新能源汽車電子控制的關鍵性技術研究
對于新能源汽車而言,其動力效率、安全性、可靠性以及控制策略與其電子控制單元ECU的性能有關。因此,新能源汽車的發展,離不開對電氣控制單元的研究和探索。本文通過對新能源汽車電子控制的關鍵性技術進行研究。
在1970年代,全球石油危機爆發后,歐美跨國汽車公司就開始對新能源汽車進行了探索和研究。在國內,從“八五”開始到“十五”,三個五年之間對于新能源汽車也加大了研究和生產力度,然而卻沒能完全將科學研究成果轉化為實物,產業化項目數量極少。隨著能源危機的日益嚴峻,傳統的石化能源日益減少,環境污染問題嚴重,新能源的開發工作日益受到關注。新能源汽車以節能和減排為核心目標,具有高能源利用效率以及環保的特點,這也使其成為了汽車發展的一個新方向。對于新能源汽車而言,電子控制技術是其性能以及使用質量的關鍵因素,因此加大對汽車電子控制單元的研究,也是推動新能源汽車發展的一條有效途徑。
一、新能源汽車的發展在我國,新能源汽車的開發和探索深受國家政府關注。早在1995年國家便開始研究蓄電池新能源汽車,并經過探索,累積了大量的經驗,取得了不錯的成果。對于蓄電池新能源汽車的研究和開發,最早是由中國遠望集團以及清華大學等單位發起的。到了“十五”,國家將新能源汽車納入重大科技項目中,激勵了更多人對新能源汽車的研究。純新能源汽車開始生產,并得到了應用;混合動力汽車產品實現產業化;燃料電池汽車的發展具備國際水平。“十一五”的時候,由于國家政策的實施,新能源汽車發展加快。到了08年的5月份,“十城千輛”計劃提出后,新能源汽車開始進行生產和運行。
二、新能源汽車電子控制的關鍵性技術對于新能源汽車而言,電子控制單元的性能與汽車的安全性、可靠性、能源利用率以及控制策略等都有著密不可分的關系。由此可見,對于新能源汽車而言,電子控制單元的開發和研制具有十分重要的價值和意義。
對于新能源汽車而言,電子控制單位是其核心,在結構上主要包括了能源再生制動以及能源管理系統等一系列的子系統。每個子系統在結構上,主要包括了控制策略系統、電控系統、傳感器、信號處理系統、指示電路以及診斷電路等。對于不同新能源汽車而言,其電子控制單元存在差異性,然而整體上,其電子控制單元的主要構件還是包括了幾個核心元件,即能源再生制動系統、電機控制系統、動力總控系統、電動助力轉向系統以及能源管理系統。
對于能量管理系統而言,其主要構件包括了功率限制單元、充放電控制單元以及功率分配單元等。在原理上,主要對電子控制單元中數據采集電路收集的電池狀態信息等進行處理,從而生成相關的指令,并將其發送至功能模塊。能量管理系統的主要作用是對汽車蓄電池的工作進行維持,使其處于最佳運行狀態。另外,其通過對各個子系統運行信息采集,對子系統的運行情況進行了監控,并結合實際情況對系統的充電進行控制,同時還能夠顯示剩余能量。由此可見,對于能量管理系統而言,其在數據采集模塊上要求具備較好的可靠性和安全性,從而實現電池的無損充電和充放電監控,有利于保證電池的正常運行。
對于傳統的汽車制動,主要通過摩擦降低汽車動能,從而控制汽車的速度,結合能量守恒定律,降低的動能主要轉化為熱能。汽車的制動主要利用牽引電機到發電機的轉化,實現對電機的拖動,實現對汽車速度的控制,降低的動能主要轉化為電能進行儲存。在新能源汽車的開發過程中,再生制動能源回饋系統是開發內容之一,其研究需要結合汽車的動力學、電機特點以及電池安全性等因素。
在電機驅動控制系統上,主要構件包括了電機、數字控制器、傳感器以及電力電子變流器等。新能源汽車的電機驅動系統中,目前主要采用開關磁阻電機、感應電機以及永磁同步電機。在控制原理上,主要包括了電樞電壓控制法、直流電機勵磁控制法等。
對于電動助力轉向系統而言,結構上主要包括了電機、傳感器以及電控單元等。電動助力轉向系統電控單位通過對轉向盤的相關指標進行檢測,包括力矩、轉動角度以及車速等,從而對電機運行方向以及電流進行調整,并對電機發送相關的指令。然后再結合減速器以及離合器對轉向系統補充動力,有利于助力轉向的控制。電機助力轉向系統在開發工作上以研制出低成本高性能的傳感器以及助理電機為主。
動力總成控制系統主要由動力總成控制單元、發動機電控單元、AMT控制器、電機控制器以及動力電池管理系統組成。通過明確電機的輸出功率比例,動力總成控制系統能夠使汽車性能持續處于最佳狀態。
電子控制單元系統的核心主要為工業處理器硬件平臺,其具有高性能性,包括了中央處理器、DMA、高速CAN、IAVA/DSP指令加速器、A/D、以太網以及USB等,這些元件的共同結合,能夠加強對汽車的控制水平。軟件主要引進了開源的嵌入式LINUX實時多任務平臺系統。系統開發存在以下幾個任務:電磁兼容環境下的硬件設計;軟件選擇和內核裁減改善;再生制動能源回饋系統的設計;系統通信;自動控制巡航技術的設計。
三、結束語新能源汽車具有高能源利用率以及環保節能的特點,因此深受世界各國的關注。在新能源汽車的開發上,電子控制單元是其重要核心內容,其性能好壞與汽車的質量和功能存在直接關系,因此在開發工作中還需要加大對電子控制關鍵技術的研究。
責任編輯:仁德財
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