通用版新能源汽車(chē)概論（上海交大）新能源汽車(chē)概論項(xiàng)目4 整車(chē)控制系統(tǒng)及汽車(chē)輕量化技術(shù)說(shuō)課課件ppt

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項(xiàng)目四整車(chē)控制系統(tǒng)及汽車(chē)輕量化技術(shù)
VCU是純電動(dòng)汽車(chē)的“大腦”，它通過(guò)通信和控制線路構(gòu)成了整車(chē)的“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”——整車(chē)控制系統(tǒng)，可用于整車(chē)信息的采集、處理和傳遞，實(shí)現(xiàn)對(duì)整車(chē)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、安全性、舒適性等性能的綜合控制，從而使車(chē)輛擁有良好的操作性和可靠性。 相比于傳統(tǒng)燃油汽車(chē)，純電動(dòng)汽車(chē)普遍偏重，純電動(dòng)汽車(chē)要在市場(chǎng)上替代部分傳統(tǒng)燃油汽車(chē)，就要在承載能力和續(xù)駛里程上更有優(yōu)勢(shì)，因此必須在輕量化方面取得突破。
（1）掌握整車(chē)控制策略。（2）掌握整車(chē)控制系統(tǒng)的組成和基本功能。（3）了解汽車(chē)輕量化技術(shù)的發(fā)展背景。（4）掌握汽車(chē)輕量化的實(shí)現(xiàn)途徑。（5）了解輕量化技術(shù)的發(fā)展前景。
（1）能夠識(shí)別整車(chē)控制系統(tǒng)的各組成部分。（2）能夠分析汽車(chē)輕量化技術(shù)的應(yīng)用情況。
（1）培養(yǎng)知難而進(jìn)、勇于探索的創(chuàng)新精神。（2）培育崇尚技藝、求實(shí)創(chuàng)新的職業(yè)品質(zhì)。（3）樹(shù)立科技成才、技能報(bào)國(guó)的人生理想。
整車(chē)控制系統(tǒng)及汽車(chē)輕量化技術(shù)
整車(chē)控制系統(tǒng)作為純電動(dòng)汽車(chē)的中央控制單元，是整車(chē)電氣系統(tǒng)的核心?？梢哉f(shuō)，整車(chē)控制系統(tǒng)性能的好壞直接決定了純電動(dòng)汽車(chē)的整車(chē)性能。 本任務(wù)要求學(xué)生從整車(chē)控制策略、整車(chē)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和基本功能等方面認(rèn)識(shí)整車(chē)控制系統(tǒng)，知識(shí)與技能要求如表所示。
純電動(dòng)汽車(chē)需要根據(jù)駕駛員的意圖，在滿足整車(chē)動(dòng)力性、舒適性、安全性、經(jīng)濟(jì)性的前提下實(shí)現(xiàn)各種行駛功能。因此，純電動(dòng)汽車(chē)必須具有智能化的人車(chē)交互平臺(tái)，各系統(tǒng)之間也要相互協(xié)作、優(yōu)化匹配，這些任務(wù)都是由整車(chē)控制系統(tǒng)完成的。
為保證車(chē)輛的動(dòng)力性、平順性和其他基本性能，整車(chē)控制系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)駕駛員的駕駛意圖選擇合適的整車(chē)控制策略。針對(duì)純電動(dòng)汽車(chē)的特性及車(chē)輛的行駛工況，整車(chē)控制策略應(yīng)能保證能量在驅(qū)動(dòng)電機(jī)、動(dòng)力蓄電池之間被合理而有效地分配，使整車(chē)效率達(dá)到最高，以降低車(chē)輛的能量消耗，提高車(chē)輛的續(xù)駛里程，從而使車(chē)輛具有良好的經(jīng)濟(jì)性及平穩(wěn)的駕駛性能。
任務(wù)4.1 認(rèn)識(shí)整車(chē)控制系統(tǒng)
4.1.1 整車(chē)控制策略
具體而言，整車(chē)控制系統(tǒng)應(yīng)實(shí)時(shí)監(jiān)控車(chē)輛行駛工況、動(dòng)力蓄電池SOC等的狀態(tài)信息，根據(jù)整車(chē)控制策略向各控制單元發(fā)出各種控制指令，合理分配動(dòng)力蓄電池的電能，調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，同時(shí)限定動(dòng)力蓄電池SOC的范圍和驅(qū)動(dòng)電機(jī)的工作區(qū)域，確保動(dòng)力蓄電池和驅(qū)動(dòng)電機(jī)能夠長(zhǎng)時(shí)間保持高效的運(yùn)行狀態(tài)。若出現(xiàn)異常，整車(chē)控制系統(tǒng)可根據(jù)預(yù)先設(shè)定的控制策略，選擇相應(yīng)的工作模式。最終，整車(chē)控制系統(tǒng)與各控制單元組成一個(gè)實(shí)時(shí)通信的閉環(huán)控制網(wǎng)絡(luò)。如此，整車(chē)控制系統(tǒng)既能使駕駛員的駕駛意圖得到充分滿足，又能對(duì)車(chē)輛的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行控制，使車(chē)輛的安全性和舒適性都得到保證。
