淺談新能源汽車電子控制的關(guān)鍵性技術(shù)

王麗娜

摘要：在資源不斷枯竭的今天，人們可利用的資源逐漸減少，但對(duì)資源的需求量卻在逐漸增加。不斷增長(zhǎng)的汽車消費(fèi)量催生的是不斷增長(zhǎng)的能源需求，化石燃料的不可再生性和環(huán)境污染性給人們的生活帶來(lái)很多負(fù)面影響。為了擺脫對(duì)化石燃料的過(guò)度依賴，許多新的能源形式應(yīng)運(yùn)而生，新能源汽車也正是在這一背景下脫穎而出的。本文以新能源汽車為主要研究對(duì)象，針對(duì)其電子控制關(guān)鍵性技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)要探討，淺析在新能源汽車設(shè)計(jì)和應(yīng)用過(guò)程中，電子控制技術(shù)廣泛應(yīng)用和不斷優(yōu)化的方面。

關(guān)鍵詞：新能源汽車；電子控制；關(guān)鍵性技術(shù)；開發(fā)背景；實(shí)際應(yīng)用

一、新能源汽車概述

新能源汽車如雨后春算般出現(xiàn)，顧名思義，新能源汽車新在汽車能源上。其研發(fā)的最初目的也是為了應(yīng)對(duì)日益龐大的汽車保有量和不斷減少的化石燃料。

1.1新能源汽車研發(fā)現(xiàn)狀

目前，主流的新能源汽車主要包括四類，混合動(dòng)力電動(dòng)汽車、純電動(dòng)汽車、燃料電池電動(dòng)汽車和其他類型新能源汽車。由于國(guó)情不同，對(duì)于新能源的標(biāo)準(zhǔn)和新能源汽車的標(biāo)準(zhǔn)也不同。我國(guó)主要通過(guò)改進(jìn)車型，減少常規(guī)燃料使用量和研發(fā)非常規(guī)燃料車型以達(dá)到新能源汽車普及的目標(biāo)。

常規(guī)車用燃料包括汽油、柴油、天然氣、液化石油氣、乙醇、甲醇等傳統(tǒng)燃料或制備成本較低的清潔燃料。非常規(guī)車用燃料是除常規(guī)車用燃料外的清潔能源，其制備成本高，但清潔效果更好。

1.2新能源汽車研發(fā)意義

新能源汽車的研發(fā)是大勢(shì)所趨，化石燃料的減少逼迫人們必須找到替代能源并經(jīng)歷漫長(zhǎng)的過(guò)渡期替代化石燃料。更重要的是，傳統(tǒng)化石燃料的燃燒會(huì)對(duì)城市空氣造成嚴(yán)重的污染，尤其在汽車保有量爆炸式增長(zhǎng)的今天，汽車尾氣已經(jīng)成為城市工業(yè)生產(chǎn)外又一引起城市熱島效應(yīng)不可忽視的因素。

同時(shí)，新能源汽車的研發(fā)可以促進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，帶動(dòng)更多創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)的崛起，新增更多GDP增長(zhǎng)點(diǎn)。對(duì)于傳統(tǒng)制造業(yè)是一次新的機(jī)遇，對(duì)于汽車工業(yè)是一次劃時(shí)代的革命，在日益強(qiáng)調(diào)生態(tài)文明和建設(shè)美麗中國(guó)的今天，新能源汽車的研發(fā)和普及勢(shì)在必行。

1.3新能源汽車研發(fā)趨勢(shì)

目前，針對(duì)新能源汽車研發(fā)和應(yīng)用取得的成果和仍存在的缺點(diǎn)，新能源汽車未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)主要針對(duì)以下三個(gè)方面：

（1）不斷提升燃料利用率和清潔度

新能源汽車不僅應(yīng)當(dāng)做到尾氣清潔，更應(yīng)當(dāng)做到車內(nèi)環(huán)境清潔。尤其針對(duì)很多傳統(tǒng)動(dòng)力形式汽車的車內(nèi)異味問(wèn)題，新能源汽車必須發(fā)揮優(yōu)勢(shì)。每個(gè)人都希望有一個(gè)良好的駕車和乘車環(huán)境，若新能源汽車可以很好的解決這一問(wèn)題，其推廣與普及便更有說(shuō)服力。

