纯电动车的整车控制方法探讨

李卫东

长城汽车股份有限公司，河北省汽车工程技术研究中心，河北保定071000

摘要：对于纯电动车来说，动力性是衡量汽车性能的主要指标，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，必须要做好能量控制策略的分析，争取提高其续航能力。本文对纯电动车整车控制方法进行了简要分析。

关键词：纯电动车；整车控制；控制策略

随着科学和社会的进步，我国城镇人口密度日益增大，汽车保有量显著增长，尾气排放对大气污染影响逐渐加大，环境保护和生态平衡越来越受到人们的重视。基于环境保护和维护生态平衡的需求，纯电动车的社会需求越来越明显。由于纯电动汽车对环境影响比传统燃油汽车要小，对于传统的石油资源可以起到保护作用，同时提高清洁能源的利用率。因此，纯电动汽车前景被广泛看好，但当前各方面尤其是整车控制技术并不完善，有待加强提高。纯电动车已经成为汽车行业研究的关键，面对纯电动车研究存在的不足，为提高其整体性能，就需要做好整车控制策略与能量管理分析。即需要结合纯电动车动力系统结构特点，基于整车控制任务，来完成整车控制器软件结构的设计，在根本上提高汽车行驶安全性与可靠性。

1.纯电动车整车控制系统研究的内容与重要性

近几年，随着纯电动汽车整体技术水平的提高，整车控制系统和零部件系统均有相应的提高，纯电动车整车控制系统是现如今以及今后纯电动汽车发展的方向。整车控制器（VCU）是整车控制系统中最核心的部分，关系到整车行驶与运行过程中相关程序的统筹、协调和控制工作。整车控制的主要功能可以简要地概括为以下几点：首先，控制驱动的功能。驱动控制功能是整车控制中最基本、最主要的功能。VCU需要将通过点火开关、换档器、加速踏板和制动踏板传等的输入信息，经过收集解析和处理分析，给出合理的下一步操作意图，将这一操作意图最终输出到驱动电机以实现操作。其次，整车能量的优化管理功能。电池组是纯电动汽车中最主要的能量来源，不仅提供着车辆行驶过程中的驱动动力，也供给到其他的车载控制单元、仪表、灯光等设备的电力。因此，只有通过整车控制系统的合理运筹分配，才能将能源实现合理化运用，实现能源动力的最大化使用，提高能源利用率。最后，整车的故障识别及处理功能。通过车载通讯网络系统可以实现车内数据的通讯传输和实时监控，实现整车控制。实时的监控整车的电控系统，及时发现问题，并实现正确的分析诊断，以便做出进一步的控制指令。根据系统存储的故障代码，进行比较区分，对于故障等级能够有效区分，并按照故障等级做出相应的控制策略。及时上报处理或者忽略一些小的故障问题，维持车辆靠边停车或正常行驶至维修站。当然，除此之外整车控制系统还具有制动能量回馈控制功能等。总之，整车控制系统在纯电动车的运行管理过程中相当于电子计算机的中央处理器，扮演着重要角色，靠着高速的运转及数据处理，发挥着重要的作用。

2.纯电动车整车驱动策略分析及验证环境

设计试验用纯电动车由紧凑型小轿车改装而成，其整车参数主要包括整备质量值1577kg、荷载质量值1755kg，轮胎滚动阻力系数为0.015，传动系统总速比为8.94。同时，电机系统所用电机为永磁同步类型，额定电压为335V。而电池系统内额定内阻为0.13Ω，额定电压为336V。以此纯电动车为对象，对其整车驱动策略进行设计分析。

