纯电动汽车控制策略-纯电动汽车构造与维修

纯电动汽车需要在满足驾驶员意图，汽车的动力性、平顺性和其他基本技术性能以及成本控制等要求的前提下选择合适的控制策略。针对各部件的特性及汽车的运行工况，控制策略要实现能量在驱动电机、动力电池之间合理而有效的分配使整车系统效率达到最高，获得整车最大的经济性以及平稳的驾驶性能。纯电动汽车动力系统中主要由驱动电机、机械减速装置、动力电池等构成。整车控制系统要有一个性能优越、安全可靠的整车控制策略，从各个环节上合理控制车辆的运行状态、能源分配和协调功能，以充分协调和发挥各部分的优势，使汽车整体获得最佳运行状态。纯电动汽车整车控制策略主要包括：

（1）汽车驱动控制。

根据司机的驾驶要求、车辆状态、道路及环境状况，经分析和处理，向电机控制器发出相应指令，满足驾驶要求。

（2）制动能量回馈控制。

根据制动踏板和加速踏板信息、车辆行驶状态信息、蓄电池状态信息，计算再生制动力矩，向电机控制器发出指令。

（3）整车能量优化管理。

通过对车载电源系统的管理，提高整车能量利用效率，延长纯电动汽车的续驶里程。

（4）车辆状态显示。

对车辆某些信号进行采集和转换，由主控制器通过综合数字仪表显示出来。

（5）故障检测处理及诊断。

整车控制系统的整车控制器连续监视动力系统，进行故障诊断，如发生故障应及时进行相应安全保护处理。

（一）汽车驱动控制

纯电动汽车驱动控制需要实时考虑行驶工况，电池SOC值等影响因素，根据规则将转矩合理地分配给驱动电机。同时限定驱动电机的工作区域和SOC值的范围，确保动力电机和动力电池能够长时间保持高效的状态。若出现问题，系统可根据预先设定的规则对纯电动车辆系统的工作模式进行判断和选择。最终，在整车控制器与电机控制器中形成一个实时控制的闭环系统。这样既能保证驾驶员驾驶意图能够得到充分满足，也能够对车辆状态进行控制，保证驾乘的安全性和舒适性。整车驱动控制策略的核心是根据驾驶员动作分析其驾驶意图，并综合考虑动力系统状态，计算驾驶员对电机的期望转矩，然后向电机驱动系统发出指令，使纯电动轿车的行驶状态尽可能快速、准确地达到工况要求和满足驾驶员的驾驶目的，流程如图4-18所示。

图4-18　汽车驱动转矩控制流程(www.xing528.com)

（二）制动能量回馈控制

制动能量回馈是电动汽车的标志性功能。制动能量回馈控制的原则是在最大限度提高能量回馈效率的同时，确保电制动与机械制动的协调控制，以保证汽车制动力的要求。考虑纯电动汽车机械制动系统不可调整，而且只有制动踏板开关传感器，实施了纯软件的轻度制动能量回馈控制策略。制动踏板踩下时，回馈制动功能激活，回馈制动转矩与车速的函数关系如图4-19所示。

图4-19　回馈制动转矩控制示意图

在车速很低的爬行区，回馈能量与回馈路径能量损耗基本相抵，回馈效率很低且会明显影响驾驶员制动感觉，故不进行制动能量回馈。在低速区，电机具有一定转速，施以较低制动转矩，尽量回收制动能量。中速区电机有较高转速，会产生较高的制动转矩，可以最大限度地进行能量回收。高速区时车辆惯性动能很高，可以施加较高制动转矩而不影响驾驶员制动感觉，在动力电池可接受的情况下进行能量回收。

纯电动汽车制动时，要根据制动踏板位置、动力电池剩余电量、制动时车速以及制动防抱死是否处于工作状态来控制再生制动系统的工作。能量回收时，制动能量回收系统可以承受最大回馈电流，并计算再生制动转矩、修正制动力矩，最后发送相应的制动力矩信号。为了保护动力蓄电池，回馈电流不能超过蓄电池最大充电电流，SOC过高时取消电机再生制动，因为很容易导致电池电压过高而且电池充电难度也增加。同时，ABS功能启动时，必须取消电机再生制动，如图4-20所示。

图4-20　制动控制流程

（三）整车能量优化管理

纯电动汽车整车能量的唯一来源为动力电池，通过BMS有序管理，VCU通过总线与BMS通信。BMS能够向VCU上报剩余电量信息、动力电池总电压和总电流、动力电池温度信息、动力电池输出继电器状态等。VCU根据汽车控制策略以及来自总线上的动力电池状态和驱动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。与传统燃油车相比，电动汽车能够实现制动能量回馈功能。当整车处于减速滑行或制动状态时，VCU控制汽车产生再生制动力矩，使驱动电机发电，并将驱动电机发出的电能回充到动力电池中，以实现有效的制动能量回收。

（四）车辆状态显示

纯电动汽车的整车控制系统的整车控制器对汽车的状态信息进行采集和处理，将重要的状态和故障信息发送给仪表进行显示，其显示的主要内容有：车速信息、电机转速、电池剩余电量、电机故障信息以及电池故障信息等。

（五）故障检测处理及自诊断功能

故障处理及自诊断功能也是整车控制系统控制策略的重要组成部分，在整车控制系统整车控制器的代码中估计有60％以上的故障可以进行自诊断。

整车控制系统的故障主要分为传感器（加速踏板传感器）故障、继电器（空调继电器）故障以及CAN总线故障。依据故障的严重程度，将故障分等级进行处理，当发生任何一种故障，纯电动汽车就进入相应故障模式。为了维修人员能够快速、准确地确定故障的部位，电动汽车上整车控制系统一般采用基于通用的诊断协议的诊断服务功能进行故障自诊断，并存储相应的故障信息。