新能源汽車(chē)電子控制的關(guān)鍵技術(shù)研究

摘 要：隨著全球?qū)沙掷m(xù)能源和環(huán)保要求的日益增長(zhǎng)，新能源汽車(chē)發(fā)展已成為汽車(chē)行業(yè)的重要趨勢(shì)。在新能源汽車(chē)的核心組成部分中，電子控制系統(tǒng)直接影響著汽車(chē)的性能、安全性和用戶(hù)體驗(yàn)。但隨著技術(shù)的發(fā)展和市場(chǎng)的擴(kuò)大，電子控制系統(tǒng)面臨著越來(lái)越多的挑戰(zhàn)，需要?jiǎng)?chuàng)新的技術(shù)解決方案及對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行深入的分析和優(yōu)化。因此，文章就新能源汽車(chē)電子控制系統(tǒng)的關(guān)鍵性技術(shù)及其面臨的挑戰(zhàn)展開(kāi)探討，旨在通過(guò)對(duì)電池管理系統(tǒng)（BMS）、電機(jī)控制系統(tǒng)和車(chē)載信息系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)的深入分析，識(shí)別當(dāng)前的技術(shù)瓶頸，并探索創(chuàng)新技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，以期望為新能源汽車(chē)的未來(lái)發(fā)展提供理論支持和實(shí)踐指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：新能源汽車(chē) 電子控制 控制系統(tǒng)

隨著全球?qū)Νh(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)以及可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的推進(jìn)，新能源汽車(chē)成為汽車(chē)行業(yè)發(fā)展的重要方向。其不僅受到環(huán)境壓力的驅(qū)動(dòng)，也是技術(shù)進(jìn)步和消費(fèi)者需求變化的結(jié)果。新能源汽車(chē)以其零排放、低噪音和高能效等特點(diǎn)，被視為減少城市污染、降低化石能源依賴(lài)的有效途徑。系統(tǒng)的效能受到其組成部分性能的限制，因此電子控制系統(tǒng)的優(yōu)化是提升新能源汽車(chē)整體性能的關(guān)鍵。電子控制系統(tǒng)是新能源汽車(chē)的神經(jīng)中樞，負(fù)責(zé)整車(chē)的能量管理、動(dòng)力控制、信息交互等關(guān)鍵功能。如何提高電子控制系統(tǒng)的性能，不僅直接關(guān)系到汽車(chē)的動(dòng)力效率和安全性，也影響到用戶(hù)的駕駛體驗(yàn)。電池管理系統(tǒng)（BMS）、電機(jī)控制系統(tǒng)以及車(chē)載信息系統(tǒng)的優(yōu)化和創(chuàng)新不僅能提高能源使用效率，還能增強(qiáng)車(chē)輛的可靠性和安全性[1]。高效的電池管理系統(tǒng)可以延長(zhǎng)電池壽命，提高能量利用率；精確的電機(jī)控制系統(tǒng)能夠提供更好的動(dòng)力性能和駕駛體驗(yàn)；而先進(jìn)的車(chē)載信息系統(tǒng)則能夠提供更豐富的交互功能和更高級(jí)的駕駛輔助服務(wù)。綜上所述，本文就新能源汽車(chē)電子控制系統(tǒng)的關(guān)鍵性技術(shù)展開(kāi)探討，以期為新能源汽車(chē)的未來(lái)發(fā)展提供有益的參考和指導(dǎo)。

