新能源汽車電子控制的關(guān)鍵性技術(shù)研究

摘 要：隨著“雙碳”發(fā)展理念的推行和人們環(huán)保意識的提升，新能源汽車得益于其節(jié)能環(huán)保、智能化程度高等優(yōu)點受到了消費者的青睞。而電子控制技術(shù)作為新能源汽車的核心技術(shù)之一，是確保新能源汽車行車安全，提升用戶體驗的關(guān)鍵，因此，針對新能源汽車電子控制關(guān)鍵性技術(shù)開展研究，對于提升新能源汽車的普及率和安全性具有重要意義?；诖耍恼率紫柔槍π履茉雌囯娮涌刂脐P(guān)鍵技術(shù)類型進行了分析，然后對新能源汽車電子控制關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展趨勢進行了探討。

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

新能源汽車的電子控制系統(tǒng)主要負責對車輛行駛過程中車輛信息數(shù)據(jù)進行反饋，便于車主實時監(jiān)測車輛狀態(tài)，針對信息反饋數(shù)據(jù)來對行車進行調(diào)整。近年來，隨著人們對于新能源安全性能和功能性能要求的提升，新能源汽車中采用的電子控制技術(shù)也越來越多，雖然這在很大程度上提升了新能源汽車的智能化水平，但同時對于電子控制系統(tǒng)的性能提出了更大挑戰(zhàn)，不僅要確保電池管理系統(tǒng)、電機控制系統(tǒng)、能量管理系統(tǒng)、剎車控制系統(tǒng)等各個系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)捻槙常€需要保證各個系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。由此可以看出，針對新能源汽車電子控制關(guān)鍵性技術(shù)進行深入研究，對于提升新能源汽車的可靠性和安全性具有重要意義。

1 新能源汽車電子控制系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

新能源汽車指的是采用非傳統(tǒng)化石燃料為動力的汽車類型，主要包括電動汽車和氫能源汽車等。相較于傳統(tǒng)燃油汽車，新能源汽車所使用的能源為可再生能源，且不會對生態(tài)環(huán)境造成明顯污染，因此在當今我國大力推行“雙碳”發(fā)展視域下，新能源汽車得到了快速發(fā)展。除生態(tài)環(huán)保之外，相較于傳統(tǒng)燃油汽車，新能源汽車的另一個顯著優(yōu)勢在于其智能化程度較高，可以為用戶帶來更好的駕駛以及乘坐體驗，有效提升了新能源汽車的競爭力[1]。但站在電子控制系統(tǒng)的角度來看，新能源汽車的這種高度智能化和自動化是以復(fù)雜的控制系統(tǒng)和電子控制單元為基礎(chǔ)構(gòu)建起來的，這就造成了新能源汽車的技術(shù)較為復(fù)雜，采用的電子元件和軟件系統(tǒng)較多，要想確保這些電子控制系統(tǒng)長時間穩(wěn)定運行，通過各個子系統(tǒng)之間的協(xié)同交互來支撐起新能源汽車的智能化技術(shù)，存在著較大難度。從現(xiàn)實情況來看，大部分新能源汽車的電子控制系統(tǒng)還有較大的提升空間，這也是各個新能源車企亟待解決的技術(shù)難點。

2 新能源汽車電子控制的關(guān)鍵性技術(shù)分析

2.1 整車控制系統(tǒng)

