新能源汽車電子控制的關(guān)鍵性技術(shù)研究

王淑燕

摘要：為了提高新能源汽車的動力效率、安全可靠性及優(yōu)化其控制策略，本文深入探討新能源汽車電子控制的關(guān)鍵性技術(shù)，具體研究一種適用于新能源汽車的電子控制單元，以期為新能源汽車電子控制技術(shù)的發(fā)展提供技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：新能源汽車；電子控制；關(guān)鍵性技術(shù)

1引言

目前，世界各國紛紛陷入全球氣候變暖、石油儲量減少及環(huán)境污染的發(fā)展困境中，因此突破汽車動力系統(tǒng)的關(guān)鍵性技術(shù)是全人類的訴求。新能源汽車具有噪聲低、零排放等優(yōu)點。據(jù)統(tǒng)計，2015年新能源汽車銷量達(dá)到46.2萬輛，且預(yù)計到2040年，新能源汽車總銷量達(dá)到4100萬輛，約占同年新車總銷量的35%。屆時，全球會減少日均1300萬桶的原油需求，轉(zhuǎn)而供應(yīng)日均1900TWh的電力需求。可見，新能源汽車正引領(lǐng)著汽車產(chǎn)業(yè)朝向更為健康的方向發(fā)展。在新能源汽車中，電子控制系統(tǒng)由不同的子系統(tǒng)組成，而每一子系統(tǒng)又包含指示燈、自診斷電路、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電控單元、信號處理電路、傳感器及控制策略等部分。下面，筆者主要探討新能源汽車電子控制的關(guān)鍵性技術(shù)。

2新能源汽車電子控制的關(guān)鍵性技術(shù)

新能源汽車以電子控制單元為“大腦”，且電子控制單元在不同的汽車上存在一定區(qū)別，但都涉及能源管理、能源再生制動、電動助力轉(zhuǎn)向、電機(jī)控制及動力總成控制等子系統(tǒng)，并綜合實現(xiàn)汽車的控制功能，具體表現(xiàn)如下：

2.1能量管理（EMS）系統(tǒng)

在新能源汽車中，EMS系統(tǒng)由充放電控制部分、功率限制部分及功率分配部分等組成，其工作原理是：先用數(shù)據(jù)采集電路完成電池狀態(tài)等信息的采集，再用電子控制單元分析、處理信息，然后形成指令與信息，并發(fā)送給功能模塊。EMS系統(tǒng)具有下列功能：一是維持汽車蓄電池的最佳荷電狀態(tài)；二是采集每一子系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)，并據(jù)此監(jiān)控、診斷系統(tǒng)的運行狀態(tài)，從而實現(xiàn)調(diào)控充電方式、顯示剩余能量等功能；三是預(yù)測汽車剩余行駛里程，調(diào)節(jié)車內(nèi)溫度與車燈亮度等。為此，要求對電池進(jìn)行無損充電，并監(jiān)控其充放電狀態(tài)，以免發(fā)生過充電現(xiàn)象；實時檢測、定期維護(hù)電池，并進(jìn)行故障診斷，以保證電池的可靠運行。

2.2電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

新能源汽車電動助力轉(zhuǎn)向（EPS）系統(tǒng)是一種由電機(jī)直接提供輔助扭矩的動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，具體由轉(zhuǎn)矩與車速傳感器、電子控制單元、電動機(jī)及減速器等組成，詳見右圖。

結(jié)合右圖，EPS系統(tǒng)的工作原理如下：駕駛?cè)藛T操縱方向盤轉(zhuǎn)向的同時，先用轉(zhuǎn)矩傳感器檢測轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)矩，再向電子控制單元輸送電壓信號，然后電子控制單元再以轉(zhuǎn)矩傳感器提供的轉(zhuǎn)距電壓信號、車速信號及轉(zhuǎn)動方向等為依據(jù)，并向電動機(jī)控制器下發(fā)指令，以調(diào)控電動機(jī)轉(zhuǎn)向助力轉(zhuǎn)矩的輸出，最后產(chǎn)生輔助動力；倘若汽車不轉(zhuǎn)向，則電子控制單元不會向電動機(jī)控制器下發(fā)指令，此時電動機(jī)不工作。研究發(fā)現(xiàn)，EPS系統(tǒng)具有節(jié)能環(huán)保、安裝方便、效率高、路感好及回正性好等優(yōu)點，但要求研發(fā)低成本、高可靠性的傳感器及助力電機(jī)。為了提高新能源汽車EPS系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性與動態(tài)性能，合理選擇控制方法是關(guān)鍵，如人工智能控制、模糊控制等。

2.3電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)

新能源汽車的安全運行與其電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)直接相關(guān)，而電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)由傳感器、數(shù)字控制器、電動機(jī)及電力電子變流器等組成，具體任務(wù)是高效轉(zhuǎn)化蓄電池的能量，使其變化車輪的動能，從而消除汽車在行駛途中遇到的阻力。為了優(yōu)化新能源汽車的運行條件，電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)應(yīng)滿足下列要求：一是恒功率輸出且功率密度高；二是在起步、爬坡時，表現(xiàn)出低速一高轉(zhuǎn)矩的特性，而在巡航時，表現(xiàn)出高速一低轉(zhuǎn)矩的特性；三是轉(zhuǎn)速范圍足夠大，使其完全覆蓋恒功率取與恒轉(zhuǎn)矩區(qū)；四是轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度快；五是成本低等。在新能源汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)中，目前常用開關(guān)磁阻電機(jī)、永磁同步電機(jī)及感應(yīng)電機(jī)，且系統(tǒng)的發(fā)展正從電力電子逆變器轉(zhuǎn)向IGBT集成模塊；傳感器以智能傳感器為發(fā)展方向；電機(jī)控制的研發(fā)重點是異步電機(jī)的可視控制系統(tǒng)，以期提高新能源汽車驅(qū)動控制的安全性、高效性和便捷性。

3新能源汽車電子控制領(lǐng)域的發(fā)展

據(jù)資料顯示，2016年我國繼續(xù)保持世界第一新能源汽車市場，年度銷售總量占全球的40%以上，且2017年會繼續(xù)保掙快速增長的趨勢，預(yù)計實現(xiàn)80萬輛的銷售業(yè)績。盡管市場對新能源汽車的接受度持續(xù)提高，但如何解決高端產(chǎn)能不足、低端產(chǎn)能過剩及提高汽車的經(jīng)濟(jì)性、續(xù)航性、安全性仍是行業(yè)關(guān)注的焦點。為了解決以上問題，深入研究電子控制技術(shù)是關(guān)鍵，即要求新能源汽車電子控制產(chǎn)品向小型輕量化、汽車級及集成化方向發(fā)展，并在技術(shù)上向高可靠性、高安全性、高電磁兼容性方向發(fā)展。在本項目中，新能源汽車電子控制單元的硬件平臺擬用性能高的工業(yè)級處理器，其集成了USB、以太網(wǎng)、A/D、高速CAM、DMA、JAVA/DSP指令加速器及中央處理器（速度200M IPS）等，以提高汽車的控制功能；軟件平臺擬用開源嵌入式LINUX實時多任務(wù)平臺系統(tǒng)，以便按需裁減內(nèi)核及減少知識產(chǎn)權(quán)風(fēng)險。

4結(jié)語

綜合前文，筆者談?wù)摿诵履茉雌囯娮涌刂频年P(guān)鍵性技術(shù)，并研究了—種適用于新能源汽車的電子控制單元，以期優(yōu)化汽車的控制策略及提高其動力效率、安全可靠性。