純電動(dòng)汽車整車控制策略探討

孫遠(yuǎn)舉

（山東泉港藥業(yè)有限公司，濟(jì)南 250014）

純電動(dòng)汽車整車控制策略探討

孫遠(yuǎn)舉

（山東泉港藥業(yè)有限公司，濟(jì)南 250014）

環(huán)境問題的逐漸加劇，純電動(dòng)汽車因?qū)Νh(huán)境影響較小而越來越受人們的歡迎。本文介紹了純電動(dòng)汽車的組成結(jié)構(gòu)，并探討分析了其整車控制策略。

純電動(dòng)汽車；整車；控制

0 引言

近年來，我國面臨的環(huán)境危機(jī)與能源危機(jī)逐漸加重，純電動(dòng)汽車具有零污染和零排放的優(yōu)點(diǎn)，因此，它的研發(fā)與推廣已成為我國緩解環(huán)境與能源危機(jī)的重要方式。本文通過對(duì)純電動(dòng)汽車整車控制策略的分析討論，使純電動(dòng)汽車達(dá)到最佳運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)純電動(dòng)汽車的研究與開發(fā)能夠有一定的幫助。

1 純電動(dòng)汽車概述

純電動(dòng)汽車主要由電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、能源管理系統(tǒng)、整車控制單元、充電控制單元、電源變換裝置（DC/DC）及儀表顯示系統(tǒng)等組成，其中，電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括電子控制器、功率轉(zhuǎn)換器等，能源管理系統(tǒng)包括能源及能量管理系統(tǒng)。電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要是為整車提供動(dòng)力；整車控制器（VCU）是對(duì)擋位信號(hào)和踏板信號(hào)等進(jìn)行采集，以及控制電池的放電及電機(jī)的運(yùn)行；充電控制單元是為電池組充電；電源變換裝置為整車提供能量來源；儀表顯示系統(tǒng)則是將車輛的運(yùn)行狀況信息反映給駕駛者。

2 純電動(dòng)汽車整車控制

2.1 純電動(dòng)汽車整車控制器

由整車控制器的結(jié)構(gòu)框圖可以看出，純電動(dòng)汽車的調(diào)度控制中心是整車控制器（即VCU），它將純電動(dòng)汽車的各部分系統(tǒng)聯(lián)合起來，從而控制整車，使其協(xié)調(diào)運(yùn)行。VCU（整車控制器）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示，主要包括四個(gè)模塊，分別是開關(guān)量輸入與輸出、Α/D采集模塊、CΑN通信模塊以及電源電路模塊。開關(guān)量輸入與輸出模塊主要是接收鑰匙信號(hào)、擋位信號(hào)、開關(guān)信號(hào)等以及控制風(fēng)扇、水泵等繼電器；Α/D采集模塊則是加速與制動(dòng)踏板開度以及電池電壓信號(hào)等；CΑN通信模塊主要負(fù)責(zé)與其他設(shè)備通信，將信號(hào)轉(zhuǎn)至其他單元，與其通信的其他設(shè)備主要有電池管理系統(tǒng)、電機(jī)控制器，儀表顯示等等；電源電路模塊主要是為整車控制提供電源。

2.2 整車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制

由電機(jī)和電機(jī)控制系統(tǒng)組成的純電動(dòng)車的整車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，與整車網(wǎng)絡(luò)通信主要是通過CΑN總線方式。

（1）VCU根據(jù)Α/D采集模塊采集到的踏板開度信號(hào)和擋位信號(hào)，結(jié)合電池的基本信息，經(jīng)過轉(zhuǎn)矩計(jì)算，即可得到扭矩信息。通過CΑN 通信模塊，將所得到的扭矩信息由VCU發(fā)送到 MCU，MCU 根據(jù)接收到的控制信號(hào)，執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。（2）電機(jī)控制系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)矩控制方式和轉(zhuǎn)速控制方式兩種，而MCU的控制模式即是根據(jù)VCU所發(fā)送的控制模式選擇位來確定。在轉(zhuǎn)速控制模式下，VCU所發(fā)送的為電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)模式、運(yùn)行方向以及輸出轉(zhuǎn)速值等信息；而在轉(zhuǎn)矩控制模式下，與轉(zhuǎn)速控制模式不同的是VCU所發(fā)送的信息是電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩值，其他信息則相同。（3）電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)模式一般根據(jù)汽車的運(yùn)行狀況，分為發(fā)電和電動(dòng)兩種模式。發(fā)電模式下，實(shí)現(xiàn)的是制動(dòng)能量的回饋，整車運(yùn)行的狀態(tài)是滑行或制動(dòng)；而電動(dòng)模式下，整車運(yùn)行屬于驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，汽車處于行駛狀態(tài)。（4）在電機(jī)控制系統(tǒng)運(yùn)行過程中，MCU負(fù)責(zé)將整車的故障情況與狀態(tài)信息上報(bào)給VCU，同時(shí)，MCU還可對(duì)出現(xiàn)的系統(tǒng)故障進(jìn)行及時(shí)的處理。VCU會(huì)根據(jù)MCU上報(bào)的情況對(duì)整車的運(yùn)行作出合理的控制與協(xié)調(diào)。另外，MCU上報(bào)給VCU的故障情況包括散熱器過熱、超載超速、直流側(cè)電壓故障等等；可上報(bào)的狀態(tài)信息則有電機(jī)轉(zhuǎn)矩、電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、風(fēng)扇運(yùn)行狀態(tài)、水泵運(yùn)行狀態(tài)、電機(jī)運(yùn)行電流與電壓值、電機(jī)轉(zhuǎn)速等等。