1 新能源汽車(chē)電子控制系統(tǒng)概述

1.1 新能源汽車(chē)電子控制系統(tǒng)定義

新能源汽車(chē)電子控制系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輛動(dòng)力、能量管理、駕駛輔助以及車(chē)輛信息通信等方面的智能控制，其通過(guò)高度集成的電子設(shè)備和軟件算法，對(duì)車(chē)輛的各項(xiàng)關(guān)鍵性能參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、分析和調(diào)節(jié)，以保證車(chē)輛的高效運(yùn)行、安全行駛和良好的用戶(hù)體驗(yàn)。新能源汽車(chē)中電子控制系統(tǒng)不僅負(fù)責(zé)傳統(tǒng)汽車(chē)中的常規(guī)控制任務(wù)，如制動(dòng)、轉(zhuǎn)向和穩(wěn)定性控制，還涉及電能的有效管理、電池狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、電機(jī)的精確控制等多個(gè)額外的復(fù)雜功能。這些功能對(duì)于確保新能源汽車(chē)的能效、續(xù)航里程和整體性能具有重大意義。電子控制系統(tǒng)的核心組成部分通常包括電池管理系統(tǒng)（BMS）、電機(jī)控制單元（MCU）、車(chē)輛控制單元（VCU）以及其他輔助控制模塊，如車(chē)載充電控制器、能量回收系統(tǒng)等。BMS負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)和管理電池組的狀態(tài)，確保電池安全、高效地工作；MCU控制電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)，調(diào)節(jié)車(chē)輛的動(dòng)力輸出；VCU則作為車(chē)輛各控制系統(tǒng)之間的“大腦”，協(xié)調(diào)各個(gè)子系統(tǒng)的工作，以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的車(chē)輛控制策略和駕駛模式。純電動(dòng)汽車(chē)的結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。

1.2 系統(tǒng)構(gòu)成和工作原理

新能源汽車(chē)電子控制系統(tǒng)的構(gòu)成復(fù)雜，涵蓋了眾多子系統(tǒng)和模塊，每個(gè)部分都承擔(dān)著特定的功能，共同確保車(chē)輛的高效、安全運(yùn)行，見(jiàn)下表1。

新能源汽車(chē)電子控制系統(tǒng)通過(guò)集成的傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車(chē)輛的各項(xiàng)性能參數(shù)，如電池電量、電機(jī)狀態(tài)、車(chē)速、制動(dòng)情況等。這些數(shù)據(jù)被實(shí)時(shí)傳輸至各個(gè)控制單元進(jìn)行分析處理；MCU根據(jù)駕駛需求和VCU的指令調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的輸出，以提供最優(yōu)的動(dòng)力性能；VCU則根據(jù)車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)和駕駛員的指令，綜合決定車(chē)輛的運(yùn)行策略，包括動(dòng)力分配、能量回收強(qiáng)度等。電子控制系統(tǒng)中的各個(gè)組件通過(guò)車(chē)輛內(nèi)部通訊網(wǎng)絡(luò)（如CAN總線(xiàn)）緊密連接，實(shí)現(xiàn)信息的快速交換和命令的及時(shí)傳遞，提升了車(chē)輛的性能和經(jīng)濟(jì)性，增強(qiáng)了行駛的安全性和舒適性[2]。

1.3 對(duì)新能源汽車(chē)性能的影響

新能源汽車(chē)電子控制系統(tǒng)對(duì)車(chē)輛性能的影響是全方位的，通過(guò)精細(xì)的管理和控制，系統(tǒng)確保了新能源汽車(chē)在安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性及舒適性方面的卓越表現(xiàn)。在提高能源效率方面，電子控制系統(tǒng)通過(guò)對(duì)電池管理系統(tǒng)（BMS）的優(yōu)化，顯著提升了電池的使用效率和壽命。BMS能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)電池的充放電狀態(tài)、溫度和健康狀況，通過(guò)智能算法調(diào)整充放電策略，避免過(guò)度充電或放電，從而最大化電池的有效能量輸出和使用周期。在優(yōu)化駕駛體驗(yàn)方面，電子控制系統(tǒng)通過(guò)精確控制電機(jī)，提供了平順且響應(yīng)迅速的動(dòng)力輸出，使得新能源汽車(chē)在加速和爬坡等性能上能夠與傳統(tǒng)燃油車(chē)競(jìng)爭(zhēng)。電機(jī)控制單元（MCU）的高效控制不僅確保了動(dòng)力的即時(shí)響應(yīng)，也保障了運(yùn)行過(guò)程的安靜和平穩(wěn)，大幅提升了駕駛的舒適性。車(chē)載信息系統(tǒng)的集成，如智能導(dǎo)航、實(shí)時(shí)路況信息、娛樂(lè)通信等功能，進(jìn)一步豐富了駕駛體驗(yàn)，使得新能源汽車(chē)成為智能化出行的首選。

