張永新（北京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，北京 100070）

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電動汽車控制策略初探

張永新
（北京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，北京 100070）

摘 要：隨著全球污染越來越嚴(yán)重，沒有任何尾氣排放的電動汽車是現(xiàn)代汽車的發(fā)展方向之一。本文主要介紹了一種電動汽車的控制策略，純電動汽車的整車控制策略以整車控制器為載體，通過CAN總線通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對各個部件的協(xié)調(diào)控制，主要講述內(nèi)容包含電機驅(qū)動控制、制動能量回饋控制、整車能量優(yōu)化管理、司機意圖分析、充電過程管理和高低電壓上下控制等功能模塊。

關(guān)鍵詞：電動汽車；控制策略；管理

在去年北京車展上，一些汽車廠家積極推出了自己最新研發(fā)的純電動汽車。此前，由于國家強制汽車廠家生產(chǎn)的汽油車輛油耗在2020年要達到標(biāo)準(zhǔn)，以2L排量車型為例，百公里油耗不超過5L。這樣就強迫汽車廠家在材料工藝、工作效率和發(fā)動機燃燒效率等方面進行技術(shù)革新，但是也可以改變思路，去生產(chǎn)混合動力汽車、純電動車等新能源車以適應(yīng)這個標(biāo)準(zhǔn)。北京汽車是我國首都北京最大的車輛總裝廠之一，公司領(lǐng)導(dǎo)針對當(dāng)前嚴(yán)峻挑戰(zhàn)在不斷研發(fā)新一代純電動車。

這次北京車展上北汽新能源公司隆重向社會介紹自己的E150 EV二代電動車，二代 E150 EV更換了更具運動氣息的多幅面鋁合金輪轂后，使整車外觀看起來更加舒服，而后保險杠也因為增加了中間的裝飾框變得更穩(wěn)重。與一代E150 EV有點混亂的發(fā)動機艙內(nèi)各零件的布局相比，二代E150 EV在此項上有了明顯的優(yōu)化，發(fā)動機艙的重新設(shè)計，用一個矩形鋁合金箱體安裝控制系統(tǒng)動力組件，周圍用仿碳纖維材質(zhì)的防塵罩覆蓋，更顯高端大氣。

圖1　

售價在10萬以下的北汽E150傳統(tǒng)燃油車，它的設(shè)計和做工都談不上高檔，但是為了滿足一般家庭代步之用還是不錯的選擇。而根據(jù)此車設(shè)計的電動車的外觀和長、寬、高等參數(shù)指標(biāo)都和汽油車E150差距不大。設(shè)計師根據(jù)家用兩廂經(jīng)濟型轎車定位，重新選擇并裝用了新一代電動機及電池組件而成。由于采用了最新電池組件和電機動力總成后的2代E150 EV行駛里程能夠達到230km。

整車造型上和一代E150 EV區(qū)別的是車前部的發(fā)動機進氣格柵，安裝了更具現(xiàn)代感藍白色網(wǎng)狀格柵總成并護衛(wèi)著北汽標(biāo)志LOGO。二代E150 EV的電力模塊集成單元包含控制模塊、電動機、以及附屬備件。采用最新的大洋電機及其他供應(yīng)商提供的動力總成控制系統(tǒng)區(qū)別一代E150 EV，大大提升了整車性能。近距離觀察北汽電動車的細節(jié)，發(fā)現(xiàn)它在整車車身的焊接總裝工藝上并沒有太多的提高，而相反因售價、成功和利潤的平衡掣肘，在某些細節(jié)上二代E150 EV的做工反而有所退步。

圖1是紳寶 EV發(fā)動機艙內(nèi)的蓄電池、保險盒、制動總泵以及ABS閥體特寫。從存在著啟動用蓄電池來看，是應(yīng)用新一代電動機代替?zhèn)鹘y(tǒng)內(nèi)燃機的改進型車型，是新一代采用磷酸鐵電池組件的純電動汽車。第二代電動汽車整車控制功能介紹包括以下幾個模塊：駕駛員意圖分析、驅(qū)動控制、制動能量回饋控制、整車能量優(yōu)化管理、充電過程管理、高低電壓上下控制電動化輔助系統(tǒng)管理、車輛狀態(tài)的實時監(jiān)測和顯示、故障診斷與管理、遠程控制、整車CAN總線網(wǎng)關(guān)及網(wǎng)絡(luò)化管理、基于CCP的在線匹配規(guī)定、DC/DC控制、EPS控制、檔位控制功能、防溜車控制和遠程監(jiān)控。

