纯电动客车整车CAN网络体系结构如图3.2所示。
图3.2 纯电动客车CAN网络结构原理
由于CAN网络有许多优点，并且适合汽车的环境，所以纯电动客车整车网络化综合控制和管理采用CAN网络。在纯电动客车上采用CAN网络，可以很好的融合各个控制系统。使纯电动客车的功能得到较好的完善，同时降低成本提高了整车性能。纯电动客车上需要CAN连接通信的系统有电机及其管理系统、电池及其管理系统、整车控制器、车载显示系统和电动附件等。需要通信的内容已经在表4.1中给出。
3.1.3控制系统的功能定义
从纯电动客车实际运行的角度来看，整车控制系统需实时采集驾驶员的操作信息和其他各个部件的工作状态信息。在解释执行驾驶员操作意图的同时要把整车的信息显示反应给驾驶员，实现数据交换。而对驾驶员不能直接做出判断和反应的信息和情况，整车控制系统应可以代替驾驶员做出分析和处理，保证车辆行驶安全。对于驾驶员不合理的和错误的操作，控制系统应该予以识别并进行提示和及时适当的限制，防止部件的损坏。在此基础上，控制系统要协调好纯电动客车整车上各个部件之间的工作以及各个能量消耗部件间的能量的分配关系。
根据以上要求对整车控制器的功能定义如下: 1.对汽车驱动控制的功能
整车控制器需根据司机的驾驶要求、车辆状态、道路及环境状况，经过分析和处理后，向电机控制器发出指令，满足驾驶工况要求。当驾驶员踩下加速踏板
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时纯电动汽车的驱动电机必须按照驾驶员意图输出驱动扭矩。此时整车控制器要接收踏板开度信号并将其转换为对驱动电机的扭矩输出要求。这一功能是整车控制器的基本功能。同时整车控制器需实时监测电机的运行情况，当电机运行状态超出安全范围时，提醒驾驶员并及时做出相应的限制命令。 2.完成制动能量回馈控制
汽车进行回馈制动时电动机作为发电机工作，在提供制动扭矩的同时利用电动汽车的制动能量发电，并将此能量存储在储能装置中。整车控制器根据制动踏板和加速踏板信息、车辆行驶状态信息、电机工作状态、蓄电池荷电状态信息(SOC)，计算制动减速度，向电机控制器发出指令。当满足制动回馈条件时，将能量反充给蓄电池组。 3.整车能量管理
在纯电动汽车上，动力电池除了给驱动主电机供电以外，还要给电动空调等一些电动附件供电，整车控制器将负责整车的能量管理，同时合理的分配，以提高能量的利用率。在电池的SOC值比较低的时候，为保证有安全的续驶里程，整车控制器应该可以对空调等不影响行驶安全性的附件发出指令，限制动力电池向这类电动附件输出的功率，来增加续驶里程。 4.整车网络管理
在电动汽车控制器局域网(CAN)网络上整车控制器作为信息控制中心，完成组织信息传输，网络状态的监控，网络状态点管理，信息优先权的动态分配等功能。 5.车辆状态的监示和故障诊断及保护
总线所连接的各个子系统控制器(电机控制器、电池控制器等)应该实时的将各自控制对象的状态信息和故障诊断信息发布至CAN总线，由整车控制器通过综合数字仪表显示出来。同时，整车控制器能对故障信息及时处理并做出相应的安全保护处理。
在整车控制系统开发的过程中确定控制系统功能并制定相应控制策略是第一步。以上功能是纯电动客车整车控制系统在实际行驶过程中需要实现的功能，是对整车控制系统的任务概括总结。其中除了对动力总成的控制之外还包括对其它部件的控制和管理。在本论文中侧重在对动力总成控制策略的制定。 3.2动力总成驱动控制策略
电动汽车驱动行驶过程中为多变量输入且难以用一个准确的数学模型来描述。如加速踏板给出的信号与车速的关系，它不仅与路况有关，还与环境有关。同时与蓄电池当前储能状况有关。这些难以用数学模型表示的系统，在未积累大量的试验数据的前提下，本系统中采用MAP图的控制方式。 3.2.1驱动力矩控制
在研究纯电动客车驱动工况时，以电动车加速上坡为一般模型。电动汽车在坡道上加速行驶时，作用于电动汽车的驱动力和阻力保持平衡，其平衡方程式为
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Ft?Ff?Fw?Fi?Fj （3.1）
式中，Ft为驱动力; Ff为滚动阻力; Fw为空气阻力; Fi为坡度阻力;Fj为加速阻力。
电动客车由一台电机驱动，电机输出力矩经传动系统传到车轮处，驱动电动客车行驶。
