取到整个网络的各个信号，能对整车电控系统各部分进行实时监控。

所述的整车故障信息报警与处理模块主要是实时监控整个赛车高压系统与动力系统的状态，监控包括动力电池的继电器、整车绝缘监控装置、电机系统的各个状态值等。

所述的激活指示灯2包括选用高亮发光二极管，所述的激活指示灯2包括只有当赛车驱动系统工作时才会闪烁，激活指示灯驱动电路3包括用数字芯片或者模拟电路构成多谐振荡电路并通过控制继电器的通断来控制所述的激活指示灯2。

所述的喇叭或蜂鸣器5包括使用12v或24v驱动的车用喇叭，该喇叭或蜂鸣器5包括使用5v，12v或者24v的有源蜂鸣器，启动鸣笛控制电路4包括用数字芯片或者模拟电路构成单稳态触发器并通过控制继电器的通断来控制所述的喇叭或蜂鸣器5。

所述的动力切换处理电路包括车手通过动力切换按钮改变赛车的驱动模式，使赛车在不同的工况下都有最优的驱动力和经济性，动力切换按钮的主要作用是对整车驱动力进行了模式转换；第一种模式是常速模式，常速模式下的运动状态，起步相对缓慢，电机输出的最大扭矩较小，最高车速较小。第二种模式是运动模式，运动模式下的运动状态具有启动力矩大，最大输出扭矩大，转速上升快，所述控制器在运动模式下控制方式可有效发挥动力电池和驱动电机的最高性能并且具有超速安全保护功能，所述的纯电动赛车动力驱动模式还包括电机与电池不同的动力匹配方式。

所述的热管理系统13包括所述的整车电控CPU1能够根据电机和电机控制器的当前温度，结合整车工作状态，自动调节循环水流量和风扇风速。电机冷却水流速和风扇风速控制信号应用所述控制器的PWM接口，通过电机温度传感器接受到的温度信号大小转换为对应的PWM占空化，从而控制冷却水泵的转速和风扇转速。

所述的动力电池管理系统9包括通过CAN总线与所述的整车电控CPU1通信并将动力电池的状态显示在所述的液晶显示控制系统上；所述的动力电池管理系统还可以根据接收到的整车运行状态信号对动力电池的输出电流进行优化，满足方程式赛车的比赛工况需求；CAN总线传输；所述的动力电池管理系统还可以通过动力电池管理系统CAN卡观测动力电池单体的状态参数，管理动力电池组充电状态。

所述的电机控制系统11包括所述的整车电控CPU1通过CAN总线通信把目标扭矩或目标转速发送给所述的电机控制系统11；还包括所述的电机控制系统11通过CAN通信将电机与所述的电机控制系统11的工作状态发送给所述的整车电控CPU1再显示在所述的液晶显示控制系统14上。

所述的高压电安全控制系统15能够实时监测整车是否漏电，并且对漏电的程度进行检测判断，包括绝缘一般性报警与绝缘危险性报警，还包括漏电时能使高压输出回路断开。

整车CAN通信，该模块由外接一个TJA1050构成了整车高速控制局域网（CAN总线）网络系统，如图2所示，该系统是由整车控制器为网关，以电机控制器系统和电池管理系统为两个节点组成，所述控制器是以CAN总线为基础，实现运行状态各种功能的集合体，通过CAN总线可以操作电机以及动力电池内部的继电器，通过控制与协调这两大系统，实现赛车平稳快速的运行，所述的整车CAN通信网络还具备通信节点扩展功能，可以包过但不限于液晶显示器在内的其它电控子系统链接。

整车故障信息处理系统，通过CAN总线，其中包括电机故障，电池故障，通讯故障，继电器故障灯，当控制器得到所述的故障信息会对故障进行模糊化分级处理，如果是小故障，则控制器会通过人机信息交换的液晶显示界面警告驾驶员，如果是大故障，那么控制器会做出停机或零输出的处理。但是纯电动方程式赛车的整车控制器不会对各个控制系统的细节控制，以及细节情况进行处理，各个控制系统的细节控制以及细节情况由各个控制系统自行处理。

