探讨新能源汽车电子控制的关键性技术

尤建祥，陈金阳，赵 治，全奎松，金 锋

（盘锦职业技术学院，辽宁 盘锦 124000）

社会是在不断进步的，在中国追求发展的同时，也逐渐开始重视可持续发展。当前面临汽车带来的环境问题，各方做出了努力，开始研发新技术，改变汽车带来的耗油和污染排放问题，所以研发出了新能源汽车。在发展中不断完善和提升新能源汽车的电子控制系统以及相关的核心技术，加快新能源汽车的发展，提高其普及力度。

1 新能源汽车发展背景

随着时代的发展，人类无限制地掠夺自然资源，尤其近现代工业的飞速猛进，加剧对煤、矿、石油等传统资源的开采。在工业发展期间，确实带来了社会的进步，但是也相应带来了资源枯竭和环境问题，逐渐危及人类生存。近年来，许多国家开始重视这个问题，寻找新能源替代传统的资源［1］。尤其在出行方面，众多国家开始研发新能源汽车，中国也不例外。在国家政策的大力支持下，新能源汽车的发展趋势良好。

新能源汽车的迅速发展，更多的是依托于电子控制技术的支持。无论是蓄电池和混合动力，还是氢动力的汽车，都必须要以电子控制技术支持对其车身的控制和动力的牵引，而且电子控制技术在车辆行驶过程和检测车身所有信息以及外在信息提供上，保障了汽车的安全和稳定行驶。目前，许多汽车研究单位，在新能源汽车研发期间，不仅加大对动力控制系统创新力度，也在电子控制技术方面进行技术突破，运用到新能源汽车整个系统内，实现智能化来提高汽车使用的便利和舒适，使新能源汽车朝着智能化发展方向，让新能源汽车技术发展有了质的飞跃。新能源汽车产业规模不断壮大，逐渐普及新能源汽车，起到有效缓解环境污染和资源枯竭问题的作用［2］。

2 新能源汽车电子控制系统的主要技术

2.1 VCU系统设计

VCU是新能源汽车的电子控制系统的核心，是其整个车身的控制器。其主要体现的是对制动能量回馈、低速蠕动、行驶防滑和事故碰撞的安全启动的控制。在汽车行驶的过程中，VCU就会启动工作，通过数据采集电路对电池的使用状态信息进行收集，又通过电子控制单元迅速对其收集的数据进行分析和处理，接着把处理的信息和需要的指令发送到功能模块，根据实际需要实现智能管理运行能量，从而让驾驶车辆的驾驶员更清楚明了地掌握车辆运行剩余的能量，进而有效估算里程所需的运行能量，实现动力的合理性分配。VCU在CAN的总线基础上，可以用高压绝缘技术对汽车实现安全有效地控制，进一步在安全和稳定方面提供一些基本保障。VCU也会对所有子系统的运行信息做出监测和数据的诊断，重新进行系统调整。不仅如此，VCU还有远程监控的能力，能通过远程控制对故障车辆进行诊断和修复，更好地提高了新能源汽车行驶的可靠性、安全性以及稳定性程度。图1为整车控制器结构设计图。

图1 整车控制器结构设计图

更多新能源汽车研发企业想要增加汽车行驶的里程和提升电池的寿命，而这更需要有一个健全的VCU系统，因而在研发阶段，建立I-EMS体系，设计电池组合，也在绝缘、散热、防水方面加强安全设施。为了使电池模板可以安全运行，安装了电池信息的采样板来掌握电池的使用状态，更有效地管理能量。在整个VCU的处理和完善过程中，提升了新能源汽车的总体效能和实用性，对新能源汽车推广和发展有着重大的意义。

2.2 EPS系统

新能源汽车在车速、转向等一些方面的运行需要十分依赖EPS技术，而EPS这个系统的运作利用到了传感器、电子控制单元格、电动机和减速器等相关设备。在车辆行驶中，通过零部件的传感器来进行系统检测，获取转向盘的转向、转矩以及车速等信息，接着向电子单元发送相应电压信号，然后又向控制系统输入指令，对汽车的增减速、转向、停车等方面实现调控。调控过程中会产生一些辅助动力，在车辆保持直行时，电子控制单元不会控制电动机控制器进行调整，所以电动机在这期间无需运行，而这种机能一定程度上可以实现节能的效果［3］。EPS虽然安装便捷，也具有节能和高效率的作用，但它对于汽车系统中的传感器和助力电机的品质要求很高，在一定程度上限制了EPS系统的推广和应用。所以在新能源汽车研发中，开始采用人工智能和模糊控制这两种选择，这对于提高EPS系统安全性和稳定性有较大帮助。

