電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)之整車低壓工作原理介紹

張紅濤，孫 佳，張 玲

（長安汽車股份有限公司 北京研究院，北京 100195）

電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)之整車低壓工作原理介紹

張紅濤，孫 佳，張 玲

（長安汽車股份有限公司 北京研究院，北京 100195）

隨著近年來出現(xiàn)的 “電動(dòng)汽車熱”現(xiàn)象，電動(dòng)汽車已經(jīng)受到了廣泛的關(guān)注。本文從整車工作原理方面著手，將電動(dòng)汽車的基本構(gòu)成及其電路原理進(jìn)行介紹，使讀者可以更能清晰明了地了解電動(dòng)汽車的構(gòu)造，為初級(jí)入門者提供電動(dòng)汽車低壓原理設(shè)計(jì)的思路。

電動(dòng)汽車；低壓電器；原理設(shè)計(jì)

隨著地球變暖、石油能源緊缺、自然環(huán)境日漸惡化等等一系列現(xiàn)實(shí)問題的凸顯，如何使用低排放、低污染的清潔能源是亟待解決的問題。汽車的銷量以每年10%～20%的需求速度增長，汽車這個(gè)吃油大戶無疑會(huì)被推到風(fēng)口浪尖上，因此，汽車行業(yè)也在積極探尋新的能源。純電動(dòng)汽車有著環(huán)保、零排放、油耗低、運(yùn)行成本低等優(yōu)勢(shì)，因此逐漸成為人們熱捧的對(duì)象。同時(shí)，各國都相繼頒布了針對(duì)電動(dòng)汽車的各種政策支持，因此，各車企都在積極開發(fā)純電動(dòng)汽車。

如果按照全新的車型來進(jìn)行開發(fā)，整個(gè)研發(fā)周期一般會(huì)達(dá)到38乃至45個(gè)月，等生產(chǎn)出來的時(shí)候，整個(gè)行業(yè)已經(jīng)是日新月異的下一代了，不能夠滿足行業(yè)和車企的周期要求。因此，如何能夠盡快拿出研制成果是非常重要的，而電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是汽油車改制電動(dòng)汽車至關(guān)重要的一環(huán)。下文簡單介紹純電動(dòng)汽車與常規(guī)汽油部件的主要區(qū)別，以此來闡述電氣原理及其實(shí)現(xiàn)方式。

1 電動(dòng)汽車專用部件簡述

1.1 電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)綜述

常規(guī)汽油車是通過發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射系統(tǒng)，將汽油和空氣混合后爆炸的能量轉(zhuǎn)換為扭矩來驅(qū)動(dòng)汽車前進(jìn)；而純電動(dòng)汽車則靠的是一個(gè)直流或交流電動(dòng)機(jī)，通過電機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為扭矩來驅(qū)動(dòng)汽車前進(jìn)。

常規(guī)汽油車的能量來源是汽油，而純電動(dòng)汽車通常是由動(dòng)力電池等儲(chǔ)能裝置進(jìn)行電能釋放作為行駛能量來源 （目前適用的電壓平臺(tái)一般以300～600V居多，以下以330V為例）。動(dòng)力電池將高壓直流電源源不斷地輸送出來，經(jīng)過轉(zhuǎn)換器將高壓的直流電轉(zhuǎn)換為適合驅(qū)動(dòng)電機(jī)的直流或交流電，從而驅(qū)動(dòng)車輛前進(jìn)。

同樣，因?yàn)闆]有了發(fā)動(dòng)機(jī)，所以原本在發(fā)動(dòng)機(jī)輪系上帶動(dòng)的發(fā)電機(jī)、壓縮機(jī)、助力轉(zhuǎn)向油泵等部件就需要進(jìn)行相應(yīng)的替換。替代發(fā)電機(jī)給低壓蓄電池充電的部件是一個(gè)直流轉(zhuǎn)換裝置，它可以將動(dòng)力電池輸出的高壓直流電源轉(zhuǎn)換為12V的低壓直流電 （以下均以12V為例），從而給低壓蓄電池充電，同時(shí)作為整車所有低壓用電器的電源。壓縮機(jī)沒有了皮帶輪的驅(qū)動(dòng)，也就從皮帶驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)化為使用高壓電來驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)壓縮機(jī)。轉(zhuǎn)向方面，目前大部分汽油車上在使用的都是液壓助力轉(zhuǎn)向裝置，但使用電動(dòng)轉(zhuǎn)向泵輔助轉(zhuǎn)向的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向器在現(xiàn)在的很多汽油車上也都配備，在沒有了機(jī)械助力轉(zhuǎn)向油泵的時(shí)候，自然也就選擇了電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向。

