新能源汽車電控系統功能測試平臺開發探究

黃智 王月雷 劉靈

海南科技職業大學 海南省海口市 571126

1 引言

近年來，我國經濟水平不斷發展的同時，為新能源汽車行業帶來了較大的發展機遇，使其逐漸向智能化、現代化的方向發展，電控系統屬于新能源汽車中的關鍵組成部分，直接關系到汽車的性能及安全性。通過新能源汽車電控系統功能測試平臺，可有效檢測新能源汽車電控系統功能，從而進行優化與完善，本文就此進行分析，具體如下。

2 新能源汽車電控系統簡述

電力電子技術應用下，使得新能源汽車電氣系統產生了較大變化，以往應用的電氣裝置具備低功率低壓特點，在此項技術的應用下，逐漸變成了電力傳動電氣裝置，具備高效低噪以及節能環保等優勢。新能源汽車電控系統中，主要包含較多子系統，如電動助力轉向系統、電池管理系統、能源回饋系統以及電機控制系統等。對于該系統而言，其屬于新能源汽車的核心技術，主要由傳感器、控制程序軟件及電子控制中樞等部分構成，電控系統具體應用環節，會存在較多技術的配合應用，包括智能控制技術、電子控制技術、車身安全防護技術、電動力技術、底盤電控技術等[1]。當前，信息化技術、互聯網技術、云計算技術、大數據技術等應用逐漸廣泛，使得新能源汽車電控系統更為集成化以及智能化。相關技術人員可有機結合汽車防抱死控制、制動控制及驅動防滑動力控制等，利用網絡控制與嵌入式系統，針對性地進行汽車動力控制，進一步優化新能源汽車驅動性能。此外，基于智能控制技術應用下，能夠進行電控系統平臺搭建，形成更加完善的新能源汽車自適應系統，與路況情況與駕駛人員操作相結合，進行汽車的神經網絡控制與模糊控制。在移動網絡技術的不斷發展下，能夠更好地創建新能源汽車多層次電控系統，實現多類型信號的實時傳輸，如聲音信號、圖像信號及數據通訊信號等，通過這樣的方式，有效監控汽車異常狀況，及時進行汽車故障的排查與處理。

3 新能源汽車電控系統功能測試平臺開發

3.1 功能測試平臺工作原理

對于新能源汽車電控系統功能測試平臺而言，在動力源上，主要構成部分包括電源、開關磁阻電機以及發動機。基于兩個電磁離合器控制下，動力驅動系統既可以單獨輸出動力源，也可實現兩個動力源的合成輸出。將減速其以及自動變速箱作為傳動系統，在測控臺上布置相應控制器。在電機制動以及ABS的良好配合下，實現制動系統。利用直流電力測功機加載，實現行駛負載。選擇兩組慣性飛輪，進行整車慣量模擬，各個控制器或接收到控制系統發送的控制指令，隨后控制器會開展具體的控制工作。具體試驗環節，各部件運行狀態，會在數據采集系統中清晰的顯示出來，并進行數據存儲。整車試驗模擬環節，架試員應結合試驗需求，由制動踏板及電子油門踏板，輸入駕駛員信號。信號被控制系統接收后，會進行轉矩分配，電機油門與油門執行器會控制轉矩輸出，最終動力會經相應傳動系統至車輪，系統會對車輪轉速進行采集，同時實際計算，獲得需要加載的行駛阻力。經過USBCAN卡向控制儀傳遞，自動加載行駛阻力，通過飛輪的不同組合，進行整車慣量模擬。制動環節主要是在電機再生制動以及制動踏板的共同作用下實現，并且，電機將制動能源進行回收后，會向電源加以反饋，重復進行，直到完成所有操作。

3.2 硬件架構組成

新能源汽車電控系統功能測試平臺開發過程中，構建整個測試系統時，需要先形成硬件功能電路。前期配置過程中，要滿足系統當前功能需求，并且，還應為后期配置提供預留功能，結合實際要求，多次選型、調整功能測試平臺硬件架構，重點評估下，實現硬件架構的優化配置。硬件部分具備較多單元，包括中央處理、CAN通訊、電源管理、安全預警、信號采集與處理、旋變信號控制、備用功能擴展、矩陣控制、機械連接及傳輸等[2]。相比于傳統功能測試平臺，本文提出的電控系統功能測試平臺可夠實現自動化操作，完全脫離人工操作，實現全自動化新能源汽車電控系統測試、傳輸、裝卸、故障診斷、判斷等。并且，按照不同DUT，實現智能化管控，主要有功能測試、型號識別、故障診斷、程序裝載及工裝調用等。拓展應用過程中，不僅要滿足不同功能、種類電控系統測試需求，還應實現備用功能拓展，通過這樣的方式，降低功能測試成本。

