孫海榮

摘 要：發(fā)達(dá)國家對電動汽車技術(shù)和產(chǎn)品的研究以及產(chǎn)業(yè)化投人了大量資金，一方面 促進(jìn)了電動汽車本身的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展；另一方面極大地推動了傳統(tǒng)汽車 技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的跨越式發(fā)展。純電動汽車所涉及的電機(jī)及其驅(qū)動技術(shù)、電池及其管 理系統(tǒng)、整車的控制策略等，是電動汽車、混合動力汽車、燃料電池汽車等新型 汽車發(fā)展的基石。

以科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化為開發(fā)目標(biāo)，對新一代系列純電動轎車進(jìn)行了全面、系 統(tǒng)的規(guī)劃。同時(shí)，以整車輕量化設(shè)計(jì)、整車一體化和系統(tǒng)一體化設(shè)計(jì)、整車控制 策略的優(yōu)化及系統(tǒng)優(yōu)化匹配、CAN 總線技術(shù)、電池均衡及熱管理、整車故障診斷 及安全管理、批量車輛運(yùn)營數(shù)據(jù)的記錄和分析、基于無線遠(yuǎn)程通信技術(shù)的車輛運(yùn) 行智能化監(jiān)控管理系統(tǒng)開發(fā)等作為課題任務(wù)的工作重點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化 的有機(jī)結(jié)合。與國外同類電動汽車相比，無論是高新技術(shù)的開發(fā)、應(yīng)用，還是具 體性能指標(biāo)，均有創(chuàng)新和突破。

關(guān)鍵詞：電動汽車；關(guān)鍵技術(shù)

1 關(guān)鍵技術(shù)構(gòu)成

新型純電動轎車的技術(shù)構(gòu)成分為：整車部分、電機(jī)及其控制系統(tǒng)、動力系統(tǒng) 主控制器、電池及其管理系統(tǒng)、車載充電機(jī)、車身低速總線控制系統(tǒng)、數(shù)字 VFD 儀表（含組合儀表節(jié)點(diǎn)）、車載記錄儀（車載終端）及運(yùn)行數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)、故障 診斷及安全管理系統(tǒng)、車輛運(yùn)行智能化監(jiān)控管理平臺以及相應(yīng)的支持平臺，如虛 擬設(shè)計(jì)平臺、整車性能仿真平臺、CAN 總線開發(fā)平臺、各關(guān)鍵子系統(tǒng)開發(fā)平臺、整車及子系統(tǒng)測試評價(jià)平臺等。

新型純電動轎車的研發(fā)沒有將整車開發(fā)作為一個(gè)系統(tǒng)工程，而是既側(cè)重支持 平臺的研制和建設(shè)，又在汽車電子先進(jìn)技術(shù)領(lǐng)域給予重要關(guān)注；既在整車設(shè)計(jì)上

努力實(shí)現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新，也對基于無線遠(yuǎn)程通訊技術(shù)的車輛運(yùn)行智能化監(jiān)控管理系統(tǒng) 做了規(guī)劃和開發(fā)。

1.1 整車輕量化設(shè)計(jì)

整車輕量化始終是汽車技術(shù)重要的研究內(nèi)容。純電動汽車由于布置了電池 組，整車重量增加較多，輕量化問題更加突出。

（1）通過對整車實(shí)際使用工況和使用要求的分析，對電池的電壓、容量、驅(qū)動電機(jī)功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩、整車性能等車輛宏觀參數(shù)的冶、體優(yōu)化，合理選擇 電池和電機(jī)參數(shù)。

（2）通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化和集成化、模塊化優(yōu)化設(shè)計(jì)，減輕動力總成、車載能源 系統(tǒng)的重量。這里包括對電機(jī)、電機(jī)驅(qū)動器、傳動系、冷卻系統(tǒng)、空調(diào)和制動真 空系統(tǒng)的集成和模塊化設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)得到優(yōu)化；電池、電池箱、電池管理系統(tǒng)、車載充電機(jī)組成的車載能源系統(tǒng)的合理集成和分散，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化。

（3）積極采用輕質(zhì)材料，如電池箱的結(jié)構(gòu)框架、箱體封皮、輪轂等采用輕 質(zhì)合金材料。

（4）利用 CAD 技術(shù)對車身承載結(jié)構(gòu)件（如前后橋、新增的邊梁、橫梁等）進(jìn)行有限元分析研究，用計(jì)算和試驗(yàn)相結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)最優(yōu)化。