1.2 電動(dòng)汽車專用部件及相關(guān)功能

1.2.1 行車專用部件

1）動(dòng)力電池 電動(dòng)汽車的核心在于整車所有部件的能量源泉是電能，那么整車的核心部件就是動(dòng)力電池。動(dòng)力電池功能是存儲(chǔ)電能，在需要時(shí)可以輸出電能，為整車所有用電部件提供電能，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為整車需要的各種形式的能量。目前行業(yè)內(nèi)使用的動(dòng)力電池一般為鐵系鋰電池和三元鋰電池。動(dòng)力電池因其尺寸較大，一般都布置在地板下面或者行李廂內(nèi)，如圖1所示。

圖1 電動(dòng)汽車行車專用部件布置圖

為了達(dá)到正常的電能使用，動(dòng)力電池內(nèi)部設(shè)置有BMS，也就是動(dòng)力電池管理系統(tǒng)。BMS需要同時(shí)監(jiān)控電池包內(nèi)部各電池模組的電壓、電流、溫度等電池的工作狀態(tài)參數(shù)，通過這些參數(shù)來判定目前的電池狀態(tài)允許充電、放電的功率等，同時(shí)將這些參數(shù)通過CAN信息發(fā)送給整車控制器。

2）電機(jī)控制器及驅(qū)動(dòng)電機(jī) 如果說汽油車的動(dòng)力源是發(fā)動(dòng)機(jī)，那么電動(dòng)汽車行駛的動(dòng)力源應(yīng)該是驅(qū)動(dòng)電機(jī)了，驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，從而驅(qū)動(dòng)車輛行駛。驅(qū)動(dòng)電機(jī)內(nèi)部也有邏輯定義，可以接收不同的轉(zhuǎn)速使能等信號(hào)，同時(shí)將電機(jī)狀態(tài)信號(hào)反饋給電機(jī)控制器。

目前使用較多的是交流異步電機(jī)或永磁同步電機(jī)，工作電壓一般為交流144～600V。為了讓電機(jī)在合適的電壓下工作，就需要有一個(gè)轉(zhuǎn)換裝置，將動(dòng)力電池輸出的高壓電轉(zhuǎn)換成適合電機(jī)工作的電壓平臺(tái)，也就是從高壓直流1變化為高壓直流2或高壓交流電。電機(jī)的工作需要一個(gè)控制的部件，同時(shí)還需要對(duì)電機(jī)反饋的信號(hào)進(jìn)行處理，監(jiān)控電機(jī)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)、溫度等。因此，這部分綜合起來作為一個(gè)整體部件，也就是電機(jī)控制器。

純電動(dòng)轎車的電機(jī)控制器和驅(qū)動(dòng)電機(jī)一般布置在機(jī)艙內(nèi)，為前置前驅(qū)，如圖1所示。但微車或客車的電機(jī)控制器和驅(qū)動(dòng)電機(jī)一般都是底盤下方。綜合來說，都是距離驅(qū)動(dòng)軸比較近的位置。

3）整車控制器 汽油車控制發(fā)動(dòng)機(jī)工作的關(guān)鍵部件就是發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)ECU，電動(dòng)汽車沒有了發(fā)動(dòng)機(jī)，但增加的是電機(jī)、電機(jī)控制器等相應(yīng)的設(shè)備，同樣需要有用來控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)和電機(jī)控制器以及將動(dòng)力系統(tǒng)和整車之間的信號(hào)關(guān)聯(lián)起來的部件，那就是整車控制器VCU。整車控制器會(huì)接收整車的車速、制動(dòng)踏板狀態(tài)、油門踏板狀態(tài)、整車剩余電量、整車工作電流、工作部件等信息，綜合來判定并驅(qū)動(dòng)行車所需要的部件進(jìn)行工作。

