新能源汽车电子控制的关键性技术研究

王淑燕

摘要：为了提高新能源汽车的动力效率、安全可靠性及优化其控制策略，本文深入探讨新能源汽车电子控制的关键性技术，具体研究一种适用于新能源汽车的电子控制单元，以期为新能源汽车电子控制技术的发展提供技术支撑。

关键词：新能源汽车；电子控制；关键性技术

1引言

目前，世界各国纷纷陷入全球气候变暖、石油储量减少及环境污染的发展困境中，因此突破汽车动力系统的关键性技术是全人类的诉求。新能源汽车具有噪声低、零排放等优点。据统计，2015年新能源汽车销量达到46.2万辆，且预计到2040年，新能源汽车总销量达到4100万辆，约占同年新车总销量的35%。届时，全球会减少日均1300万桶的原油需求，转而供应日均1900TWh的电力需求。可见，新能源汽车正引领着汽车产业朝向更为健康的方向发展。在新能源汽车中，电子控制系统由不同的子系统组成，而每一子系统又包含指示灯、自诊断电路、执行机构、电控单元、信号处理电路、传感器及控制策略等部分。下面，笔者主要探讨新能源汽车电子控制的关键性技术。

2新能源汽车电子控制的关键性技术

新能源汽车以电子控制单元为“大脑”，且电子控制单元在不同的汽车上存在一定区别，但都涉及能源管理、能源再生制动、电动助力转向、电机控制及动力总成控制等子系统，并综合实现汽车的控制功能，具体表现如下：

2.1能量管理（EMS）系统

在新能源汽车中，EMS系统由充放电控制部分、功率限制部分及功率分配部分等组成，其工作原理是：先用数据采集电路完成电池状态等信息的采集，再用电子控制单元分析、处理信息，然后形成指令与信息，并发送给功能模块。EMS系统具有下列功能：一是维持汽车蓄电池的最佳荷电状态；二是采集每一子系统的运行数据，并据此监控、诊断系统的运行状态，从而实现调控充电方式、显示剩余能量等功能；三是预测汽车剩余行驶里程，调节车内温度与车灯亮度等。为此，要求对电池进行无损充电，并监控其充放电状态，以免发生过充电现象；实时检测、定期维护电池，并进行故障诊断，以保证电池的可靠运行。

2.2电动助力转向系统

新能源汽车电动助力转向（EPS）系统是一种由电机直接提供辅助扭矩的动力转向系统，具体由转矩与车速传感器、电子控制单元、电动机及减速器等组成，详见右图。

结合右图，EPS系统的工作原理如下：驾驶人员操纵方向盘转向的同时，先用转矩传感器检测转向盘的转向与转矩，再向电子控制单元输送电压信号，然后电子控制单元再以转矩传感器提供的转距电压信号、车速信号及转动方向等为依据，并向电动机控制器下发指令，以调控电动机转向助力转矩的输出，最后产生辅助动力；倘若汽车不转向，则电子控制单元不会向电动机控制器下发指令，此时电动机不工作。研究发现，EPS系统具有节能环保、安装方便、效率高、路感好及回正性好等优点，但要求研发低成本、高可靠性的传感器及助力电机。为了提高新能源汽车EPS系统的可靠性、稳定性与动态性能，合理选择控制方法是关键，如人工智能控制、模糊控制等。

2.3电机驱动控制系统

新能源汽车的安全运行与其电机驱动控制系统直接相关，而电机驱动控制系统由传感器、数字控制器、电动机及电力电子变流器等组成，具体任务是高效转化蓄电池的能量，使其变化车轮的动能，从而消除汽车在行驶途中遇到的阻力。为了优化新能源汽车的运行条件，电机驱动控制系统应满足下列要求：一是恒功率输出且功率密度高；二是在起步、爬坡时，表现出低速一高转矩的特性，而在巡航时，表现出高速一低转矩的特性；三是转速范围足够大，使其完全覆盖恒功率取与恒转矩区；四是转矩响应速度快；五是成本低等。在新能源汽车电机驱动系统中，目前常用开关磁阻电机、永磁同步电机及感应电机，且系统的发展正从电力电子逆变器转向IGBT集成模块；传感器以智能传感器为发展方向；电机控制的研发重点是异步电机的可视控制系统，以期提高新能源汽车驱动控制的安全性、高效性和便捷性。

3新能源汽车电子控制领域的发展

据资料显示，2016年我國继续保持世界第一新能源汽车市场，年度销售总量占全球的40%以上，且2017年会继续保挣快速增长的趋势，预计实现80万辆的销售业绩。尽管市场对新能源汽车的接受度持续提高，但如何解决高端产能不足、低端产能过剩及提高汽车的经济性、续航性、安全性仍是行业关注的焦点。为了解决以上问题，深入研究电子控制技术是关键，即要求新能源汽车电子控制产品向小型轻量化、汽车级及集成化方向发展，并在技术上向高可靠性、高安全性、高电磁兼容性方向发展。在本项目中，新能源汽车电子控制单元的硬件平台拟用性能高的工业级处理器，其集成了USB、以太网、A/D、高速CAM、DMA、JAVA/DSP指令加速器及中央处理器（速度200M IPS）等，以提高汽车的控制功能；软件平台拟用开源嵌入式LINUX实时多任务平台系统，以便按需裁减内核及减少知识产权风险。

4结语

综合前文，笔者谈论了新能源汽车电子控制的关键性技术，并研究了—种适用于新能源汽车的电子控制单元，以期优化汽车的控制策略及提高其动力效率、安全可靠性。