浅析从新能源汽车到智联网汽车整车电气系统的发展

刘冰月

摘 要： 随着汽车产业的不断发展，新能源汽车和智联网汽车应运而生，新能源汽车利用高压蓄电池作为动力来源，整车电气系统的改变使得其比传统汽车更加节能高效。智联网汽车的最佳载体是新能源汽车，在其基础上进行整车电气系统的改进和完善，使智联网汽车更加自动化、智能化，其驾驶安全性也更加提高。本文从新能源汽车相较于传统汽车电气系统的主要改变出发，分析了以新能源汽车为载体的智联网汽车电气系统的完善以及其控制策略。

关键词： 新能源汽车;智联网;电气系统

自2000年以来，中国汽车产业高速发展，汽车销量不断增高。起初，汽车的诞生替代了马车成为一种新的代步工具，随着科技的进步和市场的扩大，汽车渐渐成为人们生活的必需品。人们对汽车的要求也在逐渐变化，从政府角度，汽车的普及造成了很多社会和公众问题，如严重的环境污染和能源短缺，拥堵的交通状况等，从车主的角度讲，对于汽车驾驶的安全性和舒适性有了更高的需求。新能源汽车和智联网汽车应运而生，新能源汽车，尤其是纯电动汽车的发展，完全用电能替代了传统石油能源成为让汽车变得更加清洁环保，从一定程度上解决了能源和环境问题。

根据中国汽车产业相关规划计划，在明年我国新能源汽车的销售总量将达到两百万辆，而根据相关预测表明，届时我国新能源汽车保有量将超过五百万辆，[1]中国是世界上最大的新能源汽车市场，首先来看新能源汽车电气系统，相比于传统汽车，新能源汽车，以纯电动汽车为例，主要由高压电池提供能量来源，通过电力变换装置对电能的形式进行转化，电机再将高压电能转化为机械能，通过传动装置带动整车行驶。其在制动或减速时，电机作为发电机进行发电再由电力变换装置将其产生的电能转换为高压直流电给电池充电。能量利用率远高于传统汽车，不仅如此，新能源汽车由于存在高压电池这一电能来源，相比于传统汽车只有12V蓄电池，它对电能的利用渠道也做到了更广的延伸，比如整车控制系统、电池管理系统、数据采集系统等可以实现对各个子电气系统及车辆状态进行更全面精准的控制。基于新能源汽车的基础上对整车进行更进一步的改造，使其可以利用电能让整车的舒适性和安全性达到更大的提高，智联网汽车的出现从一定程度上解决了这一命题，而智联网汽车最好的载体就是新能源汽车。

智联网汽车相较于新能源汽车在整车电气系统构成上又有了很大的提升。智联网汽车的电气系统使得整车更加自动化，为实现整车的智能化和自动化，整车电气系统增加了各种各样的传感器。首先是图像传感器，其主要功能也不同于一般的图像传感器，主要由镜头模块和信号处理模块组成。它可以通过将图像转换为二维数据以此来进行图像匹配，再通过这一过程来判断车辆，行人，车道线，交通标志等来执行图像处理。还可以利用物体的运动模式判断其与本车的相对距离和速度，分为普通单目摄像头、鱼眼单目摄像头、多目摄像头。整车电气系统中摄像头的增加可以实现诸多功能，首先其可以对整车及周围环境进行监视，如鱼眼摄像头对整车周围环境进行监察，其次，可以用摄像头对驾驶员的行为进行监测，为后续预警控制中对驾驶状态的提醒做了准备。同时，车辆还可利用摄像头进行前方目标识别与目标动态参数测量。第二，整车电气系统增加超声波雷达装置，超声波雷达在传统汽车和新能源汽车中通常作为倒车雷达和辅助泊车，在智联网汽车中，超声波雷达可配合控制系统实现完全自动泊车。由于超声波雷达对声波频率的限制，智联网汽车的整车电气系统还包括了毫米波雷达，可监测距离较近的毫米波雷达在控制系统的协调下可以帮助驾驶员实现辅助变道功能，另外，目前交通事故率有一部分原因是由于行车盲点所导致，在毫米波雷达的帮助下可实现驾驶员对盲点的监测。辅助变道功能的实现也离不开毫米波雷达，后续其他辅助控制的实现，如紧急制动子电气控制系统中也包括了毫米波雷达，可监测距离较远的毫米波雷达可以满足自动驾驶领域中确定障碍物范围，速度和角度的要求。[2]再次，激光雷达在智联网汽车中也有所应用，其在整车电气系统中的应用可帮助整车实现精准的测距，激光雷达可安装在四周，也可安装在车顶。另外，我们常见的惯性传感器也应用于智联网汽车中，在防盗系统和汽车安全气囊中起空间定位作用。比较智联网汽车整车电气系统中的这些传感器，我们可以看出，摄像头的远距离探测能力强，目标识别能力较强，而其容易受气候和恶劣环境的影响，且夜间工作能力差，这样在使用它作为车用传感器时，当前方有障碍物或遇到一些其他需要报警的情况时，存在一定的误报警风险，也就是会提示给整车电气系统或者车主不准确的信息甚至造成整车电气系统和行驶系统的误动作;在测量车速方面，摄像头的能力表现的也一般。超声波雷达其夜间工作能力强，受气候影响也小，但其远距离探测能力差，目标识别能力不好，它的工作情况也会受到恶劣环境诸如雨雪、烟雾等情况的影响，这样的情况下也会造成整车控制系统在车辆对前方情况进行预警时的误判定，以至于在预警及辅助控制方面造成整车电气和机械系统的误动作。毫米波雷达夜间工作及远距离探测能力都较强，受气候影响也小，但其目标识别能力也一般。综合各种传感器的优缺点，一般在整车电气系统中采用两种以上传感器相互协调工作，来实现对车内外环境的准确感知。

