新能源汽车电控系统功能测试平台开发探究

黄智 王月雷 刘灵

海南科技职业大学 海南省海口市 571126

1 引言

近年来，我国经济水平不断发展的同时，为新能源汽车行业带来了较大的发展机遇，使其逐渐向智能化、现代化的方向发展，电控系统属于新能源汽车中的关键组成部分，直接关系到汽车的性能及安全性。通过新能源汽车电控系统功能测试平台，可有效检测新能源汽车电控系统功能，从而进行优化与完善，本文就此进行分析，具体如下。

2 新能源汽车电控系统简述

电力电子技术应用下，使得新能源汽车电气系统产生了较大变化，以往应用的电气装置具备低功率低压特点，在此项技术的应用下，逐渐变成了电力传动电气装置，具备高效低噪以及节能环保等优势。新能源汽车电控系统中，主要包含较多子系统，如电动助力转向系统、电池管理系统、能源回馈系统以及电机控制系统等。对于该系统而言，其属于新能源汽车的核心技术，主要由传感器、控制程序软件及电子控制中枢等部分构成，电控系统具体应用环节，会存在较多技术的配合应用，包括智能控制技术、电子控制技术、车身安全防护技术、电动力技术、底盘电控技术等[1]。当前，信息化技术、互联网技术、云计算技术、大数据技术等应用逐渐广泛，使得新能源汽车电控系统更为集成化以及智能化。相关技术人员可有机结合汽车防抱死控制、制动控制及驱动防滑动力控制等，利用网络控制与嵌入式系统，针对性地进行汽车动力控制，进一步优化新能源汽车驱动性能。此外，基于智能控制技术应用下，能够进行电控系统平台搭建，形成更加完善的新能源汽车自适应系统，与路况情况与驾驶人员操作相结合，进行汽车的神经网络控制与模糊控制。在移动网络技术的不断发展下，能够更好地创建新能源汽车多层次电控系统，实现多类型信号的实时传输，如声音信号、图像信号及数据通讯信号等，通过这样的方式，有效监控汽车异常状况，及时进行汽车故障的排查与处理。

3 新能源汽车电控系统功能测试平台开发

3.1 功能测试平台工作原理

对于新能源汽车电控系统功能测试平台而言，在动力源上，主要构成部分包括电源、开关磁阻电机以及发动机。基于两个电磁离合器控制下，动力驱动系统既可以单独输出动力源，也可实现两个动力源的合成输出。将减速其以及自动变速箱作为传动系统，在测控台上布置相应控制器。在电机制动以及ABS的良好配合下，实现制动系统。利用直流电力测功机加载，实现行驶负载。选择两组惯性飞轮，进行整车惯量模拟，各个控制器或接收到控制系统发送的控制指令，随后控制器会开展具体的控制工作。具体试验环节，各部件运行状态，会在数据采集系统中清晰的显示出来，并进行数据存储。整车试验模拟环节，架试员应结合试验需求，由制动踏板及电子油门踏板，输入驾驶员信号。信号被控制系统接收后，会进行转矩分配，电机油门与油门执行器会控制转矩输出，最终动力会经相应传动系统至车轮，系统会对车轮转速进行采集，同时实际计算，获得需要加载的行驶阻力。经过USBCAN卡向控制仪传递，自动加载行驶阻力，通过飞轮的不同组合，进行整车惯量模拟。制动环节主要是在电机再生制动以及制动踏板的共同作用下实现，并且，电机将制动能源进行回收后，会向电源加以反馈，重复进行，直到完成所有操作。

3.2 硬件架构组成

新能源汽车电控系统功能测试平台开发过程中，构建整个测试系统时，需要先形成硬件功能电路。前期配置过程中，要满足系统当前功能需求，并且，还应为后期配置提供预留功能，结合实际要求，多次选型、调整功能测试平台硬件架构，重点评估下，实现硬件架构的优化配置。硬件部分具备较多单元，包括中央处理、CAN通讯、电源管理、安全预警、信号采集与处理、旋变信号控制、备用功能扩展、矩阵控制、机械连接及传输等[2]。相比于传统功能测试平台，本文提出的电控系统功能测试平台可够实现自动化操作，完全脱离人工操作，实现全自动化新能源汽车电控系统测试、传输、装卸、故障诊断、判断等。并且，按照不同DUT，实现智能化管控，主要有功能测试、型号识别、故障诊断、程序装载及工装调用等。拓展应用过程中，不仅要满足不同功能、种类电控系统测试需求，还应实现备用功能拓展，通过这样的方式，降低功能测试成本。