1.2 基于雙總線的分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)

新型純電動轎車整車控制系統(tǒng)是兩條總線的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，即驅(qū)動系統(tǒng)的高速 CAN 總線和車身系統(tǒng)的低速總線。高速 CAN 總線每個(gè)節(jié)點(diǎn)為各子系統(tǒng)的 ECU。低 速總線按物理位置設(shè)置節(jié)點(diǎn)、基本原則是基于空間位置的區(qū)域自治，即物理位置 相近的電器元件連接到一個(gè)節(jié)點(diǎn)控制單元，各元件的信號通過 ECU 與總線進(jìn)行通

訊 3 低速總線有兩種方案可以選擇，低速 CAN 和 LIN 總線。

前一種方案中，高速和低速 CAN 總線的結(jié)構(gòu)都為獨(dú)立控制結(jié)構(gòu)，可以按照 ISO 11898、Jl939 及 J2284 組建高速 CAN，按照 ISO l1519-2、Jl939 及 J2284 組建低速容錯(cuò) CAN。各節(jié)點(diǎn)自成一個(gè)系統(tǒng)，節(jié)點(diǎn)控制單元根據(jù)本地傳感器和來自 CAN 總線上的信號，控制本地執(zhí)行機(jī)構(gòu)，同時(shí)將需要與其他節(jié)點(diǎn)共享的信號傳輸 到總線上。

圖 1 為純電動轎車采用的整車控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖，控制系統(tǒng)為兩條總 線的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：驅(qū)動系統(tǒng)的高速 CAN 總線和車身系統(tǒng)的低速總線。圖 2 為車身舒 適性系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系示意圖。

1 整車控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖

圖 2 車身舒適性系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系

實(shí)現(xiàn)整車網(wǎng)絡(luò)化控制，其意義不只是解決汽車電子化中出現(xiàn)的線路復(fù)雜和線 束增加問題，網(wǎng)絡(luò)化實(shí)現(xiàn)的通訊和資源共享能力成為新的電子與計(jì)算機(jī)技術(shù)在汽 車上應(yīng)用的一個(gè)基礎(chǔ)，同時(shí)也為 X-by-Wire 技術(shù)提供有力的支撐。

1.3 故障診斷及高壓電安全管理拔術(shù)

故障診斷及安全管理系統(tǒng)對純電動轎車動力鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控、故 障診斷，并相應(yīng)啟動失效策略和安全保護(hù)功能，確保車輛的安全性和可靠性。其 設(shè)計(jì)功能為：以高壓電安全管理為第一功能目標(biāo)；以分布式控制系統(tǒng)的故障診斷 為特點(diǎn)；兼顧 CAN 總線的故障檢測與管理。

1.4 能量儲存系統(tǒng)的重構(gòu)和集成

實(shí)現(xiàn)動力電池與電池管理系布置集成，以及與車載智能充電機(jī)、均衡系統(tǒng)以 及專用充電機(jī)的功能架構(gòu)細(xì)分，實(shí)現(xiàn)充電過程管理系統(tǒng)和充電機(jī)協(xié)同工作，快充 和車載慢充兩種方式智能識別，快充過程車輛身份和充電信息基于 CAN 總線交 互。

1.5 電池均衡及熱管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

電動汽車的性能表現(xiàn)依賴于作為能量貯存系統(tǒng)的動力蓄電池組。電池組性能 直接影響整車的加速特性、續(xù)駛里程以及制動能量回收的效率等。電池的成本和 循環(huán)壽命直接影響車輛的成本和可靠性，所有影響電池性能的參數(shù)必須得到優(yōu) 化。電動車的電池在使用中發(fā)熱量很大，電池溫度影響電池的電化學(xué)系統(tǒng)的運(yùn)行、循環(huán)壽命和充電可接受性、功率和能量、安全性和可靠性。所以，為了達(dá)到最佳 的性能和壽命，需將電池包的溫度控制在一定范圍內(nèi)。減小包內(nèi)不均勻的溫度分 布以避免模塊間的不平衡，以此避免了電池性能下降，且可以消除相關(guān)的潛在危 險(xiǎn)。由于電池包的設(shè)計(jì)既要密封、防水、防塵、絕緣等，又要考慮空氣流流場分 布、均勻散熱。電池包的散熱通風(fēng)設(shè)計(jì)，成為電動車研究的一個(gè)重要領(lǐng)域。

