電動(dòng)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）

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電動(dòng)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(dòng)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(dòng)汽車的控制策略，純電動(dòng)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(shí)現(xiàn)對各個(gè)部件的協(xié)調(diào)控制，主要講述內(nèi)容包含電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制、制動(dòng)能量回饋控制、整車能量優(yōu)化管理、司機(jī)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(dòng)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(dòng)汽車。此前，由于國家強(qiáng)制汽車廠家生產(chǎn)的汽油車輛油耗在2020年要達(dá)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(qiáng)迫汽車廠家在材料工藝、工作效率和發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒效率等方面進(jìn)行技術(shù)革新，但是也可以改變思路，去生產(chǎn)混合動(dòng)力汽車、純電動(dòng)車等新能源車以適應(yīng)這個(gè)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(dòng)車。

這次北京車展上北汽新能源公司隆重向社會(huì)介紹自己的E150 EV二代電動(dòng)車，二代 E150 EV更換了更具運(yùn)動(dòng)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(xiǎn)杠也因?yàn)樵黾恿酥虚g的裝飾框變得更穩(wěn)重。與一代E150 EV有點(diǎn)混亂的發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)各零件的布局相比，二代E150 EV在此項(xiàng)上有了明顯的優(yōu)化，發(fā)動(dòng)機(jī)艙的重新設(shè)計(jì)，用一個(gè)矩形鋁合金箱體安裝控制系統(tǒng)動(dòng)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(jià)在10萬以下的北汽E150傳統(tǒng)燃油車，它的設(shè)計(jì)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(cuò)的選擇。而根據(jù)此車設(shè)計(jì)的電動(dòng)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(jì)師根據(jù)家用兩廂經(jīng)濟(jì)型轎車定位，重新選擇并裝用了新一代電動(dòng)機(jī)及電池組件而成。由于采用了最新電池組件和電機(jī)動(dòng)力總成后的2代E150 EV行駛里程能夠達(dá)到230km。

整車造型上和一代E150 EV區(qū)別的是車前部的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣格柵，安裝了更具現(xiàn)代感藍(lán)白色網(wǎng)狀格柵總成并護(hù)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(dòng)機(jī)、以及附屬備件。采用最新的大洋電機(jī)及其他供應(yīng)商提供的動(dòng)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(dòng)車的細(xì)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(jià)、成功和利潤的平衡掣肘，在某些細(xì)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(dòng)機(jī)艙內(nèi)的蓄電池、保險(xiǎn)盒、制動(dòng)總泵以及ABS閥體特寫。從存在著啟動(dòng)用蓄電池來看，是應(yīng)用新一代電動(dòng)機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的改進(jìn)型車型，是新一代采用磷酸鐵電池組件的純電動(dòng)汽車。第二代電動(dòng)汽車整車控制功能介紹包括以下幾個(gè)模塊：駕駛員意圖分析、驅(qū)動(dòng)控制、制動(dòng)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(dòng)化輔助系統(tǒng)管理、車輛狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測和顯示、故障診斷與管理、遠(yuǎn)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(yuǎn)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(jìn)行分析處理，也就是將駕駛員的油門信號(hào)和制動(dòng)信息根據(jù)某種規(guī)則，轉(zhuǎn)化成電機(jī)的需求轉(zhuǎn)矩命令。因而驅(qū)動(dòng)電機(jī)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(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)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(dòng)踏板）、經(jīng)分析和處理向VMS發(fā)出形影的指令，控制電機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩來驅(qū)動(dòng)車輛，以滿足駕駛員對車輛驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力性要求；同時(shí)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(dòng)能量回饋控制

