轮毂电机驱动电动汽车的电气系统设计

(深圳职业技术学院 518055)

0 引言

纯电动方程式赛车的结构与燃油车主要区别，就在于从发动机驱动变为电动机驱动，由电池组来提供能量。车辆的驱动系统和转向系统是赛车中的关键部分，对车辆行驶的动力性、稳定性和机动性至关重要。本项目开发的电动方程式赛车

是以车载电源为动力，用两后轮独立电机驱动车轮行驶，两前轮转向为主，两后轮转向为辅的方式。本论文主要介绍深职魅影车队参赛作品轮毂电机驱动电动汽车的电气系统。该电气系统能实现以下功能和技术指标。

（1）轮毂电机独立驱动转向控制。实现车速PID 精确控制、电子差速、转向精确控制和轮毂电机保护等功能。

（2）显示报警功能。实现LCD 实时显示系统，能将车况实时的提供给司机，并利用蜂鸣器的报警方式进行报警提示。

（3）照明与信号功能。可实现在车及手机遥控照明与报警信号。

（4）倒车雷达功能。实现倒车时对障碍物距离的探测并分等级报警。

（5）电池管理功能。对电池组的电压、输出电流和温度信号进行实时采集，主控单元会根据软件设置的情况进行电池组管理和保护等措施。

1 轮毂电机驱动电动汽车的电气系统介绍

1.1 轮毂电机驱动电动汽车的电气系统组成

车身电气系统主要由仪表、照明、雷达、四轮转向驱动和电池管理模块组成[1]。控制单元采用集中控制方式，4 个轮毂电机和4 个转向电机的采集信号和控制信号都和主控芯片直接电气连接，实现四轮全方位转向和四轮驱动控制，能进行电子差速和电子转向角度差等。

同时，轮毂电机和转向电机还与控制台的控制信号和显示信号进行直接电气连接，实现方向机的准确采样和模式开关输入，并将车况信息实时的显示出来。另外，对电池组电压、输出电流和温度信号线连接，实现对电池组的实时监控和保护。

总结起来，车身电气系统的硬件设计包括以下7 个方面：仪表系统模块；照明与信号模块；无线通信模块；雷达通信模块；四个轮毂电机驱动转向控制模块；电池管理模块（图1）。

1.2 仪表系统介绍

整车控制器是整车的核心控制部件，负责采集加速踏板、制动踏板和转速等信息。整车控制器通过CAN 总线通讯网络实时协调各个ECU 之间的控制策略，使整车满足各种车况的要求。整车控制还需要负责仪表显示的功能。

图1 电气系统框架图

图2 照明与信号系统结构框图

1.3 照明与信号系统介绍

轮毂电机驱动电动汽车的照明与信号系统是由4 个前后组合灯、4 个组合灯控制ECU、喇叭、组合开关、制动、WiFi 通信模块和主控ECU 组成。

照明与信号系统的4 个组合灯控制ECU 与主控ECU 通过CAN总线进行通信。主控ECU 还配置了WiFi 通信模块，可用手机连接局域网向主控ECU 发送命令，从而对照明与信号系统实现远程控制。WiFi 通信模块采用的是ESP8266,可作为热点，实现局域网无线控制。照明与信号系统主控ECU 与组合灯控制ECU 与如图2所示。

1.4 总线通讯网络

轮毂电机驱动电动汽车的整车控制系统，共有7 个电子控制单元，分别是整车控制器、左后轮驱动控制器、右后轮驱动控制器、仪表控制器、雷达通信控制器、照明与信号控制器和电池管理控制器。它们之间通过CAN 总线网络架构实现数据通讯，实现线控[2]。

图3 雷达ECU

1.5 雷达通信系统介绍

雷达通信系统由雷达ECU、超声测距模块、GPS 定位模块和CAN 通信接口组成。在车后布置了2 个超声波传感器，在倒车时，车后的传感器探测到障碍物，雷达ECU 采用的GM3101 芯片接收到探测信息并进行处理（图3），将处理结果通过CAN 总线发送给仪表ECU，进而可以进行报警。GPS 定位模块将车辆位置信息发送给仪表ECU 并在显示屏上实时显示位置。

1.6 电池管理系统介绍

动力电池系统由钴酸锂电池组，电池管理系统等组成。电池芯片为3.7 V 22 Ah 的钴酸锂电池，组成方式为40S2P，规格为148.0 V/44 Ah，6.512 kWh。动力电池为4 个驱动电机供高压电。电池管理系统工作电压为12.0 V。

其中电池管理系统BMS 安装于电池箱体内。BMS 的功能有电压检测，电流检测，温度检测，绝缘检测，电池状态估算，CAN 通信，充电均衡和远程监控，其中CAN 通信功能是通过外部高速的CAN 向整车实施提供动力电池各工作状态及管理系统的状态，通过内部告诉CAN 接收几个子模块数据并发出控制命令。

2 结束语

本项目为轮毂电机驱动电动汽车设计了整车电气系统，实现了整车通信、仪表、照明与信号、动力驱动和电池管理等功能，并实现了手机对汽车电控单元的远程控制。无线通信技术是智能网联汽车实现的基础，为下一步实现整车联网控制奠定基础。