（2）縮小與傳統(tǒng)動(dòng)力形式汽車的性能差距

與傳統(tǒng)動(dòng)力形式汽車相比，新能源汽車在使用壽命、工作效率和配套功能上還存在著一些差距。正是基于此，為了能夠滿足大眾對(duì)于汽車的普遍需求，新能源汽車發(fā)展的過(guò)程中，在汽車功能上不斷優(yōu)化，使其動(dòng)力性能和燃料效率不斷提升。尤其在里程數(shù)、動(dòng)力系統(tǒng)性能和車內(nèi)配屬功能等方面，不斷接近甚至超越傳統(tǒng)汽車。

（3）優(yōu)化電子控制技術(shù)：這是新能源汽車未來(lái)發(fā)展最重要的趨勢(shì)，尤其在機(jī)電一體化的今天，人們對(duì)汽車的要求已經(jīng)不僅僅局限于良好的動(dòng)力性能和舒適的車內(nèi)環(huán)境，智能化汽車的要求愈加強(qiáng)烈。而要做到汽車智能化，就要做到電子控制技術(shù)的不斷優(yōu)化，這一切都基于機(jī)械電子技術(shù)理論水平和應(yīng)用水平。事實(shí)上，隨著人們生活方式的改變，對(duì)汽車的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)也在發(fā)生改變，一個(gè)集合多種電子功能，同時(shí)還可以做到電子系統(tǒng)良好協(xié)調(diào)的汽車，越來(lái)越受到年輕人的青睞。這也為新能源汽車的未來(lái)指明發(fā)展方向。

可以看出，在新能源汽車平臺(tái)技術(shù)不斷優(yōu)化成熟的今天，電子控制技術(shù)的質(zhì)量愈發(fā)成為新能源汽車競(jìng)爭(zhēng)的主要優(yōu)勢(shì)。也是新能源汽車不斷創(chuàng)新的主要?jiǎng)恿?，更是帶?dòng)更多產(chǎn)業(yè)發(fā)展的不竭引擎。

二、新能源汽車電子控制關(guān)鍵性技術(shù)

新能源汽車電子控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并不是獨(dú)立于汽車整體設(shè)計(jì)以外的設(shè)計(jì)工作，其設(shè)計(jì)初衷也是針對(duì)新能源汽車較傳統(tǒng)汽車不足之處而開展的有針對(duì)性的工作任務(wù)。其作用是配合汽車的各個(gè)機(jī)構(gòu)，更好發(fā)揮汽車機(jī)構(gòu)的運(yùn)行狀態(tài)，提升汽車整體性能?；谶@一考慮，新能源汽車電子控制的關(guān)鍵技術(shù)主要有電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、能量管理系統(tǒng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)三方面。

2.1電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

該系統(tǒng)又稱作EPS系統(tǒng)，EPS系統(tǒng)的工作優(yōu)勢(shì)不僅僅在于對(duì)轉(zhuǎn)向指令的快速感應(yīng)與傳遞，更在于其對(duì)最佳轉(zhuǎn)向狀態(tài)的辨識(shí)能力。其轉(zhuǎn)向指令的傳輸過(guò)程是通過(guò)對(duì)扭矩的判斷而實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)對(duì)扭矩的準(zhǔn)確感應(yīng)，指導(dǎo)轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)角。系統(tǒng)較強(qiáng)的時(shí)效性特點(diǎn)，使得該系統(tǒng)的穩(wěn)定性和智能型更強(qiáng)。運(yùn)用人工智能技術(shù)和魯棒性分析方法，給予該系統(tǒng)一個(gè)可控范圍的同時(shí)，也在不斷提升其精確度，為平臺(tái)的穩(wěn)定性和技術(shù)的不斷優(yōu)化奠定可靠的基礎(chǔ)。

2.2能量管理系統(tǒng)