整車(chē)控制系統(tǒng)通常采用分層控制架構(gòu)： VCU為第一層，負(fù)責(zé)總體控制，協(xié)調(diào)各控制單元的工作及信息處理； 其他控制單元為第二層，包括 MCU、BMS、車(chē)載充電機(jī)、DC/DC變換器、儀表控制器、空調(diào)控制器、轉(zhuǎn)向控制器、制動(dòng)控制器等。VCU及各控制單元的輸入信號(hào)由相應(yīng)的傳感器負(fù)責(zé)采集。
如圖所示為整車(chē)控制系統(tǒng)的控制策略。VCU與各控制單元之間通過(guò)CAN總線進(jìn)行信息交互，協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)整車(chē)控制功能。整車(chē)控制系統(tǒng)利用傳感器采集加速踏板位置、制動(dòng)踏板位置、擋位開(kāi)關(guān)等信息，接收MCU、BMS等通過(guò)CAN總線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息，對(duì)接收到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析判斷，由此獲取駕駛員的駕駛意圖和車(chē)輛行駛狀態(tài)，最后利用CAN總線發(fā)出指令，控制各控制單元的工作。
整車(chē)控制系統(tǒng)的控制策略
4.1.2 整車(chē)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)
整車(chē)控制系統(tǒng)一般由各種傳感器、VCU、CAN總線，以及掛接在CAN總線上的MCU、BMS、車(chē)載充電機(jī)及其他控制單元組成。VCU是整車(chē)控制系統(tǒng)的核心，下面主要介紹其基本結(jié)構(gòu)，如圖所示。
電源模塊：可為微處理器及各輸入、輸出模塊提供隔離電源，并對(duì)電源電壓進(jìn)行監(jiān)控，其一端與低壓蓄電池相連，另一端與微控制器相連。 微控制器：用于接收各輸入模塊傳輸?shù)臄?shù)據(jù)并對(duì)其進(jìn)行運(yùn)算，根據(jù)運(yùn)算結(jié)果向相應(yīng)的輸出模塊發(fā)送控制指令。
模擬量調(diào)節(jié)模塊：分為模擬量輸入模塊和模擬量輸出模塊兩部分，可采集0～5 V模擬信號(hào)，并可輸出模擬信號(hào)，其一端與多個(gè)傳感器相連，另一端與微控制器相連。開(kāi)關(guān)量調(diào)節(jié)模塊：用于對(duì)輸入的開(kāi)關(guān)量進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換和整形，其一端與多個(gè)開(kāi)關(guān)量傳感器相連，另一端與微控制器相連。
繼電器驅(qū)動(dòng)模塊：用于驅(qū)動(dòng)多個(gè)繼電器，其一端通過(guò)光電隔離裝置與微控制器相連，另一端與多個(gè)繼電器相連。 高速CAN總線接口模塊：用于提供高速CAN總線接口，其一端通過(guò)光電隔離裝置與微控制器相連，另一端與高速CAN總線相連。低速CAN總線接口模塊：用于向儀表控制器提供車(chē)輛狀態(tài)參數(shù)和相關(guān)故障信息，其一端通過(guò)光電隔離裝置與微控制器相連，另一端與儀表控制器相連。
整車(chē)控制系統(tǒng)的基本功能包括駕駛員駕駛意圖解析、整車(chē)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與顯示、整車(chē)工作模式管理、整車(chē)驅(qū)動(dòng)控制、整車(chē)能量?jī)?yōu)化管理、整車(chē)通信網(wǎng)絡(luò)管理、制動(dòng)能量回收控制、故障診斷和處理、電動(dòng)化輔助系統(tǒng)管理、遠(yuǎn)程控制等。
4.1.3 整車(chē)控制系統(tǒng)的基本功能
1.駕駛員駕駛意圖解析 整車(chē)控制系統(tǒng)可根據(jù)加速踏板、制動(dòng)踏板的位置信號(hào)，解析駕駛員的駕駛意圖（如加速、減速、制動(dòng)等）。具體來(lái)說(shuō)，整車(chē)控制系統(tǒng)通過(guò)位置傳感器將駕駛員對(duì)加速踏板和制動(dòng)踏板的踩踏程度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，根據(jù)相關(guān)計(jì)算規(guī)則進(jìn)行分析計(jì)算，得出車(chē)輛所需的驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速和輸出轉(zhuǎn)矩，并將相應(yīng)的控制指令發(fā)送至MCU，通過(guò)調(diào)節(jié)MCU的輸出功率來(lái)調(diào)整驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和輸出轉(zhuǎn)矩。
4.1.3 整車(chē)控制系統(tǒng)的基本功能
對(duì)于純電動(dòng)汽車(chē)，駕駛員最簡(jiǎn)單的駕駛意圖是通過(guò)控制加速踏板的開(kāi)度得到期望的驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出功率。對(duì)此，整車(chē)控制系統(tǒng)通常以加速踏板的開(kāi)度平衡曲線為基準(zhǔn)，解析駕駛員的駕駛意圖。當(dāng)車(chē)輛在平直道路上勻速行駛時(shí)，車(chē)輛的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)點(diǎn)應(yīng)落在加速踏板的開(kāi)度平衡曲線上，如圖所示。
