电动汽车控制策略初探

张永新（北京信息职业技术学院，北京 100070）



电动汽车控制策略初探

张永新
（北京信息职业技术学院，北京 100070）

摘 要：随着全球污染越来越严重，没有任何尾气排放的电动汽车是现代汽车的发展方向之一。本文主要介绍了一种电动汽车的控制策略，纯电动汽车的整车控制策略以整车控制器为载体，通过CAN总线通信网络实现对各个部件的协调控制，主要讲述内容包含电机驱动控制、制动能量回馈控制、整车能量优化管理、司机意图分析、充电过程管理和高低电压上下控制等功能模块。

关键词：电动汽车；控制策略；管理

在去年北京车展上，一些汽车厂家积极推出了自己最新研发的纯电动汽车。此前，由于国家强制汽车厂家生产的汽油车辆油耗在2020年要达到标准，以2L排量车型为例，百公里油耗不超过5L。这样就强迫汽车厂家在材料工艺、工作效率和发动机燃烧效率等方面进行技术革新，但是也可以改变思路，去生产混合动力汽车、纯电动车等新能源车以适应这个标准。北京汽车是我国首都北京最大的车辆总装厂之一，公司领导针对当前严峻挑战在不断研发新一代纯电动车。

这次北京车展上北汽新能源公司隆重向社会介绍自己的E150 EV二代电动车，二代 E150 EV更换了更具运动气息的多幅面铝合金轮毂后，使整车外观看起来更加舒服，而后保险杠也因为增加了中间的装饰框变得更稳重。与一代E150 EV有点混乱的发动机舱内各零件的布局相比，二代E150 EV在此项上有了明显的优化，发动机舱的重新设计，用一个矩形铝合金箱体安装控制系统动力组件，周围用仿碳纤维材质的防尘罩覆盖，更显高端大气。

图1　

售价在10万以下的北汽E150传统燃油车，它的设计和做工都谈不上高档，但是为了满足一般家庭代步之用还是不错的选择。而根据此车设计的电动车的外观和长、宽、高等参数指标都和汽油车E150差距不大。设计师根据家用两厢经济型轿车定位，重新选择并装用了新一代电动机及电池组件而成。由于采用了最新电池组件和电机动力总成后的2代E150 EV行驶里程能够达到230km。

整车造型上和一代E150 EV区别的是车前部的发动机进气格栅，安装了更具现代感蓝白色网状格栅总成并护卫着北汽标志LOGO。二代E150 EV的电力模块集成单元包含控制模块、电动机、以及附属备件。采用最新的大洋电机及其他供应商提供的动力总成控制系统区别一代E150 EV，大大提升了整车性能。近距离观察北汽电动车的细节，发现它在整车车身的焊接总装工艺上并没有太多的提高，而相反因售价、成功和利润的平衡掣肘，在某些细节上二代E150 EV的做工反而有所退步。

图1是绅宝 EV发动机舱内的蓄电池、保险盒、制动总泵以及ABS阀体特写。从存在着启动用蓄电池来看，是应用新一代电动机代替传统内燃机的改进型车型，是新一代采用磷酸铁电池组件的纯电动汽车。第二代电动汽车整车控制功能介绍包括以下几个模块：驾驶员意图分析、驱动控制、制动能量回馈控制、整车能量优化管理、充电过程管理、高低电压上下控制电动化辅助系统管理、车辆状态的实时监测和显示、故障诊断与管理、远程控制、整车CAN总线网关及网络化管理、基于CCP的在线匹配规定、DC/DC控制、EPS控制、档位控制功能、防溜车控制和远程监控。

1　驾驶员意图分析

驾驶员意图解释主要是对驾驶员操作信息及控制命令进行分析处理，也就是将驾驶员的油门信号和制动信息根据某种规则，转化成电机的需求转矩命令。因而驱动电机对驾驶员操作的响应性能完全取决于整车控制的油门解释结果，直接影响驾驶员的控制效果和操作感觉。Torque：扭矩。扭矩参数和功率参数一样，它是汽车性能的重要参数，它具体反映在汽车性能上，就是它的爬坡能力、悬挂性能、加速度等。

车辆的状态，例如道路和环境状况，电动机的驱动控制代表驾驶员对车辆的操纵输入（加速踏板、选档开关、制动踏板）、经分析和处理向VMS发出形影的指令，控制电机的驱动转矩来驱动车辆，以满足驾驶员对车辆驱动的动力性要求；同时根据车辆状态，想VMS发出相应指令，保证安全性、舒适性。

2　系统制动能量回馈控制

汽车能否进行制动能量回馈，需要整车控制系统感受加速踏板和制动踏板的开度、动力电池的状态信息（如SOC值）和车辆行驶状态信息来判断某一时刻，在满足安全性能、制动性能一级驾驶员舒适性的前提下，回收部分能量。包括滑行制动和刹车制动过程中的电机制动扭矩控制。根据加速踏板和制动踏板信息，制动能量回收分为两个阶段，简的划分条件是：阶段一是在车辆行驶过程中驾驶员松开加速踏板但没有踩下制动踏板开始；阶段二是在驾驶员踩下了制动踏板后开始。