該系統(tǒng)有稱為EMS系統(tǒng)，是新能源汽車最重要也是最基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)。新能源汽車的主要?jiǎng)恿?lái)源正是基于此系統(tǒng)完成輸入和釋放的，其主要由充放電控制部分、功率限制部分及功率分配部分等組成。EMS系統(tǒng)在利用時(shí)，需要先將電池相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，之后對(duì)電池狀態(tài)以信息的形式反饋給中控系統(tǒng)，中控信息針對(duì)信息做出反饋，以指令的形式發(fā)送至個(gè)功能模塊，從而指導(dǎo)機(jī)構(gòu)下一步的工作形式。EMS系統(tǒng)的完備之處在于，其不僅信息處理快捷，而且細(xì)化工作十分到位。不僅能夠自動(dòng)保持蓄電池的最佳電荷狀態(tài)，而且還可以實(shí)時(shí)體現(xiàn)電池的工作狀態(tài)，使駕駛者能夠清晰的了解電池的余電量，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障。EMS的另一突出優(yōu)勢(shì)在于，其能夠預(yù)測(cè)汽車剩余行駛里程，調(diào)節(jié)車內(nèi)溫度與車燈亮度等。在設(shè)計(jì)初充分考慮到電池?fù)p耗問(wèn)題，針對(duì)損害式充電過(guò)程做到及時(shí)規(guī)避，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)果體現(xiàn)在駕駛者面前的同時(shí)，也記錄在系統(tǒng)內(nèi)，保證故障診斷結(jié)果與顯示結(jié)果相一致。以免發(fā)生過(guò)充電現(xiàn)象，增加電池的使用壽命，減小維修工作量。

2.3電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)

新能源汽車的電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)不僅要做到驅(qū)動(dòng)工作判斷的時(shí)效性，還應(yīng)當(dāng)做到性能優(yōu)化。電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)主要由主要由電力電子變流器、數(shù)字控制器、傳感器及電動(dòng)機(jī)等部分構(gòu)成，設(shè)計(jì)目的是為了增大電池能量轉(zhuǎn)化效率，提升汽車轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的能量傳遞效果。利用該系統(tǒng)優(yōu)化汽車工作狀態(tài)，主要體現(xiàn)在以下五個(gè)方面：第一，功率密度高，且恒功率輸出；第二，針對(duì)起步地形不利的情況，具有高轉(zhuǎn)矩- 低速的基本特性。而處于巡航狀態(tài)時(shí)，特性轉(zhuǎn)變?yōu)榈娃D(zhuǎn)矩- 高速；第三，有足夠大的轉(zhuǎn)速范圍，使其能夠?qū)⒑戕D(zhuǎn)矩區(qū)與恒功率區(qū)完全覆蓋?。坏谒?，具有較快的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度；其五，成本比較低。針對(duì)當(dāng)前應(yīng)用于新能源汽車領(lǐng)域的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來(lái)講，比較常用的主要有三種，其一為感應(yīng)電機(jī)，其二是永磁同步電機(jī)，其三為開關(guān)磁阻電機(jī)。此外，該系統(tǒng)正在逐漸從電力電子逆變器向IGBT集成模塊轉(zhuǎn)變。而對(duì)于傳感器而言，其也正在向智能傳感器的發(fā)現(xiàn)而不斷發(fā)展。在研發(fā)電機(jī)控制領(lǐng)域，能夠支持異步電機(jī)的可視控制系統(tǒng)正在成為研發(fā)重心。

結(jié)語(yǔ)

作為未來(lái)汽車研發(fā)的主流趨勢(shì)，新能源汽車的市場(chǎng)前景必然十分廣闊。人們對(duì)汽車的需求不斷增加，對(duì)汽車的質(zhì)量和性能要求永無(wú)止境。作為提升汽車整體性能的重要和有效的手段，電子控制技術(shù)的不斷優(yōu)化和創(chuàng)新是未來(lái)新能源汽車研發(fā)和生產(chǎn)工作中的重點(diǎn)。在這一過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)充分考慮到汽車質(zhì)量、安全性和消費(fèi)群體的要求，不斷做出能夠跟得上趨勢(shì)潮流的，質(zhì)量和性能不斷優(yōu)化的精品汽車，讓新能源汽車的優(yōu)勢(shì)不斷擴(kuò)大。

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（作者單位：山東理工大學(xué)）