純電動車的整車控制方法研究

鄭軍

摘要：由于環(huán)境問題的逐漸加劇，純電動汽車因?qū)Νh(huán)境影響較小而越來越受人們的歡迎。對于純電動車來說，動力性是衡量汽車性能的主要指標(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，爭取汽車?yán)m(xù)航能力。本文對純電動車整車控制方法進行了簡要分析。

關(guān)鍵詞：純電動車；整車控制；控制策略

引言

近年來，我國面臨的環(huán)境危機與能源危機逐漸加重，純電動汽車具有零污染和零排放的優(yōu)點，因此，它的研發(fā)與推廣已成為我國緩解環(huán)境與能源危機的重要方式。本文通過對純電動汽車整車控制策略的分析討論，使純電動汽車達到最佳運行狀態(tài)，對純電動汽車的研究與開發(fā)能夠有一定的幫助。

1 純電動汽車概述

純電動汽車主要由電力驅(qū)動系統(tǒng)、能源管理系統(tǒng)、整車控制單元、充電控制單元、電源變換裝置（DC/DC）及儀表顯示系統(tǒng)等組成，其中，電力驅(qū)動系統(tǒng)包括電子控制器、功率轉(zhuǎn)換器等，能源管理系統(tǒng)包括能源及能量管理系統(tǒng)。電力驅(qū)動系統(tǒng)主要是為整車提供動力；整車控制器（VCU）是對擋位信號和踏板信號等進行采集，以及控制電池的放電及電機的運行；充電控制單元是為電池組充電；電源變換裝置為整車提供能量來源；儀表顯示系統(tǒng)則是將車輛的運行狀況信息反映給駕駛者。

2 純電動汽車整車控制

2.1 純電動汽車整車控制器

由整車控制器的結(jié)構(gòu)框圖可以看出，純電動汽車的調(diào)度控制中心是整車控制器（即VCU），它將純電動汽車的各部分系統(tǒng)聯(lián)合起來，從而控制整車，使其協(xié)調(diào)運行。VCU（整車控制器）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示，主要包括四個模塊，分別是開關(guān)量輸入與輸出、A/D采集模塊、CAN通信模塊以及電源電路模塊。開關(guān)量輸入與輸出模塊主要是接收鑰匙信號、擋位信號、開關(guān)信號等以及控制風(fēng)扇、水泵等繼電器；A/D采集模塊則是加速與制動踏板開度以及電池電壓信號等；CAN通信模塊主要負(fù)責(zé)與其他設(shè)備通信，將信號轉(zhuǎn)至其他單元，與其通信的其他設(shè)備主要有電池管理系統(tǒng)、電機控制器，儀表顯示等等；電源電路模塊主要是為整車控制提供電源。

