Research on Key Technologies of Electronic Control of New Energy Vehicles
王志辛 WANG Zhi-xin
（惠州经济职业技术学院，惠州 516057）
（Huizhou Economics and Polytechnic College，Huizhou 516057，China）
摘要：随着世界经济不断的发展，能源的消耗也在加剧，在未来很有可能会面临着能源枯竭的问题，因此，需要不断响应号召节能减排的政策，我国加大了对于新能源汽车研究的领域，把新能源汽车的研究纳入了三个五年计划之中。新兴的新能源汽车以及其他种类的新能源产品慢慢的进入人们的生活当中，清洁能源发电技术也更加的成熟，它可以提高能源的利用效率，节能环保，本文主要介绍了新能源汽车核心技术，新能源汽车组成的模块规划，以及电子控制的相关技术，希望可以给新能源汽车的研究提供参考和借鉴。
Abstract: With the continuous development of the world economy, energy consumption is also intensifying. In the future, it is likely to face the problem of depletion of energy. Therefore, it is necessary to continuously respond to the policy of calling for energy conservation and emission reduction, and China has increased its efforts for new energy vehicles. The research on new energy vehicles has been included in three five-year plans. Emerging new energy vehicles and other types of new energy products are slowly entering people's lives. Clean energy power generation technology is also more mature. It can improve energy efficiency, and promote energy conservation and environmental protection. This paper mainly introduces the core technologies of new energy vehicles, the module planning of new energy vehicles and the related technologies of electronic control. It is hoped to provide reference for the research of new energy vehicles.
关键词：新能源汽车；电子控制；关键性技术
Key words: new energy vehicles；electronic control；key technologies
中图分类号：U463.6;U469.7 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2019）01-0108-03
0 引言
自从第二次工业革命以来，世界各国的发展速度可谓是突飞猛进，加快了经济全球化的历程。但是，工业革命也有它的两面性，拉动经济发展的同时，也会带来一些消极的作用，比如说，能源的储备不断的减少，环境污染加剧等。在这样一种时代背景下，新能源汽车凭借着节能减排的优势在众多的产品中脱颖而出，成为了目前汽车行业研究的主流，目前国家正在大力倡导节能减排，保护环境，因此，新能源汽车将会在未来的发展中得到广泛的普及。
1 新能源汽车的概述
顾名思义，新能源汽车也就是用新兴的能源做为汽车行驶的动力，采用先进的技术对汽车的动力系统和驱动系统进行控制，而且还具有一些先进的技术以及新型的结构的汽车。新能源汽车与传统的燃油汽车相比，有很多的优势，既有效的减少的空气污染，在结构设计以及内部驱动系统方面，新能源汽车略胜一筹。
随着不可再生能源日益枯竭，可再生能源不断被发现，且在全球范围内广泛兴起应用，世界各国的能源链也在不断的发生变化，而我国也在相继的加强了对新能源汽车的开发与应用，争取早日实现能源的更新换代，减少污染物的排放。经过这些年的发展与实践，我国在新能源汽车上不仅积累了大量经验，而且也都取得了初步的应用成效，迈出了非常重要的一步，而且我国在新能源汽车的关键性技术方面的研究也取得了突破性的进展，国内最早研发新能源汽车技术和产品的单位有清华大学和中国远望集团等等的先进单位集体。
