探討新能源汽車電子控制的關鍵性技術

尤建祥，陳金陽，趙 治，全奎松，金 鋒

（盤錦職業技術學院，遼寧 盤錦 124000）

社會是在不斷進步的，在中國追求發展的同時，也逐漸開始重視可持續發展。當前面臨汽車帶來的環境問題，各方做出了努力，開始研發新技術，改變汽車帶來的耗油和污染排放問題，所以研發出了新能源汽車。在發展中不斷完善和提升新能源汽車的電子控制系統以及相關的核心技術，加快新能源汽車的發展，提高其普及力度。

1 新能源汽車發展背景

隨著時代的發展，人類無限制地掠奪自然資源，尤其近現代工業的飛速猛進，加劇對煤、礦、石油等傳統資源的開采。在工業發展期間，確實帶來了社會的進步，但是也相應帶來了資源枯竭和環境問題，逐漸危及人類生存。近年來，許多國家開始重視這個問題，尋找新能源替代傳統的資源［1］。尤其在出行方面，眾多國家開始研發新能源汽車，中國也不例外。在國家政策的大力支持下，新能源汽車的發展趨勢良好。

新能源汽車的迅速發展，更多的是依托于電子控制技術的支持。無論是蓄電池和混合動力，還是氫動力的汽車，都必須要以電子控制技術支持對其車身的控制和動力的牽引，而且電子控制技術在車輛行駛過程和檢測車身所有信息以及外在信息提供上，保障了汽車的安全和穩定行駛。目前，許多汽車研究單位，在新能源汽車研發期間，不僅加大對動力控制系統創新力度，也在電子控制技術方面進行技術突破，運用到新能源汽車整個系統內，實現智能化來提高汽車使用的便利和舒適，使新能源汽車朝著智能化發展方向，讓新能源汽車技術發展有了質的飛躍。新能源汽車產業規模不斷壯大，逐漸普及新能源汽車，起到有效緩解環境污染和資源枯竭問題的作用［2］。

2 新能源汽車電子控制系統的主要技術

2.1 VCU系統設計

VCU是新能源汽車的電子控制系統的核心，是其整個車身的控制器。其主要體現的是對制動能量回饋、低速蠕動、行駛防滑和事故碰撞的安全啟動的控制。在汽車行駛的過程中，VCU就會啟動工作，通過數據采集電路對電池的使用狀態信息進行收集，又通過電子控制單元迅速對其收集的數據進行分析和處理，接著把處理的信息和需要的指令發送到功能模塊，根據實際需要實現智能管理運行能量，從而讓駕駛車輛的駕駛員更清楚明了地掌握車輛運行剩余的能量，進而有效估算里程所需的運行能量，實現動力的合理性分配。VCU在CAN的總線基礎上，可以用高壓絕緣技術對汽車實現安全有效地控制，進一步在安全和穩定方面提供一些基本保障。VCU也會對所有子系統的運行信息做出監測和數據的診斷，重新進行系統調整。不僅如此，VCU還有遠程監控的能力，能通過遠程控制對故障車輛進行診斷和修復，更好地提高了新能源汽車行駛的可靠性、安全性以及穩定性程度。圖1為整車控制器結構設計圖。

圖1 整車控制器結構設計圖

更多新能源汽車研發企業想要增加汽車行駛的里程和提升電池的壽命，而這更需要有一個健全的VCU系統，因而在研發階段，建立I-EMS體系，設計電池組合，也在絕緣、散熱、防水方面加強安全設施。為了使電池模板可以安全運行，安裝了電池信息的采樣板來掌握電池的使用狀態，更有效地管理能量。在整個VCU的處理和完善過程中，提升了新能源汽車的總體效能和實用性，對新能源汽車推廣和發展有著重大的意義。

2.2 EPS系統

新能源汽車在車速、轉向等一些方面的運行需要十分依賴EPS技術，而EPS這個系統的運作利用到了傳感器、電子控制單元格、電動機和減速器等相關設備。在車輛行駛中，通過零部件的傳感器來進行系統檢測，獲取轉向盤的轉向、轉矩以及車速等信息，接著向電子單元發送相應電壓信號，然后又向控制系統輸入指令，對汽車的增減速、轉向、停車等方面實現調控。調控過程中會產生一些輔助動力，在車輛保持直行時，電子控制單元不會控制電動機控制器進行調整，所以電動機在這期間無需運行，而這種機能一定程度上可以實現節能的效果［3］。EPS雖然安裝便捷，也具有節能和高效率的作用，但它對于汽車系統中的傳感器和助力電機的品質要求很高，在一定程度上限制了EPS系統的推廣和應用。所以在新能源汽車研發中，開始采用人工智能和模糊控制這兩種選擇，這對于提高EPS系統安全性和穩定性有較大幫助。