加速踏板的開(kāi)度平衡曲線
2．整車(chē)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與顯示 整車(chē)控制系統(tǒng)可通過(guò)相關(guān)傳感器和CAN總線對(duì)車(chē)輛的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并將車(chē)輛的狀態(tài)信息和故障診斷信息發(fā)送至車(chē)載信息顯示系統(tǒng)，通過(guò)組合儀表顯示出來(lái)。 組合儀表的顯示內(nèi)容包括車(chē)速，行駛里程，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、溫度，動(dòng)力蓄電池的SOC、續(xù)駛里程、電壓、電流，以及各系統(tǒng)的故障信息等。
3．整車(chē)工作模式管理 整車(chē)控制系統(tǒng)可根據(jù)各種狀態(tài)信息（如啟動(dòng)開(kāi)關(guān)信號(hào)、充電信號(hào)、加速/制動(dòng)踏板位置信號(hào)、當(dāng)前車(chē)速、車(chē)輛故障信息等）來(lái)判斷車(chē)輛所需的工作模式，如圖所示。車(chē)輛常用的工作模式如下。
整車(chē)工作模式管理示意圖
1）自檢模式 如果在下電狀態(tài)下將車(chē)輛的啟動(dòng)開(kāi)關(guān)置于ON擋，則啟動(dòng)自檢模式，閉合主繼電器，同時(shí)整車(chē)控制系統(tǒng)上電并進(jìn)行自檢。如果自檢失敗則進(jìn)入故障模式，對(duì)于較嚴(yán)重的故障，為保證安全，整車(chē)控制系統(tǒng)將斷開(kāi)主繼電器，進(jìn)入下電模式；如果自檢通過(guò)則等待啟動(dòng)信號(hào)，以進(jìn)入啟動(dòng)模式。
2）啟動(dòng)模式 整車(chē)控制系統(tǒng)在上電后將喚醒CAN網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點(diǎn)（即各控制單元）開(kāi)始工作。當(dāng)整車(chē)所有設(shè)備都正常啟動(dòng)后，系統(tǒng)進(jìn)入READY狀態(tài)，指示駕駛員可以進(jìn)行正常進(jìn)行駕駛操作。 具體來(lái)講，如果將車(chē)輛的啟動(dòng)開(kāi)關(guān)置于START擋，擋位置于P擋，同時(shí)車(chē)輛自檢通過(guò)，沒(méi)有禁止啟動(dòng)的故障信息，則車(chē)輛啟動(dòng)高壓上電程序，同時(shí)整車(chē)控制系統(tǒng)向MCU、DC/DC變換器及空調(diào)控制器發(fā)送高壓上電請(qǐng)求指令；MCU、DC/DC變換器及空調(diào)控制器開(kāi)始高壓自檢，若沒(méi)有檢測(cè)到高壓故障，則將信息反饋給整車(chē)控制系統(tǒng)，準(zhǔn)許高壓上電，整車(chē)控制系統(tǒng)通過(guò)對(duì)高壓預(yù)充電裝置及主繼電器的控制，實(shí)現(xiàn)高壓上電；高壓上電結(jié)束后，組合儀表上對(duì)應(yīng)的READY指示燈點(diǎn)亮，啟動(dòng)模式完成。
任務(wù)4.1 整車(chē)控制及輕量化技術(shù)
3）起步模式 如圖所示，當(dāng)車(chē)輛由靜止?fàn)顟B(tài)開(kāi)始起步時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩以某一個(gè)可標(biāo)定的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩（Tst）為目標(biāo)值，使車(chē)速在v < v1時(shí)以固定斜率線性上升，以克服車(chē)輛的靜摩擦力；當(dāng)車(chē)速v > v2時(shí)，整車(chē)控制系統(tǒng)通過(guò)控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出功率，將車(chē)速控制在一個(gè)合理的速度范圍內(nèi)，并對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩進(jìn)行平滑處理，從而實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)起步。
4）行駛模式 行駛模式主要根據(jù)加速踏板的位置及車(chē)輛的行駛狀態(tài)，實(shí)時(shí)控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)按駕駛員的駕駛意圖控制車(chē)輛運(yùn)行的目的。行駛模式的控制方式分為恒轉(zhuǎn)矩控制和恒功率控制兩種，如圖所示。
