新能源汽車電子控制的關鍵性技術研究

導讀：

隨著全球能源的短缺，新能源汽車的使用成為必然的發展趨勢。對於新能源汽車而言，電子控制系統是其決定性組成部分，這就需要深入研究電子控制技術，研究重點需要放在其關鍵技術點。本文首先對新能源汽車電子控制技術進行簡介，之後針對新能源汽車電子控制的關鍵性技術進行詳述，最後對其發展趨勢進行分析。

前言

在1970年爆發了全球範圍的石油危機，很多歐美跨國汽車公司在此之後開始投入對新能源汽車的研究。我國初步對新能源汽車的研究是「八五」之後的三個五年計劃中，在此十五年中，我國投入了大量精力，同時也取得了成果。但截至目前為止，仍有很多技術只是停留在科技成果階段，並沒有應用在生產中。一些發達國家經過多年的研究後，新能源汽車開始有了批量生產。隨著世界經濟的發展，能源危機加劇，常規的汽車能源——石化能源面臨枯竭。各國政府及汽車廠商在21世紀後就汽車的發展方向達成共識，重視汽車的節能減排。新能源汽車因此進入了大眾的視線，它所具有的能源利用率高、綠色環保等性能讓大家格外重視。隨著各種清潔能源發電技術的成熟，電能的優勢愈加突出，現如今配電系統也日趨完善，新能源汽車所使用的能源問題得到解決。

1 新能源汽車研究現狀

近年來，新能源汽車的開發成了新的技術潮流，英國、美國、德國等發達國家已經由新能源汽車的研發轉變為產業化生產。從1990年到1994年，美國通用汽車公司共計生產了50輛新能源汽車，這對於美國的汽車產業來說具有里程碑的意義。近年來，英國一直致力於新能源汽車的使用，約有12萬輛的新能源汽車在英國境內穿梭，世界上其他發達國家也沒有停止研發新能源汽車相關技術。

2 簡述新能源汽車電子控制技術

蓄電池新能源汽車被列為九五期間的重大科技產業工程項目，在廣東汕頭市建立了新能源電子汽車（EV）的示範區。在多年的試驗過程中，我國對蓄電池新能源汽車的研究取得了初步成果，並獲取了豐富的經驗。清華大學、中國遠望集團等都是我國最早開始從事EV研發的部門。在1996年北京國際EV展會上，中國遠望集團展出了YW6120DD型電動大客車，額定載客人數50人，每小時可達90公里，滿負荷充電一次實現150公里的續航里程。

3 新能源汽車電子控制的關鍵性技術探索

電子控制單元ECU的質量優劣會對車輛的動力效率、控制策略產生直接影響，同時還關係到車輛的安全可靠性。所以，對新能源汽車的電子控制單元（ECU）進行研究是非常重要的，在開展電子控制單元研究時要從實用功能與性能優化入手。對於新能源汽車來說，ECU系統相當於大腦，包括能源管理系統、能源再生制動等，這些分項組成由包含眾多構件，例如信號處理器、感測器、控制策略系統等。ECU的工作原理由圖1所示，輸入電路會接收到來自感測器的輸入信號，之後處理所收到的信號並對其放大，將其轉化成輸出。由感測器將其轉送到ECU輸入電路的信號包括兩種，一種是數字信號，一種是模擬信號。微機處理器對接收到的信號進行處理，並將最終結果輸出到輸出電路。輸出電路會放大收到的信號，對伺服元件進行驅動。

對於不同品牌的新能源汽車來說，電控系統的特性都略有不同。首先是負責汽車動力的動力總控系統；其次是負責能源轉換的能源再生系統；再次是負責汽車方向的轉向助力系統。就此而言，新能源汽車控制系統的功能實現需要每個子系統協調運作。

3.1能量管理系統

能量管理系統是新能源汽車的核心構件，新能源汽車的行駛需要依靠能源支撐，實現功能需要依靠對功率的限制、對功率的合理分配以及對充電狀態的控制。它的工作原理較為簡單，數據採集電路完成對電池狀態信息的採集工作，將收集到的信息傳送到電子控制單元，電子控制單元對數據完成相應的解析與運行，經過一系列處理得到有效的行動指令，由功能模塊對指令進行接收。蓄電池組在這項功能的作用下能夠實現良好的工作狀態，又要對控制車輛運行的數據進行全面採集，開展數據的實時監控與診斷。這樣能量管理系統能夠對充電方式進行控制，同時還能夠對剩餘電量進行顯示，做好充電提示。這就要求系統所配備的數據採集模塊具有較高的可靠性與精度，同時還對其安全性提出了要求。在採集模塊的監視下，能夠讓電池進行無損充電，同時還能對電池的實時狀態進行監控，減少過充情況的發生，如果電池發生故障也能在第一時間發現並進行維修，這就提升了電池運行的安全性。