新能源汽車的整車控制系統(tǒng)主要為汽車提供碰撞安全控制、能量回收控制等功能，并能實現(xiàn)對新能源汽車各個電子控制系統(tǒng)運行狀態(tài)的監(jiān)測，對新能源汽車的行駛狀況進行評估，通過對各個電子控制系統(tǒng)發(fā)送控制指令來確保新能源汽車行駛的安全性和穩(wěn)定性，是新能源汽車的核心控制系統(tǒng)。整車控制系統(tǒng)的關(guān)鍵性技術(shù)為：接收來自各個傳感器的數(shù)據(jù)信息，在對數(shù)據(jù)信息進行處理之后發(fā)出工作指令，完成對執(zhí)行器的控制，由此可以看出，整車控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性直接影響著新能源汽車的行駛狀態(tài)[2]。在新能源汽車行駛過程中，整車控制系統(tǒng)會對汽車的電池狀態(tài)、車速、剎車系統(tǒng)以及能量回收系統(tǒng)等進行控制，利用電控單元向各個功能系統(tǒng)發(fā)送控制指令，確保新能源汽車可以運行在最佳狀態(tài)下。除此之外，整車控制系統(tǒng)還具備遠程監(jiān)控功能，一旦車輛出現(xiàn)突發(fā)性故障，就會啟動遠程控制系統(tǒng)，將車輛引導至維修站點。在新能源汽車快速發(fā)展過程中，隨著智能化技術(shù)的廣泛應(yīng)用，整車控制系統(tǒng)的功能在不斷完善，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對動力的合理分配，提升新能源汽車的續(xù)航能力，還可以為電池模塊提供散熱等保護功能，降低新能源汽車出現(xiàn)故障的概率。

2.2 電池管理系統(tǒng)

電池管理系統(tǒng)主要負責對電池模塊的充放電過程進行管理，以確保電池的安全、高效運行。其主要工作原理為：電池管理系統(tǒng)通過對電池的電壓、電流、溫度等參數(shù)的實時采集，來優(yōu)化電池的充放電，以提升電池的能量利用率，延長電池使用壽命[3]。具體來看，電池管理系統(tǒng)可以通過傳感器采集電池模塊的主要參數(shù)，利用數(shù)學模型對電池性能進行評估，然后結(jié)合新能源汽車的行駛工況來優(yōu)化當前的充放電控制策略，以確保電池組在充放電過程中能夠達到最佳性能。電池管理系統(tǒng)還可以實現(xiàn)對電池模塊的實時監(jiān)測，對出現(xiàn)的電池故障進行快速診斷，并及時向駕駛員發(fā)出警報，同時給出相應(yīng)的解決措施。除此之外，將電池管理系統(tǒng)和車輛能源管理系統(tǒng)進行優(yōu)化整合，還能實現(xiàn)對新能源汽車能源利用的優(yōu)化分配，結(jié)合車輛的行駛工況和駕駛員的駕駛需求來動態(tài)調(diào)整電池的充放電策略，提升整車的能源利用效率和續(xù)航里程。

2.3 電機控制系統(tǒng)

作為新能源汽車的動力系統(tǒng)的核心，電機控制系統(tǒng)主要負責對車載電機進行控制，確保車輛行駛的平穩(wěn)和高效。其主要工作原理為：電機控制系統(tǒng)結(jié)合車輛的行駛狀態(tài)來對電機的轉(zhuǎn)速、扭矩、電流等參數(shù)控制，從而提供最佳動力輸出，并確保電池具有較低的能耗[4]。其中電機控制系統(tǒng)所采用的算法性能將會直接影響控制系統(tǒng)的工作效率，當前階段常用的控制系統(tǒng)算法有BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、模糊控制算法以及矢量控制算法等，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制算法可以提升控制系統(tǒng)的精準度，模糊控制算法可以提升車輛控制的舒適性，而矢量控制系統(tǒng)則可以提升電機的動態(tài)響應(yīng)能力。除此之外，新能源車輛電機和電池模塊之間的匹配度也是電機控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵控制對象，電機控制系統(tǒng)需要針對電池模塊的電壓、電流、工作溫度等參數(shù)進行監(jiān)測，并評估其對于電機運行性能的影響，據(jù)此評估結(jié)果來采取相應(yīng)的控制策略實現(xiàn)電機和電池模塊之間的協(xié)調(diào)工作。例如，當電機控制系統(tǒng)檢測到電池模塊電量較低時，就會適當降低電機的輸出功率，避免出現(xiàn)電池用電過度問題；當電機控制系統(tǒng)檢測到電池模塊電量較為充足時，就會適當提高電機的輸出功率，滿足駕駛員的駕駛需求。

2.4 能量管理系統(tǒng)

