新能源汽車電子控制系統(tǒng)的優(yōu)化分析

何昌玉

關鍵詞：新能源汽車；電子控制技術；優(yōu)化分析

0 前言

為進一步緩解汽車尾氣排放對環(huán)境造成的影響，新能源汽車迅速得到發(fā)展，而電子控制技術的快速發(fā)展為汽車技術的優(yōu)化提供了重要基礎。為了促進新能源汽車電子控制技術進一步發(fā)展，需要對能源管理體系進行完善。新能源汽車不僅能節(jié)約能源，還促進了可持續(xù)發(fā)展。將新能源轉化為電力并將其用于新能源汽車是一個新的技術突破。

1 新能源汽車發(fā)展現(xiàn)狀

近年來，我國新能源汽車的發(fā)展勢頭日益強勁，特別是在自主技術研發(fā)、配套車型等領域取得了突出的發(fā)展成果。自實施新能源汽車發(fā)展計劃以來，我國投入大量資源，積極鼓勵新能源汽車企業(yè)加大對電動汽車的研發(fā)力度。針對電動汽車的研發(fā)主要集中在動力電池和電子控制系統(tǒng)、動力單元控制系統(tǒng)、驅動電機控制系統(tǒng)的集成等方面。經(jīng)過不斷的技術發(fā)展，相關企業(yè)相繼開發(fā)出了多種產(chǎn)品［1］。與此同時，我國也在加快實施人才、專利和技術標準三大戰(zhàn)略，力求在未來全球新能源汽車行業(yè)中獲得更多的話語權。在關于促進我國新能源汽車生產(chǎn)和消費的行動計劃中明確提出，到2035年，我國新能源必須在質量上取得決定性進展，建設更加現(xiàn)代化的能源體系。該計劃還指出，要優(yōu)化充電基礎設施建設，促進汽車充電樁協(xié)同發(fā)展，實現(xiàn)電動汽車與智能能源和信息網(wǎng)絡的雙向互聯(lián)。然而，我國在新能源汽車電子技術領域的起步與發(fā)達國家不同，尤其是在鋰電池、驅動電機、動力系統(tǒng)等關鍵零部件方面。因此，有必要加強電子控制技術在新能源汽車發(fā)展中的應用。

2 新能源汽車電子控制系統(tǒng)的重要作用

電能應用效率對新能源汽車的穩(wěn)定運行有重大影響，涉及車輛控制系統(tǒng)的各個方面。然而，電子控制單元由多個部件組成，很難提高電子控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。電子控制系統(tǒng)的工作原理為：用戶通過使用鑰匙將信號傳輸?shù)诫娮涌刂茊卧械慕邮掌髦校捎梦⑻幚砥鲗π盘栠M行分析，根據(jù)微處理器的分析數(shù)據(jù)將信號輸出到固定部件，然后指示電機和電磁閥開始工作。電子控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運行是確保新能源汽車安全穩(wěn)定的重要因素，也是車輛安全穩(wěn)定出行的重要保障［2］。

3 新能源汽車電子控制技術優(yōu)化分析

3. 1 發(fā)動機驅動系統(tǒng)

在駕駛新能源汽車時，發(fā)動機驅動系統(tǒng)中電子控制技術主要是將電能轉化為車輛運動的動能，從而最大限度地提高動能并降低能耗。新型動力汽車在設計上與傳統(tǒng)汽車存在一定差異，其中發(fā)動機驅動控制器是新型動力汽車的重要結構部件之一。新型動力汽車通過更好地利用發(fā)動機驅動控制器，不僅有效地提高了發(fā)動機的工作效率，而且可以有效防止電子干擾。發(fā)動機驅動系統(tǒng)中的傳感器可以用于了解車輛的行駛情況，并在行駛過程中集成前電阻，依靠電子轉換器和數(shù)字控制器來調整車輛并優(yōu)化其運行水平［3］。