當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出功率沒(méi)有達(dá)到期望功率時(shí)，整車(chē)控制系統(tǒng)采用恒轉(zhuǎn)矩控制。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出功率達(dá)到期望功率后，整車(chē)控制系統(tǒng)采用恒功率控制，此時(shí)的輸出轉(zhuǎn)矩 ，隨轉(zhuǎn)速n的增大而減小。 整車(chē)控制系統(tǒng)可采集駕駛員的控制指令（如擋位信號(hào)、加速踏板位置信號(hào)、車(chē)輛運(yùn)行模式等）和車(chē)輛狀態(tài)信息，根據(jù)駕駛員的不同需要，可以使車(chē)輛實(shí)現(xiàn)蠕行、前進(jìn)、后退、巡航等行駛功能。
5）制動(dòng)模式 當(dāng)車(chē)輛處于制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，整車(chē)控制系統(tǒng)通過(guò)采集車(chē)輛的狀態(tài)信息及制動(dòng)踏板位置信號(hào)，推算車(chē)輛所需的制動(dòng)力矩，并通過(guò)制動(dòng)控制器實(shí)現(xiàn)制動(dòng)力矩的調(diào)節(jié)。
6）再生模式 再生模式是在特定工況下控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)對(duì)動(dòng)力蓄電池充電，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)能量回收。再生模式根據(jù)制動(dòng)踏板狀態(tài)的不同分為滑行再生和制動(dòng)再生兩種情況，如圖所示。 滑行再生和制動(dòng)再生均采取恒轉(zhuǎn)矩發(fā)電，滑行再生轉(zhuǎn)矩為T(mén)1，制動(dòng)再生轉(zhuǎn)矩為T(mén)2。當(dāng)車(chē)速v大于v1但小于v2時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的再生轉(zhuǎn)矩按比例逐漸減?。划?dāng)車(chē)速v小于v1時(shí)停止再生發(fā)電。驅(qū)動(dòng)電機(jī)的再生轉(zhuǎn)矩取決于當(dāng)前車(chē)速及驅(qū)動(dòng)電機(jī)的發(fā)電能力。
與傳統(tǒng)燃油汽車(chē)相比，純電動(dòng)汽車(chē)可以在滑行制動(dòng)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)能量回收。此時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)將由電動(dòng)機(jī)模式轉(zhuǎn)換為發(fā)電機(jī)模式對(duì)動(dòng)力蓄電池充電
7）停車(chē)模式 停車(chē)模式是整車(chē)運(yùn)行過(guò)程中無(wú)故障出現(xiàn)，駕駛員正常關(guān)閉啟動(dòng)開(kāi)關(guān)（OFF擋）時(shí)所采用的模式。在此模式中，整車(chē)控制系統(tǒng)控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)和動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)下高壓電，然后控制各附件設(shè)備關(guān)閉，完成整車(chē)下電過(guò)程。
8）故障模式 整車(chē)故障主要來(lái)自VCU、BMS、MCU、空調(diào)控制器等控制模塊，驅(qū)動(dòng)電機(jī)、車(chē)載充電機(jī)、DC/DC變換器、電動(dòng)壓縮機(jī)等執(zhí)行設(shè)備，或者加速踏板位置傳感器等輸入設(shè)備。整車(chē)故障一般分為三級(jí)，通常定義一級(jí)故障為嚴(yán)重故障，二級(jí)故障為一般故障，三級(jí)故障為輕微故障。其中，三級(jí)故障不影響車(chē)輛正常行使；當(dāng)出現(xiàn)二級(jí)故障時(shí)，車(chē)輛進(jìn)入跛行模式，限制驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出功率；當(dāng)出現(xiàn)一級(jí)故障時(shí)，整車(chē)進(jìn)入緊急停止工作狀態(tài)。
9）充電模式 充電時(shí)，插上充電槍?zhuān)潆娤到y(tǒng)開(kāi)始工作，整車(chē)控制系統(tǒng)被喚醒并上電。在檢測(cè)到充電連接信號(hào)后，整車(chē)控制系統(tǒng)監(jiān)控車(chē)輛當(dāng)前狀態(tài)，若允許充電則啟動(dòng)BMS，并啟動(dòng)充電電路對(duì)動(dòng)力蓄電池充電。在充電過(guò)程中，整車(chē)控制系統(tǒng)持續(xù)監(jiān)測(cè)BMS及充電系統(tǒng)的狀態(tài)信息，并通過(guò)組合儀表顯示充電狀態(tài)、SOC等信息。若出現(xiàn)充電故障，整車(chē)控制系統(tǒng)會(huì)及時(shí)切斷主繼電器，以中斷充電過(guò)程，防止發(fā)生危險(xiǎn)事故。
10）下電模式 如果啟動(dòng)開(kāi)關(guān)位于OFF擋，則啟動(dòng)下電模式。整車(chē)控制系統(tǒng)根據(jù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)等高壓系統(tǒng)的準(zhǔn)許下高壓電的信號(hào)，來(lái)斷開(kāi)主繼電器；同時(shí)根據(jù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)的溫度來(lái)確定冷卻系統(tǒng)是否要延遲下電，從而直接或延遲關(guān)閉冷卻系統(tǒng)，完成整車(chē)下電。