能量管理系統(tǒng)主要負責對新能源汽車能源進行管理和優(yōu)化，通過對電池模塊運行狀態(tài)、駕駛員駕駛需求等數(shù)據(jù)信息進行分析處理來實現(xiàn)對車輛功率分配、充放電控制以及能量回收等進行優(yōu)化，以達到提升新能源汽車能源利用效率和延長車輛續(xù)航里程的目的。具體來看，功率分配是能量管理系統(tǒng)的核心功能之一，其可以根據(jù)車輛的行駛工況和駕駛需求來動態(tài)調(diào)整車輛各個系統(tǒng)的功率分配比例，做到在滿足駕駛員駕駛需求的同時提升能源的利用效率。例如，在車輛處于高速行駛狀態(tài)時，能量管理系統(tǒng)就會及時增加電機的輸出功率，為車輛提供充足動力；而在車輛處于低速行駛時，則會適當降低電機的輸出功率，達到延長電池續(xù)航的目的。優(yōu)化充放電控制策略也是能量管理系統(tǒng)的主要工作之一，此時能量管理系統(tǒng)就會根據(jù)電池模塊的荷電狀態(tài)、健康狀況以及充電樁條件等因素進行分析，然后給出最為合理的充電控制策略。例如，如果充電時，電池電量較低則優(yōu)先使用快速充電方式，做到在最短時間內(nèi)補充電池電量；而如果是在夜間且電池剩余電量較高的情況下則優(yōu)先使用慢充，以便延長電池使用壽命。除此之外，能量回收策略也是能量管理系統(tǒng)的主要控制對象，針對能量進行回收時，能源管理系統(tǒng)可以結(jié)合車輛的運行工況和駕駛員要求來制定出合理回收策略，做到在駕駛員緊急制動時最大限度回收制動能量，而在駕駛員輕踩剎車時則會減少對能量的回收，以免因能量回收對車輛行駛穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。

2.5 車載信息系統(tǒng)

新能源汽車的車載信息系統(tǒng)主要負責為駕駛員提供車輛狀態(tài)信息、導航信息、娛樂信息等，其主要利用和車輛各個部件的交互實現(xiàn)對車輛狀態(tài)的監(jiān)測，并同時為駕駛員提供導航和娛樂服務(wù)[5]。具體來看，為了實現(xiàn)和車輛各個部件之間的數(shù)據(jù)交互，車載信息系統(tǒng)需要使用合適的通信協(xié)議，常用的主要為CAN總線、LIN總線等。在完成數(shù)據(jù)傳輸和交互之后，車載信息系統(tǒng)還需要將這些數(shù)據(jù)信息以直觀的方式清晰呈現(xiàn)給駕駛員，提升駕駛員的使用體驗，避免影響行車安全。例如，采用高分辨率的液晶屏幕來顯示車輛的導航信息，采用語音控制功能實現(xiàn)娛樂信息的切換等。

3 新能源汽車電子控制技術(shù)的發(fā)展趨勢

3.1 高精度、高可靠性

隨著新能源汽車技術(shù)邁向成熟階段，電子控制系統(tǒng)正經(jīng)歷從“達標型”到“精益型”的蛻變。行業(yè)數(shù)據(jù)顯示，2023年我國新能源汽車域控系統(tǒng)精度標準已提升至0.01秒級，較三年前提高了5倍。最新研發(fā)的6軸毫米波慣導系統(tǒng)，可實現(xiàn)動力參數(shù)0.1%級的精準調(diào)控，這相當于傳統(tǒng)燃油車ECU精度水平的20倍[6]。例如，蔚來ET7所搭載的雙冗余制動控制系統(tǒng)，就可以實現(xiàn)在主系統(tǒng)出現(xiàn)5毫秒級信號延遲時，備份系統(tǒng)可在3.5毫秒內(nèi)接管。其所配備的碳化硅功率模塊第三代電機控制器，可以將溫控誤差范圍縮減至±0.8℃，有效提升了能效利用率。