汽車能否進(jìn)行制動(dòng)能量回饋，需要整車控制系統(tǒng)感受加速踏板和制動(dòng)踏板的開度、動(dòng)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(shí)刻，在滿足安全性能、制動(dòng)性能一級(jí)駕駛員舒適性的前提下，回收部分能量。包括滑行制動(dòng)和剎車制動(dòng)過程中的電機(jī)制動(dòng)扭矩控制。根據(jù)加速踏板和制動(dòng)踏板信息，制動(dòng)能量回收分為兩個(gè)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(dòng)踏板開始；階段二是在駕駛員踩下了制動(dòng)踏板后開始。

制動(dòng)能量回饋的原則：能量回收制動(dòng)不應(yīng)該干預(yù)ABS的工作。當(dāng)ABS進(jìn)行制動(dòng)調(diào)節(jié)時(shí)，制動(dòng)能量回收不應(yīng)該工作；當(dāng)ABS報(bào)警時(shí)，制動(dòng)能量回收不應(yīng)該工作；當(dāng)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有故障時(shí)，制動(dòng)能量回收不應(yīng)該工作。

3　優(yōu)化管理整車能量

電動(dòng)車的傳動(dòng)系統(tǒng)以及其他車載能源動(dòng)力系統(tǒng)，例如空調(diào)、電動(dòng)泵等的協(xié)調(diào)和管理，以及電池管理系統(tǒng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(jìn)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(hào)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(hù)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(jìn)行動(dòng)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(jī)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(shí)間等。

4　電動(dòng)化輔助系統(tǒng)管理

電動(dòng)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(dòng)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(dòng)顯示儀表等車輛狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并且可以將各個(gè)子系統(tǒng)的信號(hào)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(dòng)化輔助系統(tǒng)包括電動(dòng)空調(diào)、電制動(dòng)、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向。整車控制器應(yīng)該根據(jù)動(dòng)力電池以及低電壓電池狀態(tài)，對DC/DC、電動(dòng)化輔助系統(tǒng)進(jìn)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(jìn)行故障診斷，并及時(shí)進(jìn)行相應(yīng)安全保護(hù)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(jī)、電池、充電機(jī)等信息，對各種故障進(jìn)行判斷、等級(jí)分類、報(bào)警顯示；存儲(chǔ)故障碼，供維修時(shí)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(yuǎn)程控制

遠(yuǎn)程查詢功能用戶可以通過手機(jī)APP實(shí)時(shí)查詢車輛狀態(tài)，實(shí)時(shí)了解自己愛車的狀況包括剩余SOC值、續(xù)駛里程等；遠(yuǎn)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(jī)指令實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)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(yuǎn)程制冷，用戶和寶寶一上車就可以進(jìn)入一個(gè)舒適的環(huán)境和溫度。遠(yuǎn)程充電控制，用戶離開車輛時(shí)電槍插入充電樁，并不進(jìn)行立即充電，可以利用電價(jià)波谷并在家里實(shí)時(shí)查詢SOC值，需要充電時(shí)通過手機(jī)APP發(fā)送遠(yuǎn)程充電指令，進(jìn)行充電操作。

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

電動(dòng)車負(fù)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(diǎn)的管理，信息優(yōu)先權(quán)的動(dòng)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(jī)控制器、空調(diào)系統(tǒng)等模塊相互通信。基于CCP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(diǎn)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(jī)PC標(biāo)定程序、PC與ECU通訊硬件連接及ECU標(biāo)定驅(qū)動(dòng)程序三個(gè)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(shí)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(shí)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(shí)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(dòng)汽車在坡上起步時(shí)，駕駛員從松開制動(dòng)踏板到踩油門踏板過程中，會(huì)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(huì)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(dòng)車在坡上起步和運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)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(shí)，向后溜車小于10cm；在整車坡上運(yùn)行過程中如果動(dòng)力不足時(shí)，整車車速會(huì)慢慢降到0，然后保持0車速，不再向后溜車。

參考文獻(xiàn)

[1]王志福.電動(dòng)汽車電驅(qū)動(dòng)理論[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

[2]胡驊.電動(dòng)汽車（第三版）[M]. 北京：人民交通出版社，2012.

中圖分類號(hào)：TP393

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