电动汽车电控系统的关键性技术研究.doc

河南省科技攻关计划项目申 请 书项目名称： 纯电动汽车电子控制单元技术研究 项目领域： 农业 工业 社会发展申请单位（签章）： 协作单位： 推荐部门（签章）： 填报日期：2 年 月 日河南省科学技术厅制填 报 说 明 1根据河南省科技攻关计划管理办法规定，申报省科技攻关计划项目必须填报河南省科技攻关计划项目申请书。 2“项目申请书”经省直主管部门、省辖市（扩权县、市）科技主管部门、国家级或省级高新技术开发区管委会签署意见并盖章后一式五份报送。 3“项目申请书”的内容必须真实、所附材料齐全，要求项目研究、开发目标明确，内容重点突出，技术路线清晰，主要技术经济指标科学、合理，阶段目标和年度进展计划明确，经费预算合理。 4若项目申报者有协作单位，请填协作单位概况，且必须在“项目申请书”后附合作协议（合同）。5“项目申请书”中引用的名称、数据等内容均应标明出处，外文缩写应注明全称。6“项目申请书”中未列但需说明的内容可加附页，相关技术文献、证明文件等材料应作为附件一同上报，规格统一使用A4纸，打印文字采用4号宋体字。项目概况项目名称预期主要成果形式1、论文论著 2、研究报告 3、新产品或农业新品种 4、新设备 5、新材料 6、新工艺或方法 7、软件 9、其他经费合计（万元）申请拨款匹配银行贷款自筹其他申请单位概况单位名称单位性质 1、企业 2、科研院所 3、高等学校 9、其他企业登记注册类型 1、国有企业 2、集体企业 3、股份合作企业 4、联营企业 5、有限公司 6、股份有限公司 7、私营企业 8、港澳台投资企业 9、外商投资企业地 址所在省级产业集聚区联 系 人电话传真邮编职工总数技术人员中高级技术人员主要参加人员姓名性别出生年月学历从事专业职称（职务）协作单位概况单位名称 附合作协议（合同）单位性质 1、企业 2、科研院所 3、高等学校 9、其他企业登记注册类型 1、国有企业 2、集体企业 3、股份合作企业 4、联营企业 5、有限公司 6、股份有限公司 7、私营企业 8、港澳台投资企业 9、外商投资企业地 址所在省级产业集聚区联 系 人电话传真邮编职工总数技术人员中高级技术人员主要参加人员姓名性别出生年月学历从事专业职称（职务）项目主要研究、开发内容（不超过100个汉字）本项目是研究一种可操作性强、安全性高、适应范围广的电动汽车电气控制系统，该系统包括能量管理系统、再生制动控制系统、电机驱动控制系统、电动助力转向控制系统以及动力总成控制系统等申请项目的依据和意义（说明国家产业技术政策，国内外相关领域技术发展水平和趋势）上世纪70年代全球三次石油危机爆发后，各跨国汽车公司先后开始研发各种类型的电动汽车。我国经过“八五”、“九五”、“十五”三个五年计划，在研发电动汽车的专项上投入了大量的人力、物力和财力，并取得了一系列科研成果，但是,迄今为止，这些科研成果真正能转化为产品，并实现产业化生产的项目并不多。国外大汽车公司投入远比我国更多的资金和人力，已投入批量生产的电动汽车产品也寥寥无几。随着全球能源危机的不断加深，石油资源的日趋枯竭以及大气污染、全球气温上升的危害加剧，各国政府及汽车企业普遍认识到节能和减排是未来汽车技术发展的主攻方向。而电动汽车因其具有绿色环保和能源利用效率高等优点，引起了世界各国的广泛关注。同时随着风电水电垃圾发电生物发电核能发电和太阳能发电等取代传统的火力发电的新能源电能的增加和普及，电能将日益丰富和便宜，并且现在全球最完善的电力配电网络系统也为电动汽车的普及提供了坚实的电能基础，电动汽车的快速发展已成必然。