4）直流變換器 沒有了發(fā)電機(jī)，就需要新增一個(gè)部件作為整車低壓部件的能量來源并給12V蓄電池充電。直流變換器DCDC就是具備了此功能的一個(gè)部件，它將動(dòng)力電池輸出的高壓直流電轉(zhuǎn)換成為可供蓄電池充電和整車低壓用電器使用的低壓12V直流電源。

作為一個(gè)智能化直流變換器，可以同時(shí)對(duì)整車的用電量進(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)行駛路況較差從而導(dǎo)致整車用電器工作較多的時(shí)候，DCDC會(huì)進(jìn)行較大功率的轉(zhuǎn)換；當(dāng)行駛路況較好的時(shí)候，整車用電器使用功率較小，DCDC可以進(jìn)行較小功率的轉(zhuǎn)換。因此，DCDC具備可以進(jìn)行智能化功率轉(zhuǎn)換的優(yōu)勢(shì)，防止定功率轉(zhuǎn)換造成的電量不夠或電量浪費(fèi)。

5）充電裝置 動(dòng)力電池能量的補(bǔ)充，一般有2種方式：一種是通過交流充電樁及車載充電機(jī)進(jìn)行小倍率電流持續(xù)充注；另一種是通過直流充電樁對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行大倍率電流短時(shí)充注。

小倍率電流充注就是一般所說的慢充，使用普通家庭用的交流220V電源進(jìn)行。整車需要配備一個(gè)充電機(jī)，將家用交流220V轉(zhuǎn)換成為動(dòng)力電池所需的330 V直流電壓，這樣才能給動(dòng)力電池充電，慢充的時(shí)間一般為8h左右。

大倍率電流短時(shí)充注就是一般所說的快充。在各電動(dòng)汽車推廣的城市都會(huì)建造電動(dòng)汽車專用充電站，利用充電站的充電樁給電動(dòng)汽車充電一般使用2C～3C（電池以1h充滿電量所需的電流）的速度充電，一般情況下只需要0.5h即可充滿車輛整個(gè)動(dòng)力電池的80%?？斐渲苯訌某潆姌哆B接到動(dòng)力電池，不通過整車其他部件。

6）其他配套部件 包括電子換擋器，電子油門，組合儀表。

電子換擋器：電動(dòng)汽車使用的驅(qū)動(dòng)電機(jī)本身具有雙向旋轉(zhuǎn)功能，即可實(shí)現(xiàn)前、后驅(qū)動(dòng)且轉(zhuǎn)速可調(diào)范圍較大，也就不需要手動(dòng)變速器進(jìn)行換擋調(diào)速和轉(zhuǎn)換前進(jìn)與后退。電動(dòng)汽車使用電子換擋器，可直接將所需要的信號(hào)發(fā)送給整車控制器，整車控制器就會(huì)來控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)速變換。

電子油門：沒有了發(fā)動(dòng)機(jī)，也就不存在使用油門拉線控制進(jìn)氣量等的開度，只需將需要的油門信號(hào)發(fā)給整車控制器，整車控制器控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速大小即可。

組合儀表：因?yàn)榧冸妱?dòng)汽車和常規(guī)汽油車有一些區(qū)別，因此在顯示方面也有相應(yīng)的區(qū)分，這就產(chǎn)生了電動(dòng)汽車專用的組合儀表。電動(dòng)汽車專用的組合儀表在傳統(tǒng)汽車信號(hào)顯示的基礎(chǔ)上，又增加了系統(tǒng)準(zhǔn)備就緒、電壓、電流、荷電狀態(tài)、動(dòng)力電池?cái)嚅_、系統(tǒng)故障、動(dòng)力電池故障、動(dòng)力電池充電、充電線連接等電動(dòng)汽車專用信號(hào)。針對(duì)電動(dòng)汽車專用的儀表顯示，在GB／T 4094.2—2005《電動(dòng)汽車操縱件、指示器及信號(hào)裝置的標(biāo)志》和GB／T 19836—2005《電動(dòng)汽車用儀表》中，國家已經(jīng)有了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)定。因?yàn)殡妱?dòng)汽車新增信號(hào)較多，且許多信號(hào)都在整車控制器監(jiān)控中，因此一般采用CAN網(wǎng)絡(luò)接口的形式，這樣可以保證傳輸信息多樣化的同時(shí)，還能保證信息的準(zhǔn)確性。