4．整車(chē)驅(qū)動(dòng)控制 整車(chē)驅(qū)動(dòng)控制主要控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，并確定車(chē)輛的性能。整車(chē)驅(qū)動(dòng)控制的主要目的是基于制動(dòng)踏板位置信號(hào)、加速踏板位置信號(hào)、擋位信號(hào)等和當(dāng)前的車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)，核算出當(dāng)前車(chē)輛的轉(zhuǎn)矩輸出能力和最終實(shí)際輸出的合理轉(zhuǎn)矩，并通過(guò)MCU的功率調(diào)節(jié)，得到駕駛員預(yù)期的車(chē)速。
5．整車(chē)能量?jī)?yōu)化管理 整車(chē)能量?jī)?yōu)化管理最主要的工作是對(duì)動(dòng)力蓄電池電量進(jìn)行管理和整車(chē)能量流動(dòng)進(jìn)行控制。整車(chē)能量?jī)?yōu)化管理的目標(biāo)是使能量得到合理有效的利用，同時(shí)也應(yīng)保證動(dòng)力蓄電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)等設(shè)備的安全。在正常運(yùn)行期間，動(dòng)力蓄電池的電能通過(guò)MCU輸送給驅(qū)動(dòng)電機(jī)，使驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行。車(chē)輛在減速、制動(dòng)期間不需要?jiǎng)恿π铍姵毓╇姡⑼ㄟ^(guò)驅(qū)動(dòng)電機(jī)產(chǎn)生再生電能對(duì)動(dòng)力蓄電池充電，從而有效提升車(chē)輛的續(xù)駛里程。
5．整車(chē)能量?jī)?yōu)化管理 整車(chē)控制系統(tǒng)可通過(guò)控制相關(guān)設(shè)備來(lái)對(duì)車(chē)輛的能量進(jìn)行優(yōu)化管理，從而提高車(chē)輛的續(xù)駛里程。例如，當(dāng)動(dòng)力蓄電池電量較低時(shí)，整車(chē)控制系統(tǒng)會(huì)發(fā)送控制指令，關(guān)閉部分輔助設(shè)備（如音響、空調(diào)等），將電能優(yōu)先供給車(chē)輛行駛使用并保證車(chē)輛的安全。
6．整車(chē)通信網(wǎng)絡(luò)管理 整車(chē)控制系統(tǒng)可對(duì)整車(chē)通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理，并通過(guò)CAN總線協(xié)調(diào)BMS、驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)之間的通信，具體包括信息的組織與傳輸、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的管理、信息優(yōu)先權(quán)的動(dòng)態(tài)分配、網(wǎng)絡(luò)故障診斷與處理等。
7．制動(dòng)能量回收控制 整車(chē)控制系統(tǒng)可對(duì)車(chē)輛的行駛速度、駕駛員的制動(dòng)意圖和動(dòng)力蓄電池的狀態(tài)進(jìn)行綜合判斷，并控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)回收制動(dòng)能量。制動(dòng)能量回收的具體過(guò)程為：當(dāng)車(chē)輛達(dá)到制動(dòng)能量回收的條件時(shí)，整車(chē)控制系統(tǒng)向MCU發(fā)送指令，使驅(qū)動(dòng)電機(jī)在發(fā)電機(jī)模式下工作，將部分制動(dòng)能量轉(zhuǎn)換成電能儲(chǔ)存在動(dòng)力蓄電池中。
8．故障診斷和處理 整車(chē)控制系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)控整車(chē)電控系統(tǒng)，根據(jù)傳感器的輸入信息及CAN總線的通信信息，對(duì)各種故障進(jìn)行診斷、等級(jí)劃分、報(bào)警顯示、故障碼存儲(chǔ)等，并采取相應(yīng)的應(yīng)急處理措施。9．電動(dòng)化輔助系統(tǒng)管理 電動(dòng)化輔助系統(tǒng)包括空調(diào)系統(tǒng)、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、動(dòng)力蓄電池加熱系統(tǒng)等。整車(chē)控制系統(tǒng)將根據(jù)動(dòng)力蓄電池的狀態(tài)，對(duì)電動(dòng)化輔助系統(tǒng)進(jìn)行管理。
