本站原创本文研究新能源汽车整车控制系统和电力系统的控制问题.研究了新能源汽车在行驶中需要执行的功能和任务,分析了电力系统相关的控制软件和硬件结构.对新能源汽车电力控制系统的功能进行重新定义和划分,针对新能源汽车电控系统的电力驱动力矩控制、电机过载控制、能量电源的管理控制和制动能量回馈控制进行了详细分析,本文研究对新能源汽车电力系统的控制具有指导意义.
为了满足人们对于汽车使用需求的增加,近年来全世界汽车工业高速发展,特别是中国汽车工业产量持续保持世界第一,大中城市的汽车保有量的持续上升,这些现象加剧了世界性的能源危机和城市的环境问题.所以,研究和生产新能源汽车,符合中国可持续发展的基本国策.
新能源汽车电力系统控制概述
新能源汽车电力系统有多种不同的结构形式,常见的包括：电机驱动方式、单电机驱动、双电机驱动、相互相反电动机驱动等,同时不同的电机驱动方式配有有不同的动力布置、传动系结构.考虑到汽车整车动力学性能和生产成本等的影响,实际中较多采用单电机后轮驱动的结构布置方式,图1为新能源汽车电力系统结构原理.
从新能源汽车行驶的实际行车角度分析,为了实现整车动力系统的控制,必须采集分析汽车的驾驶操纵信息、行车路况、行驶角度、能耗等各个部件工况进行实时采集,然后通过在解释执行驾驶员操作意图的同时要把整车的信息显示反应给驾驶员,实现数据交换.而对驾驶员不能直接做出判断和反应的信息和情况,整车控制系统应可以代替驾驶员做出分析和处理,保证车辆行驶安全.对于驾驶员不合理的和错误的操作,控制系统应该予以识别并进行提示和及时适当的限制,防止部件的损坏.在此基础上,控制系统要协调好车上各个部件之间的工作以及各个能量消耗部件间的能量的分配关系.根据以上要求对整车控制器的功能包括以下四个方面.
新能源汽车的驱动控制方面,整车控制器的主要功能是,通过分析处理驾驶员的驾驶要求、新能源汽车的动态特性、道路及环境状况,对电机控制器发出指令控制汽车,满足相应条件下的驾驶工况要求.
在新能源汽车上,电力系统除了给驱动主电机供电以外,还要给电动空调等一些电动附件供电,整车控制器将负责整车的能量管理,同时合理的分配,以提高能量的利用率.在新能源汽车控制器局域网（CAN）网络上整车控制器作为信息控制中心,完成组织信息传输,网络状态的监控,网络状态点管理,信息优先权的动态分配等功能.车辆状态的监示和故障诊断及保护.总线所连接的各个子系统控制器（电机控制器、电池控制器等）应该实时的将各自控制对象的状态信息和故障诊断信息发布至CAN总线,由整车控制器通过综合数字仪表显示出来.同时,整车控制器能对故障信息及时处理并做出相应的安全保护处理.
以上功能是新能源汽车电力系统控制在实际行驶过程中需要实现的功能,是对整车电力系统控制系统的任务概括总结.
新能源汽车电力系统控制策略
行驶过程中,汽车系统是有多变量输入的系统,很难通过一个准确的数学模型来描述,对这样的系统很难通过数学方法直接进行求解和控制,需要大量的经验和数据.下面对新能源汽车电力系统子结构的控制进行详细说明.
1新能源汽车的电力驱动力矩控制研究
为了对新能源汽车的驱动性能随工况变化的规律进行分析,下面以经典的加速上坡为模型进行研究.考虑新能源汽车的驱动系统总是包括一台电机,并通过驱动电机输出汽车加速和转动的力矩,经传动系统传到车轮后带动汽车正常行驶.因此电机的高速转动将会输入一个对应的扭矩,而新能源汽车的整车控制器主要就是对汽车电力驱动系统的力矩进行控制,从而达到系统控制的目的.
2新能源汽车的电机过载控制
新能源汽车一般只有一个电机驱动,这样的单电机驱动方式工作条件较差.为了保证新能源汽车的高效能源利用,新能源汽车应该在通常的行驶工况下选用尽量低的电机额定功率.然而,在实际工况下汽车的行驶性能的要求不同,特别是在一定的高速和爬坡行驶的工况下,驱动电机不得不在较低额定功率下过载运行.
3新能源汽车的能量电源管理控制
在新能源汽车中,从整车动力控制的角度出发,需要将能源管理和整车动力控制系统进行并行控制,达到整车系统的控制目的.在新能源汽车的储能装置中,需要安装多个测控模块,不同模块通过能源管理系统并与控制器相连,最后经CAN总线,和汽车整车控制系统构成一个完整的能源管理控制环.
4新能源汽车制动能量回馈控制
与化石燃料汽车相比,新能源汽车最重要的特点是能够实现实时的再生制动,通过回收汽车在制动过程中损失的功率,达到节省能量的目的.由此可见,新能源汽车的再生制动功能是对于节能减排具有非常重要的意义.考虑到汽车广泛采用摩擦制动,因此新能源汽车的再生制动系统需要对汽车摩擦制动系统和电机制动系统进行联合控制.
结论
电力系统决定着汽车的动力性能、经济性能和操控性能,是新能源汽车最重要的子系统,研究新能源汽车的电力系统控制方法对于新能源汽车的发展具有指导意义.本文基于新能源汽车整车控制系统和电力系统的结构,对新能源汽车的电力系统控制方法进行了详细的分析.对新能源汽车电力控制系统的功能进行了划分,针对新能源汽车的电力驱动力矩控制、电机过载控制、能量电源的管理控制和制动能量回馈控制进行了详细分析.
（作者单位：广东水电二局股份有限公司）