3.2制動系統管理

傳統意義上的汽車制動大多靠摩擦力的作用來消耗汽車行駛動能，這就使得車速被降低，動能消耗產生的熱能在空氣中進行傳播。新能源汽車的制動與傳統汽車有明顯差異，牽引電機與發電機之間的切換能夠讓汽車制動功能實現，在這一過程中汽車能量發生轉換，動能轉變為電能並將其儲存，能量能夠進行循環利用，在一次充電之後汽車就能夠具有更長的續航里程。在對新能源汽車進行開發時候，對再生制動能量回饋系統的研究很重要，在設計時候要全面考慮汽車的相關性能。

3.3電機驅動控制系統

新能源汽車運行安全與否在很大程度上取決於電機驅動控制系統的質量。電機驅動控制系統組成較為複雜，是由多種控制器組成，控制器的相互協調讓電機驅動控制系統的功能得到實現。新能源汽車配備的驅動系統總體來說有三種，永磁同步電機、感應電機以及開關磁阻電機。對電機控制進行研究發現，過去所採用的控制方式由於電機不同也分為三類。直流電機控制器使用的是電樞電壓控制法和勵磁控制法；感應電機控制器使用的是轉差頻率控制、直接轉矩控制、V/F控制以及矢量控制；開關磁阻電動機控制器使用的是電流斬波控制、角度位置控制以及電壓控制。

3.4電動助力轉向系統

電動助力轉向機構主要由五部分組成：電機、電控單元、離合器、感測器以及機械減速機構。當電動助力轉向系統處於工作狀態，電控單元對方向盤的轉動角度、實時速度等進行檢測，從而對電機的工作狀態進行調整，輔助系統開始工作，經過減速器與離合器的綜合作用，轉向系統接收到輔助系統給出的輔助動力，由此實現了助力轉向的控制。針對助力轉向系統的研發來說，在研發過程中要保證兩方面的功能：第一，要與助力需求相匹配，給駕駛員最舒適的駕駛體驗；第二，感測器要具有低成本、高可靠性的性能。這就需要針對新能源汽車助力轉向系統採取有效措施，讓其性能得到提升，包括可靠性、穩定性和動態性能。駕駛員在駕駛過程中的體驗感會受到控制系統的影響，這就需要電動助力轉向系統與汽車所配備的其他控制系統協調運轉，讓駕駛員能夠對汽車的行駛狀態進行精確控制。

4 新能源汽車電子控制領域的發展

就目前的統計資料顯示，在新能源汽車市場上，我國在2016年仍然處於世界首位，佔全球超過40%的銷售量；2017年新能源汽車處於持續增長的態勢。目前，人們對新能源汽車倍加關注，就現今行業的關注點來說，主要集中在高端產品產能欠缺，低端產品產能過剩上。此外，新能源汽車的續航性、經濟性、安全性也是研發的重點。為了解決上述問題，將新能源汽車所配有的電子控制產品的體量減小、集成化增高是其發展趨勢，在技術方面要求它具有更良好的安全性與可靠性，同時對電磁兼容性也提出了新的要求。在未來的電子控制領域，可以將性能更加優越的工業級處理器應用其中，讓新能源汽車的電子控制單元對硬體平台進行優化，從而讓汽車具有更好的控制效果。

5 結束語

綜上，新能源汽車的發展與可持續發展理念相吻合，能夠減少石油消耗，將供給能源轉化為可清潔生產的電力能源。對於新能源汽車而言，車輛的動力效率、安全性能等都受到電子控制單元ECU的影響。只有保證新能源汽車與電子控制單元具有較高的匹配度，才能讓新能源汽車得到良好發展。所以提到新能源汽車就需要研究其電子控制技術。本文對新能源汽車中電子控制技術的運用進行研究。就未來的新能源汽車發展來說，電子控制技術仍具有顯著地位，需要進行更全面的探索。

本文來源

《北京市報廢汽車回收問題研究》陳國慶(廣西電力職業技術學院）

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