發(fā)動機驅動系統(tǒng)主要由電子轉換器、數(shù)字控制器、傳感器和電動發(fā)動機組成。通過控制這些設備，駕駛人員可以控制發(fā)動機和汽車車輪，進而實現(xiàn)一系列操作，如啟動汽車、增速減速、制動和鎖定。在新能源汽車運行中發(fā)動機驅動系統(tǒng)的作用不容忽視，因此對發(fā)動機驅動系統(tǒng)的要求也非常嚴格。首先，必須合理控制功率消耗，以確保功率連續(xù)輸出，有必要有效控制車輛速度，提高安全性，降低發(fā)生危險事故的可能性；其次，有必要確保快速的轉矩響應，并提高可調轉矩的響應效率。運轉良好的發(fā)動機驅動系統(tǒng)可以優(yōu)化新能源汽車的工作狀態(tài)，其主要任務是實現(xiàn)電池能量的有效轉換，提供車輪旋轉的驅動力，從而消除汽車在行駛過程中遇到的阻力。為了最大限度地優(yōu)化車輛運行條件，發(fā)動機驅動系統(tǒng)必須滿足以下條件：① 功率輸出恒定；② 系統(tǒng)處于爬坡和加速工況時具有高速轉矩和低速轉矩的基本特征，在巡航模式下從低速轉矩轉向高速轉矩；③ 速度范圍足夠大，能夠完全覆蓋恒定轉矩和恒定功率區(qū)域；④ 轉矩響應速度更快；⑤ 成本相對較低。

新能源汽車領域常用的現(xiàn)代發(fā)動機驅動系統(tǒng)主要有感應電機、永磁同步電機和磁阻開關3 種。系統(tǒng)朝著智能傳感器的方向發(fā)展，在前方有運動阻力時可以將低速轉矩轉換為高速轉矩，還可以擴大速度范圍，實現(xiàn)更快的速度響應，提高發(fā)動機驅動系統(tǒng)各方面的工作水平［4］。

3. 2 整車控制系統(tǒng)

在新能源汽車的系統(tǒng)中，整車控制系統(tǒng)是整個車身的核心控制器。整車控制系統(tǒng)是制動能量、低速爬行、避免運動中滑動、避免碰撞和安全啟動整個車身的重要控制系統(tǒng)。汽車開始移動時整車控制系統(tǒng)開始工作。應用電子技術可以改善電路的使用狀態(tài)，通過電子控制單元處理收集的數(shù)據(jù)信息，并將信息處理結果和交通指令發(fā)送到功能模塊，確保駕駛員直觀地了解車輛剩余能量、預測剩余里程所需能量及實現(xiàn)能源資源的合理配置。整車控制系統(tǒng)總線可以利用高壓絕緣技術，為車輛的安全穩(wěn)定運行提供技術支持，還可以立即跟蹤內部子系統(tǒng)的運行信息并診斷數(shù)據(jù)結果，以有效調整系統(tǒng)功能。目前，我國越來越多的新能源汽車企業(yè)在研究如何延長汽車里程和電池壽命，這必須由可靠的整車控制系統(tǒng)來實現(xiàn)。

3. 3 電動助力轉向系統(tǒng)

電動助力轉向系統(tǒng)是新一代能源汽車的能量輸出系統(tǒng)，可用于控制轉向。電動助力轉向系統(tǒng)采用電子控制單元、發(fā)動機減速器、傳感器等，使駕駛員在行駛過程中能完全控制車輛的方向和速度。在電動助力轉向系統(tǒng)運行過程中可以通過速度和轉矩等傳感器實時監(jiān)測車輛的運動狀態(tài)，準確了解轉向和速度。電動助力轉向系統(tǒng)的數(shù)據(jù)以電壓信號的形式傳輸?shù)娇刂茊卧钥刂栖囕v的速度和方向。在此期間，將產(chǎn)生一定的二次電力。當車輪不旋轉時，控制器不會接收到系統(tǒng)命令，此時系統(tǒng)無法運行，實現(xiàn)了節(jié)能減排的發(fā)展目標。

3. 4 汽車點火節(jié)能系統(tǒng)

在燃油汽車的生產(chǎn)過程中，大多數(shù)汽油發(fā)動機是通過點燃火花和燃燒燃料來工作的。這種發(fā)動機運行模式不僅提高了汽車的磨損率，而且不能保證發(fā)動機保持高性能的運行過程。同時，在長期使用過程中，該模式也會導致發(fā)動機的整體性能下降。從長遠來看，這可能會導致各種發(fā)動機故障，一旦操作不當，會導致車輛起火，影響人身安全，因此需要進行改革創(chuàng)新。利用電子控制技術可以建造節(jié)能汽車點火系統(tǒng)，以滿足節(jié)能發(fā)展的戰(zhàn)略需求，減少新能源汽車的污染物排放量。例如，相比傳統(tǒng)汽車，新能源汽車的發(fā)動機磨損減少，發(fā)動機性能得到優(yōu)化，新型中斷器可以避免不必要的故障問題，以保證車輛的安全穩(wěn)定運行。同時，使用斷路器還可以緩解傳統(tǒng)汽車尾氣排放造成的大氣污染現(xiàn)象，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的理念。