激活指示灯驱动电路，启动鸣笛驱动电路以及程序转换处理电路，共同构成整车正常运行的结构，当赛车运行前，要求赛车发出一个分贝不小于70dB的声响以引起车手和其他现场人员的注意；当赛车运行时，所述的激活指示灯一直以能引起人眼注意的频率闪烁，以起到警示作用；而程序转换则是根据车手的要求已选择相应的动力。

信号采集模块，该模块主要采集电子油门踏板，制动踏板等信号，控制器在上电启动后如图3所示，制动踏板首先给一个挂档信号，该挂档信号表示赛车一切准备就绪，如果在正常行车前没有挂档信号则无论电子油门踏板是否有输出，整车控制器传递给电机系统的输出信号始终为0；当挂档信号采集后，整车控制器通过采集驾驶员操作踏板的变化量，再根据赛车手选择的模式以及赛车当前的运行状态做出最优控制。

热管理系统，该模块主要是根据电机以及电机控制系统通过控制局域网（CAN）总线反馈回来的电机温度模糊处理后来决定水的流速以及PWM模块输出的信号的占空比。电机温度高于70摄氏度时，冷却系统的电机开始转动，当温度越高，整车控制器控制水的流速也非线性加快。

SCI液晶通讯模块，该模块主要用在液晶显示系统，整车控制器将CAN总线上获得的电机或者电池的当前状态，当前车辆行驶状态，以及驾驶员的某些信息通过SCI0发送给液晶终端进行处理显示。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种学生方程式纯电动赛车的整车控制系统，其特征在于：包括整车CAN通信网络，整车DC-DC转换模块，整车电控CPU，整车故障处理系统；低压电池模块通过开关连接整车DC-DC转换模块；该整车DC-DC转换模块连接激活指示灯驱动电路、启动鸣笛驱动电路、油门与制动踏板电路和整车电控CPU；激活指示灯驱动电路连接激活指示灯；启动鸣笛驱动电路连接喇叭或蜂鸣器；同时该油门与制动踏板电路通过油门信号处理电路和制动信号处理电路连接于整车电控CPU；所述的整车CAN通信网络是通过整车电控CPU与动力电池管理系统、电机控制系统进行信息交换处理的网络；同时该整车CAN通信网络与整车故障处理系统连接，所述整车故障处理系统包括热管理系统、液晶显示控制系统和高压安全控制系统。 

2.根据权利要求1所述的一种学生方程式纯电动赛车的整车控制系统，其特征在于：所述的低压电池模块包括选用12v或者24v铅酸电池或锂电池，通过赛车主开关接入所述的整车DC-DC转换模块，该模块具有多个12v，24v，5v接口来给整车低压系统供电。 

3.根据权利要求1或2所述的一种学生方程式纯电动赛车的整车控制系统，其特征在于：所述的整车DC-DC转换模块包括用多个DC-DC升压和降压模块将12v或24v直流电变为24v，12v，5v的直流电压，并且这些模块能够提供足够的电流来给整车低压系统供电。 

4.根据权利要求1所述的一种学生方程式纯电动赛车的整车控制系统，其特征在于：所述的制动信号处理电路使用AD转换器将制动踏板传感器的模拟信号进行调理并转换为数字信号传送给所述的整车 电控CPU。 

5.根据权利要求1所述的一种学生方程式纯电动赛车的整车控制系统，其特征在于：所述的激活指示灯驱动电路包括用数字芯片或者模拟电路构成多谐振荡电路并通过控制继电器的通断来控制所述的激活指示灯。 

6.根据权利要求5所述的一种学生方程式纯电动赛车的整车控制系统，其特征在于：所述的激活指示灯选用高亮发光二极管。 

7.根据权利要求1所述的一种学生方程式纯电动赛车的整车控制系统，其特征在于：所述的启动鸣笛控制电路包括用数字芯片或者模拟电路构成单稳态触发器并通过控制继电器的通断来控制所述的喇叭或蜂鸣器。