1　駕駛員意圖分析

駕駛員意圖解釋主要是對駕駛員操作信息及控制命令進行分析處理，也就是將駕駛員的油門信號和制動信息根據(jù)某種規(guī)則，轉(zhuǎn)化成電機的需求轉(zhuǎn)矩命令。因而驅(qū)動電機對駕駛員操作的響應(yīng)性能完全取決于整車控制的油門解釋結(jié)果，直接影響駕駛員的控制效果和操作感覺。Torque：扭矩。扭矩參數(shù)和功率參數(shù)一樣，它是汽車性能的重要參數(shù)，它具體反映在汽車性能上，就是它的爬坡能力、懸掛性能、加速度等。

車輛的狀態(tài)，例如道路和環(huán)境狀況，電動機的驅(qū)動控制代表駕駛員對車輛的操縱輸入（加速踏板、選檔開關(guān)、制動踏板）、經(jīng)分析和處理向VMS發(fā)出形影的指令，控制電機的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩來驅(qū)動車輛，以滿足駕駛員對車輛驅(qū)動的動力性要求；同時根據(jù)車輛狀態(tài)，想VMS發(fā)出相應(yīng)指令，保證安全性、舒適性。

2　系統(tǒng)制動能量回饋控制

汽車能否進行制動能量回饋，需要整車控制系統(tǒng)感受加速踏板和制動踏板的開度、動力電池的狀態(tài)信息（如SOC值）和車輛行駛狀態(tài)信息來判斷某一時刻，在滿足安全性能、制動性能一級駕駛員舒適性的前提下，回收部分能量。包括滑行制動和剎車制動過程中的電機制動扭矩控制。根據(jù)加速踏板和制動踏板信息，制動能量回收分為兩個階段，簡的劃分條件是：階段一是在車輛行駛過程中駕駛員松開加速踏板但沒有踩下制動踏板開始；階段二是在駕駛員踩下了制動踏板后開始。

制動能量回饋的原則：能量回收制動不應(yīng)該干預(yù)ABS的工作。當(dāng)ABS進行制動調(diào)節(jié)時，制動能量回收不應(yīng)該工作；當(dāng)ABS報警時，制動能量回收不應(yīng)該工作；當(dāng)電驅(qū)動系統(tǒng)具有故障時，制動能量回收不應(yīng)該工作。

3　優(yōu)化管理整車能量

電動車的傳動系統(tǒng)以及其他車載能源動力系統(tǒng)，例如空調(diào)、電動泵等的協(xié)調(diào)和管理，以及電池管理系統(tǒng)和電機驅(qū)動系統(tǒng)來提高整車能量利用效率，延長續(xù)駛里程。

充電過程控制：

與電池管理系統(tǒng)共同進行充電過成中的充電功率控制，整車控制器接收到充電信號后，應(yīng)該禁止高壓系統(tǒng)上電，保證車輛在充電狀態(tài)下處于行駛鎖止?fàn)顟B(tài)；并根據(jù)電池狀態(tài)信息限制充電功率，保護電池。

高壓上下電控制根據(jù)駕駛員對行車鑰匙開關(guān)的控制，進行動力電池高壓接觸開關(guān)控制，以完成高壓設(shè)備的電源通斷和預(yù)充電控制。上下電流程處理：協(xié)調(diào)各相關(guān)部件的上電與下電流程，包括電機控制器、電池管理系統(tǒng)等部件的供電，預(yù)充電繼電器、主繼電器的吸合和斷開時間等。

4　電動化輔助系統(tǒng)管理

電動車控制系統(tǒng)通過傳感器和CAN總線，檢測車輛狀態(tài)及其動力系統(tǒng)及相關(guān)電器附件相關(guān)各子系統(tǒng)狀態(tài)信息，驅(qū)動顯示儀表等車輛狀態(tài)的實時監(jiān)控，并且可以將各個子系統(tǒng)的信號傳遞給車載信息顯示系統(tǒng)，然后車輛將狀態(tài)信息和診斷信息通過數(shù)字儀表顯示出來。