在新型純電動轎車的研發(fā)中加強(qiáng)電池均衡及熱管理系統(tǒng)研究的力度，采用專 用流體分析軟件 FLUENT 和通用大型有限元分析軟件 ANSYS 對電池包內(nèi)流動情況 進(jìn)行分析，同時(shí)進(jìn)行了大量的實(shí)物驗(yàn)證試驗(yàn)，在考慮各種因素的情況下對電池包 的尺寸、電池布置、甚至箱體材料等進(jìn)行優(yōu)化。

1.6 車載記錄儀及數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)、在線監(jiān)控標(biāo)定 車載記錄儀及數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)、

技術(shù)和車輛運(yùn)行的智能化管理系統(tǒng)

基于多通訊端口的車載數(shù)據(jù)記錄儀對于滾動課題的整車動力系統(tǒng)匹配、示范 運(yùn)行管理和運(yùn)行分析具有十分重要的意義。車載記錄儀應(yīng)能滿足車輛駕駛及運(yùn)行 狀態(tài)、電機(jī)狀態(tài)、電池狀態(tài)等多信息記錄功能，相關(guān)的電動轎車運(yùn)行數(shù)據(jù)分析軟 件實(shí)現(xiàn)運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)的回放和分析，包括統(tǒng)計(jì)分析等。車載記錄儀進(jìn)一步拓展，成為基于無線遠(yuǎn)程通信技術(shù)的車載終端。

為方便整車匹翌和性能優(yōu)化，各子系統(tǒng)的 ECU 具備基于 RS232 和 CAN 接口的

在線參數(shù)監(jiān)控和標(biāo)定功能。各子系統(tǒng)的控制對象、管理策略實(shí)現(xiàn)參數(shù)化，并且可 以通過通訊接口實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)控和標(biāo)定。

在純電動轎車的測試標(biāo)定、考核試驗(yàn)和運(yùn)行示范中引入 GPS、CSM、技術(shù)，GIS 用于車輛通訊、調(diào)度與跟蹤等智能化管理工作。通過車輛智能化監(jiān)測管理平臺。車載終端將車輛實(shí)時(shí)運(yùn)行的狀態(tài)信息傳輸?shù)街醒氡O(jiān) Π 管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對運(yùn)行車 輛的定位、監(jiān)測和管理調(diào)度，并可以完成無線遠(yuǎn)程調(diào)試、標(biāo)定和分析功能，進(jìn)一 步擴(kuò)展可以實(shí)現(xiàn)車輛運(yùn)行過程中故障診斷、報(bào)警和遠(yuǎn)程救援功能。

2 結(jié)語

（l）新型純電動轎車在開發(fā)過程中充分體現(xiàn)科技創(chuàng)新，在整車輕量化設(shè)計(jì)、整車一體化和系統(tǒng)一體化設(shè)計(jì)、整車控制策略、電池均衡冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)、整車故 障診斷及安全管理等諸多方面取得創(chuàng)造性成果。

（2）電動汽車由于其環(huán)保特性和能源的廣泛性，是未來汽車最主要、最簡 潔的解決方案。從總體看，混合動力汽車、燃料電池汽車均在解決或回避目前純 電動汽車所面臨的瓶頸——?jiǎng)恿﹄姵貑栴}。

（3）電動汽車將成為汽車新技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用的平臺，為我國汽車先進(jìn)技術(shù) 研發(fā)提供了條件。

（4）電動汽車關(guān)鍵技術(shù)的欠成熟性，為形成自主知識產(chǎn)權(quán)和自主開發(fā)能力 提供了機(jī)遇。為避免出現(xiàn)目前在傳統(tǒng)汽車研發(fā)和生產(chǎn)領(lǐng)域中受制于人的局面。

（5）純電動汽車所涉及的關(guān)鍵技術(shù)也是混合動力汽車、燃料電池汽車中必 須面對的共性問題。國際上成功的經(jīng)驗(yàn)表明，混合動力汽車、燃料電池汽車技術(shù) 最先進(jìn)的豐田、通用等汽車公司，也是純電動汽車技術(shù)最先進(jìn)的公司。只有純電 動汽車關(guān)鍵技術(shù)突破，混合動力汽車、燃料電池汽車才有了真正的發(fā)展基礎(chǔ)。

（作者單位：東風(fēng)悅達(dá)起亞汽車有限公司）