2.3 电力和电机驱动系统

电力驱动系统的第一大作用，就是使电能向动能的转换，实现动能的有效利用。新能源汽车的电机控制系统拥有范围大、响应转速快等特点，对于提高汽车运行的安全和稳定有重要影响［4］。其可以通过系统中的传感器获取车辆整个行驶过程中的信息，对行驶遇到的阻力情况进行数据分析，在数字控制器和电力电子变流器的调节和控制下，让汽车可以达到平稳、安全运行的目的。新能源汽车在行驶的过程中遇到阻力时，其可以保持低速而高转矩这种平稳的运行模式，不仅保持恒定功率输出，且输出功率具有高密度的特点，所以新能源汽车的性能有了较大提升。图2为驱动力输出切换设计图。

图2 驱动力输出切换设计图

电机驱动控制系统对于新能源汽车的行驶安全性十分重要，它的大概构成是传感器、控制器、电动机以及变流器等基本单元。现在采用的电机驱动系统包括开关磁阻电机、永磁同步电机以及感应电机3大类，之后的电机驱动系统将运用智能传感器、感应电动机的可视控制系统和绝缘型双极型晶体管集成模板，使其功能得到进一步完善。近年来，电机驱动控制系统在企业自主研发和国家政策的支持下，在技术和革新方面取得了良好的发展，这也成为我国的一个重要技术创新项目。我国新能源汽车的发展并不停留于此，将继续加大力度推动电动驱动技术系统创新发展，做出最好的新能源汽车来服务人民［5］。

2.4 EMS系统

该系统也是电子控制系统的核心，主要构成部分为充电、放电控制和功率管理单元等。EMS系统可以恒定保持蓄电池处在一个相对符合系统需要的荷电状态，还可以根据数据采集单元采集的数据，实现对电能的合理分配和监控，保障里程需要［6］。它的运作原理是对电池状态信息的数据采集，再以电子信息的形式把数据输送到电子控制单元，然后在操作系统下进行数据分析和处理，最终形成相应的操作指令，发送到对应的功能模块。新能源汽车的电能管理使行驶里程有了较好保障，不必人力估算运行里程需要，降低人们对行驶中电能不足、抛锚在途中的担忧。图3为系统通信结构设计图。

图3 系统通信结构设计图

3 新能源汽车今后的发展方向

中国已是世界上最大的新能源汽车市场，在未来几年的市场发展中，新能源汽车出售量将会继续大幅持续增加，而人们对新能源汽车的期待度也会提升。但是在汽车品质上的问题一直为人们所诟病，高端的供给不足，低端产能剩余和汽车的价格昂贵、续航能力弱、安全无法保障的问题突出［7］。而这些问题的解决还是要依靠电子控制技术，所以要加强对该技术的研究和创新发展，实现新能源汽车电子控制相关产品的轻量化，汽车的集成化发展也要提高技术上的可靠性、安全性以及电池兼容性。新能源汽车电子控制单元的处理，更多采用的是工业级别性能高的，也要使用高速运转的数据和指令处理器，实现最优的系统控制方案，达到更好的精确有效的电子控制功能效果。同时也要加快其他方面的研发步伐，提高研发效率，降低成本，不仅让新能源汽车功能和品质全面提升等级，而且价位也能适应消费者的消费水平，这样才能实现新能源汽车的真正普及［8］。

当今新能源汽车主要以充电为主，所以未来还存在一些问题阻碍其普及［9］。第一个就是汽车的电池续航能力，也就是说充一次电能够跑多少路程，现在的新能源汽车的纯电力行驶大概的续航范围是200~400km左右，而一般使用汽油的汽车续航范围为500~1000km，所以相差还是较大的。第二个问题就是充电问题，现在新能源汽车在使用中发现充电极为不便利，首先就是充电桩数量不足，经常在行驶中快没电的时候找不到充电桩，其二就是找到了充电桩，但是由于充电时间过长，让人难以等待［10］。因而今后新能源汽车想要真正得到普及，就必须对电池的合理容量进行加大，增加续航里程，以及完善充电基础设施的建设和极速充电技术的发展［11］。

4 结语

新能源汽车未来的普及率肯定会逐渐上升，虽然现在一些方面还做得不够完善，但是新能源汽车在其他技术层面已经相对完善，相信只需要一些时日，努力攻破一些难关，它的发展前途一定是无限的。我国新能源汽车的电子控制技术可以定义为世界前列，假如未来可以和国外的一些企业单位就项目合作开发，进一步提高新能源汽车运行的安全性和稳定性，可以在全球范围内进行新能源汽车的推广和普及，这或许会给人类带来福音。在未来，人类将联系得更加紧密，因为环境问题是人类面临的共同问题，只有手牵手一起解决，人类才能在“地球村”更好地生存下去。