王麗娜

摘要：在資源不斷枯竭的今天，人們可利用的資源逐漸減少，但對資源的需求量卻在逐漸增加。不斷增長的汽車消費量催生的是不斷增長的能源需求，化石燃料的不可再生性和環(huán)境污染性給人們的生活帶來很多負(fù)面影響。為了擺脫對化石燃料的過度依賴，許多新的能源形式應(yīng)運而生，新能源汽車也正是在這一背景下脫穎而出的。本文以新能源汽車為主要研究對象，針對其電子控制關(guān)鍵性技術(shù)進行簡要探討，淺析在新能源汽車設(shè)計和應(yīng)用過程中，電子控制技術(shù)廣泛應(yīng)用和不斷優(yōu)化的方面。

關(guān)鍵詞：新能源汽車；電子控制；關(guān)鍵性技術(shù)；開發(fā)背景；實際應(yīng)用

一、新能源汽車概述

新能源汽車如雨后春算般出現(xiàn)，顧名思義，新能源汽車新在汽車能源上。其研發(fā)的最初目的也是為了應(yīng)對日益龐大的汽車保有量和不斷減少的化石燃料。

1.1新能源汽車研發(fā)現(xiàn)狀

目前，主流的新能源汽車主要包括四類，混合動力電動汽車、純電動汽車、燃料電池電動汽車和其他類型新能源汽車。由于國情不同，對于新能源的標(biāo)準(zhǔn)和新能源汽車的標(biāo)準(zhǔn)也不同。我國主要通過改進車型，減少常規(guī)燃料使用量和研發(fā)非常規(guī)燃料車型以達到新能源汽車普及的目標(biāo)。

常規(guī)車用燃料包括汽油、柴油、天然氣、液化石油氣、乙醇、甲醇等傳統(tǒng)燃料或制備成本較低的清潔燃料。非常規(guī)車用燃料是除常規(guī)車用燃料外的清潔能源，其制備成本高，但清潔效果更好。

1.2新能源汽車研發(fā)意義

新能源汽車的研發(fā)是大勢所趨，化石燃料的減少逼迫人們必須找到替代能源并經(jīng)歷漫長的過渡期替代化石燃料。更重要的是，傳統(tǒng)化石燃料的燃燒會對城市空氣造成嚴(yán)重的污染，尤其在汽車保有量爆炸式增長的今天，汽車尾氣已經(jīng)成為城市工業(yè)生產(chǎn)外又一引起城市熱島效應(yīng)不可忽視的因素。

同時，新能源汽車的研發(fā)可以促進相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，帶動更多創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)的崛起，新增更多GDP增長點。對于傳統(tǒng)制造業(yè)是一次新的機遇，對于汽車工業(yè)是一次劃時代的革命，在日益強調(diào)生態(tài)文明和建設(shè)美麗中國的今天，新能源汽車的研發(fā)和普及勢在必行。

1.3新能源汽車研發(fā)趨勢

目前，針對新能源汽車研發(fā)和應(yīng)用取得的成果和仍存在的缺點，新能源汽車未來的發(fā)展趨勢主要針對以下三個方面：

（1）不斷提升燃料利用率和清潔度

新能源汽車不僅應(yīng)當(dāng)做到尾氣清潔，更應(yīng)當(dāng)做到車內(nèi)環(huán)境清潔。尤其針對很多傳統(tǒng)動力形式汽車的車內(nèi)異味問題，新能源汽車必須發(fā)揮優(yōu)勢。每個人都希望有一個良好的駕車和乘車環(huán)境，若新能源汽車可以很好的解決這一問題，其推廣與普及便更有說服力。

（2）縮小與傳統(tǒng)動力形式汽車的性能差距

與傳統(tǒng)動力形式汽車相比，新能源汽車在使用壽命、工作效率和配套功能上還存在著一些差距。正是基于此，為了能夠滿足大眾對于汽車的普遍需求，新能源汽車發(fā)展的過程中，在汽車功能上不斷優(yōu)化，使其動力性能和燃料效率不斷提升。尤其在里程數(shù)、動力系統(tǒng)性能和車內(nèi)配屬功能等方面，不斷接近甚至超越傳統(tǒng)汽車。

（3）優(yōu)化電子控制技術(shù)：這是新能源汽車未來發(fā)展最重要的趨勢，尤其在機電一體化的今天，人們對汽車的要求已經(jīng)不僅僅局限于良好的動力性能和舒適的車內(nèi)環(huán)境，智能化汽車的要求愈加強烈。而要做到汽車智能化，就要做到電子控制技術(shù)的不斷優(yōu)化，這一切都基于機械電子技術(shù)理論水平和應(yīng)用水平。事實上，隨著人們生活方式的改變，對汽車的評定標(biāo)準(zhǔn)也在發(fā)生改變，一個集合多種電子功能，同時還可以做到電子系統(tǒng)良好協(xié)調(diào)的汽車，越來越受到年輕人的青睞。這也為新能源汽車的未來指明發(fā)展方向。

可以看出，在新能源汽車平臺技術(shù)不斷優(yōu)化成熟的今天，電子控制技術(shù)的質(zhì)量愈發(fā)成為新能源汽車競爭的主要優(yōu)勢。也是新能源汽車不斷創(chuàng)新的主要動力，更是帶動更多產(chǎn)業(yè)發(fā)展的不竭引擎。

二、新能源汽車電子控制關(guān)鍵性技術(shù)