2 新能源汽车电子控制的关键系统
一般来说，新能源汽车在性能、节能减排、使用寿命等方面都比传统的汽车有很大的差异，新能源汽车的主要系统中，有很多的先进的电子器件和能量管理系统，而对这些电子器件和系统进行高效的控制和控制成为了新能源汽车的首脑。新能源汽车的电子控制系统设计到很多与之相关的子系统，最主要的有以下的几个子系统，分别是EMS能源管理系统、EPS电动助力转向系统以及动力总成控制系统等，下面则主要介绍前两者的子系统，其设计的关键技术如下所述。
2.1 EMS能量管理系统
说到EMS，就很像中国的邮政速递一样重要，EMS系统在新能源汽车中发挥着非常重要的作用，是电子控制单元的核心系统之一，它主要由三部分组成，分别是功率限制和分配，以及充放电控制。EMS系统的基本工作原理如下：首先是对新能源电车的电池状态信息进行收集和整理，该步骤主要由数据采集电路来完成；然后就是把采集到的信息分别传送到相应的电子控制单元进行分析处理，最后就是要收集并整理好的数据信息生成可以控制的指令，然后通过电子信号把它输送到相应的功能模块上，才能保证控制指令的正确实施。
EMS系统具有以下的几个功能：①EMS系统可以使蓄电池始终维持在一个最佳的荷电状态下，以便提供新能源汽车的驱动力。②EMS系统可以对与之相关的子系统的实际运行的状况进行详细的扫描并分析，根据扫描的结果来进行数据分析，有效的实现对整个系统运行状态的监查和控制，才能实现对新能源汽车的充电方式以及剩余的电量情况进行及时的调控和预警。③EMS系统可以实时根据新能源汽车所剩余的电量，对汽车可以行驶的最大里程数进行精准度预测，以方便司机可以及时的预知，而且EMS系统还可以进一步的实现对汽车内的空调温度以及灯广的亮度进行调节，在不影响其他功能正常使用的情况下，像智能手机一样，开启省电模式。
2.2 EPS电动助力转向系统
在新能源汽车构造中，EPS系统是一种直接依靠电机提供辅助扭矩的动力转向系统。EPS主要由（如图1所示）扭矩传感器、车速传感器、电动机、减速机构和电子控制元件等组成。它有着很多的优点，如降低了燃油的消耗、增强了转向与随性、改善了转向回正特性、提高了操纵稳定性、提供可变的转向助力等等。ESP系统的工作原理具体如下：首先，当驾驶员驾驶汽车转向时，就要先通过操作方向盘来实现，然后利用转矩传感器检测转向轮的运动情况和车辆的运动情况；其次，将所检测的结果通过信号传送给电子控制单元，然后电控单元根据转矩传感器提供的信号计算助力的大小；然后，由电子控制单元把接收到的车速信号、转动的方向以及转矩的信号进一步的分析；再然后，根据所得的分析结果生成控制指令，把该指令传送到电机中，由电机根据电控单元输出值生成转动力。
假如新能源汽车不需要转向，那么在EPS系统的电子控制单元中就不会有相应的电机调控指令生成，那么电机也不会运行，自然工作不了。根据相关的实际操作证明，EPS系统应用于新能源汽车中有很多的优势，比如说按照方便、节能环保、工作效率高等优势，但是，该系统对于助力电机以及传感器的要求也很高，需要精准度高配置，不过这也给EPS系统的推广和广泛应用造成了一定的局限。所以，为了提升EPS系统工作的高效性和稳定性，需要寻找更加合适的控制策略，努力把人工智能控制以及模糊控制应用于新能源汽车的EPS系统中。
2.3 电机驱动控制系统
就拿新能源汽车的性能来说吧，它的安全性能与电机驱动控制系统密不可分。电机驱动控制系统由很多的控制器和传感器组成，主要有电力电子交流器、数字控制器和传感器组成，这几种控制器组成的电机驱动系统把蓄电池中的电能转化提供车轮运动的动能，一部分动能将用来抵消车轮在行驶过程中的阻力。因此，想要提高新能源汽车的性能，就必须满足以下的几点要求：第一，保证输出的功率恒定不变，而且需要有较高的功率密度。第二，在车辆需要较大动力的时候，比如说启动和爬坡的时候，需要具有低速高能的特性，而在车辆平缓行驶的时候，要求能够表现出高速运行、低转矩的特性。第三，车辆在转速范围大的时候，要有效的覆盖恒功率区和恒转矩区。第四，成本要相应的低一点，才能获得更多的市场。在新能源汽车的电机驱动系统中，目前主要采用的是感应电机、开关磁阻电机等，而且随着电机系统不断的更新换代，正在从电力电子逆变器向IGBT集成模块演变。
3 新能源汽车能源从适应巡航控制技术的实例分析
对新能源汽车的电子控制技术进行分析，主要从汽车的能源自适应自控制循环技术方面来分析，在整个自适应巡航控制系统中，要对能源的自适应进行有效的控制，才能使新能源汽车的能源和运行速度得到合理的分配。下面就来谈谈自适应巡航系统的原理：首先，需要采集到新能源汽车的运行工况和能源状态；然后，通过电子电力控制系统对采集到的信息进行分析和处理；最后，再根据事先预设的算法来生成与操作相对应的控制指令，以此来控制新能源汽车的能源系统和自适应系统。
