新能源汽車電子控制關(guān)鍵性技術(shù)

程海波

摘 要：近年來，為緩解日益突出的能源危機，政府加強對新能源汽車產(chǎn)業(yè)的扶植力度，在開拓消費市場、技術(shù)研發(fā)等領(lǐng)域中取得諸多顯著成果，構(gòu)建完善的整車集成技術(shù)體系。但在新能源汽車的電子控制技術(shù)層面上尚存在一定的優(yōu)化空間，導(dǎo)致新能源汽車的能源利用率有所不足。針對于此，本文對新能源汽車電子控制系統(tǒng)的各項關(guān)鍵性技術(shù)開展簡要分析，以期推動新能源汽車的發(fā)展進程。

關(guān)鍵詞：新能源汽車 電子控制系統(tǒng) 關(guān)鍵性技術(shù)

1 新能源汽車電子控制系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

新能源汽車泛指，使用非石油等常規(guī)車用燃料為核心動力來源的新型汽車，包括氫發(fā)動機汽車、純電動汽車等等。與傳統(tǒng)汽車相比，新能源汽車在節(jié)能環(huán)保層面上具有極為顯著的應(yīng)用優(yōu)勢，主要消耗電能等可再生能源，并不會對生態(tài)環(huán)境造成明顯的污染破壞，與我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略理念相符合。同時，新能源汽車的技術(shù)體系與原理相對較為先進，被視作為汽車制造行業(yè)的未來主要發(fā)展趨勢。但是，從新能源汽車電子控制系統(tǒng)角度來看，雖然各企業(yè)持續(xù)加大技術(shù)研發(fā)與投入力度，并取得諸多技術(shù)成果。但是，與傳統(tǒng)汽車相比，新能源汽車的電子控制單元結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜、技術(shù)難度較大，需要若干個子系統(tǒng)同時保持良好的協(xié)作運行模式，方可充分發(fā)揮汽車電子控制系統(tǒng)的各項使用功能，完成能源轉(zhuǎn)換、方向調(diào)整等具體操作。目前來看，多數(shù)新能源汽車的電子控制系統(tǒng)仍存在一定的優(yōu)化空間，且電控系統(tǒng)特性有所差異，企業(yè)亟需解決各項技術(shù)問題。

2 新能源汽車電子控制關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1 能量管理系統(tǒng)

能量管理系統(tǒng)是汽車電子控制系統(tǒng)的重要構(gòu)成部分，系統(tǒng)運行情況與能量管理水平，將直接影響到新能源汽車的續(xù)航能力與使用成本，其重要性可見一斑。該系統(tǒng)由充放電控制模塊、功率分配/限制模塊加以組成。在系統(tǒng)運行過程中，控制單元將持續(xù)對新能源汽車的電池運行工況及剩余電量進行評估，基于分析結(jié)果針對性下達各項控制指令。隨后，各功能模塊執(zhí)行所接收控制指令，確保新能源汽車穩(wěn)定保持最優(yōu)的電控系統(tǒng)運行與車輛行駛狀態(tài)。同時，能量管理系統(tǒng)還負責(zé)持續(xù)采集、監(jiān)測車輛的各項運行數(shù)據(jù)，在顯示屏顯示車輛剩余電量等信息。而在監(jiān)測到異常數(shù)據(jù)與運行情況時，將開展故障診斷工作，上傳診斷結(jié)果，如向駕駛員提示電池過充問題。簡單來講，在新能源汽車電子控制系統(tǒng)中，能量管理系統(tǒng)主要負責(zé)控制蓄電池組的運行工況與狀態(tài)，開展數(shù)據(jù)采集、系統(tǒng)監(jiān)測及故障診斷工作，確保車輛電池組運行穩(wěn)定、安全可靠，最大程度彌補新能源汽車電池續(xù)航時間過短等缺陷。

2.2 電機驅(qū)動控制系統(tǒng)

這一系統(tǒng)由傳感器、電機、數(shù)字控制器以及電子變流器等主要裝置加以組成。在新能源汽車行駛狀態(tài)下，該系統(tǒng)主要負責(zé)持續(xù)完成電能與動能的轉(zhuǎn)換操作，綜合分析相關(guān)數(shù)據(jù)信息，評估新能源汽車的實際行駛情況與運行條件，如所面臨的行駛阻力。隨后，向電子變流器等裝置下達各項控制指令，從而調(diào)整新能源汽車的行駛狀態(tài)、確保車輛穩(wěn)定保持良好密度的恒功率輸出運行狀態(tài)。例如，當(dāng)汽車在行駛過程中面臨過大阻力時，則電機驅(qū)動控制系統(tǒng)的主要運行流程為，控制行駛速度、保持高轉(zhuǎn)矩。此外，隨著科技水平的不斷提高，以及對IGBT集成模塊的廣泛應(yīng)用，當(dāng)前多數(shù)新能源汽車所配置的電機驅(qū)動控制系統(tǒng)使用功能較為完善。