2 關(guān)鍵性技術(shù)分析

2.1 電池管理系統(tǒng)（BMS）

電池管理系統(tǒng)是新能源汽車(chē)電子控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵組成部分，其主要職責(zé)是監(jiān)控和管理單體電池和整個(gè)電池組的電壓、電流、溫度等參數(shù)，以及電池的充電和放電過(guò)程，能夠評(píng)估電池的健康狀態(tài)和剩余壽命，預(yù)測(cè)電池的性能，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電池的有效管理和保護(hù)，電池管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。一方面，BMS通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控電池狀態(tài)參數(shù)，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)電池的異常情況，如過(guò)充、過(guò)放、過(guò)熱等，通過(guò)采取相應(yīng)的保護(hù)措施，如斷開(kāi)電池輸出、控制充電電流等，防止電池?fù)p壞，確保車(chē)輛安全。另一方面，通過(guò)對(duì)電池充放電策略的智能調(diào)控，BMS可以?xún)?yōu)化電池的工作狀態(tài)，減少能量損耗，提高能量轉(zhuǎn)換效率[3]。同時(shí)，BMS還可以實(shí)現(xiàn)電池組中各個(gè)單體電池的均衡管理，確保電池組中每個(gè)單體電池的充放電狀態(tài)一致，避免因電池不平衡而加速電池老化。

2.2 電機(jī)控制系統(tǒng)

電機(jī)控制系統(tǒng)直接影響著汽車(chē)的動(dòng)力性能、能效比和駕駛體驗(yàn)。其核心在于能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的精確控制，包括啟動(dòng)、加速、巡航、減速和停止等各個(gè)階段。通過(guò)對(duì)電動(dòng)機(jī)輸入電流和電壓的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，電機(jī)控制系統(tǒng)能夠根據(jù)駕駛需求和外部條件變化，提供平順且響應(yīng)迅速的動(dòng)力輸出。在起步和加速過(guò)程中，控制系統(tǒng)會(huì)增加電動(dòng)機(jī)的功率輸出，以確保足夠的動(dòng)力；而在巡航階段，則調(diào)節(jié)至最佳工作點(diǎn)以提高能效比；在制動(dòng)或下坡時(shí)，則通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)進(jìn)入能量回收模式，將動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能存儲(chǔ)于電池中，提高整車(chē)的能量利用效率，電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)基本組成如圖3所示。因此，新能源汽車(chē)電機(jī)應(yīng)具備以下要求：

（1）高電壓。在允許的范圍內(nèi)，盡可能采用高電壓，可以減小電動(dòng)機(jī)的尺寸和導(dǎo)線(xiàn)等裝備的尺寸，特別是可以降低逆變器的成本；

（2）轉(zhuǎn)速高。電動(dòng)汽車(chē)所采用的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以達(dá)到 8000-12000r/min，高轉(zhuǎn)速電動(dòng)機(jī)的體積較小，質(zhì)量較輕，有利于降低裝車(chē)的裝備質(zhì)量；

（3）電動(dòng)機(jī)應(yīng)具有較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和較大范圍的調(diào)速性能，以滿(mǎn)足啟動(dòng)、加速、行駛、減速、制動(dòng)所需的功率與轉(zhuǎn)矩。能夠?qū)崿F(xiàn)快速充電；

（4）電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)需要有4-5倍的過(guò)載，以滿(mǎn)足短時(shí)加速行駛與最大爬坡度的要求；

（5）電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)應(yīng)具有高的可控性、穩(wěn)態(tài)精度、動(dòng)態(tài)性能，以滿(mǎn)足多部電動(dòng)機(jī)協(xié)調(diào)運(yùn)行，而工業(yè)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)只要求滿(mǎn)足某一種特定的性能；

（6）電動(dòng)機(jī)應(yīng)具有高效率、低損耗，并在車(chē)輛減速時(shí)，可進(jìn)行制動(dòng)能量回收；

（7）電氣系統(tǒng)安全性和控制系統(tǒng)的安全性應(yīng)達(dá)到有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定。

電動(dòng)機(jī)在高負(fù)荷工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量熱量，若不及時(shí)有效地進(jìn)行散熱行為，將影響電機(jī)的性能和壽命。而電機(jī)控制系統(tǒng)通常與電機(jī)的冷卻系統(tǒng)緊密配合，通過(guò)監(jiān)測(cè)電機(jī)溫度并調(diào)節(jié)冷卻系統(tǒng)的工作狀態(tài)，確保電機(jī)在最佳溫度范圍內(nèi)運(yùn)行，從而保障電機(jī)的可靠性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