智联网汽车可以实现多种预警功能，但整车电气系统相互配合实现自动驾驶与辅助驾驶还需要一定条件。在整车电气控制上，智联网汽车采取以下控制策略。整车电气设备在进行各个预警功能的执行时不仅有相应的执行条件，同时在整车状态或司机状态到达一定条件时，也会自动退出预警。例如，在执行向前碰撞预警功能时，当驾驶员没有主动踩刹车，车辆不在变道和行驶速度过高的情况下，整车电气系统通过传感器监测车辆前方行驶环境，在发生向前碰撞危险时，可发出警告蜂鸣声。在利用传感器对前向车测距进行监测时，即提示前向车距离前，控制系统会首先判别车速是否过高，车辆有无其他故障，再在驾驶员没有刹车及变道等行為后予以提示。在上述两种情况下整车电气控制系统相应预警功能的退出条件都同时包括了驾驶员踩刹车、转弯以及车速低于一定范围，启用相应电气系统功能是实现以上两种预警功能的前提条件。对于疲劳监控功能的实现，在驾驶员启用该功能后，在光线条件良好，车辆行驶车速大于一定数值时，若监测到驾驶员有疲劳状态时则予以预警提示。[3] 在执行前方交通穿行提示功能（front crossing traffic alert， 简称FCTA）时的控制策略如图所示。

同时智联网汽车整车电气系统协调配合也可实现对车辆的辅助驾驶功能。例如自动紧急刹车功能，车道保持辅助功能等等。控制辅助功能和预警功能有所不同的是，它可以实现真正意义上对整车的动作，也就是它可以通过整车电气系统实现对车辆行驶的一种控制。[4]比如车辆在一定工作条件时，如可能发生碰撞危险则自动紧急刹车功能自动启动整车控制系统。

智联汽车在中国具有一定的发展优势。另外，整个汽车产业角度来看，我国的核心技术和关键零部件具备较强的竞争力。新能源汽车相比较于传统汽车的最主要区别体现在对电能的利用，而通过整车电气系统的不断发展和进化，智联网汽车可从一定程度解决了汽车给国家带来的交通安全隐患，交通事故率可由此下降大幅度下降。延用新能源汽车电气系统进行进化发展的智能网联汽车不仅绿色环保，其智能化的特点也在一定程度上降低了驾驶员的驾驶和疲劳强度，提高了整个道路交通的效率。另外，智联网汽车其电气系统的完善也为共享出行提供了新思路，提高了车辆的利用率。

参考文献：

[1]文博杰.基于中国新能源汽车发展规划的资源环境效应分析[J].中国矿业，2017，（10）：76-80.

[2]周俊杰，缪晨，王海，陈军.基于毫米波雷达的主动安全探测技术[R].杭州：中国汽车工程学会第十六届汽车安全技术学术会议，2013.

[3]朱博.视线追踪技术及其在驾驶员与乘客监测系统中的应用研究[D].沈阳：东北大学，2013.

[4]Hao Zhu，Ka-Veng Yuen，Lyudmila Mihaylova，Henry Leung.Overview of Environment Perception for Intelligent Vehicles[J].IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems，2017，18（10）：2584-2601.