3.3 软件控制流程

对于新能源汽车电控系统功能测试平台，其在软件算法上具体要关注两方面内容，一是测试系统关键指标，二是DUT重要性能参数，具体开发时，主要由Test Stand以及LabVIEW等共同进行。实际运行过程中，新能源汽车电控系统功能测试平台会进行DUT故障代码与运行状态等信号的采集，主要对DUT测试环节的功能状态进行分析与判断，同时对其后续传输运行进行控制。并且，新能源汽车电控系统功能测试平台，还会进行关键参数的采集，包括电压以及电流等，判断报警阀值是否正常，做出针对性控制，通过这样的方式，保证新能源汽车电控系统功能测试平台顺利运行。总体控制上，主要包括以下两个流程：（1）工装调用。工装调用属于新能源汽车电控系统功能测试平台中的一个关键流程，系统实际运行中，会在激光测距以及射频识别等方式下，进行产品特征指标的采集，采集的指标要具备较强的代表性，一般2至3个即可，并且，与既有存储库特征信息相结合，实施产品辨识及对比分析，待判断无误后，进行工装调用以及连接指令开启。在工装连接方面，按照产品信息存储库中带有的电气连接特性，进行不同连接点坐标值锁定，对工装运动加以控制，以此实现匹配工装的可靠连接。

（2）自动测试。新能源汽车电控系统功能测试平台中，另一个关键流程就是自动测试。系统在调用该流程前，会对产品型号进行再次确认，并且进行相应测试软件的调用与烧录。自动测试程序启动后，会调用上电检测指令，自检关键指标，包括DUT连接高压后的电流、电压，DUT连接低压后的电流、电压等，确认没有异常后，转入功能测试，同时，对既存数据与测量数据进行对比分析，实施DUT的合格判定。若存在差异，测试系统会再次分析，更加正确的进行判断。

3.4 主要模块设计

（1）所电源模块。新能源汽车电控系统功能测试平台开发中，若想成功试验电机，不仅要保证电源的合理性，还应保证电源的稳定性，电网取电程序完成后，研究人员需要基于整流装置，实现直流电驱动输入，需要注意的是，电机试验环节，需要对直流电压电流及三相电流电压进行合理监测，并且，还应保证电网输出功率不超过80w，电流不超过121A，电压不超过220V。若设定电网输出功率为70w，对整流装置最大功率进行计算，在相关试验中可以发现，可保证电压低于280V，因此可将电压设置在280V内，最大输出电流值为250A。

（2）负载加载模块。一般而言，负载加载环节，应选择电涡流测功机开展，结合负载大小，设定励磁电流，并且，测控机测量仪器会利用相应串口，进行扭矩、转速的工控机传递。

（3）动力输出模块。对于动力输出模块而言，会受到较多因素影响，如永磁直流电机等，该模块主要由IGBT、永磁直流电机以及PWM发生器构成。具体试验环节，不仅要测量IGBT三相方波电压，还应对其转速扭矩以及电流进行测量，并且，还应对驾驶引导信号进行测量。因为永磁直流电机运行环节功率基本上不会超过60KW，同时，电压不会超过280V，电流不会超过232A，因此，IGBT的电容额度为60KW，电流为232A，电压为280V。

4 新能源汽车电控系统的应用

通过新能源汽车电控系统功能测试平台，能够确保新能源汽车电控系统的良好应用，更好的实现新能源汽车电控系统功能，当前，新能源汽车电控系统应用主要体现在以下几方面：

4.1 整车电控系统

新能源汽车运行环节，需要由多个子系统共同配合，包括安全系统、空气循环系统以及动力系统等，这些子系统均具备相应的控制单元，会对自身状态记性检测，并下达相应动作指令。对于整车电控系统而言，其主要的目标是保证各个子系统控制的良好配合，提升电动车综合控制效率的同时，使其具备更高的运行稳定性。新能源汽车整车电控系统中，存在较多组成部分，具体为：电机控制器、人机界面、整车控制器、能源管理系统、车辆附件系统以及能源供给系统等。经过CAN总线，会向控制中心传输驾驶员信号，控制中心接收到信号后，都做出相应识别分析，最终下达指令，控制相应装置做出反应，通过这样的法式，控制整车制动与驱动状态。除此之外，整车电控系统还应具备故障处理以及异常预警功能。当装置出现异常后，会通过声光报警，使驾驶员发现故障问题，及时加以处理。控制系统可直接对简单的故障做出判断，并显示在人机界面上，从而有助于后续故障的排查处理。