电机处于驱动状态时，对应每一个转速，都有一个对应的最大扭矩值。整车控制器通过CAN总线接收电机控制器节点的电机转速信号，根据电机特性扭矩方程可以计算在该转速下的最大扭矩值。加速踏板行程反映了驾驶员的驾驶意图，直接反应了驾驶员在某时刻的转矩需求。电机在某转速下，驾驶员需求的驱动力方程为
Tw?La?Ta?max （3.2）
式中，Tw为需求的电机工作力矩; La为电机驱动力矩负荷系数; Ta?max为某转速下电机最大输出力矩。
纯电动客车所装配的电机的驱动外特性如下图:
图3.3 纯电动客车驱动外特性
电动客车加速踏板采集的信号经过标定程序转换为相对踏板位置和电机驱动力矩负荷系数的函数。二者的函数关系可以是线性的或非曲线的。线性函数关系处理比较简单，但是在汽车的加速性上偏慢;复杂的函数关系主观加速感觉舒适，但在处理的过程中计算量过大，响应特性较差。加速踏板与驱动力矩负荷系数响
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应曲线如下:
图3.4 加速踏板响应曲线
如上图，加速踏板的行程系数和电机驱动力矩负荷系数承线性关系，有
La?Sa （3.3）
式中，Sa为加速踏板行程系数。由式(4-2)和(4-3)可以得出驱动力矩和加速踏板行程关系为:
Tw?Sa?Ta?max （3.4）
在电动客车实际的行驶过程中前向和后向行驶对驱动力矩的需求以及对响应的要求是有区别的，针对各自的特点分别设计不同的驱动策略。 ① 正向行驶的驱动策略
在正常的前向行驶中，驾驶员希望在小负荷工况下能较好的控制驱动力矩，是车辆有良好的行驶稳定性;在50%一60%的踏板行程附近车辆能有良好的加速反应性能。加速踏板的行程系数和电机驱动力矩负荷系数为线性，能较好的实现预期。在充分保证车辆动力性的前提下响应力矩和加速踏板的行程系数关系如下:
式中，n为电机转速，nst为电机基速，Tq?max为电机最大输出转矩。 ②倒车行驶的驱动策略
结合车辆运行的实际情况在车辆倒车时，车辆的速度通常较低。考虑到安全性，方便驾驶员控制车速和转矩响应，通过控制电机的最大输出力矩和加速踏板
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行程系数的关系曲线来实现电动客车的倒车驱动。此时电机输出力矩和加速踏板行程系数关系如下:
式中，Tr?max为电机倒车时的最大输出转矩。 3.2.2电机过载管理
纯电动客车采用单电机驱动，电机工作条件较差。电动客车在通常的行驶工况下，为了保证电机能有更多的工作点落在高效区内，以提高电动客车经济性能，我们选用电机额定功率尽量低。但是受车辆行驶性能要求，电动车需要一定的高速和爬坡行驶的工况，这时电机就不得不使较低额定功率的电机过载运行。电机过载运行有多种，急加速和爬坡属于机械负载过大的过载。通常在车用电机最有可能会出现的就是机械负载过大和电机的欠压过载运行。 1，电机负载过载
电机负载过载是指电机带动负载工作时，负载所需求电机输出的功率超过电机设定的额定功率的情况。在电动汽车实际运行中需要驱动电机系统能按要求提供足够大的起动转矩、较宽广的恒功率范围，同时在整个工作区间还应该要有较高的效率。而为了满足电动汽车起动、爬坡和急加速等工况的需要，电机就必须有很强的短时过载能力。目前电机的“过载”能力，这一指标已成为车用驱动电机系统的必要的考核指标，并提出了短时峰值工作区的概念。这种对电机高强度过载的需求，给电机的性能提出了较高的要求。电机在过载时，会产生大量的热，对电机的零部件的安全造成威胁。特别是永磁同步电机，过载产生的高温会使永磁材料出现不可逆的退磁。所以对电机过载工作的监测和控制十分重要。 ① 温升分析
电机运行时电机内部有损耗，最终转化成热能。这些热能一部分向外散发，一部分由电机内部元件吸收。这就会使电机温度升高，电机温度高出环境温度的部分我们称之为温升。温升过高就会威胁到电机内部绝缘体的安全性。电机的发热等于本身吸热与向外界散热之和，即
Qdt?Cd??A?dt （3.7）
式中，Q为电机单位时间产生的热量，Qdt则为dt时间内产生的热量，A为散热系数(温升为1摄氏度时，每秒散发的热量)，:为温升，C为热容量。这就是热平衡方程。
热分析的基础是损耗分析，永磁同步电机的损耗主要为铜耗和铁耗。电机的铜耗比较容易求解，铁耗就不易确定。这是由于永磁同步电机铁心中的磁场变化
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