1.2.2 制動(dòng)專用部件

汽油車狀態(tài)下，制動(dòng)系統(tǒng)的工作方式為：通過將進(jìn)氣歧管處產(chǎn)生的真空連接到真空助力器上，從而對(duì)整車的制動(dòng)提供助力。但電動(dòng)汽車沒有了進(jìn)氣歧管，真空度從哪兒來？于是要增加一個(gè)抽真空用的電動(dòng)真空泵，真空泵通過抽吸制動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)部空氣，來達(dá)到對(duì)駕駛員踩制動(dòng)時(shí)的一個(gè)助力。為了保證整個(gè)助力系統(tǒng)的正常工作，需要由一個(gè)傳感器來實(shí)時(shí)檢測(cè)制動(dòng)系統(tǒng)的真空度，保證制動(dòng)系統(tǒng)一直在合適的壓力范圍內(nèi)工作。當(dāng)制動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)部真空度超出整車的壓力范圍時(shí)，及時(shí)對(duì)駕駛員進(jìn)行提醒。同時(shí)為了保證真空泵失效的情況下，駕駛員仍然可以進(jìn)行緊急的基礎(chǔ)制動(dòng)，系統(tǒng)上會(huì)使用一個(gè)真空罐，在真空泵停止工作時(shí)，保證駕駛員仍然可以進(jìn)行5～6次制動(dòng)的真空用量。制動(dòng)專用部件布置如圖2所示。

圖2 制動(dòng)專用部件布置圖

1.2.3 空調(diào)冷卻專用部件

1.2.3.1 空調(diào)部件

圖3為電動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)部件布置圖。

圖3 電動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)部件布置圖

1）制冷系統(tǒng) 純電動(dòng)汽車與傳統(tǒng)汽油車制冷系統(tǒng)相比，簡單來說，只有壓縮機(jī)進(jìn)行了變化。汽油車的壓縮機(jī)一般都在發(fā)動(dòng)機(jī)輪系上，由發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸皮帶輪帶動(dòng)壓縮機(jī)工作。但純電動(dòng)汽車沒有了發(fā)動(dòng)機(jī)輪系，那么壓縮機(jī)就要由整車的動(dòng)力源——?jiǎng)恿﹄姵貋眚?qū)動(dòng)壓縮機(jī)工作，也就是電動(dòng)壓縮機(jī)。因?yàn)閴嚎s機(jī)需要的功率較大，一般都在4～6kW／h，因此更適用于使用高壓電進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，一般是連接在動(dòng)力電池的輸出電源上進(jìn)行工作。

2）采暖系統(tǒng) 目前，乘用車駕駛室內(nèi)的采暖都是通過將發(fā)動(dòng)機(jī)的余熱引入到駕駛室的暖風(fēng)芯體里，當(dāng)風(fēng)通過時(shí)，通過熱交換來對(duì)駕駛艙進(jìn)行采暖。電動(dòng)汽車沒有了發(fā)動(dòng)機(jī)余熱帶來的冷卻液熱量，需要單獨(dú)的部件對(duì)乘員艙進(jìn)行加熱。目前常規(guī)的有2種：①風(fēng)暖，采用風(fēng)暖的PTC對(duì)整車的更改較小，投入成本低，也比較容易實(shí)現(xiàn)，但因?yàn)轱L(fēng)暖電加熱器要直接安裝在冷暖一體機(jī)內(nèi)部，與塑料殼體近距離接觸，如果過熱，可能存在著火等危險(xiǎn)，存在安全隱患；②水暖，需要單獨(dú)的部件將冷卻液加熱，從而在冷卻液通過暖風(fēng)芯體的時(shí)候通過熱交換將室內(nèi)鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)進(jìn)行加熱，進(jìn)而帶入駕駛室內(nèi)，這樣便可以對(duì)駕駛室進(jìn)行加熱。水暖式采暖還需要一個(gè)暖風(fēng)水泵來促進(jìn)冷卻液進(jìn)行流動(dòng)。

1.2.3.2 冷卻系統(tǒng)