3. 5 制動系統(tǒng)

傳統(tǒng)新動力汽車在行駛過程中的主要能耗方式是摩擦，摩擦消耗動能，可達到車輛調速和緊急制動的目的。在此過程中大部分動能被消耗，仍有大量多余的動能無法被回收。在制動系統(tǒng)中，可以利用電子控制技術通過安裝牽引電機來實現(xiàn)發(fā)電機的切換和制動。例如，汽車通過恒定的制動力流來實現(xiàn)循環(huán)儲能，且新動力汽車的能源使用時間得到延長，在調速和制動調節(jié)過程中將動能轉化為電能。因此，在開發(fā)新能源汽車制動系統(tǒng)時，應重視電池充放電特性、成型結構和機械特性等關鍵技術，以確保車輛其他部件的性能不受影響。

3. 6 能量自適應巡航控制系統(tǒng)

在能量自適應巡航控制系統(tǒng)中，電子傳感器被用于充分收集信息，而電池運行狀態(tài)、車輛新能源運行狀態(tài)、及時評估和特定算法被用于操作所收集的數(shù)據(jù)。根據(jù)不同的系統(tǒng)結構發(fā)出控制命令，以確保車輛的行駛速度保持在標準范圍內，符合車輛的行駛條件。例如，可以在車輛上配置發(fā)動機變速器傳感器和雷達，以便在車輛運行期間及時感測周圍環(huán)境和車身狀態(tài)。如果周圍的交通量較小，則可以相應地調整車輛的行駛速度。為了實現(xiàn)能量自適應巡航控制的目標，有必要在汽車電子控制系統(tǒng)中構建縱向功率模型。

4 新能源汽車電子技術的發(fā)展趨勢

4. 1 鋰電池的應用

電池是新能源汽車的主要部件之一，可為新能源汽車提供動力。因此，在探索新能源汽車電子技術時，有必要將研究重點放在電池技術上。其中，鋰電池是未來發(fā)展的方向。鋰電池的優(yōu)勢在于使用壽命長、體積小、無環(huán)境污染和安全性高。例如，在生產(chǎn)具有獨特電子結構的鋰電池時，可以通過使用超級電容器來增大電極的表面積和容量。通過超級電容器的極化可以實現(xiàn)快速電荷存儲和連續(xù)電荷釋放。與傳統(tǒng)電池相比，超級電容器的輸出功率可以達到其功率的幾十倍。采用直流和恒定功率輸出模式，鋰電池可以快速充電，全面提高汽車的耐用性。

4. 2 永磁同步電機的應用

由于新能源汽車在重新啟動和停車時會出現(xiàn)驅動電機過載的問題，這也對轉矩控制的動態(tài)特性提出了更高的要求，需確保車輛在不同的交通條件下始終保持低速高轉矩、高速低轉矩，確保恒定功率和轉矩的穩(wěn)定性，進而提高車輛性能。西方發(fā)達國家在電子控制技術應用方面已經(jīng)取得了成熟的發(fā)展成果。例如，稀土永磁同步電機可以用于驅動新型動力汽車，以及釹鐵硼可以用于制造永磁電機，以提高車輛性能，降低功耗，延長使用壽命。這是我國發(fā)展新能源電子技術的必然趨勢。

4. 3 智能電網(wǎng)技術的應用

為了進一步提高新能源汽車的儲能水平，有必要加強智能電網(wǎng)技術的開發(fā)。智能電網(wǎng)技術主要用于實現(xiàn)車輛節(jié)能功能，支持智能網(wǎng)絡運營模式，通過網(wǎng)絡直接為車輛充電。比亞迪公司在該技術的研究中取得了突出的發(fā)展成果，特別是在快速充電交換領域。因此，智能電網(wǎng)技術在提高汽車儲能方面具有顯著的實用價值。

5 結語

電子控制系統(tǒng)的性能直接關系到車輛的運行安全和能源效率。在新能源汽車的行駛過程中使用電子控制技術可以提高整車性能水平，減少能源損失。同時，新能源汽車技術和48 V 微混主流技術正處于轉型期，電子控制技術為推動新能源汽車的技術發(fā)展指明了發(fā)展方向，并可根據(jù)未來趨勢加強技術研究。