3.3 軟件控制流程

對于新能源汽車電控系統功能測試平臺，其在軟件算法上具體要關注兩方面內容，一是測試系統關鍵指標，二是DUT重要性能參數，具體開發時，主要由Test Stand以及LabVIEW等共同進行。實際運行過程中，新能源汽車電控系統功能測試平臺會進行DUT故障代碼與運行狀態等信號的采集，主要對DUT測試環節的功能狀態進行分析與判斷，同時對其后續傳輸運行進行控制。并且，新能源汽車電控系統功能測試平臺，還會進行關鍵參數的采集，包括電壓以及電流等，判斷報警閥值是否正常，做出針對性控制，通過這樣的方式，保證新能源汽車電控系統功能測試平臺順利運行。總體控制上，主要包括以下兩個流程：（1）工裝調用。工裝調用屬于新能源汽車電控系統功能測試平臺中的一個關鍵流程，系統實際運行中，會在激光測距以及射頻識別等方式下，進行產品特征指標的采集，采集的指標要具備較強的代表性，一般2至3個即可，并且，與既有存儲庫特征信息相結合，實施產品辨識及對比分析，待判斷無誤后，進行工裝調用以及連接指令開啟。在工裝連接方面，按照產品信息存儲庫中帶有的電氣連接特性，進行不同連接點坐標值鎖定，對工裝運動加以控制，以此實現匹配工裝的可靠連接。

（2）自動測試。新能源汽車電控系統功能測試平臺中，另一個關鍵流程就是自動測試。系統在調用該流程前，會對產品型號進行再次確認，并且進行相應測試軟件的調用與燒錄。自動測試程序啟動后，會調用上電檢測指令，自檢關鍵指標，包括DUT連接高壓后的電流、電壓，DUT連接低壓后的電流、電壓等，確認沒有異常后，轉入功能測試，同時，對既存數據與測量數據進行對比分析，實施DUT的合格判定。若存在差異，測試系統會再次分析，更加正確的進行判斷。

3.4 主要模塊設計

（1）所電源模塊。新能源汽車電控系統功能測試平臺開發中，若想成功試驗電機，不僅要保證電源的合理性，還應保證電源的穩定性，電網取電程序完成后，研究人員需要基于整流裝置，實現直流電驅動輸入，需要注意的是，電機試驗環節，需要對直流電壓電流及三相電流電壓進行合理監測，并且，還應保證電網輸出功率不超過80w，電流不超過121A，電壓不超過220V。若設定電網輸出功率為70w，對整流裝置最大功率進行計算，在相關試驗中可以發現，可保證電壓低于280V，因此可將電壓設置在280V內，最大輸出電流值為250A。

（2）負載加載模塊。一般而言，負載加載環節，應選擇電渦流測功機開展，結合負載大小，設定勵磁電流，并且，測控機測量儀器會利用相應串口，進行扭矩、轉速的工控機傳遞。

（3）動力輸出模塊。對于動力輸出模塊而言，會受到較多因素影響，如永磁直流電機等，該模塊主要由IGBT、永磁直流電機以及PWM發生器構成。具體試驗環節，不僅要測量IGBT三相方波電壓，還應對其轉速扭矩以及電流進行測量，并且，還應對駕駛引導信號進行測量。因為永磁直流電機運行環節功率基本上不會超過60KW，同時，電壓不會超過280V，電流不會超過232A，因此，IGBT的電容額度為60KW，電流為232A，電壓為280V。

4 新能源汽車電控系統的應用

通過新能源汽車電控系統功能測試平臺，能夠確保新能源汽車電控系統的良好應用，更好的實現新能源汽車電控系統功能，當前，新能源汽車電控系統應用主要體現在以下幾方面：

4.1 整車電控系統

新能源汽車運行環節，需要由多個子系統共同配合，包括安全系統、空氣循環系統以及動力系統等，這些子系統均具備相應的控制單元，會對自身狀態記性檢測，并下達相應動作指令。對于整車電控系統而言，其主要的目標是保證各個子系統控制的良好配合，提升電動車綜合控制效率的同時，使其具備更高的運行穩定性。新能源汽車整車電控系統中，存在較多組成部分，具體為：電機控制器、人機界面、整車控制器、能源管理系統、車輛附件系統以及能源供給系統等。經過CAN總線，會向控制中心傳輸駕駛員信號，控制中心接收到信號后，都做出相應識別分析，最終下達指令，控制相應裝置做出反應，通過這樣的法式，控制整車制動與驅動狀態。除此之外，整車電控系統還應具備故障處理以及異常預警功能。當裝置出現異常后，會通過聲光報警，使駕駛員發現故障問題，及時加以處理。控制系統可直接對簡單的故障做出判斷，并顯示在人機界面上，從而有助于后續故障的排查處理。