因?yàn)殡妱?dòng)汽車增加的一些部件 （如驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電機(jī)控制器、DCDC、充電機(jī)等）是使用高壓電進(jìn)行工作，在工作過程中會(huì)產(chǎn)生熱量，為了讓部件在穩(wěn)定的溫度范圍內(nèi)工作，需要給這些部件進(jìn)行降溫，目前的降溫方式有風(fēng)冷和水冷2種方式。風(fēng)冷對(duì)出風(fēng)口附近部件的布置有一定的要求。水冷就需要在部件內(nèi)部增加冷卻用的水道，同時(shí)需要增加冷卻液的流動(dòng)動(dòng)力，也就是水泵。通過管路將所有需要水冷的部件進(jìn)行連接，水泵驅(qū)動(dòng)冷卻液流動(dòng)經(jīng)過所有部件，從而對(duì)各部件進(jìn)行冷卻。電動(dòng)汽車?yán)鋮s系統(tǒng)部件布置如圖4所示。

圖4 電動(dòng)汽車?yán)鋮s系統(tǒng)部件布置圖

1.2.3.3 電池?zé)峁芾?/p>

電池在充放電過程中會(huì)產(chǎn)生熱量，產(chǎn)熱的速率一般與以下有關(guān)：電池的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)，荷電的初始狀態(tài)和終止?fàn)顟B(tài)，電池的初始溫度，充電和放電的速率和模式。電池產(chǎn)生的熱量如果不能及時(shí)散出去，就會(huì)影響電池的可放電功率；同時(shí)，如果電池溫度過低，也會(huì)導(dǎo)致電池的放電能力下降。目前在產(chǎn)的純電動(dòng)汽車中，動(dòng)力電池系統(tǒng)的熱管理尚屬少見，如長安逸動(dòng)-純電動(dòng)、北汽E150等都是讓動(dòng)力電池通過自然風(fēng)冷卻，這種情況會(huì)使電動(dòng)汽車的使用地域受到一定的限制。只有少量的純電動(dòng)汽車有動(dòng)力電池的熱管理系統(tǒng)，如長安的E30、三菱I-MIEV等，這種熱管理系統(tǒng)的存在，使得純電動(dòng)汽車的使用地域更廣，使用條件更寬泛，電池的壽命更長。

1.2.4 轉(zhuǎn)向?qū)Ｓ貌考?/p>

目前配置較高的轎車都已經(jīng)配備了EPS系統(tǒng)，將其改制成電動(dòng)汽車時(shí)，可以直接更換為EPS，見圖5。但EPS需要布置在轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向柱上，同時(shí)需要的空間也較大，在很多車型上不能適配，因此就要使用EHPS，見圖6。使用一個(gè)電子油泵代替原來依托于發(fā)動(dòng)機(jī)輪系的機(jī)械泵，使用12V電源可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向油的壓縮。這種方案的使用，對(duì)整車零部件改動(dòng)較小，所有的管路、轉(zhuǎn)向柱、油管等都不需要重新開發(fā)，可以大大縮短開發(fā)周期。

圖5 EPS布置示意圖

圖6 EHPS連接布置圖

1.2.5 主動(dòng)安全專用部件

1）行人警示蜂鳴器 電動(dòng)汽車在運(yùn)行時(shí)，由于運(yùn)行聲音小，路邊行人會(huì)因?yàn)闊o法聽到行車聲音可能會(huì)造成意外的人身傷害。因此中國于2012年頒布實(shí)施了GBT_28382—2012《純電動(dòng)乘用車技術(shù)條件》，規(guī)定要求車輛在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮車輛起動(dòng)、車速低于20km／h時(shí)，能夠給車外人員發(fā)出適當(dāng)?shù)奶崾拘月曧?，行人警示蜂鳴器由此而產(chǎn)生。

目前使用較多的行人警示器一般有以下2種：①單一聲音行人警示器，此種行人警示器就是簡單的由以前的發(fā)聲喇叭轉(zhuǎn)變而來，接通電源以后即可發(fā)出類似 “滴滴”的規(guī)則響聲，如圖7所示；②可變聲音行人警示器，此部件通過結(jié)合整車的實(shí)時(shí)行車狀態(tài) （加速、減速）等情況，可以發(fā)出模擬聲音，如發(fā)動(dòng)機(jī)聲音或任何指定的音樂，更凸顯人性化設(shè)計(jì)，如圖8所示。

