本發(fā)明涉及電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于CAN總線的電機(jī)控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

對(duì)于電動(dòng)汽車來說，電機(jī)就是其“發(fā)動(dòng)機(jī)”。隨著新能源汽車的迅猛發(fā)展(30萬輛/2015年)，電動(dòng)汽車將成為汽車發(fā)展的重要方向之一。而電動(dòng)汽車的3大關(guān)鍵技術(shù)之一：電機(jī)控制技術(shù)也日漸從傳統(tǒng)的端子控制模式轉(zhuǎn)向總線控制模式，因此采用基于總線控制模式的電機(jī)控制技術(shù)是未來發(fā)展的必然趨勢。

傳統(tǒng)的端子控制模式主要是通過大量的導(dǎo)線互聯(lián)來實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、啟停和加減速等各種命令，從而達(dá)到控制目的。線路復(fù)雜、操作繁瑣因而就不可避免，由于大量接線端子的使用，線路復(fù)雜且效率低下，其塑料絕緣材料和導(dǎo)電部件就直接關(guān)系到端子的質(zhì)量，它們分別決定了端子的絕緣性能和導(dǎo)電性能。任何一個(gè)接線端子失效都可能會(huì)影響到整個(gè)系統(tǒng)的正常工作。并且無法到達(dá)可視化監(jiān)視的目的，無法實(shí)時(shí)監(jiān)測到電機(jī)和控制器的相關(guān)工作狀態(tài)參數(shù)，一旦發(fā)生系統(tǒng)故障，檢修困難。對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)來說，在操作控制，故障檢修方面難免造成一定的困難性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于CAN總線的電機(jī)控制系統(tǒng)，控制效率高，可靠性高，機(jī)構(gòu)簡單，實(shí)用性強(qiáng)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種基于CAN總線的電機(jī)控制系統(tǒng)，包括控制器，所述控制器通過USB轉(zhuǎn)CAN轉(zhuǎn)換器連接到上位機(jī)，所述控制器與預(yù)充電電器、雙開漏電開關(guān)、整流器、電源依次相連；所述預(yù)充電電路通過主接觸器連接到控制器；所述控制器連接到手動(dòng)控制面板上的踏板電位器；控制器還連接到車用電機(jī)，所述車用電機(jī)連接到負(fù)載。

根據(jù)上述方案，所述預(yù)充電電路由預(yù)充電電阻、二極管、預(yù)充電開關(guān)依次串聯(lián)而成，通過導(dǎo)線一端與所述19針航空插頭連接，一端與所述雙開漏電開關(guān)連接。

根據(jù)上述方案，所述控制器連接有內(nèi)置冷卻風(fēng)扇。

根據(jù)上述方案，所述控制器連接有外置冷卻風(fēng)扇，所述外置冷卻風(fēng)扇通過開關(guān)連接到風(fēng)扇電源。

根據(jù)上述方案，所述風(fēng)扇電源為12V，控制器的19針航空插頭內(nèi)導(dǎo)線與12V風(fēng)扇電源連接。

根據(jù)上述方案，所述雙開漏電開關(guān)還連接到電池箱。

根據(jù)上述方案，所述控制系統(tǒng)外部包括機(jī)柜、車用電機(jī)、控制器、上位機(jī)、電池箱；所述機(jī)柜正面設(shè)有上位機(jī)顯示屏，兩側(cè)面分別設(shè)有外置冷卻風(fēng)扇，手動(dòng)控制面板設(shè)置在上位機(jī)顯示屏的右下方；車用電機(jī)后側(cè)面設(shè)有碼盤，前側(cè)面設(shè)有大鏈輪和鏈條裝配在電機(jī)輸出軸上；控制器上配有高壓導(dǎo)線和19針航空插頭，并通過導(dǎo)線分別和車用電機(jī)和碼盤連接；上位機(jī)通過CAN通訊線和控制器連接，CAN通訊線上設(shè)有USB轉(zhuǎn)CAN轉(zhuǎn)接器，同時(shí)上位機(jī)內(nèi)裝有電機(jī)控制界面；電池箱由兩個(gè)48V鋰電池串聯(lián)而成，并通過導(dǎo)線和控制器連接，導(dǎo)線上還設(shè)有雙開漏電開關(guān)。