自适应巡航控制系统是在按设定车速进行巡航控制的系统上，增加了与前方车辆保持合理间距控制功能的新系统。自适应巡航系统主要由自适应巡航控制系统传感器、自适应巡航控制系统控制器、发动机管理控制器组成。电子控制器最主要的组成部分其实就是一个单片机，它的主要功能就是处理传感器中的信息，然后根据信息来生成相应的指令。新能源汽车的运行装置由两部分组成，分别是电子能源控制器和电控制装置，这两个装置主要负责把内部系统所需的能源按需分配给相应的系统，并对内部的制动力进行有效的控制。因此，需要对新能源汽车的内部的运行系统进行精准度控制，就需要结合一定的算法和模型，有效的结合动力学系统以及车辆能源分析模型，在此基础上建立的控制模型，可以更加有效的实现对新能源汽车的控制。
4 新能源汽车的分类
可以从很多方面对新能源汽车进行分类，不同的方向，分类的结果也会有所不同，接下来主要介绍的是从技术角度方面的分类。该分类从简单到复杂进行分类可以分为纯电动新能源汽车、串联动力型新能源汽车、并联动力型新能源汽车以及串并联双混合型汽车，如表1所示。主要分析解释一下图纸的字符所代表的意思，P0表示的是新能源汽车的带传动启停装置系统，P1表示新能源汽车的发动机和启动机一体化的装置系统，它的动力系统则处于离合器与发动机之间，P2表示发动机和变速器一体化装置，P3则代表发动机处在变速器的后轴位置，P0、P1、P2则是对并联型新能源汽车的研究，P03、P12、P13则是对串并联双混合型新能源汽车的研究，并把两者进行对比，得出最后的结论。从图1的统计表可以得出以下几点结论：第一，上述所描述的几种新能源汽车的各种结构无论是在家用小车还是商用的小车中都得到了非常广泛的应用；第二，与中国、日系以及美系车辆相比，P2在欧洲比较受欢迎；第三，在混联新能源汽车类型下的行星排结构在日系的丰田车辆品牌以及美系的通用车辆品牌中占据非常重要的地位；第四，P03以及P12组合在四驱的车辆中应用的比较多，有些汽车品牌已经实现了量产，满足了大众的需求。
综上所述，对新能源汽车品牌的选择需要考虑很多方面的因素，比如说，车辆结构的复杂程度、减排效果以及成本等等，都是顾客需要进行综合比较的。但是近几年来，车辆销售市场并不尽如人意，比如说，由通用和宝马共同来发的三行星双模系统并不是非常的完美，尽管此双排系统在节能减排方面做的比较突出，不过它的结构与其他的类型相比结构更加复杂，而且成本太高。所以，做为生产的厂家需要牢牢抓住客户的心，就必须在生产制造的过程中做好车辆的结构复杂性、减排成效以及减少成本。
5 新能源汽车制造的核心技术
在三个模块的介绍中，已经提到过控制系统中的VCU、BMS以及MCU系统，它们分别代表的是整车控制器、电池管理系统、以及电机控制器，这些控制器或者系统就是新能源汽车中最核心的技术，如果企业在生产新能源汽车时，可以做好汽车控制系统方面的工作，可以有效的提高车辆的安全性、动力性，还可以有效的降低成本，满足大众的需求。
5.1 整车控制器
此控制器主要是控制新能源汽车的电子控制单元，这是比较新型的控制器，只需要在新能源汽车中安装，一般靠汽油来提供动力的汽车不需要安装此装置。整车控制器需要用专门的电路来设计，它通过汽车的档位变化，油门踏板以及刹车踏板的松紧程度就可以快速的判断驾驶员想要做什么，并把该信息由动力系统发送相应的运行控制指令，从而汽车可以快速的做出反应，与此同时，整车控制器还可以在新能源汽车发生故障时，及时的诊断并反馈给驾驶员，还有一定的储存功能。随着技术不断的更新换代，整车控制器从刚开始的16为处理器向32位的处理器过渡，如今32位处理器芯片已经得到广泛的应用，对于此技术的研究仍在继续，希望可以得到更大的突破。
5.2 电池管理系统和电池包
新能源汽车主要是通过电能来提供汽车行驶的动力，因此电池包对于新能源汽车非常的重要，是汽车的核心能量源。电池包由电芯、模块、电池管理系统、热管理系统等元件组成，电池包主要通过主要由金属材料来构成电池包的壳体，而电池管理系统则是电池包内部最为核心的零部件，没有电池管理系统的电池包是没有用的，该系统主要由底层软件、硬件电路以及应用层软件组成。模块化的结构设计可以帮助电池包内部实现电芯的集成，电池管理系统则负责对电池包的电芯进行管理，防止电池出现过度充电和过度放电的现象，从而有效的提高电池包的使用寿命和利用率。
总而言之，随着新能源汽车的相关技术不断的更新换代，新能源汽车的优点不断的凸显出来，以后一定会成为未来汽车发展行业的主流，整车控制器、电机控制器、电池包和电池管理系统等都是新能源汽车的核心技术，电子控制技术在其中也发挥着至关重要的作用，所以需要加强这一方面的研究，把它应用于实际的生产过程中。但是，近几年来，在不断的创新发展中，在新能源领域也取得了很大的发展，但是有的技术方面的创新仍然停留在研发阶段，还没有真正的运用在生产当中，仍然需要更进一步的研究并应用于实际当中。
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