圖7 單一聲音行人警示器

圖8 可變聲音行人警示器

2）遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng) 針對(duì)電動(dòng)汽車運(yùn)行的安全性考慮，各地 （如北京、上海、廣州等電動(dòng)汽車示范運(yùn)行城市）紛紛發(fā)布地方標(biāo)準(zhǔn)，要求電動(dòng)汽車要具備遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)能力。具有對(duì)整車、動(dòng)力電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的設(shè)施和能力，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)實(shí)時(shí)發(fā)送至各地新能源小客車綜合服務(wù)與管理平臺(tái)，確保車輛安全運(yùn)行。因此，各車企的純電動(dòng)汽車會(huì)有配備遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，整車的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)通過CAN信號(hào)發(fā)送給遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，同時(shí)在遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)配備2G／3G流量卡，通過通信服務(wù)商的網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到各地的電動(dòng)汽車管理平臺(tái)。

至此，純電動(dòng)汽車工作方式已經(jīng)分析完畢，相關(guān)的專用部件及其功能匯總見表1。

表1 純電動(dòng)汽車專用部件

2 電動(dòng)汽車專用部件原理及其控制方式

電動(dòng)汽車雖然增加了很多專用部件，但整體上來說，都是根據(jù)電能轉(zhuǎn)化為各自系統(tǒng)需要使用的能量，下文根據(jù)不同系統(tǒng)的功能來闡述相關(guān)電氣原理及實(shí)現(xiàn)方式。

2.1 行車專用部件

從圖9可以看出，在整車工作的原理中，高壓動(dòng)力的源泉是動(dòng)力電池。動(dòng)力電池將高壓電輸入給電機(jī)控制器，電機(jī)控制器轉(zhuǎn)化后輸入給驅(qū)動(dòng)電機(jī)，進(jìn)而轉(zhuǎn)化成為扭矩來驅(qū)動(dòng)汽車；而整車低壓部件的電源都來自12V蓄電池，12V蓄電池的充電靠的是直流變換器將動(dòng)力電池輸入過來的高壓直流電轉(zhuǎn)換成為12V低壓直流電。

圖9 電動(dòng)汽車行車專用部件工作邏輯圖

整車控制器是整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)控制的中心樞紐，整車所有高壓部件和部分低壓部件的運(yùn)行都要通過整車控制器。整車控制器在運(yùn)行時(shí)，接收整車部件的油門信號(hào)、擋位信號(hào)、制動(dòng)信號(hào)、車速等信息，并結(jié)合動(dòng)力系統(tǒng)的剩余SOC、動(dòng)力電池電壓、整車運(yùn)行狀態(tài)等信息，綜合判斷目前車輛合適的工作模式，并進(jìn)行車輛行駛所需的必要信號(hào)輸出。

2.2 制動(dòng)專用部件

從圖10可以看出，整個(gè)制動(dòng)系統(tǒng)中，整車控制器接收整車電源擋位、制動(dòng)信號(hào)、壓力傳感器信號(hào)等信息。整車控制器控制繼電器導(dǎo)通，從而使真空泵工作。從邏輯上分析，整車控制器控制繼電器工作的前提就是接收到壓力傳感器的真空度信號(hào)，分析出真空度不足或者需要制動(dòng)時(shí)，將控制真空泵工作。同時(shí)為了在真空泵失效的情況下提前預(yù)警，從繼電器開關(guān)下游并聯(lián)一個(gè)回路至整車控制器，當(dāng)真空泵需要工作但整車控制器未檢測(cè)到真空泵接通到正極電源，或者制動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)的真空度嚴(yán)重不足，不足以支持駕駛員繼續(xù)行車的時(shí)候，那么整車控制器會(huì)通過組合儀表上的警告指示燈，來提示駕駛員制動(dòng)系統(tǒng)存在故障。

圖10 電動(dòng)汽車制動(dòng)專用部件工作邏輯圖

2.3 空調(diào)冷卻專用部件

1）制冷系統(tǒng) 制冷系統(tǒng)的電路原理見圖11。熱管理模塊是整個(gè)系統(tǒng)的控制中心，電動(dòng)壓縮機(jī)是代替機(jī)械式壓縮機(jī)作為制冷系統(tǒng)的心臟，同時(shí)還要使用其他一些與原車通用的部件，如冷暖一體機(jī)、壓力傳感器等。熱管理模塊通過收集壓力傳感器信號(hào)和空調(diào)面板發(fā)過來的AC請(qǐng)求，從而來控制壓縮機(jī)的啟動(dòng)與停止。當(dāng)制冷系統(tǒng)開啟時(shí)，熱管理模塊同時(shí)啟動(dòng)散熱風(fēng)扇為冷凝器增加強(qiáng)制散熱功能。

