新能源汽車電子控制的關鍵性技術研究

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鍵性技術，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的發(fā)展提供技術支撐。

關鍵詞：新能源汽車；電子控制；關鍵性技術

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)的關鍵性技術是全人類的訴求。新能源汽車具有噪聲低、零排放等優(yōu)點。據統(tǒng)計，2015年新能源汽車銷量達到46.2萬輛，且預計到2040年，新能源汽車總銷量達到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，轉而供應日均1900TWh的電力需求。可見，新能源汽車正引領著汽車產業(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)行機構、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鍵性技術。

2新能源汽車電子控制的關鍵性技術

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、電動助力轉向、電機控制及動力總成控制等子系統(tǒng)，并綜合實現汽車的控制功能，具體表現如下：

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：先用數據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)的運行數據，并據此監(jiān)控、診斷系統(tǒng)的運行狀態(tài)，從而實現調控充電方式、顯示剩余能量等功能；三是預測汽車剩余行駛里程，調節(jié)車內溫度與車燈亮度等。為此，要求對電池進行無損充電，并監(jiān)控其充放電狀態(tài)，以免發(fā)生過充電現象；實時檢測、定期維護電池，并進行故障診斷，以保證電池的可靠運行。

2.2電動助力轉向系統(tǒng)

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

結合右圖，EPS系統(tǒng)的工作原理如下：駕駛人員操縱方向盤轉向的同時，先用轉矩傳感器檢測轉向盤的轉向與轉矩，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矩傳感器提供的轉距電壓信號、車速信號及轉動方向等為依據，并向電動機控制器下發(fā)指令，以調控電動機轉向助力轉矩的輸出，最后產生輔助動力；倘若汽車不轉向，則電子控制單元不會向電動機控制器下發(fā)指令，此時電動機不工作。研究發(fā)現，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。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鍵，如人工智能控制、模糊控制等。

2.3電機驅動控制系統(tǒng)

新能源汽車的安全運行與其電機驅動控制系統(tǒng)直接相關，而電機驅動控制系統(tǒng)由傳感器、數字控制器、電動機及電力電子變流器等組成，具體任務是高效轉化蓄電池的能量，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，電機驅動控制系統(tǒng)應滿足下列要求：一是恒功率輸出且功率密度高；二是在起步、爬坡時，表現出低速一高轉矩的特性，而在巡航時，表現出高速一低轉矩的特性；三是轉速范圍足夠大，使其完全覆蓋恒功率取與恒轉矩區(qū)；四是轉矩響應速度快；五是成本低等。在新能源汽車電機驅動系統(tǒng)中，目前常用開關磁阻電機、永磁同步電機及感應電機，且系統(tǒng)的發(fā)展正從電力電子逆變器轉向IGBT集成模塊；傳感器以智能傳感器為發(fā)展方向；電機控制的研發(fā)重點是異步電機的可視控制系統(tǒng)，以期提高新能源汽車驅動控制的安全性、高效性和便捷性。

3新能源汽車電子控制領域的發(fā)展

據資料顯示，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，預計實現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，但如何解決高端產能不足、低端產能過剩及提高汽車的經濟性、續(xù)航性、安全性仍是行業(yè)關注的焦點。為了解決以上問題，深入研究電子控制技術是關鍵，即要求新能源汽車電子控制產品向小型輕量化、汽車級及集成化方向發(fā)展，并在技術上向高可靠性、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、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實時多任務平臺系統(tǒng)，以便按需裁減內核及減少知識產權風險。

4結語

綜合前文，筆者談論了新能源汽車電子控制的關鍵性技術，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。