纯电动汽车整车控制策略探讨

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来源：《山东工业技术》2016年第19期

        摘 要：环境问题的逐渐加剧，纯电动汽车因对环境影响较小而越来越受人们的欢迎。本文介绍了纯电动汽车的组成结构，并探讨分析了其整车控制策略。

        关键词：纯电动汽车；整车；控制

        DOI：10.160/j.cnki.37-1222/t.2016.19.035

        0 引言

        近年来，我国面临的环境危机与能源危机逐渐加重，纯电动汽车具有零污染和零排放的优点，因此，它的研发与推广已成为我国缓解环境与能源危机的重要方式。本文通过对纯电动汽车整车控制策略的分析讨论，使纯电动汽车达到最佳运行状态，对纯电动汽车的研究与开发能够有一定的帮助。

        1 纯电动汽车概述

        纯电动汽车主要由电力驱动系统、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）及仪表显示系统等组成，其中，电力驱动系统包括电子控制器、功率转换器等，能源管理系统包括能源及能量管理系统。电力驱动系统主要是为整车提供动力；整车控制器（VCU）是对挡位信号和踏板信号等进行采集，以及控制电池的放电及电机的运行；充电控制单元是为电池组充电；电源变换装置为整车提供能量来源；仪表显示系统则是将车辆的运行状况信息反映给驾驶者。

        2 纯电动汽车整车控制

        2.1 纯电动汽车整车控制器

        由整车控制器的结构框图可以看出，纯电动汽车的调度控制中心是整车控制器（即VCU），它将纯电动汽车的各部分系统联合起来，从而控制整车，使其协调运行。VCU（整车控制器）系统结构如图所示，主要包括四个模块，分别是开关量输入与输出、A/D采集模块、CAN通信模块以及电源电路模块。开关量输入与输出模块主要是接收钥匙信号、挡位信号、开关信号等以及控制风扇、水泵等继电器；A/D采集模块则是加速与制动踏板开度以及电池电压信号等；CAN通信模块主要负责与其他设备通信，将信号转至其他单元，与其通信的其他设备主要有电池管理系统、电机控制器，仪表显示等等；电源电路模块主要是为整车控制提供电源。

        2.2 整车驱动系统控制

        由电机和电机控制系统组成的纯电动车的整车驱动系统，与整车网络通信主要是通过CAN总线方式。

        （1）VCU根据A/D采集模块采集到的踏板开度信号和挡位信号，结合电池的基本信息，经过转矩计算，即可得到扭矩信息。通过 CAN 通信模块，将所得到的扭矩信息由VCU发送到 MCU，MCU 根据接收到的控制信号，执行相应的动作。（2）电机控制系统包括转矩控制方式和转速控制方式两种，而MCU的控制模式即是根据VCU 所发送的控制模式选择位来确定。在转速控制模式下，VCU所发送的为电机运转模式、运行方向以及输出转速值等信息；而在转矩控制模式下，与转速控制模式不同的是VCU所发送的信息是电机输出转矩值，其他信息则相同。（3）电机运转模式一般根据汽车的运行状况，分为发电和电动两种模式。发电模式下，实现的是制动能量的回馈，整车运行的状态是滑行或制动；而电动模式下，整车运行属于驱动状态，汽车处于行驶状态。（4）在电机控制系统运行过程中，MCU负责将整车的故障情况与状态信息上报给VCU，同时，MCU还可对出现的系统故障进行及时的处理。VCU会根据MCU上报的情况对整车的运行作出合理的控制与协调。另外，MCU上报给VCU的故障情况包括散热器过热、超载超速、直流侧电压故障等等；可上报的状态信息则有电机转矩、电机运行状态、风扇运行状态、水泵运行状态、电机运行电流与电压值、电机转速等等。

        2.3 整车工作模式控制

        （1）充电模式。当充电门被打开，VCU即触发上电。当VCU检测到充电连接信号时，立即启动BMS，BMS就会启动充电过程，并保持与充电机通信。然而，若充电过程发生故障，监测BMS运行的VCU即会中断其充电过程，从而预防危险事故的发生。（2）上电模式。

        当VCU被触发上电后，确保整车的所有设备都正常启动后，即系统自检、BMS继电器闭合，控制电池系统上电、以及控制电机预充电等过程均正常运行，系统即会进入READY状态，就可以正常操作。（3）行车模式。当整车系统正常上电后，其控制信号就会传送到VCU，VCU通过采集到的这些控制信号，根据系统的其他一些条件，来控制汽车的运行。（4）制动模式。纯电动汽车处于制动模式时，VCU会根据采集到的状态数据，来判断计算整车需要的扭矩。另外，纯电动汽车在制动模式下还可实现能量的回收利用，与传统燃油车相比，这是一个很大的进步。

        2.4 汽车状态的显示

        汽车状态的显示对驾驶员来说是不可或缺的，显示的内容主要包括车速信息、电机转速、电池剩余电量、电机故障信息及电池故障信息等，可使驾驶员随时了解汽车的情况，出现问题也可及时解决。

        2.5 整车能量优化控制

        整车能量优化控制主要包括以下几点：（1）VCU能够及时了解BMS反馈的剩余电量、电池的电压与电流及温度情况、电池输出继电器状态、电池组最大放电电流与回充电流及故障报警等信息。（2）VCU 根据汽车控制策略以及来自总线上的电池状态和电机状态信息以闭合或者断开 BMS 的总正/负继电器，完成高压回路的闭合和断开功能。（3）当纯电动汽车处于制动模式下，汽车在VCU的控制下产生再生制动扭矩，让电机发电，并且将电机发的电存储到蓄电池中，从而实现能量的回收利用。

        3 结语

        对纯电动汽车的整车控制研究即是对整车控制器的控制研究，在分析其控制策略时，应对开发的目的有清晰地认识，不但保证汽车的基本性能，而且可降低能源损耗，使其更加优化。

        参考文献：

        [1]窦国伟，刘奋，程浩，柯小军，寇攻红.纯电动轿车整车驱动控制策略开发实践[J].上海汽车，2010.

        [2]翟世欢，辛明华，于兰.纯电动汽车整车控制策略[J].汽车工程师，2014.

        [3]刘光宇，李睿，孙颖，王嵩.纯电动汽车整车控制策略研究[J]. 产业与科技论坛，2012.