制动能量回馈的原则：能量回收制动不应该干预ABS的工作。当ABS进行制动调节时，制动能量回收不应该工作；当ABS报警时，制动能量回收不应该工作；当电驱动系统具有故障时，制动能量回收不应该工作。

3　优化管理整车能量

电动车的传动系统以及其他车载能源动力系统，例如空调、电动泵等的协调和管理，以及电池管理系统和电机驱动系统来提高整车能量利用效率，延长续驶里程。

充电过程控制：

与电池管理系统共同进行充电过成中的充电功率控制，整车控制器接收到充电信号后，应该禁止高压系统上电，保证车辆在充电状态下处于行驶锁止状态；并根据电池状态信息限制充电功率，保护电池。

高压上下电控制根据驾驶员对行车钥匙开关的控制，进行动力电池高压接触开关控制，以完成高压设备的电源通断和预充电控制。上下电流程处理：协调各相关部件的上电与下电流程，包括电机控制器、电池管理系统等部件的供电，预充电继电器、主继电器的吸合和断开时间等。

4　电动化辅助系统管理

电动车控制系统通过传感器和CAN总线，检测车辆状态及其动力系统及相关电器附件相关各子系统状态信息，驱动显示仪表等车辆状态的实时监控，并且可以将各个子系统的信号传递给车载信息显示系统，然后车辆将状态信息和诊断信息通过数字仪表显示出来。

电动化辅助系统包括电动空调、电制动、电动助力转向。整车控制器应该根据动力电池以及低电压电池状态，对DC/DC、电动化辅助系统进行监控。

5　故障检测与处理

连续监视整车电控系统，进行故障诊断，并及时进行相应安全保护处理。根据传感器的输入及其通过CAN总线通讯得到的电机、电池、充电机等信息，对各种故障进行判断、等级分类、报警显示；存储故障码，供维修时查看。故障指示灯只是故障类型和部分故障码。在行车过程中，根据故障内容作故障诊断与处理。

6　远程控制

远程查询功能用户可以通过手机APP实时查询车辆状态，实时了解自己爱车的状况包括剩余SOC值、续驶里程等；远程空调控制，无论是在炎热的夏季还是在寒冷的冬季，用户在出门前就可以通过手机指令实现远程的空调制冷、空调暖风和除霜功能，尤其对于带宝宝出门的用户，提前开启远程制冷，用户和宝宝一上车就可以进入一个舒适的环境和温度。远程充电控制，用户离开车辆时电枪插入充电桩，并不进行立即充电，可以利用电价波谷并在家里实时查询SOC值，需要充电时通过手机APP发送远程充电指令，进行充电操作。

7　整车网络化管理CAN总线网关

电动车负责信息处理的组织与传输和网络信息的监控及网络节点的管理，信息优先权的动态分配以及网络故障的诊断与处理等工作是由整车控制器完成的，它在整车的网络管理中，是信息控制的中心，通过CAN（EVBUS）线协调电池管理系统、电机控制器、空调系统等模块相互通信。基于CCP的在线匹配标定主要作用是监控ECU工作变量、在线调整ECU的控制参数（包括MAP、曲线及点参数）、保存标定数据结果以及处理离线数据等。完整的标定系统包括上位机PC标定程序、PC与ECU通讯硬件连接及ECU标定驱动程序三个部分。

8　换挡控制功能

档位管理心系驾驶员的驾驶安全，正确理解驾驶员意图，以及识别车辆合理的档位，在基于模型开发的档位管理模块中得到很好的优化。能再出现故障时做出相应处理保证整车安全，在驾驶员出现档位误操作时通过仪表等提示驾驶员，使驾驶员能迅速做出纠正。

防溜车功能控制，纯电动汽车在坡上起步时，驾驶员从松开制动踏板到踩油门踏板过程中，会出现整车向后溜车的现象。在坡上行驶过程中，如果驾驶员踩油门踏板的深度不够，整车会出现车速逐渐降到0然后向后溜车现象。为了防止纯电动车在坡上起步和运转时向后溜车现象，在整车控制策略中曾加了防溜车功能。防溜车功能可以保证整车在坡上起步时，向后溜车小于10cm；在整车坡上运行过程中如果动力不足时，整车车速会慢慢降到0，然后保持0车速，不再向后溜车。

参考文献

[1]王志福.电动汽车电驱动理论[M].北京：机械工业出版社，2012.

[2]胡骅.电动汽车（第三版）[M]. 北京：人民交通出版社，2012.

中图分类号：TP393

文献标识码：A