2.3 車(chē)載信息系統(tǒng)

從駕駛輔助和安全性的角度來(lái)看，車(chē)載信息系統(tǒng)通過(guò)集成的傳感器、攝像頭和雷達(dá)等設(shè)備，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)車(chē)輛的周?chē)h(huán)境，為駕駛員提供實(shí)時(shí)的交通信息、路況警告以及自動(dòng)緊急制動(dòng)、車(chē)道保持輔助等功能，其提升了駕駛的便利性，更重要的是提高了行車(chē)的安全性。如ADAS（高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)）通過(guò) OTA 持續(xù)升級(jí)，優(yōu)化不在法律法規(guī)范圍內(nèi)行人/車(chē)輛表現(xiàn)、新增商用車(chē)車(chē)型及新交通標(biāo)志的感知識(shí)別、優(yōu)化功能控制邏輯及增加新的自動(dòng)駕駛特性等，可以在識(shí)別到潛在碰撞風(fēng)險(xiǎn)時(shí)自動(dòng)采取措施，減少事故的發(fā)生。從用戶(hù)體驗(yàn)的角度來(lái)看，車(chē)載信息系統(tǒng)通過(guò)先進(jìn)的人機(jī)交互界面，如觸摸屏、語(yǔ)音控制和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）顯示等，提供了豐富的娛樂(lè)和信息服務(wù)。駕駛員和乘客可以通過(guò)車(chē)載系統(tǒng)訪(fǎng)問(wèn)音樂(lè)、視頻、導(dǎo)航和在線(xiàn)服務(wù)等內(nèi)容，使長(zhǎng)途駕駛變得更加輕松愉快[4]。

3 結(jié)論

本研究對(duì)新能源汽車(chē)電子控制系統(tǒng)的關(guān)鍵性技術(shù)進(jìn)行了深入探討，重點(diǎn)分析了電池管理系統(tǒng)（BMS）、電機(jī)控制系統(tǒng)和車(chē)載信息系統(tǒng)這三個(gè)核心組成部分，以及它們對(duì)新能源汽車(chē)性能的顯著影響。電池管理系統(tǒng)的高效運(yùn)作是確保電池安全性和延長(zhǎng)使用壽命的關(guān)鍵，而電機(jī)控制系統(tǒng)的精確調(diào)節(jié)則直接影響著車(chē)輛的動(dòng)力性能和能效。車(chē)載信息系統(tǒng)的發(fā)展豐富了駕駛體驗(yàn)，也為新能源汽車(chē)的智能化和網(wǎng)絡(luò)化提供了強(qiáng)有力的支持。綜上，新能源汽車(chē)電子控制系統(tǒng)的關(guān)鍵性技術(shù)研究對(duì)于推動(dòng)新能源汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展具有重要意義。未來(lái)研究應(yīng)更加關(guān)注系統(tǒng)的集成性和智能化，深化對(duì)新能源汽車(chē)電子控制技術(shù)的理解，不斷探索創(chuàng)新的解決方案，以應(yīng)對(duì)日益復(fù)雜的市場(chǎng)需求和技術(shù)挑戰(zhàn)。

基金項(xiàng)目：2022年校級(jí)一流本科專(zhuān)業(yè)點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目“電氣工程及其自動(dòng)化校級(jí)一流本科專(zhuān)業(yè)建設(shè)點(diǎn)”（編號(hào)：鄭工教[2022]4號(hào)）；河南省教育廳2023年度大學(xué)生校外實(shí)踐教育基地?cái)M立項(xiàng)建設(shè)項(xiàng)目“鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院新工科（電氣工程及其自動(dòng)化）大學(xué)生校外實(shí)踐教育基地”（編號(hào)：教辦高〔2023〕309號(hào)）；2020年度河南省高等學(xué)校優(yōu)秀基層教學(xué)組織建設(shè)項(xiàng)目“鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院電氣工程教研室”（編號(hào)：教辦高〔2020〕101號(hào)）。

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