根據(jù)上述方案，還包括底架：底架底部安裝有萬向輪，所述車用電機(jī)、變速器、上位機(jī)主機(jī)和電池箱固定在底架上。

根據(jù)上述方案，所述12V風(fēng)扇電源、USB轉(zhuǎn)CAN轉(zhuǎn)接器、預(yù)充電電路、主接觸器都固定在所述矩形木板上。

根據(jù)上述方案，所述手動(dòng)控制面板上設(shè)有啟動(dòng)、制動(dòng)、前進(jìn)、后退四個(gè)按鈕，一個(gè)預(yù)充電開關(guān)、踏板電位器和一個(gè)串口。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：將車用電機(jī)、控制器、上位機(jī)和電池箱及各種零部件有機(jī)協(xié)調(diào)，集成一體，利用CAN總線對(duì)電機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制和監(jiān)測，有效模擬了電動(dòng)汽車正常行駛過程的各種狀態(tài)，大大提高了車用電機(jī)控制的可視化和便捷化程度，更具通用性，實(shí)時(shí)性和易操作性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的基于CAN總線的可移動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的基于CAN總線的可移動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)的機(jī)柜內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3本發(fā)明的基于CAN總線的可移動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)的電機(jī)固定架結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明的基于CAN總線的可移動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)的系統(tǒng)原理圖。

圖中：1-機(jī)柜；2-上位機(jī)顯示屏；15-聚氨酯減震板；16-支承鋼板；17-變速器；21-底架；22-車用電機(jī)；23-電機(jī)固定架；25-萬向輪；29-碼盤；27-上位機(jī)主機(jī)；28-電池箱；14-手動(dòng)控制面板；3-外置冷卻風(fēng)扇；13-雙開漏電開關(guān)；4-控制器；40-19針航空插頭；41-預(yù)充電電路；31-預(yù)充電開關(guān)；30-踏板電位器；5-鎮(zhèn)流器；6-預(yù)充電電阻；7-USB轉(zhuǎn)CAN轉(zhuǎn)換器；8-矩形木板；9-活動(dòng)門；10-二極管；11-12V電源；12-主接觸器；38-點(diǎn)火按鈕；39-上位機(jī)；18-大鏈輪；19-鏈條；20-小鏈輪。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。如圖1所示，一種基于CAN總線的電機(jī)控制系統(tǒng)，包括機(jī)柜1、車用電機(jī)22、控制器4、上位機(jī)39、電池箱28；所述機(jī)柜1正面設(shè)有上位機(jī)顯示屏2，兩側(cè)面分別設(shè)有外置冷卻風(fēng)扇3，手動(dòng)控制面板14設(shè)置在上位機(jī)顯示屏2的右下方；車用電機(jī)22后側(cè)面設(shè)有碼盤29，前側(cè)面設(shè)有大鏈輪18和鏈條19裝配在電機(jī)輸出軸上；控制器上配有高壓導(dǎo)線和19針航空插頭40，并通過導(dǎo)線分別和車用電機(jī)22和碼盤29連接；上位機(jī)39通過CAN通訊線和控制器4連接，CAN通訊線上設(shè)有USB轉(zhuǎn)CAN轉(zhuǎn)接器7，同時(shí)上位機(jī)39內(nèi)裝有電機(jī)控制界面；電池箱28由兩個(gè)48V鋰電池串聯(lián)而成，并通過導(dǎo)線和控制器4連接，導(dǎo)線上還設(shè)有雙開漏電開關(guān)13。機(jī)柜1是一個(gè)帶活動(dòng)門9的半封閉的元器件載體，為各種元器件提供被放置或被固定的場所。如圖2所示，機(jī)柜1正面設(shè)有上位機(jī)顯示屏2，用于對(duì)電機(jī)可視化控制與監(jiān)測，機(jī)柜1內(nèi)部放置并固定有控制器4和矩形木板8。