10．遠(yuǎn)程控制 整車(chē)控制系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的遠(yuǎn)程控制，包括遠(yuǎn)程信息查詢、遠(yuǎn)程充電控制、遠(yuǎn)程空調(diào)控制等。 例如，人們可以通過(guò)應(yīng)用程序?qū)崟r(shí)查詢整車(chē)狀態(tài)，如動(dòng)力蓄電池SOC、續(xù)駛里程、空調(diào)狀態(tài)、動(dòng)力蓄電池溫度等；人們可以在離車(chē)較遠(yuǎn)的情況下，提前打開(kāi)車(chē)內(nèi)空調(diào)，調(diào)節(jié)車(chē)內(nèi)溫度。另外，汽車(chē)廠商也可以通過(guò)遠(yuǎn)程控制功能收集車(chē)輛的故障信息，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程協(xié)助，并為后續(xù)開(kāi)發(fā)工作提供數(shù)據(jù)支持。
整車(chē)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)
整車(chē)控制系統(tǒng)的基本功能
（1）簡(jiǎn)述整車(chē)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。（2）純電動(dòng)汽車(chē)常用的工作模式有哪些？
僅能降低純電動(dòng)汽車(chē)的能耗，還會(huì)影響到未來(lái)汽車(chē)的設(shè)計(jì)理念，是汽車(chē)技術(shù)發(fā)展的主要推力。 本任務(wù)要求學(xué)生從汽車(chē)輕量化技術(shù)的發(fā)展背景、汽車(chē)輕量化的實(shí)現(xiàn)途徑、汽車(chē)輕量化技術(shù)的發(fā)展前景等方面認(rèn)識(shí)汽車(chē)輕量化技術(shù)，分析汽車(chē)輕量化技術(shù)的應(yīng)用情況，知識(shí)與技能要求如表所示。
續(xù)駛里程有限是純電動(dòng)汽車(chē)推廣和發(fā)展的較大障礙，而純電動(dòng)汽車(chē)自身的整備質(zhì)量是影響其續(xù)駛里程的重要因素。為了降低動(dòng)力蓄電池的投入成本，延長(zhǎng)續(xù)駛里程，純電動(dòng)汽車(chē)輕量化勢(shì)在必行。汽車(chē)輕量化技術(shù)的應(yīng)用不
汽車(chē)輕量化是指在滿足車(chē)輛使用要求、安全性和經(jīng)濟(jì)性的條件下，將結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)技術(shù)與多種輕量化材料、輕量化制造技術(shù)集成應(yīng)用，為整車(chē)減重。 對(duì)于傳統(tǒng)燃油汽車(chē)，可通過(guò)采用汽車(chē)輕量化技術(shù)減小車(chē)輛整備質(zhì)量，以此來(lái)降低油耗，達(dá)到節(jié)能減排的目的。純電動(dòng)汽車(chē)由于加入了動(dòng)力蓄電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電控“ 三電系統(tǒng)”，其整備質(zhì)量相較于同類(lèi)的傳統(tǒng)燃油汽車(chē)明顯增加，這嚴(yán)重影響了車(chē)輛的動(dòng)力性、安全性、續(xù)駛里程、零部件動(dòng)載荷和疲勞壽命等。研究表明，純電動(dòng)汽車(chē)整備質(zhì)量降低10%，可增加續(xù)駛里程5% ～10%，或者在保持續(xù)駛里程不變的情況下節(jié)約15% ～20%的動(dòng)力蓄電池生產(chǎn)成本，同時(shí)還能降低20%的日常損耗成本。因此，汽車(chē)輕量化技術(shù)同樣適用于純電動(dòng)汽車(chē)。
任務(wù)4.2 分析汽車(chē)輕量化技術(shù)
4.2.1 汽車(chē)輕量化技術(shù)的發(fā)展背景
《節(jié)能與新能源汽車(chē)技術(shù)路線圖2.0》確定了我國(guó)汽車(chē)技術(shù)重點(diǎn)發(fā)展方向，包括節(jié)能汽車(chē)、純電動(dòng)與插電式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)、燃料電池電動(dòng)汽車(chē)、智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)、動(dòng)力蓄電池、電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、充電基礎(chǔ)設(shè)施、輕量化、智能制造與關(guān)鍵裝備，如圖所示。
4.2.1 汽車(chē)輕量化技術(shù)的發(fā)展背景
我國(guó)汽車(chē)技術(shù)重點(diǎn)發(fā)展方向
作為節(jié)能汽車(chē)、純電動(dòng)與插電式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)、燃料電池電動(dòng)汽車(chē)和智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)的共性基礎(chǔ)技術(shù)之一，汽車(chē)輕量化技術(shù)可有效實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，是提升車(chē)輛加速性、制動(dòng)性、操控穩(wěn)定性等諸多性能的重要保障。與此同時(shí)，汽車(chē)輕量化技術(shù)的應(yīng)用將帶動(dòng)冶金、材料、裝備等上下游產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，推動(dòng)先進(jìn)材料、工藝技術(shù)的進(jìn)步。