2.1硬件系统。整车控制器硬件结构。整车控制器在运行时，需要以输入的钥匙信号、制动踏板、加速踏板、变速箱信号、车速以及控制面板信号等为依据，对电机输出功率与力矩值进行计算，根据计算结果来确定相应指令，最后将指令发送到各个ECU。其硬件结构主要包括微控制器模块、电源保护模块、电源管理模块、CAN收发器模块、信号采集模块以及功率驱动模块等。其中，微控制器模块主要包括微控制器、晶振电路、复位电路以及程序开发接口，结合汽车运行环境，需要保证控制其具有快速运算功能，以及较强的抗干扰性。电源管理模块主要负责转换电压，需要将车载蓄电池电压转换成5V电压，然后将其供给控制器以及CAN驱动器。电源保护模块主要负责保护整个电路，分为防反接电路与瞬态抑制电路。信号采集模块主要负责信号的滤波、限流、分压，保证处理过的信号电压、电流在微控制器I/O管脚正常输入范围内。

2.2能量管理控制。充电是纯电动车需要解决的关键性问题，电池组作为车辆运行功率负荷的承担者，在对控制器进行分析时，需要保证电池能量利用的有效性，最大程度上来提高汽车续航性能。整车控制器收到SOC信号，当SOC信号值小于某限值后，仪表盘会显示相应指示灯并告警，然后驾驶员便可以根据实际情况选择最有利的判断。

2.3电动车模型。①车辆动力学模型。可以利用veDYNA车辆动力学仿真软件来建立模型，软件核心包括高精度车辆模型、三维路面模型、虚拟驾驶员模型以及多种操纵控制行为模型。在建立车辆模型时，通过C语言进行编写，然后利用S函数形式嵌入到Matlab/Simulink环境中，通过Simulink模块来显示数据流与接口。②电机模型。对电动车动力系统进行分析，需要重点研究电机输入与输出，其为电机与电机控制器综合特性，应将其作为一个整体并简化其内部模型。电动车电机输入输出特性是电控控制器的综合特性，但是电机除了要完成电动机动作外，还需要负责发电机作业，因此在建立电机模型时，需要对两种工作模式进行分析。③电池模型。选择与建立电机模型相同方法对电池模型进行分析，可以得到其输入输出关系图，用IB表示输入负荷电流；SOC表示电池电荷状态系数；UB表示电池电荷电压；TempB表示电池温度。④硬件环仿真系统结构。纯电动车模型为一个开环系统，并存在局部闭环，当进入到驾驶状态后成形成闭环系统。整个系统中车辆中心为VCU，负责采集控制信号，然后根据各项信号计算出电机输出转矩值与控制方式，利用CAN将指令信号传输给不同的电机控制系统，实现对车辆的运动控制。纯电动车模型主要包括车辆动力模型、电池模型以及电机模型，以整车控制器输出的控制指令为依据，对汽车运行状态信息进行收集，然后将所有输入信号直接传递给整车控制器。

2.4起车模式与正常驱动模式路试结果。参考车辆运动时状态参数曲线，30～40s加速踏板开度为0，无制动信号，车辆进入起车模式。44～59s加速踏板开度为100%，车辆进入到正常驱动模式。其中，44～50sVCU对电机控制系统为恒转矩控制，50～59s为恒功率控制，电机期望输出转矩呈现双曲线趋势下滑。59～96s无制动信号并采用机械刹车大方式，车速减小。从路试采集数据可以看出，车辆起车模式、正常驱动模式下恒转矩控制与恒功率控制，仿真结果与实际控制效果相差较小，表示整车驱动控制策略设计可行。

3.结语

为提高纯电动车运行安全性，需要进一步做好整车控制器的研究，掌握其运行原理，并结合整车控制器功能实现要求，做好不同环节的分析，采取有效的措施来对控制器进行优化，建立有效的控制系统，通过有效接收纯电动车所有运行状态信息，来做好每一步控制管理。因此，在今后的研究过程中，仍然需要将纯电动车整车控制系统作为主要的研究方向，以便更好地为电动汽车的技术发展贡献力量，更好地保持社会经济的可持续发展。

参考文献

[1]吴敏.电动汽车整车控制器基础软件开发及控制策略研究[D].吉林大学,2014.

[2]姜海斌.纯电动车整车控制策略及控制器的研究[D].上海交通大学,2010.