2.3 電力和電機驅動系統

電力驅動系統的第一大作用，就是使電能向動能的轉換，實現動能的有效利用。新能源汽車的電機控制系統擁有范圍大、響應轉速快等特點，對于提高汽車運行的安全和穩定有重要影響［4］。其可以通過系統中的傳感器獲取車輛整個行駛過程中的信息，對行駛遇到的阻力情況進行數據分析，在數字控制器和電力電子變流器的調節和控制下，讓汽車可以達到平穩、安全運行的目的。新能源汽車在行駛的過程中遇到阻力時，其可以保持低速而高轉矩這種平穩的運行模式，不僅保持恒定功率輸出，且輸出功率具有高密度的特點，所以新能源汽車的性能有了較大提升。圖2為驅動力輸出切換設計圖。

圖2 驅動力輸出切換設計圖

電機驅動控制系統對于新能源汽車的行駛安全性十分重要，它的大概構成是傳感器、控制器、電動機以及變流器等基本單元。現在采用的電機驅動系統包括開關磁阻電機、永磁同步電機以及感應電機3大類，之后的電機驅動系統將運用智能傳感器、感應電動機的可視控制系統和絕緣型雙極型晶體管集成模板，使其功能得到進一步完善。近年來，電機驅動控制系統在企業自主研發和國家政策的支持下，在技術和革新方面取得了良好的發展，這也成為我國的一個重要技術創新項目。我國新能源汽車的發展并不停留于此，將繼續加大力度推動電動驅動技術系統創新發展，做出最好的新能源汽車來服務人民［5］。

2.4 EMS系統

該系統也是電子控制系統的核心，主要構成部分為充電、放電控制和功率管理單元等。EMS系統可以恒定保持蓄電池處在一個相對符合系統需要的荷電狀態，還可以根據數據采集單元采集的數據，實現對電能的合理分配和監控，保障里程需要［6］。它的運作原理是對電池狀態信息的數據采集，再以電子信息的形式把數據輸送到電子控制單元，然后在操作系統下進行數據分析和處理，最終形成相應的操作指令，發送到對應的功能模塊。新能源汽車的電能管理使行駛里程有了較好保障，不必人力估算運行里程需要，降低人們對行駛中電能不足、拋錨在途中的擔憂。圖3為系統通信結構設計圖。

圖3 系統通信結構設計圖

3 新能源汽車今后的發展方向

中國已是世界上最大的新能源汽車市場，在未來幾年的市場發展中，新能源汽車出售量將會繼續大幅持續增加，而人們對新能源汽車的期待度也會提升。但是在汽車品質上的問題一直為人們所詬病，高端的供給不足，低端產能剩余和汽車的價格昂貴、續航能力弱、安全無法保障的問題突出［7］。而這些問題的解決還是要依靠電子控制技術，所以要加強對該技術的研究和創新發展，實現新能源汽車電子控制相關產品的輕量化，汽車的集成化發展也要提高技術上的可靠性、安全性以及電池兼容性。新能源汽車電子控制單元的處理，更多采用的是工業級別性能高的，也要使用高速運轉的數據和指令處理器，實現最優的系統控制方案，達到更好的精確有效的電子控制功能效果。同時也要加快其他方面的研發步伐，提高研發效率，降低成本，不僅讓新能源汽車功能和品質全面提升等級，而且價位也能適應消費者的消費水平，這樣才能實現新能源汽車的真正普及［8］。

當今新能源汽車主要以充電為主，所以未來還存在一些問題阻礙其普及［9］。第一個就是汽車的電池續航能力，也就是說充一次電能夠跑多少路程，現在的新能源汽車的純電力行駛大概的續航范圍是200~400km左右，而一般使用汽油的汽車續航范圍為500~1000km，所以相差還是較大的。第二個問題就是充電問題，現在新能源汽車在使用中發現充電極為不便利，首先就是充電樁數量不足，經常在行駛中快沒電的時候找不到充電樁，其二就是找到了充電樁，但是由于充電時間過長，讓人難以等待［10］。因而今后新能源汽車想要真正得到普及，就必須對電池的合理容量進行加大，增加續航里程，以及完善充電基礎設施的建設和極速充電技術的發展［11］。

4 結語

新能源汽車未來的普及率肯定會逐漸上升，雖然現在一些方面還做得不夠完善，但是新能源汽車在其他技術層面已經相對完善，相信只需要一些時日，努力攻破一些難關，它的發展前途一定是無限的。我國新能源汽車的電子控制技術可以定義為世界前列，假如未來可以和國外的一些企業單位就項目合作開發，進一步提高新能源汽車運行的安全性和穩定性，可以在全球范圍內進行新能源汽車的推廣和普及，這或許會給人類帶來福音。在未來，人類將聯系得更加緊密，因為環境問題是人類面臨的共同問題，只有手牽手一起解決，人類才能在“地球村”更好地生存下去。