尤建祥，陳金陽(yáng)，趙 治，全奎松，金 鋒

（盤(pán)錦職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 盤(pán)錦 124000）

社會(huì)是在不斷進(jìn)步的，在中國(guó)追求發(fā)展的同時(shí)，也逐漸開(kāi)始重視可持續(xù)發(fā)展。當(dāng)前面臨汽車(chē)帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題，各方做出了努力，開(kāi)始研發(fā)新技術(shù)，改變汽車(chē)帶來(lái)的耗油和污染排放問(wèn)題，所以研發(fā)出了新能源汽車(chē)。在發(fā)展中不斷完善和提升新能源汽車(chē)的電子控制系統(tǒng)以及相關(guān)的核心技術(shù)，加快新能源汽車(chē)的發(fā)展，提高其普及力度。

1 新能源汽車(chē)發(fā)展背景

隨著時(shí)代的發(fā)展，人類(lèi)無(wú)限制地掠奪自然資源，尤其近現(xiàn)代工業(yè)的飛速猛進(jìn)，加劇對(duì)煤、礦、石油等傳統(tǒng)資源的開(kāi)采。在工業(yè)發(fā)展期間，確實(shí)帶來(lái)了社會(huì)的進(jìn)步，但是也相應(yīng)帶來(lái)了資源枯竭和環(huán)境問(wèn)題，逐漸危及人類(lèi)生存。近年來(lái)，許多國(guó)家開(kāi)始重視這個(gè)問(wèn)題，尋找新能源替代傳統(tǒng)的資源［1］。尤其在出行方面，眾多國(guó)家開(kāi)始研發(fā)新能源汽車(chē)，中國(guó)也不例外。在國(guó)家政策的大力支持下，新能源汽車(chē)的發(fā)展趨勢(shì)良好。

新能源汽車(chē)的迅速發(fā)展，更多的是依托于電子控制技術(shù)的支持。無(wú)論是蓄電池和混合動(dòng)力，還是氫動(dòng)力的汽車(chē)，都必須要以電子控制技術(shù)支持對(duì)其車(chē)身的控制和動(dòng)力的牽引，而且電子控制技術(shù)在車(chē)輛行駛過(guò)程和檢測(cè)車(chē)身所有信息以及外在信息提供上，保障了汽車(chē)的安全和穩(wěn)定行駛。目前，許多汽車(chē)研究單位，在新能源汽車(chē)研發(fā)期間，不僅加大對(duì)動(dòng)力控制系統(tǒng)創(chuàng)新力度，也在電子控制技術(shù)方面進(jìn)行技術(shù)突破，運(yùn)用到新能源汽車(chē)整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)，實(shí)現(xiàn)智能化來(lái)提高汽車(chē)使用的便利和舒適，使新能源汽車(chē)朝著智能化發(fā)展方向，讓新能源汽車(chē)技術(shù)發(fā)展有了質(zhì)的飛躍。新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷壯大，逐漸普及新能源汽車(chē)，起到有效緩解環(huán)境污染和資源枯竭問(wèn)題的作用［2］。

2 新能源汽車(chē)電子控制系統(tǒng)的主要技術(shù)

2.1 VCU系統(tǒng)設(shè)計(jì)

VCU是新能源汽車(chē)的電子控制系統(tǒng)的核心，是其整個(gè)車(chē)身的控制器。其主要體現(xiàn)的是對(duì)制動(dòng)能量回饋、低速蠕動(dòng)、行駛防滑和事故碰撞的安全啟動(dòng)的控制。在汽車(chē)行駛的過(guò)程中，VCU就會(huì)啟動(dòng)工作，通過(guò)數(shù)據(jù)采集電路對(duì)電池的使用狀態(tài)信息進(jìn)行收集，又通過(guò)電子控制單元迅速對(duì)其收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，接著把處理的信息和需要的指令發(fā)送到功能模塊，根據(jù)實(shí)際需要實(shí)現(xiàn)智能管理運(yùn)行能量，從而讓駕駛車(chē)輛的駕駛員更清楚明了地掌握車(chē)輛運(yùn)行剩余的能量，進(jìn)而有效估算里程所需的運(yùn)行能量，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的合理性分配。VCU在CAN的總線(xiàn)基礎(chǔ)上，可以用高壓絕緣技術(shù)對(duì)汽車(chē)實(shí)現(xiàn)安全有效地控制，進(jìn)一步在安全和穩(wěn)定方面提供一些基本保障。VCU也會(huì)對(duì)所有子系統(tǒng)的運(yùn)行信息做出監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)的診斷，重新進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)整。不僅如此，VCU還有遠(yuǎn)程監(jiān)控的能力，能通過(guò)遠(yuǎn)程控制對(duì)故障車(chē)輛進(jìn)行診斷和修復(fù)，更好地提高了新能源汽車(chē)行駛的可靠性、安全性以及穩(wěn)定性程度。圖1為整車(chē)控制器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖。