圖11 電動(dòng)汽車空調(diào)冷卻部件工作邏輯圖

2）采暖系統(tǒng) 這里主要闡述的是水暖式采暖系統(tǒng)。沒有了發(fā)動(dòng)機(jī)余熱作為暖風(fēng)的熱源，使用的是電加熱器來對(duì)冷卻液進(jìn)行加熱。在被加熱的冷卻液通過暖風(fēng)芯體時(shí)，經(jīng)過熱交換來對(duì)室內(nèi)空氣進(jìn)行加熱。暖風(fēng)水泵為水暖式采暖系統(tǒng)提供冷卻液流動(dòng)的動(dòng)力，而在暖風(fēng)管路上增加一個(gè)水溫傳感器來對(duì)冷卻液溫度進(jìn)行讀取，以便更好地控制采暖系統(tǒng)的開啟、關(guān)閉與功率調(diào)節(jié)。

3）冷卻系統(tǒng) 電動(dòng)汽車的冷卻系統(tǒng)與汽油車實(shí)現(xiàn)原理類似，都是將冷卻液通過流經(jīng)各工作部件時(shí)將部件的溫度帶走，再在散熱器中通過風(fēng)冷將溫度散出冷卻系統(tǒng)。電動(dòng)汽車沒有了發(fā)動(dòng)機(jī)上的水泵，替代的是電動(dòng)水泵。電動(dòng)水泵驅(qū)動(dòng)整個(gè)冷卻系統(tǒng)內(nèi)的冷卻液流動(dòng)。為了更好地對(duì)系統(tǒng)的溫度進(jìn)行監(jiān)控和完成冷卻目標(biāo)，各高壓部件需將各自的部件內(nèi)部溫度通過CAN信號(hào)發(fā)送給整車控制器，再轉(zhuǎn)發(fā)到熱管理模塊上，同時(shí)在冷卻管路上也設(shè)計(jì)冷卻液水溫傳感器來讀取冷卻液溫度。熱管理模塊綜合這些冷卻液溫度信息來判斷冷卻系統(tǒng)實(shí)時(shí)狀態(tài)，并開展針對(duì)性的冷卻措施。熱管理模塊可以控制冷卻水泵在不同的溫度下以不同的功率進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，也可以控制散熱風(fēng)扇以高／低速工作或不開啟風(fēng)扇。

2.4 轉(zhuǎn)向?qū)Ｓ貌考?/p>

EPS與EHPS的區(qū)別：EHPS與傳統(tǒng)的助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)很類似，都是通過助力轉(zhuǎn)向油的油壓來對(duì)用戶的轉(zhuǎn)向提供助力，只是把原來的機(jī)械油泵置換為電子油泵，整個(gè)系統(tǒng)的其他與汽油車基本相同；而EPS與傳統(tǒng)汽油車的區(qū)別在于，EPS采用電機(jī)直接作用在轉(zhuǎn)向管柱上，使用電機(jī)的扭矩作為對(duì)用戶的轉(zhuǎn)向助力來源，同時(shí)EPS將扭矩傳感器、電機(jī)等部件集成在一體，集成性高，減少了多部件組合的各種隱患。

如圖12所示，EPS通過CAN線接收實(shí)時(shí)車速、高壓上電狀態(tài)等信號(hào)，同時(shí)結(jié)合EPS本身自帶的扭矩傳感器來收集轉(zhuǎn)向管柱的轉(zhuǎn)向角度信號(hào)，通過控制EPS自帶的EPS電機(jī)來對(duì)用戶進(jìn)行助力。而EHPS是將實(shí)時(shí)車速、高壓上電狀態(tài)、轉(zhuǎn)向角度等信號(hào)通過CAN線輸入到EHPS泵上，通過對(duì)泵的調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶轉(zhuǎn)向力的調(diào)節(jié)，如圖13所示。

