一种纯电动公交车整车控制实验系统设计

张鹏　盛飞　苏棕翔

摘 要：为了探索电动公交车的控制策略，往往需要首先实现一套实验系统，由此获取驱动系统相关的数据，为后面的优化提供基础。为达到这一目标，本文从易于实施且经济可行这样的角度出发，利用现有的MC9S12XEP100汽车电子开发平台与实车相结合实现该系统。最后以实验结果估算电动客车传动系统等效转动惯量为例，证明该系统达到了预期效果。

关键词：纯电动公交车；控制；实验系统

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.23.203

1 引言

目前随着电动公交车市场的不断升温，对其控制系统研究的投入也越来越多[1，2]。如何实现一个合适的实验平台是一个必须解决的问题。目前有许多硬件在环的解决方案[3，4，5]，相对来说投入较大。本文从项目开发所需及自身条件出发，设计了一个易于实施且经济可行的方案，并以通过实验计算传动系统的等效转动惯量为例，显示了系统工作的可行性。

2 具体实现

本项目主要针对一款给定型号的电动公交车进行。为了尽快实施，本文采用了基于MC9S12XEP100的现成汽车电子开发平台。该型号的电动公交车控制对象主要有制动气泵等辅助设备、仪表显示信号以及电机驱动力矩等控制指令。其控制的依据是根据BMS系统所传输的信息、点火开关等开关量信息以及踏板位置等模拟量信号。因此该系统的硬件连接关系如图1所示。

在以上所搭建的硬件实验平台上，软件系统要完成的基本控制流程如下：（见图2）

这样在底层软件主要应实现CAN网络的收发控制。该型号的电动公交车CAN网络协议报文定义符合sae j1939协议[6，7]，其具体的报文结构定义如下所示：

由图3可见其所有报文由扩展帧格式给出，根据CAN通讯协议规范并结合MC9S12XEP100使用手册[8，9]中所提供的CAN0及CAN4模块应用方法，实现了相应的收发程序，先是在接受部分对扩展帧进行处理：

而对于所需发送的内容，程序主要对发送缓冲区进行了控制：

以上代码实现后，即可进一步完成应用层的编程。应用层主要实现功能是对接收的数据的解析及控制指令的发送，部分代码示意如下：

首先是报文解析的处理

发送信息的程序举例如下：

这样通过软件设计逐步实现前文所述控制逻辑，完成基本的控制系统。

3 实验环境及实验结果展示

本文所搭建的实验环境直接在该型号的电动公交车上以实车实验的方式实现。如图4左图所示，通过将纯电动公交车驱动轮支离地面，避免实验过程中程序错误导致的可能损害。而MC9S12XEP100汽车电子开发平台经外围输入输出电路扩展后，与原车的控制箱中接插件的接口相连，如图4右图所示。

在上图所示的实验环境中对所设计的基本控制系统进行了控制流程的实验验证。当程序开始运行后，利用CAN总线数据采集卡将实验中各控制模块的通讯信息进行采集，其部分结果如图5所示意。

这样通过实验数据分析可以得到，在131.7844秒到132.4645秒这0.6801秒中，驱动系统在驱动力矩为244 n·m的条件下，转速由293 rpm升至336 rpm，因此可得其等效转动惯量为36.8524kg·m2，然后通过多次采样取平均，估计其等效转动惯量为33.4488 kg·m2，这为进一步设计合理的驱动控制策略提供了基础。

4 结论

随着电动汽车的发展，研究者需要利用多种手段对电动车的驱动控制进行实验研究。本文根据项目需要，利用容易获得的现有资源，以较为经济的手段完成了一个纯电动公交车的整车控制实验系统，随后通过该实验系统所获取的数据近似计算了动力传动系统的等效转动惯量，这可以为以后的整车控制策略优化提供参考，目前我们正在进一步完善该系统，以便最终在此基础上实现控制效果更佳的整车控制策略。

参考文献：

[1]张翔.纯电动汽车整车控制器进展[J].汽车电器，2011（02）：1-4.

[2]赵轩.纯电动客车动力总成控制策略研究[D].长安：长安大学，2012.

[3]周明珂.电动汽车增程器VCU硬件在环仿真平台的研究与开发[D].中国计量学院，2012.

[4]余胜.纯电动客车整车控制器硬件在环实验平台的研究与开发[D].西南交通大学，2014.

基金：张家港企业质量提升工程培育项目

作者简介：张鹏（1974-），男，湖南祁阳人，博士，讲师，研究方向：汽车电子。