电动汽车控制技术

电动汽车控制技术的研究进展

摘要

汽车控制技术是推动汽车工业可持续发展的重要保障。在全球汽车行业竞争日益激烈的背景下，如何通过理论与方法的创新，提高我国汽车控制系统的自主研发能力，完成从消费大国向制造强国的过渡是我们目前面临的重大挑战。本文主要围绕新能源汽车的关键控制问题进行论述，其主要包括：混合动力汽车扭矩需求管理、电动汽车电池管理系统、电机驱动控制、能量回收控制，总结国内外的研究状况，提炼共性问题，对电动汽车控制的发展趋势给出了一些观点。

关键词：电动汽车扭矩需求管理电池管理系统能量回收控制

Abstract

Automobile control technology is an important guarantee to promote the sustainable development of the automobile industry. Under the background of increasingly fierce competition in the global automotive industry, how to improve the independent research and development capability of China's automobile control system through the innovation of theory and method and complete the transition from consuming country to manufacturing country are the major challenges we are facing. This paper focuses on the key control issues of new energy vehicles, including: hybrid vehicle torque demand management, electric vehicle battery management system, motor drive control, energy recovery control. And summarizes the research situation at home and abroad, refines common problems, gives some views about the development trend of electric vehicle control.

Key words:Electric Vehicle Torque demand management Battery management system Energy recovery control

1 前言

能源枯竭、环境污染已经成为当前社会亟需解决的问题。电动汽车在节能减排、遏制气候变暖以及保障石油供应安全等方面有着传统汽车无法比拟的优势，受到了各国政府、汽车生产商以及能源企业的广泛关注。日益提升的电池设备、充电技术以及充电设施也促进电动汽车不断普及。研究表明，在中等发展速度下，至2020、2030和2050年，电动汽车占美国汽车总量的比例将分别达到35%，51%和62%。我国也制定了适合国情的发展规划，推进电动汽车产业化进程，提高车

网(电网)融合程度。

根据使用能源和驱动系统的不同，电动汽车可以分为纯电动汽车(pure electric vehicles，PEV)、插电式混合动力电动汽车(plug-in hybrid electric vehicles，PHEV)及燃料电池电动汽车。其中，纯电动汽车完全靠电能驱动；插电式电动汽车采用汽油和电能驱动；燃料电池电动汽车则以清洁燃料发出电能驱动。纯电动汽车受电池容量限制，尚未大规模普及，但代表着未来发展方向；插电式电动汽车采用两种能源，在提高能效的同时，使用方便、灵活，已具有相对成熟的技术，逐渐进入产业化的阶段。

2电动汽车控制研究现状

电动汽车以其独特的节能环保的优势引起越来越多的国家的重视。发展以电能为核心能源的新能源汽车是缓解全球范围内能源危机，减少污染的重要途径之一。为了顺应这个潮流，电动汽车、混合动力汽车得到了飞速的发展，开发电动汽车控制技术是今后汽车工业发展的必然方向。新能源汽车的关键控制问题主要包括：混合动力汽车扭矩需求管理、电动汽车电池管理系统、电机驱动控制、能量回收控制。

2.1混合动力汽车扭矩需求管理与优化

混合动力汽车(Hybrid electrical vehicle，HEV) 至少包含两个动力供给装置和辅助的能量转换器。通常，其配备一个内燃机、电动机和一个辅助的电力储存系统，如电池或超级电容。不同的行驶工况(起步、定速巡航、减速制动、爬坡等)，HEV 的内燃机和电动机均运行在不同的工作状态。通过使用高效率电机和电能储存系统，以及优化车辆运行和发动机操作，可以有效降低燃油消耗和减少空气污染。能源管理策略要解决的核心问题正是如何合理配置发动机和电气设备的输出动力，既要满足驾驶员对整车驱动力的需求，同时又要优化发动机、电动机、蓄电池以及整车的效率，而且动力分配过程还受到发动机最高转速、电动机最高转速、发动机最大功率、电动机最大功率、电动机最小功率(发电机最大功率) 等条件的限制，属于受约束的优化问题[1−2]。

随着开发的深入进行，除了能量优化管理技术，扭矩动态协调控制越来越引起人们的重视。扭矩动态协调控制主要针对高度瞬态过程，例如混合动力模式切换、车辆起步、加减速等工况，对发动机、电机、离合器进行扭矩的综合控制。文献[3]针对并联式混合动力汽车，以发动机扭矩或车辆的扭矩为主要参数，通过扭矩变化来协调匹配发动机、变速箱、制动和车辆动态控制之间的关系。文献[4]基于并联式混合动力汽车不同的工作模式及时变的发动机扭矩需求得到了相应的能源管理策略。针对混合动力汽车中内燃机与电机之间存在的动力耦合和分离过程中能量管理策略的复杂性，提出了基于模糊逻辑控制的扭矩管理策略。文献