同時，在傳統(tǒng)汽車的電子控制系統(tǒng)中，電機驅(qū)動控制系統(tǒng)普遍采取電樞電壓控制方式或是勵磁控制方式、轉(zhuǎn)差頻率控制、直接轉(zhuǎn)矩控制、電動機角度位置控制等等，這幾種控制方式并不適用于新能源汽車。針對這一問題，在新能源汽車中，普遍配置由開關(guān)磁阻電機、感應(yīng)電機以及永磁同步電機等設(shè)備，配置具有集成化特征的智能傳感器裝置，使用IGBT模塊取代傳統(tǒng)的電子逆變器裝置，確保電機驅(qū)動控制系統(tǒng)與新能源汽車的電子控制系統(tǒng)相匹配。

2.3 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

該系統(tǒng)由電機/電控單元、傳感器、機械減速裝置等加以組成，主要負責(zé)對新能源汽車的實時行駛狀態(tài)進行控制，如調(diào)節(jié)行駛速度、助力轉(zhuǎn)向等等。在電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)運行模式下，電控單元將持續(xù)采集相關(guān)數(shù)據(jù)信息、評估新能源汽車的實時行駛狀態(tài)，如行駛速度、方向盤輸入力矩等等。隨后，基于系統(tǒng)運行準(zhǔn)則，針對性向電機下達特定的控制指令，調(diào)整電流輸出值等。同時，運行輔助系統(tǒng)，提供輔助動力，減速器與離合器裝置執(zhí)行動作，控制新能源汽車完整助力轉(zhuǎn)向操作。而在新能源汽車未開展轉(zhuǎn)向動作時，則電控單元并不會向電機下達各項控制指令，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中部分設(shè)備將處于低負荷待機運行模式，起到一定程度的節(jié)能作用。

此外，與傳統(tǒng)汽車相比，雖然新能源汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有節(jié)能環(huán)保等應(yīng)用優(yōu)勢。但是，在系統(tǒng)研發(fā)環(huán)節(jié)中，卻面臨著諸多難題有待解決。例如，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，如若要求充分發(fā)揮系統(tǒng)的動態(tài)控制性能，應(yīng)保證該系統(tǒng)與其他子系統(tǒng)之間保持密切銜接關(guān)系，而傳統(tǒng)控制模式較為僵化，難以實現(xiàn)這一目的。同時，在系統(tǒng)運行過程中，唯有電控單元全面掌握新能源汽車運行狀態(tài)、了解相關(guān)數(shù)據(jù)，才能快速制定出合理的控制指令，這也對傳感器的監(jiān)測精度及效率有著較高要求。

因此，在新能源汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)研制環(huán)節(jié)，技術(shù)人員應(yīng)注重結(jié)合使用需求，對控制方式進行優(yōu)化調(diào)整。例如，采取模糊控制或是人工智能控制方式，充分發(fā)揮系統(tǒng)的動態(tài)控制性能，提高系統(tǒng)助力轉(zhuǎn)向控制精度、向駕駛員實時反饋良好路感。同時，配置可靠性較高的新型傳感器。

2.4 整車控制系統(tǒng)

整車控制系統(tǒng)主要提供碰撞安全控制、能量回饋控制、驅(qū)動防滑控制等使用功能，將持續(xù)對汽車電子控制系統(tǒng)中各處子系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行監(jiān)測、評估新能源汽車的整體行駛狀況，并下達各項控制指令，確保新能源汽車可按照預(yù)期狀態(tài)行駛。例如，在整車控制系統(tǒng)運行過程中，將持續(xù)對汽車蓄電池組的狀態(tài)進行監(jiān)測，掌握電池剩余能量，在其基礎(chǔ)上評估新能源汽車的總體與剩余行駛里程。隨后，通過電控單元，向各處功能模塊下達特定的控制指令，做到對汽車動力能源的有效分配、高效管理，最大程度延長汽車的實際行駛里程、強化續(xù)航能力。同時，整車控制系統(tǒng)還具有遠程監(jiān)控使用功能，當(dāng)新能源汽車出現(xiàn)各類運行故障問題、或是系統(tǒng)監(jiān)測到異常數(shù)據(jù)時，自動將故障問題進行上報，開展遠程故障診斷工作，維修人員向駕駛員提供故障處理方案。此外，在我國新能源汽車制造領(lǐng)域發(fā)展過程中，隨著技術(shù)體系的不斷完善，整車控制系統(tǒng)的使用功能愈發(fā)完善，不但可以做到合理分配動力、延長汽車續(xù)航能力。同時，還可以向蓄電池組提供防水、散熱等保護功能，確保電池模塊的運行安全，降低各類故障問題的出現(xiàn)率。

