純電動汽車整車控制策略研究

董 偉

（三門峽職業技術學院，三門峽 472000）

與傳統汽車的控制系統相比，純電的汽車電控系統的控制單元數量與復雜程度高出很多。電控系統是保證純電動汽車整車功能集成和優化的核心單元，為保證純電動汽車各部件系統在最佳工況下能夠協調運行，需要制定相應的控制系統和控制策略。純電動汽車電控系統主要包括整車控制系統、電池管理系統、電機控制系統以及能量回收系統等環節。各系統之間要協調工作，方能保證整車的穩定性和安全性。可以說整車控制系統是純電的汽車的核心技術之一，對純電的汽車的發展意義重大。

1 純電動汽車系統概述

1.1 純電動汽車系統結構組成

純電動汽車僅僅依靠動力電池組提供的電能作為動力源驅動電動機轉動，以此為整車提供動力。純電動汽車結構主要包括電機驅動系統、能源管理系統、整車控制單元、充電控制單元、電源變換裝置（DC/DC）及儀表顯示系統等[1]。純電動汽車系統結構如圖1所示。

圖1 純電動汽車整車控制結構

動力電池為整車的能量來源，而電池管理系統主要負責監控電池的狀態，提高電池的利用率；電機是純電動汽車的動力部件及能量回收的核心部件，而電機控制系統將動力電池的直流高壓電轉換成三相交流電驅動電機轉動；整車控制器采集擋位信號和踏板信號等，控制電池的放電及電機的運行為整車提供動力；儀表為駕駛者提供車輛運行狀況信息。

1.2 整車控制單元

汽車整車控制單元（VCU）是純電動汽車整車控制系統的核心部件。純電動汽車的正常行駛、安全性、再生能量回饋、網絡管理、故障診斷與處理以及車輛狀態監測等方面都需要VCU的參與。

對于加速度踏板、制動踏板、電子換擋桿等傳感器數據和駕駛員操作指令的數據，控制指令將其發送至整車控制單元，整車控制單元按照既定的整車控制策略進行數據處理，將處理結果發送給電機控制器、電池控制單元等，并實時監控車輛運行狀態。在純電動汽車制動過程中，為了提高純電動汽車的行駛里程，整車控制單元進行制動能量反饋控制。整車控制單元直接或通過CAN總線和其他電子控制單元傳送數據和控制指令。圖2是純電動汽車控制單元的示意圖。

圖2 整車控制單元

1.3 純電動汽車整車控制系統

整車控制系統可以根據駕駛員的意圖發出各種指令，電機控制器可實時響應并調節驅動電機的輸出，實現怠速、前進、倒車、停車、能量回收和停車等功能。

整車控制系統通過采集加速踏板信號、制動踏板信號和檔位開關等信息，一同接收CAN總線上的電機控制器信號和電池管理系統發送的信號，并通過車輛控制策略對接收到的數據信息進行分析判斷，獲取駕駛員的駕駛意圖和車輛行駛狀態，最后利用CAN總線發出指令，控制各部件控制器的工作，從而保證車輛正常行駛[2]。

2 純電動汽車整車控制策略

純電動汽車必須有一個性能優越、安全可靠的整車控制策略，合理地控制各環節的車輛運行狀態和能量分配，使純電動汽車一直在最佳運行狀態運轉。整車控制策略主要包括駕駛員意圖解釋、車輛驅動控制、充電控制、上下電控制策略、能量回收控制策略、能量管理策略和輔助系統控制策略等。

2.1 駕駛員意圖解析

對于純電動汽車，駕駛員最簡單的意圖分析是加速踏板與驅動電機的期望輸出功率之間的開度曲線關系。以加速踏板開度平衡曲線為基準，判斷駕駛員的操作意圖，當電動車輛在直道上勻速行駛時，電動汽車的運動狀態點落在油門踏板的開度平衡曲線上，如圖3所示[3]。

圖3 駕駛員意圖解析示意圖

2.2 整車驅動控制

車輛驅動控制策略主要控制輸出車輛的驅動力矩，并確定車輛的性能。車輛驅動策略的主要目的是基于駕駛員的制動踏板信號、加速踏板信號以及檔位信號和當前的車輛運行狀態，經過計算機的數據運行和處理，計算出電機的驅動轉矩，從而改變車輛的行駛狀態，達到駕駛員的預期車速[4]。

純電動汽車的驅動控制策略可分為4個部分，即加速踏板信號采集、駕駛員意圖分析、車身驅動控制和校正輸出轉矩，其中起步模式控制、正常行駛模式控制和加速驅動控制就屬于車身驅動控制模式。

2.3 充電控制

純電動汽車進入充電狀態，整車高壓負極接觸器和充電器高壓正接觸器被吸合，充電高壓電路連接，開始對動力電池充電。此時DC/DC開始工作，并輸出低壓直流到輔助電池。在充電狀態下，車輛控制器接收充電信息，點火開關無論在哪個檔位，車輛的任何系統無法獲得高壓電，以確保車輛處于鎖定狀態，不能行駛，并根據BMs提供的信息，充電功率將時時受到限制，使電池受到保護。在充電過程中，如果電池管理系統檢測到過充電信號，則將停止充電機的工作，在3s延遲后，VCU切斷充電器高壓正接觸器和整車高壓負接觸器，從而切斷整車充電高壓電路[5]。

2.4 能量回收控制策略

普通電動汽車主要以前輪驅動形式使用，因此相應制動能量回收的控制策略主要關注前、后輪制動器提供的制動力與再生三部分之間的關系[6]。基于電動機再生制動的能量回收策略主要包括前后軸動力理想分配控制策略、前后軸動力比例分配控制策略以及最優能量回收控制策略。以四輪驅動制動能量回收策略為例，單電機前輪驅動電動汽車的能量回收集中在由電機驅動的前輪上。汽車由汽輪機驅動，前輪和后輪由輪轂電機直接驅動，因此前輪和后輪同時可以進行制動能量回收。

2.5 能量管理策略

在純電動車的能量管理系統中，最主要的內容是動力電池的管理和整車的能量流動控制[7]。能源管理戰略的目標是使能源得到有效和合理的利用，電池的安全也應得到考慮。在正常運行期間，動力電池的電量通過電機控制器輸送給電機，使得電機運轉。減速制動期間是不需要電池供電的，此時電機反轉以產生再生扭矩對動力電池充電。

能源管理的原理如圖4所示，當車輛啟動時，動力電池供電給電機和其他部件。當車輛正常行駛時，電機在相對較高的效率區域工作。如果電池的sOC很低，車輛會發出警報并提示確保車輛的安全。在減速和制動時，電動機可以將一些動能轉化為化學能給電池充電。

圖4 電池能量管理示意圖

2.6 輔助系統控制策略

在車輛顯示準備好后，電機液壓轉向輔助泵。真空泵工作，無論是充電還是運行狀態，只要接通ON擋，空調器和PTC就可以工作；控制器在故障發生時停止運行，故障解除后，控制器可以通過故障復位開關復位。

3 結論

純電動汽車控制系統是以VCU為核心部件，電池、電機和充電系統為輔助系統的一套完整的電子控制系統。純電動汽車的控制策略基本上是VCU的策略，包括能量管理系統、再生制動控制系統、電機驅動控制系統和動力總成控制系統。在開發純電動汽車的過程中，必須考慮純電動汽車的整車控制策略，這對整車電控系統的設計具有一定的指導意義。