圖12 EPS轉(zhuǎn)向部件工作邏輯圖

圖13 EHPS轉(zhuǎn)向部件工作邏輯圖

2.5 主動(dòng)安全專用部件

1）行人警示蜂鳴器

行人警示蜂鳴器的控制原理一般有2種方式：①通過整車上的某控制器來控制蜂鳴器的發(fā)聲；②行人警示蜂鳴器本身自帶車速判定邏輯。

單一聲音蜂鳴器的工作電路一般如圖14所示。發(fā)聲器功率較小且車內(nèi)其他控制器可以具備功率輸出功能的時(shí)候，可以由車內(nèi)其他控制器來控制發(fā)聲；如果車內(nèi)控制器無功率輸出功能，則需要通過控制繼電器來實(shí)現(xiàn)發(fā)聲器的控制。此種蜂鳴器的發(fā)聲器是簡單的類似電喇叭的部件，通電即可發(fā)出固定聲音。

圖14 單一聲音蜂鳴器工作邏輯圖

模擬聲音蜂鳴器的工作電路相當(dāng)于將上述情況的控制器與發(fā)聲器結(jié)合在一起的部件，不過為了發(fā)出不同模擬的聲音，需要將發(fā)聲器確定為一個(gè)揚(yáng)聲器類部件。蜂鳴器本身自帶邏輯判斷能力，且可以在行人警示蜂鳴器內(nèi)部具有可刷寫功能，將預(yù)先設(shè)置好的音頻文件刷寫入控制器內(nèi)部，在車速不同時(shí)，可發(fā)出不同的聲響。如圖15所示。

2）遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

圖15 模擬聲音蜂鳴器工作邏輯圖

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的作用就是收集整車實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)相關(guān)數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)絡(luò)信號(hào)發(fā)送到系統(tǒng)后臺(tái)。如圖16所示，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)受整車使能控制，在需要工作時(shí)才會(huì)開啟，同時(shí)，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)通過整車CAN網(wǎng)絡(luò)收集電動(dòng)車相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)，如車速、動(dòng)力電池電壓、電機(jī)轉(zhuǎn)速、油門狀態(tài)、制動(dòng)狀態(tài)等信號(hào)，然后通過2G／3G網(wǎng)絡(luò)通信模塊發(fā)送到系統(tǒng)后臺(tái)。

圖16 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

3 結(jié)論及建議

電動(dòng)汽車是一項(xiàng)新興技術(shù)，中國的電動(dòng)汽車市場剛剛起步，在以后的汽車工業(yè)發(fā)展中占領(lǐng)的地位將越來越高。由于電動(dòng)汽車相較于傳統(tǒng)汽車的特殊性和危險(xiǎn)性，也就要求在研發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)要更加嚴(yán)謹(jǐn)，以避免設(shè)計(jì)問題造成的危險(xiǎn)。

［1］ GB／T 19596—2004，電動(dòng)汽車術(shù)語［S］.

［2］ GB／T 28382—2012，純電動(dòng)乘用車技術(shù)條件［S］.

［3］ GB／T19836—2005，電動(dòng)汽車用儀表［S］.

［4］ DB 44／T 1199—2013，電動(dòng)汽車遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)基本要求［S］.

［5］ DB 11／Z 993.1—2013，電動(dòng)汽車遠(yuǎn)程服務(wù)與管理系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范 第1部分：總則［S］.

（編輯 楊 景）

Introduction to Low-voltage Working Principle on Electric Vehicle Design

ZHANG Hong-tao，SUN Jia，ZHANG Ling
（Beijing R＆D Center，Changan Automobile Co.，Ltd.，Beijing，100195 China）

With increasing popularity of electric car in recent years，electric vehicle has been widely concerned by the public.Beginning with vehicle working principles，this paper introduces electric car basic structure and circuit principals；Depicts a clear view of electric vehicle structure，and provides ideas of low-voltage principle design for beginners.

electric vehicles；low-voltage electrics；designing principle

U469.72

A

1003－8639（2016）10－0004－07

2016-02-19

張紅濤 （1983-），男，工程師，主要從事整車原理設(shè)計(jì)及線束設(shè)計(jì)相關(guān)工作；孫佳 （1983-），男，工程師，主要從事純電動(dòng)車輛電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)集成相關(guān)工作；張玲 （1981-），女，工程師，主要從事整車熱管理領(lǐng)域系統(tǒng)設(shè)計(jì)及開發(fā)工作。