在汽車(chē)輕量化技術(shù)領(lǐng)域，受到成形工藝與裝備水平的影響，目前我國(guó)汽車(chē)用冷成形高強(qiáng)度鋼材料（如屈服強(qiáng)度為1 200 MPa、1 500 Mpa的鋼制品）、薄壁化鑄造鋁合金材料、大尺寸擠壓鋁合金型材、先進(jìn)熱塑性碳纖維復(fù)合材料等在車(chē)身、底盤(pán)上尚難以大批量應(yīng)用。但隨著新能源汽車(chē)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈，汽車(chē)輕量化技術(shù)也不斷取得突破，已成為延長(zhǎng)汽車(chē)?yán)m(xù)駛里程、改善整車(chē)性能、提高產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵技術(shù)之一。
總的來(lái)說(shuō)，汽車(chē)輕量化主要體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)、材料和工藝技術(shù)三個(gè)方面。
4.2.2 汽車(chē)輕量化的實(shí)現(xiàn)途徑
結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計(jì)是前提
先進(jìn)的成形技術(shù)、連接技術(shù)等工藝技術(shù)是保障
1.結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計(jì) 整車(chē)結(jié)構(gòu)的輕量化是最容易實(shí)施也是成本最低的一種設(shè)計(jì)手段。車(chē)身、底盤(pán)、動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)、電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都可以大量運(yùn)用汽車(chē)輕量化技術(shù)。 因此，綜合考慮整車(chē)性能而進(jìn)行的多目標(biāo)優(yōu)化，是目前結(jié)構(gòu)輕量化研究的一大熱點(diǎn)。
1.結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計(jì) 例如，通過(guò)對(duì)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)的模塊化、集成化設(shè)計(jì)，可使整車(chē)結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化，有效減輕動(dòng)力總成、車(chē)載能源系統(tǒng)的質(zhì)量。又如，通過(guò)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化，對(duì)由動(dòng)力蓄電池、電池箱、BMS、車(chē)載充電機(jī)組成的車(chē)載能源系統(tǒng)進(jìn)行合理集成和分散處理，可實(shí)現(xiàn)整車(chē)的減重增效。
2021年9月，在深圳市坪山區(qū)比亞迪全球總部，e平臺(tái)3.0及基于此打造的全新概念車(chē)正式發(fā)布。此次發(fā)布會(huì)帶來(lái)了比亞迪八合一電動(dòng)力總成。八合一電動(dòng)力總成集成了驅(qū)動(dòng)電機(jī)、MCU、減速器、車(chē)載充電機(jī)、DC/DC變換器、高壓配電盒、VCU及BMS。 為什么要做八合一？為了減重。目前新能源汽車(chē)行業(yè)普遍能夠做到三合一或者四合一，僅三合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、三合一充配電系統(tǒng)，就可以實(shí)現(xiàn)整車(chē)減重40 kg，節(jié)省空間37 L。而比亞迪八合一電動(dòng)力總成帶來(lái)的減重和減小體積是非常明顯的，減重意味著降低能耗，而減小體積能夠帶來(lái)乘坐空間或者動(dòng)力蓄電池容量的提高。這套八合一電動(dòng)力總成的綜合效率超過(guò)89%。
2．輕量化材料的應(yīng)用 輕量化材料的應(yīng)用是汽車(chē)輕量化最基礎(chǔ)，也是最核心的手段。從技術(shù)路徑看，碳纖維復(fù)合材料、鋁鎂合金、先進(jìn)高強(qiáng)度鋼是目前各大汽車(chē)企業(yè)探索的主要方向。用這三種材料替代當(dāng)前的主流材料低碳鋼，可分別減重 60%、40%、25%。其中，碳纖維復(fù)合材料由于具有密度低、強(qiáng)度高、耐腐蝕、耐高溫等優(yōu)秀特性，被認(rèn)為是未來(lái)汽車(chē)材料的主要發(fā)展方向。但目前國(guó)內(nèi)車(chē)用碳纖維復(fù)合材料的研究剛剛起步，尚處于技術(shù)探索和積累階段，原材料成本高、加工效率低等問(wèn)題依然阻礙著碳纖維復(fù)合材料的推廣應(yīng)用。
3．先進(jìn)的成形技術(shù)和連接技術(shù) 先進(jìn)的成形技術(shù)保證了整車(chē)結(jié)構(gòu)的安全性，目前先進(jìn)的成形技術(shù)包括高強(qiáng)度鋼熱成形、內(nèi)高壓成形、激光拼焊和液壓成形等。 先進(jìn)的連接技術(shù)包括鉚接、黏結(jié)、焊接等。