新能源汽車電子控制系統(tǒng)的設(shè)計，并不是獨立于汽車整體設(shè)計以外的設(shè)計工作，其設(shè)計初衷也是針對新能源汽車較傳統(tǒng)汽車不足之處而開展的有針對性的工作任務(wù)。其作用是配合汽車的各個機構(gòu)，更好發(fā)揮汽車機構(gòu)的運行狀態(tài)，提升汽車整體性能?；谶@一考慮，新能源汽車電子控制的關(guān)鍵技術(shù)主要有電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、能量管理系統(tǒng)和電機驅(qū)動控制系統(tǒng)三方面。

2.1電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

該系統(tǒng)又稱作EPS系統(tǒng)，EPS系統(tǒng)的工作優(yōu)勢不僅僅在于對轉(zhuǎn)向指令的快速感應(yīng)與傳遞，更在于其對最佳轉(zhuǎn)向狀態(tài)的辨識能力。其轉(zhuǎn)向指令的傳輸過程是通過對扭矩的判斷而實現(xiàn)的，通過對扭矩的準(zhǔn)確感應(yīng)，指導(dǎo)轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)角。系統(tǒng)較強的時效性特點，使得該系統(tǒng)的穩(wěn)定性和智能型更強。運用人工智能技術(shù)和魯棒性分析方法，給予該系統(tǒng)一個可控范圍的同時，也在不斷提升其精確度，為平臺的穩(wěn)定性和技術(shù)的不斷優(yōu)化奠定可靠的基礎(chǔ)。

2.2能量管理系統(tǒng)

該系統(tǒng)有稱為EMS系統(tǒng)，是新能源汽車最重要也是最基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)。新能源汽車的主要動力來源正是基于此系統(tǒng)完成輸入和釋放的，其主要由充放電控制部分、功率限制部分及功率分配部分等組成。EMS系統(tǒng)在利用時，需要先將電池相關(guān)數(shù)據(jù)進行采集，之后對電池狀態(tài)以信息的形式反饋給中控系統(tǒng)，中控信息針對信息做出反饋，以指令的形式發(fā)送至個功能模塊，從而指導(dǎo)機構(gòu)下一步的工作形式。EMS系統(tǒng)的完備之處在于，其不僅信息處理快捷，而且細(xì)化工作十分到位。不僅能夠自動保持蓄電池的最佳電荷狀態(tài)，而且還可以實時體現(xiàn)電池的工作狀態(tài)，使駕駛者能夠清晰的了解電池的余電量，及時發(fā)現(xiàn)故障。EMS的另一突出優(yōu)勢在于，其能夠預(yù)測汽車剩余行駛里程，調(diào)節(jié)車內(nèi)溫度與車燈亮度等。在設(shè)計初充分考慮到電池?fù)p耗問題，針對損害式充電過程做到及時規(guī)避，實時監(jiān)測結(jié)果體現(xiàn)在駕駛者面前的同時，也記錄在系統(tǒng)內(nèi)，保證故障診斷結(jié)果與顯示結(jié)果相一致。以免發(fā)生過充電現(xiàn)象，增加電池的使用壽命，減小維修工作量。

2.3電機驅(qū)動控制系統(tǒng)

新能源汽車的電機驅(qū)動控制系統(tǒng)不僅要做到驅(qū)動工作判斷的時效性，還應(yīng)當(dāng)做到性能優(yōu)化。電機驅(qū)動控制系統(tǒng)主要由主要由電力電子變流器、數(shù)字控制器、傳感器及電動機等部分構(gòu)成，設(shè)計目的是為了增大電池能量轉(zhuǎn)化效率，提升汽車轉(zhuǎn)動時的能量傳遞效果。利用該系統(tǒng)優(yōu)化汽車工作狀態(tài)，主要體現(xiàn)在以下五個方面：第一，功率密度高，且恒功率輸出；第二，針對起步地形不利的情況，具有高轉(zhuǎn)矩- 低速的基本特性。而處于巡航狀態(tài)時，特性轉(zhuǎn)變?yōu)榈娃D(zhuǎn)矩- 高速；第三，有足夠大的轉(zhuǎn)速范圍，使其能夠?qū)⒑戕D(zhuǎn)矩區(qū)與恒功率區(qū)完全覆蓋住；第四，具有較快的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度；其五，成本比較低。針對當(dāng)前應(yīng)用于新能源汽車領(lǐng)域的電機驅(qū)動系統(tǒng)來講，比較常用的主要有三種，其一為感應(yīng)電機，其二是永磁同步電機，其三為開關(guān)磁阻電機。此外，該系統(tǒng)正在逐漸從電力電子逆變器向IGBT集成模塊轉(zhuǎn)變。而對于傳感器而言，其也正在向智能傳感器的發(fā)現(xiàn)而不斷發(fā)展。在研發(fā)電機控制領(lǐng)域，能夠支持異步電機的可視控制系統(tǒng)正在成為研發(fā)重心。

結(jié)語

作為未來汽車研發(fā)的主流趨勢，新能源汽車的市場前景必然十分廣闊。人們對汽車的需求不斷增加，對汽車的質(zhì)量和性能要求永無止境。作為提升汽車整體性能的重要和有效的手段，電子控制技術(shù)的不斷優(yōu)化和創(chuàng)新是未來新能源汽車研發(fā)和生產(chǎn)工作中的重點。在這一過程中，應(yīng)當(dāng)充分考慮到汽車質(zhì)量、安全性和消費群體的要求，不斷做出能夠跟得上趨勢潮流的，質(zhì)量和性能不斷優(yōu)化的精品汽車，讓新能源汽車的優(yōu)勢不斷擴大。

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（作者單位：山東理工大學(xué)）