4.2 新能源汽车发动机系统

新能源汽车发动机系统中，在汽车电控技术的应用下，形成了电子控制系统，这一系统中，较多装置均涉及到了电控技术，如点火装置、怠速控制、喷射装置以及废气循环等，本文重点进行电控点火装置及电控喷射装置分析，首先，电控点火装置。对于电控点火装置而言，具体是将电子计算机控制技术作为重点，可以科学确定点火时间，并且，可提升点火成功率，同以往晶体管电子点火装置与触点式点火装置相比，电控点火装置更加复杂，不过可减少点火燃油耗，并且，还可降低点火产生的尾气污染情况。一些新能源汽车发动机应用时，电控点火装置具备更强大的功能性，可以进行自我诊断、智能控制以及自动适应控制。其次，电控喷射装置[3]。现阶段，新能源汽车燃油喷射均应用了电控技术，在电控喷射装置方面，控制中心为电脑，通过发动机中的传感器，得到相应的发动机启动参数，根据预设程序，对燃油量及汽缸空气量进行准确计算，确保发动机良好运转，并且，使燃油喷射保持在最合适比例，防止油料浪费。

4.3 新能源汽车底盘系统

新能源底盘系统中通过应用汽车电控技术，可构建出汽车底盘电子控制系统，该系统中，防抱死制动系统以及电控转向系统均体现着电控技术的应用，首先，防抱死制动系统，即ABS，该系统属于新能源汽车安全保障性能系统，为避免新能源汽车制动时，出现车轮被抱死导致危险的发生，通过电控技术的应用，防抱死系统会得出轮胎与接触路面间的附着力，对制动时可操作性及方向稳定性进行控制，可有效避免汽车制动时发生甩尾及侧滑等情况的出现[4]。其次，电控转向系统。新能源汽车底盘系统中，汽车转向系统属于一个较为重要的系统，电控技术应用环节，汽车转向系统可以利用传感器得到相应的数据信息，在此基础上进行电子测算，通过实际计算，获得新能源汽车相关参数，如转向距离、转向角度以及行车速度等，对各项参数进行综合分析，确定汽车低速行驶转向或停车所需最佳力。此外，电控转向系统还会提供相应的回正力矩，能够有效保证车辆转向稳定性。

4.4 新能源汽车车身系统

新能源汽车车身系统中，通过应用汽车电控技术，能够形成新能源汽车车身电子控制系统，对于车身系统而言，较多装置与设计中，均涉及到电控技术的应用，主要包括新能源汽车空调系统、导航系统、门窗座椅、防盗安全系统、车辆信息显示系统等。

4.5 电池管理系统

对于电池管理系统而言，其能够有效解决电池一致性问题，属于电动汽车与车载动力电池的重要连接纽带，配合电池组形成电池系统，进而为汽车提供动力。该系统主要工作原理使对各个电池单体进行协调，实施监控电池温度、电流以及电压传感器信号，避免出现超压、超温以及过充放电等不良情况，危害到电池的正常使用。动力电池包中，电池管理系统具备较高的成本，不过通过以往多电芯电源管理产品、二次电池等对比，新能源汽车电池管理系统具备骄傲的应用优势。车用蓄电池作为电池管理系统的唯一动力，较为重要，现阶段，锂离子电池、铅酸电池、镍氢电池以及镍铬电池，均得到了广泛应用，尤其是锂离子电池，其具备较高的优势，如电压平台高、能量密度大等，已经成为新能源汽车的首要选择，不过在未来研究中，还应重点关注锂离子电池的使用寿命及安全性问题，进一步发挥出锂离子电池的应用优势。

4.6 电机驱动控制系统

新能源汽车运行的安全性与可靠性，与电机驱动控制系统息息相关，可以说，该系统属于驱动系统的核心所在，具体可以分为两大系统，一是电器系统，二是机械系统。电气系统属于电机驱动系统的关键，其主要构成部分为控制器、转换器以及电动机等，驱动电机的性能与功率，直接影响着电动汽车的启动速度以及时速快慢。现阶段，我国新能源电动汽车电机驱动系统中，虽然普通的直流电机存在散热困难、电磁辐射干扰等问题，会对电控系统产生相应影响，不过仍应用于一些电动汽车中。近年来我国逐渐加大对于电机驱动控制系统的研究，提出了多态电机驱动控制系统，具备较大的开发应用前景，已经被广泛应用在新能源汽车中。此外，永磁电机驱动控制系统属于应用最多的电机驱动控制系统，该系统具体是应用PWM控制技术以及永磁无刷直流电机控制技术，实现电机的无极变速，具备良好的调速性能，在当前电力电子技术不断发展下，特别是出现了IGBT 等功率模块，实现了永磁直流电机调速控制系统的不断优化与创新。

5 结束语

综上所述，现阶段我国工业现代化进程不断推进，计算机技术、通信技术以及传感器技术等均得到快速发展，这种环境下，为新能源汽车行业带来了较大的发展机遇，电控技术应用过程中，能够有效提升汽车控制精度，获得更快的动态响应，为促进新能源汽车领域发展，应重点关注新能源汽车电控系统功能测试平台开发，并且还应重视新能源汽车电控系统的具体应用，促进新能源汽车领域可持续发展。