純電動(dòng)車(chē)的整車(chē)控制方法研究

董 銘（唐山電動(dòng)車(chē)研發(fā)與檢測(cè)有限公司,河北 唐山 063200）

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純電動(dòng)車(chē)的整車(chē)控制方法研究

董 銘
（唐山電動(dòng)車(chē)研發(fā)與檢測(cè)有限公司,河北 唐山 063200）

摘 要：對(duì)于純電動(dòng)車(chē)來(lái)說(shuō)，動(dòng)力性是衡量汽車(chē)性能的主要指標(biāo)，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，必須要做好能量控制策略的分析，爭(zhēng)取哎運(yùn)城汽車(chē)?yán)m(xù)航能力。本文對(duì)純電動(dòng)車(chē)整車(chē)控制方法進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析。

關(guān)鍵詞：純電動(dòng)車(chē)；整車(chē)控制；控制策略

純電動(dòng)車(chē)已經(jīng)成為汽車(chē)行業(yè)研究的關(guān)鍵，面對(duì)純電動(dòng)車(chē)研究存在的不足，為提高其整體性能，就需要做好整車(chē)控制策略與能量管理分析。即需要結(jié)合純電動(dòng)車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，基于整車(chē)控制任務(wù)，來(lái)完成整車(chē)控制器軟件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，在根本上提高汽車(chē)行駛安全性與可靠性。

1 純電動(dòng)車(chē)整車(chē)驅(qū)動(dòng)策略實(shí)例分析

設(shè)計(jì)試驗(yàn)用純電動(dòng)車(chē)由緊湊型小轎車(chē)改裝而成，其整車(chē)參數(shù)主要包括整備質(zhì)量值1577kg、荷載質(zhì)量值1755kg，輪胎滾動(dòng)阻力系數(shù)為0.015，傳動(dòng)系統(tǒng)總速比為8.94。同時(shí)，電機(jī)系統(tǒng)所用電機(jī)為永磁同步類(lèi)型，額定電壓為335V。而電池系統(tǒng)內(nèi)額定內(nèi)阻為0.13Ω，額定電壓為336V。以此純電動(dòng)車(chē)為對(duì)象，對(duì)其整車(chē)驅(qū)動(dòng)策略進(jìn)行設(shè)計(jì)分析。

2 純電動(dòng)車(chē)整車(chē)驅(qū)動(dòng)策略分析

2.1 硬件系統(tǒng)

2.1.1 整車(chē)控制器硬件結(jié)構(gòu)

整車(chē)控制器在運(yùn)行時(shí)，需要以輸入的鑰匙信號(hào)、制動(dòng)踏板、加速踏板、變速箱信號(hào)、車(chē)速以及控制面板信號(hào)等為依據(jù)，對(duì)電機(jī)輸出功率與力矩值進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果來(lái)確定相應(yīng)指令，最后將指令發(fā)送到各個(gè)ECU[1]。其硬件結(jié)構(gòu)主要包括微控制器模塊、電源保護(hù)模塊、電源管理模塊、CAN收發(fā)器模塊、信號(hào)采集模塊以及功率驅(qū)動(dòng)模塊等。其中，微控制器模塊主要包括微控制器、晶振電路、復(fù)位電路以及程序開(kāi)發(fā)接口，結(jié)合汽車(chē)運(yùn)行環(huán)境，需要保證控制其具有快速運(yùn)算功能，以及較強(qiáng)的抗干擾性。電源管理模塊主要負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)換電壓，需要將車(chē)載蓄電池電壓轉(zhuǎn)換成5V電壓，然后將其供給控制器以及CAN驅(qū)動(dòng)器。電源保護(hù)模塊主要負(fù)責(zé)保護(hù)整個(gè)電路，分為防反接電路與瞬態(tài)抑制電路。信號(hào)采集模塊主要負(fù)責(zé)信號(hào)的濾波、限流、分壓，保證處理過(guò)的信號(hào)電壓、電流在微控制器I/O管腳正常輸入范圍內(nèi)。

2.1.2 硬件環(huán)仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

純電動(dòng)車(chē)模型為一個(gè)開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，并存在局部閉環(huán)，當(dāng)進(jìn)入到駕駛狀態(tài)后成形成閉環(huán)系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)中車(chē)輛中心為VCU，負(fù)責(zé)采集控制信號(hào)，然后根據(jù)各項(xiàng)信號(hào)計(jì)算出電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩值與控制方式，利用CAN將指令信號(hào)傳輸給不同的電機(jī)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輛的運(yùn)動(dòng)控制。純電動(dòng)車(chē)模型主要包括車(chē)輛動(dòng)力模型、電池模型以及電機(jī)模型，以整車(chē)控制器輸出的控制指令為依據(jù)，對(duì)汽車(chē)運(yùn)行狀態(tài)信息進(jìn)行收集，然后將所有輸入信號(hào)直接傳遞給整車(chē)控制器。