為了使結(jié)構(gòu)布置協(xié)調(diào)合理，USB轉(zhuǎn)CAN轉(zhuǎn)換器7、12V電源11、預(yù)充電電路41、主接觸器12都布置在矩形木板8上。機(jī)柜1上設(shè)有手動(dòng)控制面板14，用于在上位機(jī)39未啟動(dòng)狀態(tài)下對(duì)車用電機(jī)22進(jìn)行啟停、正反轉(zhuǎn)以及加減速的手動(dòng)控制。

采用外置冷卻風(fēng)扇3作為附屬冷卻裝置，兩個(gè)外置冷卻風(fēng)扇3通過螺栓分別固定在機(jī)柜1兩側(cè)面，風(fēng)口正對(duì)控制器4散熱片，當(dāng)系統(tǒng)工作持續(xù)一段時(shí)間后，控制器4會(huì)發(fā)熱，打開外置冷卻風(fēng)扇3開關(guān)，可加快散發(fā)控制器4的熱量。通過鉸鏈，機(jī)柜1背面還裝有鏤空活動(dòng)門9，系統(tǒng)工作時(shí)，關(guān)上鏤空活動(dòng)門9起屏蔽保護(hù)作用，同時(shí)鏤空設(shè)計(jì)起到散熱通風(fēng)作用。系統(tǒng)不工作時(shí)，可以打開鏤空活動(dòng)門9對(duì)機(jī)柜1內(nèi)元器件進(jìn)行檢查或檢修。

機(jī)柜1右側(cè)面還設(shè)有雙開漏電開關(guān)13，當(dāng)主電流超過標(biāo)準(zhǔn)值或有漏電危險(xiǎn)時(shí)，雙開漏電開關(guān)13自動(dòng)跳閘，雙開漏電開關(guān)13的存在既能控制系統(tǒng)接入高壓電的通斷，又保證了設(shè)備、人身安全。

車用電機(jī)22輸出軸裝配有大鏈輪18和鏈條19，鏈條另一端裝配小鏈輪20和變速器17，通過鏈傳動(dòng)裝置把車用電機(jī)22和變速器17機(jī)械連接，增加負(fù)荷，模擬電動(dòng)車行車過程中的行車阻力。車用電機(jī)22另一端帶有碼盤29，通過兩串導(dǎo)線和控制器4連接，一串導(dǎo)線為車用電機(jī)22供電，一串導(dǎo)線作為通訊線接收來自控制器4的命令。車用電機(jī)22還通過側(cè)面的螺紋孔與電機(jī)固定架23固定。

控制器4作為整個(gè)控制系統(tǒng)的中央處理裝置，分別連接車用電機(jī)22、手動(dòng)控制面板14和上位機(jī)39。當(dāng)手動(dòng)控制面板14和上位機(jī)39發(fā)出指令后，經(jīng)過控制器4分析處理后傳達(dá)給車用電機(jī)22，其接收指令后做出相應(yīng)的動(dòng)作。此外，控制器4工作一段時(shí)間后會(huì)產(chǎn)生一定熱量，其自身帶有的散熱片和內(nèi)置風(fēng)扇會(huì)有一定的散熱作用。

上位機(jī)39作為終端控制及監(jiān)測機(jī)構(gòu)，其顯示屏固定在機(jī)柜1正面，其主機(jī)固定在底架21上。上位機(jī)3通過CAN通訊線和控制器4連接，對(duì)控制器4發(fā)出指令，以及提取控制器4和車用電機(jī)22的工作狀態(tài)參數(shù)并顯示在顯示屏上。CAN通訊線上設(shè)有USB轉(zhuǎn)CAN轉(zhuǎn)接器，用于將上位機(jī)的USB信號(hào)模式轉(zhuǎn)換成控制器的CAN信號(hào)模式。

