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Desenvolvendo o CAN-BUS para o BR-Elétrico

25 de Fevereiro de 2018, 12:56 , por Rudi Henri van Els - | Ninguém está seguindo este artigo ainda.
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O Gurgel BR800 foi projetado pelo Gurgel Motores na década de setenta com uma proposta inovadora de ser um veículo leve, pequeno, acessível, ou seja, o primeiro carro popular brasileiro. Estes caractersíticas tornam-o apropriadao para ser convertido para tração elétrica. Entretanto, a proposta de transformação do BR800 não se resumo somente a trocar a máquina de tração, mas tem como proposta desenvolver tecnologias para a eletrificação do setor de transportes. Neste sentido os princípios que nortearam a transforção são:

  • O carro será usado como laboratório com acesso fácil a todos os novos componentes;
  • Instalação de instrumentação em todos os pontos de interesse para ter o máximo de dados;
  • Tecnologia livre: código fonte aberta e também hardware não proprietário;

A conversão se iniciou com a instalação de um motor elétrica e banco de baterias. A instalação do motor elétrico e seu sistema de refrigeração foi desenhada de tal forma que facilite o acesso aos componentes e sua instrumentação. O banco de baterias também foi organizado em módulos para faciliar o acesso e manuseio. 

A segunda etapa da conversão é oredesenho de toda parte elétrica convencional do carro, como por exemplo, farois, luzes e demais assessórias num barramento usando tecnologia CAN-BUS. O BR800 foi desenvolido na década de oitenta e naquela época o sistema elétrico do veículo era realizado com relés e interruptores. Dessa forma é necessária desenhar um novo arranjo da instalação elétrica do carro, levando em conta a necessidade de instrumentação e monitoramento, segurança, e eficiência energética. 

A estratégia será de organizar a parte elétrica em diversos subsistemas inteligentes aue conversarão entre si por meio de uma rede de comunicação. Essa rede de comunicação será baseada na tecnologia CAN, e a seguir serão descritos os diversos subsistemas e sua funcionalidade. 

Subsistemas

Os veículos modernos usam diversos subsistemas específicos para controlar as diversas funcionalidades do carro e estes subsistemas comunicam uns com os outros usando o barramento de comunicação. Os principais subsistemas são:

  • Subsistema de tração e freio;
  • Subsistema de armazenamento de energia;
  • Subsistema de instrumentação e sinalização;
  • Subsistema de portas, vidros e demais assessórios.

Há dois barramentos de comunicação no veículo. O primeiro é barramento CAN de alto velocidade que estabelece a comunicação entre os subsistemas críticos como tração e armazenamento. A comunicação entre os demais subsistemas é realizado por um barramento CAN de baixa velocidade e normalmente o subsistema de instrumentação também funcionará como ponte entre os dois barramentos.

No BRElétrico o barramento CAN de alto velocidade liga seguintes componentes:

  • Controlador do Motor (PM BLDC Guandong); 
  • Battery Management System (EK-YT-21-BMS);
  • Módulo de armazenamento 12V e 24V;
  • Computador de Bordo.

O barramento CAN de baixa velocidade interliga:

  • Módulo de controle de luzes e sinalização;
  • Módulo de monitoramento de velocidade, temperatura e óleo de freio;
  • Computador de Bordo.

 O diagrama de blocos abaixo mostra os componentes e os dois barramentos CAN

 

Diagrama blocos CAN-BUS 

Assim o subsistema de tração do veículo, composto pelo motor elétrico e o seu controlador recebe os comandos de velocidade e direção do condutor e disponibiliza todos os dados como rotação do motor, tensão e corrente do motor, temperatura do controlador etc, no barramento CAN de alta velocidade.

Da mesma forma o sistema de armazenamento de energia composto pelas baterias, o BMS (Battery Management System), também disponibiliza os dados pelo barramento CAN de alta velocidade. 

O computador de bordo funcionará como ponte entre as duas barramentos e também apresentará os dados do funcionamento do veículo por meio de uma interface interativa. Os módulos funcionais são: 

  1. Controlador de Motor (PM BLDC Guandong)
  2. Battery Management System (EK-YT-21-BMS)
  3. Computador de Bordo
  4. Modulo de controle de luzes e sinalização (Luzes, setas, etc..)
  5. Modulo de monitoramento de velocidade, temperatura e óleo de freio
  6. Modulo de armazenamento de 12v e 24v

 

1. Módulo Controlador de Motor 

PM BLDC Guandong

 

2. Módulo Battery Management System

EK-YT-21-BMS

 

3. Módulo Computador de bordo 

Escolheu-se para o computador de bordo o minicomputador Beagle Bone. A sua escolha se baseou no fato de ter uma arquitetura apropriado para sistemas embarcadas, ter além do processador principal, dois PRU que podem ser usados para alguma necessidade de processamento dedicado e dois controladores CAN já incorporados na sua placa.

4. Módulo de controle de luzes e sinalização

Este módulo será desenvolvido a partir do popular Arduino. Escolheu-se esta placa microcontroladora por sua popularidade, grande acervo técnico de suporte e relação custo benefício.

 

5. Modulo de monitoramento de velocidade, temperatura e óleo de freio

Da mesma forma do módulo anterior, escolheu-se implementar este módulo usando Arduino. 

 

6. Modulo de armazenamento de 12v e 24v

Este módulo terá a função de carregar e monitorar as baterias de 12v e 24v. Além de permitir a carga das baterias a partir da rede elétrica convencional, este módulo também vai ter que permitir a alimentação dessas baterias a partir do banco de baterias de tração e do painel de energia solar no teto do veículo.