2.5 制動系統(tǒng)

在傳統(tǒng)汽車行駛過程中，普遍選擇采取摩擦方式，通過對車輛行駛過程中所產(chǎn)生動能進行消耗，實現(xiàn)控制車輛行駛速度、緊急制動等目的。因此，在汽車制動環(huán)節(jié)中，一部分動能在消耗過程將將轉(zhuǎn)換為熱能，無法被回收利用。在新能源汽車制動系統(tǒng)當(dāng)中，創(chuàng)新性采取了牽引電機、發(fā)電機切換的制動方式。在電機拖動過程中，汽車將持續(xù)產(chǎn)生車輪制動力矩以及電能，在有效執(zhí)行控制車輛行駛速度與緊急制動等操作指令的同時，還可將一部分的動能轉(zhuǎn)換為電力能源，對其進行回收、儲存，在客觀層面上減少了新能源汽車的電能消耗量、強化了汽車的續(xù)航能力。在新能源汽車制動系統(tǒng)設(shè)計環(huán)節(jié)，設(shè)計人員應(yīng)注重考慮蓄電池組充放電特性、車輛造型結(jié)構(gòu)及力學(xué)特性等因素，確保能量回收裝置、制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)并不會對新能源汽車其他使用功能造成影響干擾。

2.6 能源自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)

在這項系統(tǒng)運行過程中，所配置傳感器將持續(xù)對相關(guān)信息進行采集，準(zhǔn)確評估新能源汽車的電池組運行狀態(tài)、汽車行駛狀態(tài)。隨后，ACC控制單元采取特定算法，對所采集信息進行運算分析，自動向各執(zhí)行機構(gòu)下達各項控制指令，將新能源汽車的行駛速度控制在合理范圍內(nèi)、與汽車所處環(huán)境、行駛需求相符合。例如，所配置雷達、發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器等裝置將持續(xù)對新能源汽車的車體情況、周邊環(huán)境進行感知。當(dāng)周邊區(qū)域車流量較小時，則適當(dāng)上調(diào)汽車行駛速度，反之，則對汽車行駛速度進行下調(diào)。但是，在能源自實行巡航控制研制環(huán)節(jié)中，唯有確保系統(tǒng)可以對新能源汽車的縱向動力學(xué)特征開展線形分析處理工作，方可保證ACC下位控制精度，可以實時處理相關(guān)信息、下達正確的控制指令。因此，技術(shù)人員可選擇在汽車電子控制系統(tǒng)中構(gòu)建縱向動力學(xué)模型，且ACC系統(tǒng)、能耗分析控制系統(tǒng)與動力學(xué)模型三者保持適當(dāng)?shù)鸟詈详P(guān)系。

3 結(jié)語

綜上所述，電控系統(tǒng)的性能優(yōu)劣，將直接影響到新能源汽車的行駛安全、續(xù)航能力與使用壽命，對新能源汽車的推廣普及有著重要意義。因此，制造廠商與技術(shù)人員應(yīng)深入了解各項新能源汽車電子控制關(guān)鍵性技術(shù)，確定技術(shù)研發(fā)思路與具體開發(fā)要點，持續(xù)完善新能源汽車電控技術(shù)體系。

參考文獻：

[1]薛燁，韋利.新能源汽車電子控制的關(guān)鍵性技術(shù)芻議[J].內(nèi)燃機與配件，2020（08）.

[2]姚磊.新能源汽車電子控制的關(guān)鍵性技術(shù)探究[J].民營科技，2018（12）.

[3]陶冉.新能源汽車電子控制的關(guān)鍵性技術(shù)初探[J].山東工業(yè)技術(shù)，2018（05）.

[4]張志剛.新能源汽車電子控制的關(guān)鍵性技術(shù)研究[J].中國科技信息，2013（08）.