圖1 整車(chē)控制器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

更多新能源汽車(chē)研發(fā)企業(yè)想要增加汽車(chē)行駛的里程和提升電池的壽命，而這更需要有一個(gè)健全的VCU系統(tǒng)，因而在研發(fā)階段，建立I-EMS體系，設(shè)計(jì)電池組合，也在絕緣、散熱、防水方面加強(qiáng)安全設(shè)施。為了使電池模板可以安全運(yùn)行，安裝了電池信息的采樣板來(lái)掌握電池的使用狀態(tài)，更有效地管理能量。在整個(gè)VCU的處理和完善過(guò)程中，提升了新能源汽車(chē)的總體效能和實(shí)用性，對(duì)新能源汽車(chē)推廣和發(fā)展有著重大的意義。

2.2 EPS系統(tǒng)

新能源汽車(chē)在車(chē)速、轉(zhuǎn)向等一些方面的運(yùn)行需要十分依賴(lài)EPS技術(shù)，而EPS這個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作利用到了傳感器、電子控制單元格、電動(dòng)機(jī)和減速器等相關(guān)設(shè)備。在車(chē)輛行駛中，通過(guò)零部件的傳感器來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)檢測(cè)，獲取轉(zhuǎn)向盤(pán)的轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)矩以及車(chē)速等信息，接著向電子單元發(fā)送相應(yīng)電壓信號(hào)，然后又向控制系統(tǒng)輸入指令，對(duì)汽車(chē)的增減速、轉(zhuǎn)向、停車(chē)等方面實(shí)現(xiàn)調(diào)控。調(diào)控過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一些輔助動(dòng)力，在車(chē)輛保持直行時(shí)，電子控制單元不會(huì)控制電動(dòng)機(jī)控制器進(jìn)行調(diào)整，所以電動(dòng)機(jī)在這期間無(wú)需運(yùn)行，而這種機(jī)能一定程度上可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能的效果［3］。EPS雖然安裝便捷，也具有節(jié)能和高效率的作用，但它對(duì)于汽車(chē)系統(tǒng)中的傳感器和助力電機(jī)的品質(zhì)要求很高，在一定程度上限制了EPS系統(tǒng)的推廣和應(yīng)用。所以在新能源汽車(chē)研發(fā)中，開(kāi)始采用人工智能和模糊控制這兩種選擇，這對(duì)于提高EPS系統(tǒng)安全性和穩(wěn)定性有較大幫助。

2.3 電力和電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的第一大作用，就是使電能向動(dòng)能的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)動(dòng)能的有效利用。新能源汽車(chē)的電機(jī)控制系統(tǒng)擁有范圍大、響應(yīng)轉(zhuǎn)速快等特點(diǎn)，對(duì)于提高汽車(chē)運(yùn)行的安全和穩(wěn)定有重要影響［4］。其可以通過(guò)系統(tǒng)中的傳感器獲取車(chē)輛整個(gè)行駛過(guò)程中的信息，對(duì)行駛遇到的阻力情況進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，在數(shù)字控制器和電力電子變流器的調(diào)節(jié)和控制下，讓汽車(chē)可以達(dá)到平穩(wěn)、安全運(yùn)行的目的。新能源汽車(chē)在行駛的過(guò)程中遇到阻力時(shí)，其可以保持低速而高轉(zhuǎn)矩這種平穩(wěn)的運(yùn)行模式，不僅保持恒定功率輸出，且輸出功率具有高密度的特點(diǎn)，所以新能源汽車(chē)的性能有了較大提升。圖2為驅(qū)動(dòng)力輸出切換設(shè)計(jì)圖。

圖2 驅(qū)動(dòng)力輸出切換設(shè)計(jì)圖

電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)于新能源汽車(chē)的行駛安全性十分重要，它的大概構(gòu)成是傳感器、控制器、電動(dòng)機(jī)以及變流器等基本單元?，F(xiàn)在采用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)、永磁同步電機(jī)以及感應(yīng)電機(jī)3大類(lèi)，之后的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)將運(yùn)用智能傳感器、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的可視控制系統(tǒng)和絕緣型雙極型晶體管集成模板，使其功能得到進(jìn)一步完善。近年來(lái)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)在企業(yè)自主研發(fā)和國(guó)家政策的支持下，在技術(shù)和革新方面取得了良好的發(fā)展，這也成為我國(guó)的一個(gè)重要技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目。我國(guó)新能源汽車(chē)的發(fā)展并不停留于此，將繼續(xù)加大力度推動(dòng)電動(dòng)驅(qū)動(dòng)技術(shù)系統(tǒng)創(chuàng)新發(fā)展，做出最好的新能源汽車(chē)來(lái)服務(wù)人民［5］。