2.3 整車工作模式控制

（1）充電模式。當(dāng)充電門被打開，VCU即觸發(fā)上電。當(dāng)VCU檢測(cè)到充電連接信號(hào)時(shí)，立即啟動(dòng)BMS，BMS就會(huì)啟動(dòng)充電過程，并保持與充電機(jī)通信。然而，若充電過程發(fā)生故障，監(jiān)測(cè)BMS運(yùn)行的VCU即會(huì)中斷其充電過程，從而預(yù)防危險(xiǎn)事故的發(fā)生。（2）上電模式。當(dāng)VCU被觸發(fā)上電后，確保整車的所有設(shè)備都正常啟動(dòng)后，即系統(tǒng)自檢、BMS繼電器閉合，控制電池系統(tǒng)上電、以及控制電機(jī)預(yù)充電等過程均正常運(yùn)行，系統(tǒng)即會(huì)進(jìn)入REΑDY狀態(tài)，就可以正常操作。（3）行車模式。當(dāng)整車系統(tǒng)正常上電后，其控制信號(hào)就會(huì)傳送到VCU，VCU通過采集到的這些控制信號(hào)，根據(jù)系統(tǒng)的其他一些限制條件，來控制汽車的運(yùn)行。（4）制動(dòng)模式。純電動(dòng)汽車處于制動(dòng)模式時(shí)，VCU會(huì)根據(jù)采集到的狀態(tài)數(shù)據(jù)，來判斷計(jì)算整車需要的扭矩。另外，純電動(dòng)汽車在制動(dòng)模式下還可實(shí)現(xiàn)能量的回收利用，與傳統(tǒng)燃油車相比，這是一個(gè)很大的進(jìn)步。

2.4 汽車狀態(tài)的顯示

汽車狀態(tài)的顯示對(duì)駕駛員來說是不可或缺的，顯示的內(nèi)容主要包括車速信息、電機(jī)轉(zhuǎn)速、電池剩余電量、電機(jī)故障信息及電池故障信息等，可使駕駛員隨時(shí)了解汽車的情況，出現(xiàn)問題也可及時(shí)解決。

2.5 整車能量優(yōu)化控制

整車能量優(yōu)化控制主要包括以下幾點(diǎn)：（1）VCU能夠及時(shí)了解BMS反饋的剩余電量、電池的電壓與電流及溫度情況、電池輸出繼電器狀態(tài)、電池組最大放電電流與回充電流及故障報(bào)警等信息。（2）VCU 根據(jù)汽車控制策略以及來自總線上的電池狀態(tài)和電機(jī)狀態(tài)信息以閉合或者斷開 BMS 的總正/負(fù)繼電器，完成高壓回路的閉合和斷開功能。（3）當(dāng)純電動(dòng)汽車處于制動(dòng)模式下，汽車在VCU的控制下產(chǎn)生再生制動(dòng)扭矩，讓電機(jī)發(fā)電，并且將電機(jī)發(fā)的電存儲(chǔ)到蓄電池中，從而實(shí)現(xiàn)能量的回收利用。

3 結(jié)語

對(duì)純電動(dòng)汽車的整車控制研究即是對(duì)整車控制器的控制研究，在分析其控制策略時(shí)，應(yīng)對(duì)開發(fā)的目的有清晰地認(rèn)識(shí)，不但保證汽車的基本性能，而且可降低能源損耗，使其更加優(yōu)化。

［1］竇國偉，劉奮，程浩，柯小軍，寇攻紅.純電動(dòng)轎車整車驅(qū)動(dòng)控制策略開發(fā)實(shí)踐［J］.上海汽車，2010.

［2］翟世歡，辛明華，于蘭.純電動(dòng)汽車整車控制策略［J］.汽車工程師，2014.

［3］劉光宇，李睿，孫穎，王嵩.純電動(dòng)汽車整車控制策略研究［J］.產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2012.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.19.035