純電動車的整車控制方法研究

鄭軍

摘要：由于環境問題的逐漸加劇，純電動汽車因對環境影響較小而越來越受人們的歡迎。對于純電動車來說，動力性是衡量汽車性能的主要指標，但是在研究中仍然存在重量、容量以及成本等因素限制，想要提高其性能，必須要做好能量控制策略的分析，爭取汽車續航能力。本文對純電動車整車控制方法進行了簡要分析。

關鍵詞：純電動車；整車控制；控制策略

引言

近年來，我國面臨的環境危機與能源危機逐漸加重，純電動汽車具有零污染和零排放的優點，因此，它的研發與推廣已成為我國緩解環境與能源危機的重要方式。本文通過對純電動汽車整車控制策略的分析討論，使純電動汽車達到最佳運行狀態，對純電動汽車的研究與開發能夠有一定的幫助。

1 純電動汽車概述

純電動汽車主要由電力驅動系統、能源管理系統、整車控制單元、充電控制單元、電源變換裝置（DC/DC）及儀表顯示系統等組成，其中，電力驅動系統包括電子控制器、功率轉換器等，能源管理系統包括能源及能量管理系統。電力驅動系統主要是為整車提供動力；整車控制器（VCU）是對擋位信號和踏板信號等進行采集，以及控制電池的放電及電機的運行；充電控制單元是為電池組充電；電源變換裝置為整車提供能量來源；儀表顯示系統則是將車輛的運行狀況信息反映給駕駛者。

2 純電動汽車整車控制

2.1 純電動汽車整車控制器

由整車控制器的結構框圖可以看出，純電動汽車的調度控制中心是整車控制器（即VCU），它將純電動汽車的各部分系統聯合起來，從而控制整車，使其協調運行。VCU（整車控制器）系統結構如圖所示，主要包括四個模塊，分別是開關量輸入與輸出、A/D采集模塊、CAN通信模塊以及電源電路模塊。開關量輸入與輸出模塊主要是接收鑰匙信號、擋位信號、開關信號等以及控制風扇、水泵等繼電器；A/D采集模塊則是加速與制動踏板開度以及電池電壓信號等；CAN通信模塊主要負責與其他設備通信，將信號轉至其他單元，與其通信的其他設備主要有電池管理系統、電機控制器，儀表顯示等等；電源電路模塊主要是為整車控制提供電源。

2.2 整車驅動系統控制

由電機和電機控制系統組成的純電動車的整車驅動系統，與整車網絡通信主要是通過CAN總線方式。

（1）VCU根據A/D采集模塊采集到的踏板開度信號和擋位信號，結合電池的基本信息，經過轉矩計算，即可得到扭矩信息。通過 CAN 通信模塊，將所得到的扭矩信息由VCU發送到 MCU，MCU 根據接收到的控制信號，執行相應的動作。（2）電機控制系統包括轉矩控制方式和轉速控制方式兩種，而MCU的控制模式即是根據VCU 所發送的控制模式選擇位來確定。在轉速控制模式下，VCU所發送的為電機運轉模式、運行方向以及輸出轉速值等信息；而在轉矩控制模式下，與轉速控制模式不同的是VCU所發送的信息是電機輸出轉矩值，其他信息則相同。（3）電機運轉模式一般根據汽車的運行狀況，分為發電和電動兩種模式。發電模式下，實現的是制動能量的回饋，整車運行的狀態是滑行或制動；而電動模式下，整車運行屬于驅動狀態，汽車處于行駛狀態。（4）在電機控制系統運行過程中，MCU負責將整車的故障情況與狀態信息上報給VCU，同時，MCU還可對出現的系統故障進行及時的處理。VCU會根據MCU上報的情況對整車的運行作出合理的控制與協調。另外，MCU上報給VCU的故障情況包括散熱器過熱、超載超速、直流側電壓故障等等；可上報的狀態信息則有電機轉矩、電機運行狀態、風扇運行狀態、水泵運行狀態、電機運行電流與電壓值、電機轉速等等。

2.3 整車工作模式控制

（1）充電模式。當充電門被打開，VCU即觸發上電。當VCU檢測到充電連接信號時，立即啟動BMS，BMS就會啟動充電過程，并保持與充電機通信。然而，若充電過程發生故障，監測BMS運行的VCU即會中斷其充電過程，從而預防危險事故的發生。（2）上電模式。

當VCU被觸發上電后，確保整車的所有設備都正常啟動后，即系統自檢、BMS繼電器閉合，控制電池系統上電、以及控制電機預充電等過程均正常運行，系統即會進入READY狀態，就可以正常操作。（3）行車模式。當整車系統正常上電后，其控制信號就會傳送到VCU，VCU通過采集到的這些控制信號，根據系統的其他一些限制條件，來控制汽車的運行。（4）制動模式。純電動汽車處于制動模式時，VCU會根據采集到的狀態數據，來判斷計算整車需要的扭矩。另外，純電動汽車在制動模式下還可實現能量的回收利用，與傳統燃油車相比，這是一個很大的進步。

2.4 汽車狀態的顯示

汽車狀態的顯示對駕駛員來說是不可或缺的，顯示的內容主要包括車速信息、電機轉速、電池剩余電量、電機故障信息及電池故障信息等，可使駕駛員隨時了解汽車的情況，出現問題也可及時解決。

2.5 整車能量優化控制

整車能量優化控制主要包括以下幾點：（1）VCU能夠及時了解BMS反饋的剩余電量、電池的電壓與電流及溫度情況、電池輸出繼電器狀態、電池組最大放電電流與回充電流及故障報警等信息。（2）VCU 根據汽車控制策略以及來自總線上的電池狀態和電機狀態信息以閉合或者斷開 BMS 的總正/負繼電器，完成高壓回路的閉合和斷開功能。（3）當純電動汽車處于制動模式下，汽車在VCU的控制下產生再生制動扭矩，讓電機發電，并且將電機發的電存儲到蓄電池中，從而實現能量的回收利用。

3 結語

對純電動汽車的整車控制研究即是對整車控制器的控制研究，在分析其控制策略時，應對開發的目的有清晰地認識，不但保證汽車的基本性能，而且可降低能源損耗，使其更加優化。

參考文獻

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（作者單位：諾浩科技（沈陽）有限公司）