電池箱28是整個(gè)系統(tǒng)的可移動(dòng)供電裝置，通過將兩個(gè)48V的鋰電池串聯(lián)并裝在鐵箱內(nèi)，整體固定在底架21上。電池箱28可輸出96V高壓，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行長時(shí)間供電，保障持續(xù)運(yùn)行能力和可移動(dòng)性。

還包括預(yù)充電電路41，預(yù)充電電路41由預(yù)充電電阻6、二極管10、預(yù)充電開關(guān)31依次串聯(lián)而成，同時(shí)連接主接觸器12，通過導(dǎo)線一端與所述19針航空插頭40連接，一端與所述雙開漏電開關(guān)13連接。當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，預(yù)充電電路41先單向接入高壓電，確保無故障后打開鑰匙點(diǎn)火按鈕38，主接觸器12閉合，預(yù)充電電路41被短路，系統(tǒng)啟動(dòng)完成。預(yù)充電電路41能起到系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)的單向通電性以及自我保護(hù)的作用。

上述控制系統(tǒng)的控制方法包括：

傳統(tǒng)的端子控制模式，具體為：1)檢查手動(dòng)控制面板上的制動(dòng)、前進(jìn)、后退按鈕是否處于關(guān)閉狀態(tài)，否則預(yù)充電電路由于自我保護(hù)導(dǎo)致主接觸器不工作；2)打開鑰匙開關(guān)，接通12V電源；3)打開預(yù)充電開關(guān)，預(yù)充電電路閉合；4)啟動(dòng)雙開漏電開關(guān)，接通96V高壓電；電電路短路，主接觸器閉合(預(yù)充電開關(guān)失效)，電機(jī)進(jìn)入工作準(zhǔn)備狀態(tài)；

5)分別按下前進(jìn)、后退、制動(dòng)按鈕，會(huì)看到電機(jī)對(duì)應(yīng)做出正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止動(dòng)作，其中，當(dāng)電機(jī)在正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)時(shí)，順時(shí)針和反時(shí)針旋動(dòng)踏板電位器，電機(jī)會(huì)分別做出加速和減速動(dòng)作；6)依次關(guān)閉鑰匙開關(guān)、雙開漏電開關(guān)、預(yù)充電開關(guān)，結(jié)束控制。

基于CAN總線的控制模式，具體為：1)啟動(dòng)上位機(jī)，打開電機(jī)控制界面；2)確保手動(dòng)控制面板上的制動(dòng)、前進(jìn)、后退按鈕處于關(guān)閉狀態(tài)，打開鑰匙開關(guān)、預(yù)充電開關(guān)和空氣開關(guān)；3)用鼠標(biāo)點(diǎn)擊主接觸器閉合命令，電機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)；4)設(shè)定啟動(dòng)、正反轉(zhuǎn)、制動(dòng)以及轉(zhuǎn)速數(shù)值，電機(jī)工作；電機(jī)控制界面能非常直觀地呈現(xiàn)出CAN總線信息報(bào)文結(jié)構(gòu)，并能對(duì)電機(jī)和控制器的工作狀態(tài)進(jìn)行可視化控制和實(shí)時(shí)監(jiān)測，以及進(jìn)行系統(tǒng)故障提醒；5)關(guān)閉開關(guān)和上位機(jī)，結(jié)束控制。

控制過程中都是通過控制器作為中央處理機(jī)構(gòu)。端子控制模式作為傳統(tǒng)的控制方法，操作復(fù)雜，效率低下，功能單一。而CAN總線控制模式，上位機(jī)結(jié)合相關(guān)控制程序，通過USB轉(zhuǎn)CAN轉(zhuǎn)接器將兩種信號(hào)類型轉(zhuǎn)后，再經(jīng)由電機(jī)控制器，對(duì)電機(jī)發(fā)出指令從而實(shí)現(xiàn)相應(yīng)動(dòng)作，同時(shí)通過控制器讀取電機(jī)的反饋信息，反映在終端界面，達(dá)到對(duì)電機(jī)的終端控制以及對(duì)系統(tǒng)工作狀態(tài)監(jiān)視的目的。線路簡單、便于操作，適用性、通用性和可靠性更高。