纯电动汽车整车控制策略研究

董 伟

（三门峡职业技术学院，三门峡 472000）

与传统汽车的控制系统相比，纯电的汽车电控系统的控制单元数量与复杂程度高出很多。电控系统是保证纯电动汽车整车功能集成和优化的核心单元，为保证纯电动汽车各部件系统在最佳工况下能够协调运行，需要制定相应的控制系统和控制策略。纯电动汽车电控系统主要包括整车控制系统、电池管理系统、电机控制系统以及能量回收系统等环节。各系统之间要协调工作，方能保证整车的稳定性和安全性。可以说整车控制系统是纯电的汽车的核心技术之一，对纯电的汽车的发展意义重大。

1 纯电动汽车系统概述

1.1 纯电动汽车系统结构组成

纯电动汽车仅仅依靠动力电池组提供的电能作为动力源驱动电动机转动，以此为整车提供动力。纯电动汽车结构主要包括电机驱动系统、能源管理系统、整车控制单元、充电控制单元、电源变换装置（DC/DC）及仪表显示系统等[1]。纯电动汽车系统结构如图1所示。

图1 纯电动汽车整车控制结构

动力电池为整车的能量来源，而电池管理系统主要负责监控电池的状态，提高电池的利用率；电机是纯电动汽车的动力部件及能量回收的核心部件，而电机控制系统将动力电池的直流高压电转换成三相交流电驱动电机转动；整车控制器采集挡位信号和踏板信号等，控制电池的放电及电机的运行为整车提供动力；仪表为驾驶者提供车辆运行状况信息。

1.2 整车控制单元

汽车整车控制单元（VCU）是纯电动汽车整车控制系统的核心部件。纯电动汽车的正常行驶、安全性、再生能量回馈、网络管理、故障诊断与处理以及车辆状态监测等方面都需要VCU的参与。

对于加速度踏板、制动踏板、电子换挡杆等传感器数据和驾驶员操作指令的数据，控制指令将其发送至整车控制单元，整车控制单元按照既定的整车控制策略进行数据处理，将处理结果发送给电机控制器、电池控制单元等，并实时监控车辆运行状态。在纯电动汽车制动过程中，为了提高纯电动汽车的行驶里程，整车控制单元进行制动能量反馈控制。整车控制单元直接或通过CAN总线和其他电子控制单元传送数据和控制指令。图2是纯电动汽车控制单元的示意图。

图2 整车控制单元

1.3 纯电动汽车整车控制系统

整车控制系统可以根据驾驶员的意图发出各种指令，电机控制器可实时响应并调节驱动电机的输出，实现怠速、前进、倒车、停车、能量回收和停车等功能。

整车控制系统通过采集加速踏板信号、制动踏板信号和档位开关等信息，一同接收CAN总线上的电机控制器信号和电池管理系统发送的信号，并通过车辆控制策略对接收到的数据信息进行分析判断，获取驾驶员的驾驶意图和车辆行驶状态，最后利用CAN总线发出指令，控制各部件控制器的工作，从而保证车辆正常行驶[2]。

2 纯电动汽车整车控制策略

纯电动汽车必须有一个性能优越、安全可靠的整车控制策略，合理地控制各环节的车辆运行状态和能量分配，使纯电动汽车一直在最佳运行状态运转。整车控制策略主要包括驾驶员意图解释、车辆驱动控制、充电控制、上下电控制策略、能量回收控制策略、能量管理策略和辅助系统控制策略等。

2.1 驾驶员意图解析

对于纯电动汽车，驾驶员最简单的意图分析是加速踏板与驱动电机的期望输出功率之间的开度曲线关系。以加速踏板开度平衡曲线为基准，判断驾驶员的操作意图，当电动车辆在直道上匀速行驶时，电动汽车的运动状态点落在油门踏板的开度平衡曲线上，如图3所示[3]。

图3 驾驶员意图解析示意图

2.2 整车驱动控制

车辆驱动控制策略主要控制输出车辆的驱动力矩，并确定车辆的性能。车辆驱动策略的主要目的是基于驾驶员的制动踏板信号、加速踏板信号以及档位信号和当前的车辆运行状态，经过计算机的数据运行和处理，计算出电机的驱动转矩，从而改变车辆的行驶状态，达到驾驶员的预期车速[4]。

纯电动汽车的驱动控制策略可分为4个部分，即加速踏板信号采集、驾驶员意图分析、车身驱动控制和校正输出转矩，其中起步模式控制、正常行驶模式控制和加速驱动控制就属于车身驱动控制模式。

2.3 充电控制

纯电动汽车进入充电状态，整车高压负极接触器和充电器高压正接触器被吸合，充电高压电路连接，开始对动力电池充电。此时DC/DC开始工作，并输出低压直流到辅助电池。在充电状态下，车辆控制器接收充电信息，点火开关无论在哪个档位，车辆的任何系统无法获得高压电，以确保车辆处于锁定状态，不能行驶，并根据BMs提供的信息，充电功率将时时受到限制，使电池受到保护。在充电过程中，如果电池管理系统检测到过充电信号，则将停止充电机的工作，在3s延迟后，VCU切断充电器高压正接触器和整车高压负接触器，从而切断整车充电高压电路[5]。

2.4 能量回收控制策略

普通电动汽车主要以前轮驱动形式使用，因此相应制动能量回收的控制策略主要关注前、后轮制动器提供的制动力与再生三部分之间的关系[6]。基于电动机再生制动的能量回收策略主要包括前后轴动力理想分配控制策略、前后轴动力比例分配控制策略以及最优能量回收控制策略。以四轮驱动制动能量回收策略为例，单电机前轮驱动电动汽车的能量回收集中在由电机驱动的前轮上。汽车由汽轮机驱动，前轮和后轮由轮毂电机直接驱动，因此前轮和后轮同时可以进行制动能量回收。

2.5 能量管理策略

在纯电动车的能量管理系统中，最主要的内容是动力电池的管理和整车的能量流动控制[7]。能源管理战略的目标是使能源得到有效和合理的利用，电池的安全也应得到考虑。在正常运行期间，动力电池的电量通过电机控制器输送给电机，使得电机运转。减速制动期间是不需要电池供电的，此时电机反转以产生再生扭矩对动力电池充电。

能源管理的原理如图4所示，当车辆启动时，动力电池供电给电机和其他部件。当车辆正常行驶时，电机在相对较高的效率区域工作。如果电池的sOC很低，车辆会发出警报并提示确保车辆的安全。在减速和制动时，电动机可以将一些动能转化为化学能给电池充电。

图4 电池能量管理示意图

2.6 辅助系统控制策略

在车辆显示准备好后，电机液压转向辅助泵。真空泵工作，无论是充电还是运行状态，只要接通ON挡，空调器和PTC就可以工作；控制器在故障发生时停止运行，故障解除后，控制器可以通过故障复位开关复位。

3 结论

纯电动汽车控制系统是以VCU为核心部件，电池、电机和充电系统为辅助系统的一套完整的电子控制系统。纯电动汽车的控制策略基本上是VCU的策略，包括能量管理系统、再生制动控制系统、电机驱动控制系统和动力总成控制系统。在开发纯电动汽车的过程中，必须考虑纯电动汽车的整车控制策略，这对整车电控系统的设计具有一定的指导意义。