3.2 多模態(tài)、多功能

在先進科學技術(shù)的加持下，新能源汽車的電子控制系統(tǒng)正在逐漸發(fā)展成為“超級駕駛中樞”，可以具備更多的模態(tài)和功能以滿足不同駕駛場景和需求。例如，長城最新800V平臺車型中，空調(diào)PTC加熱器可分解為16段功率調(diào)節(jié)，與智能座艙聯(lián)動實現(xiàn)“區(qū)域化溫控”，而比亞迪CTB電池所搭載的“能量路由器”，能夠在充電/放電/靜止三種狀態(tài)間實現(xiàn)毫秒級切換，支持V2L/V2G/V2V等12種能源交互場景。這種多模態(tài)、多功能的電子控制系統(tǒng)不僅滿足了車輛在不同工況下的使用需求，同時也極大提升了駕駛員的駕駛體驗，提高了新能源車輛的綜合競爭力。

3.3 網(wǎng)絡(luò)化、智能化

新能源汽車的電子控制系統(tǒng)正在逐漸朝著車云協(xié)同的汽車神經(jīng)控制中樞網(wǎng)絡(luò)發(fā)展。具體來看，在網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展方面，特斯拉OTA數(shù)據(jù)披露，其域控系統(tǒng)每月產(chǎn)生2.6TB結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，借助邊緣計算架構(gòu)，可以將汽車故障診斷決策時延縮短至147毫秒。我國上汽集團研發(fā)的“銀河全棧3.0”系統(tǒng)，采用了“數(shù)據(jù)繭房”架構(gòu)，實現(xiàn)了1200個ECU節(jié)點的秒級同步，同時滿足了ISO21434網(wǎng)絡(luò)安全標準。在智能化發(fā)展方面，新能源汽車的電子控制早已遠超傳統(tǒng)命令執(zhí)行層面，小鵬XNGP系統(tǒng)的中央網(wǎng)關(guān)能在260毫秒內(nèi)完成環(huán)境感知數(shù)據(jù)融合、駕駛決策生成、三電參數(shù)調(diào)校的閉環(huán)，相較傳統(tǒng)控制流程提速4.8倍。

3.4 安全冗余化

如今，車輛被動安全技術(shù)日益精細化，主動安全技術(shù)也進入了飛躍式發(fā)展階段，被動安全和主動安全技術(shù)的相互融合將構(gòu)成全方位的車輛乘員和弱勢交通參與者安全防護體系，這也促使了消費者和監(jiān)管機構(gòu)對汽車的安全性能有了更多的關(guān)注和更高的要求。而安全冗余理念的出現(xiàn)正在推動汽車防護體系向更加精細與全面的“三維縱深”方向進化[7]。例如，寧德時代開發(fā)的電池管理系統(tǒng)BMS4.0具備\"細胞級\"冗余架構(gòu)，具備電芯電壓差異超過7mV時即啟動主動均衡的功能，有效預(yù)防因電壓不均導致的潛在安全隱患，從而極大地提升了電池組的安全性與穩(wěn)定性。華為DriveONE電驅(qū)動平臺構(gòu)建起了獨特的“蜂巢式防火墻”，其中包含25項核心參數(shù)的“黃金映像”備份系統(tǒng)，能在300μs內(nèi)完成主控單元切換，確保在極端情況下也能維持車輛的正常運行，為駕駛安全筑起又一道堅實的防線。此外，整個汽車行業(yè)正在加速構(gòu)建電子控制系統(tǒng)的持續(xù)進化能力，以適應(yīng)日益復(fù)雜多變的用車場景與安全需求，其中廣汽埃安最新發(fā)布的ICVEEA3.0架構(gòu)便是一個例證。通過不斷對電子控制系統(tǒng)進行優(yōu)化創(chuàng)新，能夠為新能源汽車的智能化、安全化水平帶來了質(zhì)飛躍。

4 結(jié)語

綜上所述，作為未來汽車行業(yè)的主要發(fā)展方向，新能源汽車在我國得到了快速發(fā)展，滿足了人們對于汽車的多元化使用場景需求。隨著人們對于新能源汽車安全和功能要求的不斷提高，電子控制系統(tǒng)也應(yīng)同步進行升級，從而為用戶帶來更佳的使用體驗。未來，隨著技術(shù)的突破，新能源汽車電子控制關(guān)鍵技術(shù)必將得到創(chuàng)新發(fā)展，進一步提升新能源汽車的安全性和穩(wěn)定性，推動我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)的進步。

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