電動化輔助系統(tǒng)包括電動空調(diào)、電制動、電動助力轉(zhuǎn)向。整車控制器應(yīng)該根據(jù)動力電池以及低電壓電池狀態(tài)，對DC/DC、電動化輔助系統(tǒng)進行監(jiān)控。

5　故障檢測與處理

連續(xù)監(jiān)視整車電控系統(tǒng)，進行故障診斷，并及時進行相應(yīng)安全保護處理。根據(jù)傳感器的輸入及其通過CAN總線通訊得到的電機、電池、充電機等信息，對各種故障進行判斷、等級分類、報警顯示；存儲故障碼，供維修時查看。故障指示燈只是故障類型和部分故障碼。在行車過程中，根據(jù)故障內(nèi)容作故障診斷與處理。

6　遠程控制

遠程查詢功能用戶可以通過手機APP實時查詢車輛狀態(tài)，實時了解自己愛車的狀況包括剩余SOC值、續(xù)駛里程等；遠程空調(diào)控制，無論是在炎熱的夏季還是在寒冷的冬季，用戶在出門前就可以通過手機指令實現(xiàn)遠程的空調(diào)制冷、空調(diào)暖風(fēng)和除霜功能，尤其對于帶寶寶出門的用戶，提前開啟遠程制冷，用戶和寶寶一上車就可以進入一個舒適的環(huán)境和溫度。遠程充電控制，用戶離開車輛時電槍插入充電樁，并不進行立即充電，可以利用電價波谷并在家里實時查詢SOC值，需要充電時通過手機APP發(fā)送遠程充電指令，進行充電操作。

7　整車網(wǎng)絡(luò)化管理CAN總線網(wǎng)關(guān)

電動車負責(zé)信息處理的組織與傳輸和網(wǎng)絡(luò)信息的監(jiān)控及網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的管理，信息優(yōu)先權(quán)的動態(tài)分配以及網(wǎng)絡(luò)故障的診斷與處理等工作是由整車控制器完成的，它在整車的網(wǎng)絡(luò)管理中，是信息控制的中心，通過CAN（EVBUS）線協(xié)調(diào)電池管理系統(tǒng)、電機控制器、空調(diào)系統(tǒng)等模塊相互通信?；贑CP的在線匹配標(biāo)定主要作用是監(jiān)控ECU工作變量、在線調(diào)整ECU的控制參數(shù)（包括MAP、曲線及點參數(shù)）、保存標(biāo)定數(shù)據(jù)結(jié)果以及處理離線數(shù)據(jù)等。完整的標(biāo)定系統(tǒng)包括上位機PC標(biāo)定程序、PC與ECU通訊硬件連接及ECU標(biāo)定驅(qū)動程序三個部分。

8　換擋控制功能

檔位管理心系駕駛員的駕駛安全，正確理解駕駛員意圖，以及識別車輛合理的檔位，在基于模型開發(fā)的檔位管理模塊中得到很好的優(yōu)化。能再出現(xiàn)故障時做出相應(yīng)處理保證整車安全，在駕駛員出現(xiàn)檔位誤操作時通過儀表等提示駕駛員，使駕駛員能迅速做出糾正。

防溜車功能控制，純電動汽車在坡上起步時，駕駛員從松開制動踏板到踩油門踏板過程中，會出現(xiàn)整車向后溜車的現(xiàn)象。在坡上行駛過程中，如果駕駛員踩油門踏板的深度不夠，整車會出現(xiàn)車速逐漸降到0然后向后溜車現(xiàn)象。為了防止純電動車在坡上起步和運轉(zhuǎn)時向后溜車現(xiàn)象，在整車控制策略中曾加了防溜車功能。防溜車功能可以保證整車在坡上起步時，向后溜車小于10cm；在整車坡上運行過程中如果動力不足時，整車車速會慢慢降到0，然后保持0車速，不再向后溜車。

參考文獻

[1]王志福.電動汽車電驅(qū)動理論[M].北京：機械工業(yè)出版社，2012.

[2]胡驊.電動汽車（第三版）[M]. 北京：人民交通出版社，2012.

中圖分類號：TP393

文獻標(biāo)識碼：A