2.2 電動(dòng)車(chē)模型

2.2.1 車(chē)輛動(dòng)力學(xué)模型

可以利用veDYNA車(chē)輛動(dòng)力學(xué)仿真軟件來(lái)建立模型，軟件核心包括高精度車(chē)輛模型、三維路面模型、虛擬駕駛員模型以及多種操縱控制行為模型。在建立車(chē)輛模型時(shí)，通過(guò)C語(yǔ)言進(jìn)行編寫(xiě)，然后利用S函數(shù)形式嵌入到Matlab/Simulink環(huán)境中，通過(guò)Simulink模塊來(lái)顯示數(shù)據(jù)流與接口[2]。

2.2.2 電機(jī)模型

對(duì)電動(dòng)車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行分析，需要重點(diǎn)研究電機(jī)輸入與輸出，其為電機(jī)與電機(jī)控制器綜合特性，應(yīng)將其作為一個(gè)整體并簡(jiǎn)化其內(nèi)部模型。電動(dòng)車(chē)電機(jī)輸入輸出特性是電控控制器的綜合特性，但是電機(jī)除了要完成電動(dòng)機(jī)動(dòng)作外，還需要負(fù)責(zé)發(fā)電機(jī)作業(yè)，因此在建立電機(jī)模型時(shí)，需要對(duì)兩種工作模式進(jìn)行分析[3]。

2.2.3 電池模型

選擇與建立電機(jī)模型相同方法對(duì)電池模型進(jìn)行分析，可以得到其輸入輸出關(guān)系圖，如圖1所示。其中IB表示輸入負(fù)荷電流；SOC表示電池電荷狀態(tài)系數(shù)；UB表示電池電荷電壓；TempB表示電池溫度。

2.3 能量管理控制

充電是純電動(dòng)車(chē)需要解決的關(guān)鍵性問(wèn)題，電池組作為車(chē)輛運(yùn)行功率負(fù)荷的承擔(dān)者，在對(duì)控制器進(jìn)行分析時(shí)，需要保證電池能量利用的有效性，最大程度上來(lái)提高汽車(chē)?yán)m(xù)航性能。整車(chē)控制器收到SOC信號(hào)，當(dāng)SOC信號(hào)值小于某限值后，儀表盤(pán)會(huì)顯示相應(yīng)指示燈并告警，然后駕駛員便可以根據(jù)實(shí)際情況選擇最有利的判斷。

2.4 起車(chē)模式與正常驅(qū)動(dòng)模式路試結(jié)果

如圖1所示，為車(chē)輛運(yùn)動(dòng)時(shí)狀態(tài)參數(shù)曲線，30～40s加速踏板開(kāi)度為0，無(wú)制動(dòng)信號(hào)，車(chē)輛進(jìn)入起車(chē)模式。44～59s加速踏板開(kāi)度為100%，車(chē)輛進(jìn)入到正常驅(qū)動(dòng)模式。其中，44～50sVCU對(duì)電機(jī)控制系統(tǒng)為恒轉(zhuǎn)矩控制，50～59s為恒功率控制，電機(jī)期望輸出轉(zhuǎn)矩呈現(xiàn)雙曲線趨勢(shì)下滑。59～96s無(wú)制動(dòng)信號(hào)并采用機(jī)械剎車(chē)大方式，車(chē)速減小。從路試采集數(shù)據(jù)可以看出，車(chē)輛起車(chē)模式、正常驅(qū)動(dòng)模式下恒轉(zhuǎn)矩控制與恒功率控制，仿真結(jié)果與實(shí)際控制效果相差較小，表示整車(chē)驅(qū)動(dòng)控制策略設(shè)計(jì)可行。

3 結(jié)束語(yǔ)

為提高純電動(dòng)車(chē)運(yùn)行安全性，需要進(jìn)一步做好整車(chē)控制器的研究，掌握其運(yùn)行原理，并結(jié)合整車(chē)控制器功能實(shí)現(xiàn)要求，做好不同環(huán)節(jié)的分析，采取有效的措施來(lái)對(duì)控制器進(jìn)行優(yōu)化，建立有效的控制系統(tǒng)，通過(guò)有效接收純電動(dòng)車(chē)所有運(yùn)行狀態(tài)信息，來(lái)做好每一步控制管理。

參考文獻(xiàn)：

[1]姜海斌.純電動(dòng)車(chē)整車(chē)控制策略及控制器的研究[D].上海交通大學(xué),2010.

[2]華夢(mèng)新.純電動(dòng)車(chē)整車(chē)控制策略的研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué),2010.

[3]彭金雷.純電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)控制策略研究[D].華南理工大學(xué),2013.

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.02.213