2.4 EMS系統(tǒng)

該系統(tǒng)也是電子控制系統(tǒng)的核心，主要構(gòu)成部分為充電、放電控制和功率管理單元等。EMS系統(tǒng)可以恒定保持蓄電池處在一個(gè)相對(duì)符合系統(tǒng)需要的荷電狀態(tài)，還可以根據(jù)數(shù)據(jù)采集單元采集的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電能的合理分配和監(jiān)控，保障里程需要［6］。它的運(yùn)作原理是對(duì)電池狀態(tài)信息的數(shù)據(jù)采集，再以電子信息的形式把數(shù)據(jù)輸送到電子控制單元，然后在操作系統(tǒng)下進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，最終形成相應(yīng)的操作指令，發(fā)送到對(duì)應(yīng)的功能模塊。新能源汽車(chē)的電能管理使行駛里程有了較好保障，不必人力估算運(yùn)行里程需要，降低人們對(duì)行駛中電能不足、拋錨在途中的擔(dān)憂(yōu)。圖3為系統(tǒng)通信結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖。

圖3 系統(tǒng)通信結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

3 新能源汽車(chē)今后的發(fā)展方向

中國(guó)已是世界上最大的新能源汽車(chē)市場(chǎng)，在未來(lái)幾年的市場(chǎng)發(fā)展中，新能源汽車(chē)出售量將會(huì)繼續(xù)大幅持續(xù)增加，而人們對(duì)新能源汽車(chē)的期待度也會(huì)提升。但是在汽車(chē)品質(zhì)上的問(wèn)題一直為人們所詬病，高端的供給不足，低端產(chǎn)能剩余和汽車(chē)的價(jià)格昂貴、續(xù)航能力弱、安全無(wú)法保障的問(wèn)題突出［7］。而這些問(wèn)題的解決還是要依靠電子控制技術(shù)，所以要加強(qiáng)對(duì)該技術(shù)的研究和創(chuàng)新發(fā)展，實(shí)現(xiàn)新能源汽車(chē)電子控制相關(guān)產(chǎn)品的輕量化，汽車(chē)的集成化發(fā)展也要提高技術(shù)上的可靠性、安全性以及電池兼容性。新能源汽車(chē)電子控制單元的處理，更多采用的是工業(yè)級(jí)別性能高的，也要使用高速運(yùn)轉(zhuǎn)的數(shù)據(jù)和指令處理器，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的系統(tǒng)控制方案，達(dá)到更好的精確有效的電子控制功能效果。同時(shí)也要加快其他方面的研發(fā)步伐，提高研發(fā)效率，降低成本，不僅讓新能源汽車(chē)功能和品質(zhì)全面提升等級(jí)，而且價(jià)位也能適應(yīng)消費(fèi)者的消費(fèi)水平，這樣才能實(shí)現(xiàn)新能源汽車(chē)的真正普及［8］。

當(dāng)今新能源汽車(chē)主要以充電為主，所以未來(lái)還存在一些問(wèn)題阻礙其普及［9］。第一個(gè)就是汽車(chē)的電池續(xù)航能力，也就是說(shuō)充一次電能夠跑多少路程，現(xiàn)在的新能源汽車(chē)的純電力行駛大概的續(xù)航范圍是200~400km左右，而一般使用汽油的汽車(chē)?yán)m(xù)航范圍為500~1000km，所以相差還是較大的。第二個(gè)問(wèn)題就是充電問(wèn)題，現(xiàn)在新能源汽車(chē)在使用中發(fā)現(xiàn)充電極為不便利，首先就是充電樁數(shù)量不足，經(jīng)常在行駛中快沒(méi)電的時(shí)候找不到充電樁，其二就是找到了充電樁，但是由于充電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，讓人難以等待［10］。因而今后新能源汽車(chē)想要真正得到普及，就必須對(duì)電池的合理容量進(jìn)行加大，增加續(xù)航里程，以及完善充電基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和極速充電技術(shù)的發(fā)展［11］。

4 結(jié)語(yǔ)

新能源汽車(chē)未來(lái)的普及率肯定會(huì)逐漸上升，雖然現(xiàn)在一些方面還做得不夠完善，但是新能源汽車(chē)在其他技術(shù)層面已經(jīng)相對(duì)完善，相信只需要一些時(shí)日，努力攻破一些難關(guān)，它的發(fā)展前途一定是無(wú)限的。我國(guó)新能源汽車(chē)的電子控制技術(shù)可以定義為世界前列，假如未來(lái)可以和國(guó)外的一些企業(yè)單位就項(xiàng)目合作開(kāi)發(fā)，進(jìn)一步提高新能源汽車(chē)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，可以在全球范圍內(nèi)進(jìn)行新能源汽車(chē)的推廣和普及，這或許會(huì)給人類(lèi)帶來(lái)福音。在未來(lái)，人類(lèi)將聯(lián)系得更加緊密，因?yàn)榄h(huán)境問(wèn)題是人類(lèi)面臨的共同問(wèn)題，只有手牽手一起解決，人類(lèi)才能在“地球村”更好地生存下去。