《新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021—2035年）》提出，要強(qiáng)化整車(chē)集成技術(shù)創(chuàng)新，以純電動(dòng)汽車(chē)、插電式混合動(dòng)力（含增程式）電動(dòng)汽車(chē)、燃料電池電動(dòng)汽車(chē)為“ 三縱”，布局整車(chē)技術(shù)創(chuàng)新鏈，研發(fā)新一代模塊化高性能整車(chē)平臺(tái)，攻關(guān)純電動(dòng)汽車(chē)底盤(pán)一體化設(shè)計(jì)、多能源動(dòng)力系統(tǒng)集成技術(shù)，突破整車(chē)智能能量管理控制、輕量化、低摩阻等共性節(jié)能技術(shù)，提升電池管理、充電連接、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等安全技術(shù)水平，提高新能源汽車(chē)整車(chē)綜合性能。此外，還要提升產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)能力，提升基礎(chǔ)關(guān)鍵技術(shù)、先進(jìn)基礎(chǔ)工藝、基礎(chǔ)核心零部件、關(guān)鍵基礎(chǔ)材料等的研發(fā)能力。
4.2.3 汽車(chē)輕量化技術(shù)的發(fā)展前景
同時(shí)，實(shí)施新能源汽車(chē)基礎(chǔ)技術(shù)提升工程，支持基礎(chǔ)元器件、關(guān)鍵生產(chǎn)裝備、高端試驗(yàn)儀器、開(kāi)發(fā)工具、高性能自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備等基礎(chǔ)共性技術(shù)研發(fā)創(chuàng)新，攻關(guān)新能源汽車(chē)智能制造海量異構(gòu)數(shù)據(jù)組織分析、可重構(gòu)柔性制造系統(tǒng)集成控制等關(guān)鍵技術(shù)，開(kāi)展高性能鋁鎂合金、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、低成本稀土永磁材料等關(guān)鍵材料產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。 由此可見(jiàn)，未來(lái)我國(guó)汽車(chē)輕量化技術(shù)將在結(jié)構(gòu)、材料和工藝技術(shù)三個(gè)方面全面發(fā)展?！豆?jié)能與新能源汽車(chē)技術(shù)路線圖2.0》劃定了汽車(chē)輕量化技術(shù)路線圖。
4.2.3 汽車(chē)輕量化技術(shù)的發(fā)展前景
汽車(chē)輕量化技術(shù)路線圖中涵蓋了汽車(chē)輕量化設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)技術(shù)，輕量化材料及成形工藝技術(shù)、連接技術(shù)，共性基礎(chǔ)平臺(tái)建設(shè)，以及乘用車(chē)、載貨汽車(chē)、客車(chē)的輕量化實(shí)現(xiàn)路徑等內(nèi)容。將研究工作的重心由降低整車(chē)整備質(zhì)量轉(zhuǎn)向了降低輕量化系數(shù)，關(guān)注重點(diǎn)從單項(xiàng)技術(shù)發(fā)展和各類(lèi)材料應(yīng)用占比轉(zhuǎn)向了多材料混合應(yīng)用背景下我國(guó)自主汽車(chē)輕量化技術(shù)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用體系的構(gòu)建，提出了以強(qiáng)化支撐我國(guó)汽車(chē)輕量化發(fā)展的技術(shù)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用體系建設(shè)為主線、以推動(dòng)“多目標(biāo)設(shè)計(jì)+多材料混合應(yīng)用”為核心的發(fā)展思路。
圍繞未來(lái)節(jié)能汽車(chē)、新能源汽車(chē)和智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)的發(fā)展需求，結(jié)合自主品牌發(fā)展環(huán)境，汽車(chē)輕量化技術(shù)路線圖提出，近期以完善高強(qiáng)度鋼應(yīng)用體系為重點(diǎn)，中期以形成輕質(zhì)合金應(yīng)用體系為方向，遠(yuǎn)期以形成多材料混合應(yīng)用體系為目標(biāo)，并明確了各階段在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、高強(qiáng)度材料和輕質(zhì)材料應(yīng)用、相關(guān)成形技術(shù)和連接技術(shù)等方面需要重點(diǎn)突破的關(guān)鍵核心技術(shù)，以及共性基礎(chǔ)平臺(tái)建設(shè)方面需要開(kāi)展的工作。
汽車(chē)輕量化技術(shù)的發(fā)展前景
汽車(chē)輕量化技術(shù)的發(fā)展背景
（1）簡(jiǎn)述汽車(chē)輕量化的意義。（2）簡(jiǎn)述汽車(chē)輕量化的實(shí)現(xiàn)途徑。