新能源汽车电子控制的关键性技术研究

新能源汽车电子控制的关键性技术研究

发表时间：2018-01-26T17:32:43.723Z 来源：《基层建设》2017年第31期作者：刘琳[导读] 摘要：汽车从诞生至今有多年的历史，逐渐向安全、舒适、便捷的智能汽车发展。

奇瑞新能源汽车技术有限公司安徽芜湖 241002 摘要：汽车从诞生至今有多年的历史，逐渐向安全、舒适、便捷的智能汽车发展。智能汽车的发展带动了汽车电子技术的发展，汽车电子技术逐渐成为汽车竞争力的关键因素。根据统计，在未来的汽车上，电子系统的价格将占据汽车总体成本的70%。汽车电子控制系统是汽车运行的核心，研发先进的汽车电子控制系对每个汽车厂商而言有着重要的战略意义。本文分析了新能源汽车电子控制的关键性技

术。

关键词：新能源；汽车电子控制；技术近年来，随着电子技术、计算机技术和信息技术的应用，汽车电子控制技术得到了迅猛的发展，尤其在控制精度、控制范围、智能化和网络化等多方面有了较大突破。汽车电子控制技术已成为衡量现代汽车发展水平的重要标志。

一、概述

汽车电子控制系统基本由传感器、电子控制器（ECU）、驱动器和控制程序软件等部分组成，与车上的机械、液压系统配合使用，并利用电缆或无线电波互相传输讯息，即所谓的机电液一体化控制。从这个角度理解，混合动力、纯电动、燃料电池汽车三种不同类型的新能源汽车对于自动化控制技术的需求相同，都需要有很好的这一领域的工业基础，但是涉及具体的元器件的选型、具体器件的测试标准、具体的电压等级、具体的控制算法以及三种不同类型整车车载网络的复杂程度是不同的。新能源汽车相对传统汽车一方面增加了很多新部件，如新的动力传动系统、电机及其控制系统、电池及其管理系统、整车多能源管理系统等等其它零部件，要进行专用的模、夹、检具的设计，进行工装、工艺方面设计制造及实施；另一方面新能源汽车都有强电系统，整车安全控制十分重要，要进行强电安全的检测，所以要增加一些下线检测的设备。新能源汽车产业化发展方面，电池、电机及其控制系统等是目前阻碍新能源汽车应用普及的瓶颈问题，主要问题：一是电池成本较高，能量密度较低，带来电动车的价格高、整车重、充电后续驶里程短等问题；二是电池充电时间长，尚未建立起便利的充电网络，三是电机及其控制系统的关键部件如旋转变压器、大功率开关器件等等依赖于国外进口；要从技术研发，降低成本售价，普及充电设备设施，加强产品的测试和示范运行等几个方面来解决这些问题。

二、新能源汽车电子控制的关键性技术

1.作为新能源汽车的核心，能量管理系统由以下几个部分组成：功率分配部分、功率限制部分和充放电控制部分等。其工作原理可以简单归纳为：由电子控制单元根据数据采集电路采集到的电池状态信息以及其它相关信息，进行数据分析和处理，并形成最终的指令和信息发送到相应的功能模块。它所完成的功能包括维持电动车所有蓄电池组件的工作并使电池组处于最佳状态；同时，通过采集车辆的各个子系统的运行数据对各个子系统进行监控和诊断，从而达到了控制系统充电方式并能够提供剩余能量的显示等功能。因此，实现电池的无损充电并同时监控电池的充放电状态，尽量避免过充电现象而且对电池进行实时检测、故障诊断和定期维护，最大限度保证电池的正常可靠的运行等，都需要系统的数据采集模块具有可靠性、高精度以及较高的安全性等。传统汽车的制动过程多依靠摩擦的方式消耗车辆行驶的动能而降低车速，其制动能量转化为热能散发到周围环境中去。而新能源汽车在制动时，可以将牵引电机转换为发电机，依靠车轮拖动电机产生电能和车轮制动力矩，从而在减缓汽车速度的同时将部分动能转化为电能储存起来，回收了能量，提高了汽车的续航里程。再生制动能量回馈系统的研究是新能源汽车开发中的一个重要环节，其设计开发需要综合考虑汽车动力学特性、电机发电特性、电池安全保证与充放电特性等多方面的问题。

2.电机驱动控制系统的好坏直接关系着新能源汽车能否安全可靠地运行。电机驱动系统主要由电机、电力电子变流器、数字控制器和传感器等几个核心部分组成。目前新能源汽车电机驱动系统中，主要采用感应电机、永磁同步电机和开关磁阻电机；电机驱动控制系统由电力电子逆变器向 IGBT集成模块发展，传感器向集成智能传感器发展，在电机的控制方法方面，传统的控制方法是直流电机的励磁控制法与电枢电压控制法；开关磁阻电动机的角度位置控制、电流斩波控制以及电压控制；感应电机主要V/F 控制、转差频率控制、矢量控制和直接转矩控制等等。本项目主要开发对异步电机的数字化可视控制系统。以实现对新能源汽车有效、安全、便捷驱动控制。电动助力转向机构组成部分包括：传感器、电控单元、电机、离合器以及机械减速机构等。在工作时，电控单元检测转向盘的输入力矩、转动角度和汽车行驶速度等信号，控制电机的方向和电流的输出大小，并将指令发送给电机，随后通过离合器和减速器的动作，将辅助动力施加到转向系统中，最终实现助力转向的实时控制。电动助力转向系统一方面需要开发可靠性高、成本低的传感器；另一方面需要开发满足助力要求、驾驶员舒适性要求以及低成本的助力电机。因此，合理的控制方法是确保新能源汽车助力转向系统的动态性能、稳定性以及可靠性的保障，良好的控制系统能够确保驾驶员得到良好路感，使系统与车上其他控制系统相互协调，从而实现精确的整车综合控制。

3.近年来，更多的先进控制策略模糊控制、人工智能控制等开始应用于电动助力转向系统的控制中。动力总成控制系统由以下部分组成：动力总成控制单元、发动机电控单元、电机控制器、AMT控制器及动力电池管理系统。其中动力总成控制单元用以确定发动机与电动机输出功率的比例，以满足汽车的动力性能、经济性、排放性等性能指标，保证换档操作过程的平顺性。电子控制单元ECU系统的核心拟采用高性能的工业级处理器硬件平台，它集成了包括速度可达中央处理器、指令加速器、D M A、高速CAN、A/D、以太网、USB等，可以满足新能源汽车控制功能的要求。软件平台采用开源的嵌入式LINUX实时多任务平台系统，可以根据需要对内核进行裁减，以规避将来可能的知识产权风险。系统的开发主要集中在以下几个方面：一是满足新能源汽车使用电磁兼容环境的硬件设计及试验。二是适合新能源汽车的软件平台的选择及内核裁减优化。三是再生制动能量回馈策略及实现。四是与汽车其他系统的通信。五是汽车能源自适应自动控制巡航（ACC）。

三、发展前景

1.网络技术。汽车电控系统平台把各个独立的汽车电子控制器连接成为一个整体，形成网络。根据功能的不同，网络分成两层或三层。在设计平台的过程中，需要考虑：网络的拓扑结构、各层网络的功能、信息传播的路径、传播方式、信息流的控制、信息表现形式、各层网络的协议规约等一系列问题，需要设计一个基本的标准。网络技术不单单是车内的总线，在向集中控制方向发展。

2.接口技术。主要是指汽车电控系统平台与汽车匹配技术和控制子系统之间的接口，需要实现整车基本应用功能、整车匹配和自标定的基础功能。