4.2 新能源汽車發動機系統

新能源汽車發動機系統中，在汽車電控技術的應用下，形成了電子控制系統，這一系統中，較多裝置均涉及到了電控技術，如點火裝置、怠速控制、噴射裝置以及廢氣循環等，本文重點進行電控點火裝置及電控噴射裝置分析，首先，電控點火裝置。對于電控點火裝置而言，具體是將電子計算機控制技術作為重點，可以科學確定點火時間，并且，可提升點火成功率，同以往晶體管電子點火裝置與觸點式點火裝置相比，電控點火裝置更加復雜，不過可減少點火燃油耗，并且，還可降低點火產生的尾氣污染情況。一些新能源汽車發動機應用時，電控點火裝置具備更強大的功能性，可以進行自我診斷、智能控制以及自動適應控制。其次，電控噴射裝置[3]。現階段，新能源汽車燃油噴射均應用了電控技術，在電控噴射裝置方面，控制中心為電腦，通過發動機中的傳感器，得到相應的發動機啟動參數，根據預設程序，對燃油量及汽缸空氣量進行準確計算，確保發動機良好運轉，并且，使燃油噴射保持在最合適比例，防止油料浪費。

4.3 新能源汽車底盤系統

新能源底盤系統中通過應用汽車電控技術，可構建出汽車底盤電子控制系統，該系統中，防抱死制動系統以及電控轉向系統均體現著電控技術的應用，首先，防抱死制動系統，即ABS，該系統屬于新能源汽車安全保障性能系統，為避免新能源汽車制動時，出現車輪被抱死導致危險的發生，通過電控技術的應用，防抱死系統會得出輪胎與接觸路面間的附著力，對制動時可操作性及方向穩定性進行控制，可有效避免汽車制動時發生甩尾及側滑等情況的出現[4]。其次，電控轉向系統。新能源汽車底盤系統中，汽車轉向系統屬于一個較為重要的系統，電控技術應用環節，汽車轉向系統可以利用傳感器得到相應的數據信息，在此基礎上進行電子測算，通過實際計算，獲得新能源汽車相關參數，如轉向距離、轉向角度以及行車速度等，對各項參數進行綜合分析，確定汽車低速行駛轉向或停車所需最佳力。此外，電控轉向系統還會提供相應的回正力矩，能夠有效保證車輛轉向穩定性。

4.4 新能源汽車車身系統

新能源汽車車身系統中，通過應用汽車電控技術，能夠形成新能源汽車車身電子控制系統，對于車身系統而言，較多裝置與設計中，均涉及到電控技術的應用，主要包括新能源汽車空調系統、導航系統、門窗座椅、防盜安全系統、車輛信息顯示系統等。

4.5 電池管理系統

對于電池管理系統而言，其能夠有效解決電池一致性問題，屬于電動汽車與車載動力電池的重要連接紐帶，配合電池組形成電池系統，進而為汽車提供動力。該系統主要工作原理使對各個電池單體進行協調，實施監控電池溫度、電流以及電壓傳感器信號，避免出現超壓、超溫以及過充放電等不良情況，危害到電池的正常使用。動力電池包中，電池管理系統具備較高的成本，不過通過以往多電芯電源管理產品、二次電池等對比，新能源汽車電池管理系統具備驕傲的應用優勢。車用蓄電池作為電池管理系統的唯一動力，較為重要，現階段，鋰離子電池、鉛酸電池、鎳氫電池以及鎳鉻電池，均得到了廣泛應用，尤其是鋰離子電池，其具備較高的優勢，如電壓平臺高、能量密度大等，已經成為新能源汽車的首要選擇，不過在未來研究中，還應重點關注鋰離子電池的使用壽命及安全性問題，進一步發揮出鋰離子電池的應用優勢。

4.6 電機驅動控制系統

新能源汽車運行的安全性與可靠性，與電機驅動控制系統息息相關，可以說，該系統屬于驅動系統的核心所在，具體可以分為兩大系統，一是電器系統，二是機械系統。電氣系統屬于電機驅動系統的關鍵，其主要構成部分為控制器、轉換器以及電動機等，驅動電機的性能與功率，直接影響著電動汽車的啟動速度以及時速快慢。現階段，我國新能源電動汽車電機驅動系統中，雖然普通的直流電機存在散熱困難、電磁輻射干擾等問題，會對電控系統產生相應影響，不過仍應用于一些電動汽車中。近年來我國逐漸加大對于電機驅動控制系統的研究，提出了多態電機驅動控制系統，具備較大的開發應用前景，已經被廣泛應用在新能源汽車中。此外，永磁電機驅動控制系統屬于應用最多的電機驅動控制系統，該系統具體是應用PWM控制技術以及永磁無刷直流電機控制技術，實現電機的無極變速，具備良好的調速性能，在當前電力電子技術不斷發展下，特別是出現了IGBT 等功率模塊，實現了永磁直流電機調速控制系統的不斷優化與創新。

5 結束語

綜上所述，現階段我國工業現代化進程不斷推進，計算機技術、通信技術以及傳感器技術等均得到快速發展，這種環境下，為新能源汽車行業帶來了較大的發展機遇，電控技術應用過程中，能夠有效提升汽車控制精度，獲得更快的動態響應，為促進新能源汽車領域發展，應重點關注新能源汽車電控系統功能測試平臺開發，并且還應重視新能源汽車電控系統的具體應用，促進新能源汽車領域可持續發展。