2.2 整車驅(qū)動系統(tǒng)控制

由電機和電機控制系統(tǒng)組成的純電動車的整車驅(qū)動系統(tǒng)，與整車網(wǎng)絡(luò)通信主要是通過CAN總線方式。

（1）VCU根據(jù)A/D采集模塊采集到的踏板開度信號和擋位信號，結(jié)合電池的基本信息，經(jīng)過轉(zhuǎn)矩計算，即可得到扭矩信息。通過 CAN 通信模塊，將所得到的扭矩信息由VCU發(fā)送到 MCU，MCU 根據(jù)接收到的控制信號，執(zhí)行相應(yīng)的動作。（2）電機控制系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)矩控制方式和轉(zhuǎn)速控制方式兩種，而MCU的控制模式即是根據(jù)VCU 所發(fā)送的控制模式選擇位來確定。在轉(zhuǎn)速控制模式下，VCU所發(fā)送的為電機運轉(zhuǎn)模式、運行方向以及輸出轉(zhuǎn)速值等信息；而在轉(zhuǎn)矩控制模式下，與轉(zhuǎn)速控制模式不同的是VCU所發(fā)送的信息是電機輸出轉(zhuǎn)矩值，其他信息則相同。（3）電機運轉(zhuǎn)模式一般根據(jù)汽車的運行狀況，分為發(fā)電和電動兩種模式。發(fā)電模式下，實現(xiàn)的是制動能量的回饋，整車運行的狀態(tài)是滑行或制動；而電動模式下，整車運行屬于驅(qū)動狀態(tài)，汽車處于行駛狀態(tài)。（4）在電機控制系統(tǒng)運行過程中，MCU負(fù)責(zé)將整車的故障情況與狀態(tài)信息上報給VCU，同時，MCU還可對出現(xiàn)的系統(tǒng)故障進行及時的處理。VCU會根據(jù)MCU上報的情況對整車的運行作出合理的控制與協(xié)調(diào)。另外，MCU上報給VCU的故障情況包括散熱器過熱、超載超速、直流側(cè)電壓故障等等；可上報的狀態(tài)信息則有電機轉(zhuǎn)矩、電機運行狀態(tài)、風(fēng)扇運行狀態(tài)、水泵運行狀態(tài)、電機運行電流與電壓值、電機轉(zhuǎn)速等等。

2.3 整車工作模式控制

（1）充電模式。當(dāng)充電門被打開，VCU即觸發(fā)上電。當(dāng)VCU檢測到充電連接信號時，立即啟動BMS，BMS就會啟動充電過程，并保持與充電機通信。然而，若充電過程發(fā)生故障，監(jiān)測BMS運行的VCU即會中斷其充電過程，從而預(yù)防危險事故的發(fā)生。（2）上電模式。

當(dāng)VCU被觸發(fā)上電后，確保整車的所有設(shè)備都正常啟動后，即系統(tǒng)自檢、BMS繼電器閉合，控制電池系統(tǒng)上電、以及控制電機預(yù)充電等過程均正常運行，系統(tǒng)即會進入READY狀態(tài)，就可以正常操作。（3）行車模式。當(dāng)整車系統(tǒng)正常上電后，其控制信號就會傳送到VCU，VCU通過采集到的這些控制信號，根據(jù)系統(tǒng)的其他一些限制條件，來控制汽車的運行。（4）制動模式。純電動汽車處于制動模式時，VCU會根據(jù)采集到的狀態(tài)數(shù)據(jù)，來判斷計算整車需要的扭矩。另外，純電動汽車在制動模式下還可實現(xiàn)能量的回收利用，與傳統(tǒng)燃油車相比，這是一個很大的進步。

2.4 汽車狀態(tài)的顯示

汽車狀態(tài)的顯示對駕駛員來說是不可或缺的，顯示的內(nèi)容主要包括車速信息、電機轉(zhuǎn)速、電池剩余電量、電機故障信息及電池故障信息等，可使駕駛員隨時了解汽車的情況，出現(xiàn)問題也可及時解決。

2.5 整車能量優(yōu)化控制

整車能量優(yōu)化控制主要包括以下幾點：（1）VCU能夠及時了解BMS反饋的剩余電量、電池的電壓與電流及溫度情況、電池輸出繼電器狀態(tài)、電池組最大放電電流與回充電流及故障報警等信息。（2）VCU 根據(jù)汽車控制策略以及來自總線上的電池狀態(tài)和電機狀態(tài)信息以閉合或者斷開 BMS 的總正/負(fù)繼電器，完成高壓回路的閉合和斷開功能。（3）當(dāng)純電動汽車處于制動模式下，汽車在VCU的控制下產(chǎn)生再生制動扭矩，讓電機發(fā)電，并且將電機發(fā)的電存儲到蓄電池中，從而實現(xiàn)能量的回收利用。

3 結(jié)語

對純電動汽車的整車控制研究即是對整車控制器的控制研究，在分析其控制策略時，應(yīng)對開發(fā)的目的有清晰地認(rèn)識，不但保證汽車的基本性能，而且可降低能源損耗，使其更加優(yōu)化。

參考文獻

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（作者單位：諾浩科技（沈陽）有限公司）