与此同时四部委于2010年6月1日联合出台发布关于开展私人购买新能源汽车补贴试点的通知，由此可见，新能源汽车及其相关领域很快将成为新的经济增长点。 近20年来，研制和开发电动汽车已经成为一种世界新潮流，美国、英国、等发达国家已率先跨入电动汽车产业化、商品化的行列。美国的电动汽车生产、销售起步较早。通用汽车公司1990年至1994年共生产了50辆“冲击”牌电动汽车，它的生产被认为是美国电动汽车发展史上的一个里程碑。英国是50多年来唯一坚持大量使用电动汽车的国家，目前全国约有电动汽车12万辆。法、日、德以及世界其他国家等都在研制、开发电动汽车或电动汽车关键零部件。根据最近的报道，美国一家公司研制成功了世界上最快的电动汽车，时速可达到335公里/小时，只需要10分钟就能完成充电，充电完成之后的最大行程可达320公里。基本上解决了电动汽车速度低、单次充电时间长和单次充电后行驶里程短的问题。我国政府十分重视电动汽车的研究、开发和应用。在“九五期间，国家已把蓄电池电动汽车（EV）列为重大科技产业工程项目，并把蓄电池电动汽车（EV）和混合动力电动汽车（HEV）的运行示范区的建立作为发展电动汽车的四项重点工作之一，示范区建在了广东省汕头市南澳岛上。经过多年的试验，取得了初步成效，积累了大量经验。我国最早开发和研制EV的单位有清华大学、中国远望集团等单位。在1996年北京国际EV展览会上，清华大学展出的EV6580型电动小型客车，可载客16人，最高时速可以达到80公里，一次充电续驶里程可以达到155公里。中国远望集团展出的YW6120DD型电动大客车，可以载客50人，最高时速可以达到90公里，一次充电续驶里程可以达到150公里。“十五”期间，经国家科教领导小组批准，我国实施了国家电动汽车重大科技专项。纯电动汽车研发进展顺利，进入小批量生产与应用；混合动力汽车产品进入国家公告程序，已初步具备产业化条件；燃料电池汽车研发达到国际先进水平。进入“十一五”以来，在国家政策的引导下，我国电动汽车呈现加速发展的态势。 2008年5月，科技部开始酝酿“十城千辆”计划，该计划的目标是连续3年在国内10个以上有条件的大中城市开展千辆新能源汽车的大规模示范运行，并建立相应的能源供应基础设施，力争到2010年达到1万辆的规模。在电动汽车的组成中，电子控制单元ECU的好坏直接关系到整个车辆的动力效率、控制策略以及安全可靠性。研制出一种适合纯电动汽车的电子控制单元（ECU）具有十分重要的意义。项目研究开发内容及目标（实施方案、技术关键、技术路线和技术经济指标等）电子控制单元ECU系统是电动汽车的大脑, 由多个子系统构成, 每一个子系统一般由传感器、信号处理电路、电控单元、控制策略、执行机构、自诊断电路和指示灯组成。在不同类型的电动汽车上,电控系统存在一些区别：但总体来说一般都包能量管理系统、再生制动控制系统、电机驱动控制系统、电动助力转向控制系统以及动力总成控制系统等。各个子系统功能不是简单的叠加, 而是综合各子系统功能来控制电动汽车。能量管理系统是多能源电动汽车的核心, 它由 3 部分组成: 功率分配、功率限制和充电控制。其工作原理可以简单归纳为: 由电子控制单元根据数据采集电路采集到的电池状态信息以及其它相关信息, 进行数据分析和处理, 并形成最终的指令和信息发送到相应的功能模块。它所完成的功能包括维持电动车所有蓄电池组件的工作, 并使其处于最佳状态; 采集车辆的各个子系统的运行数据, 进行监控和诊断;控制充电方式和提供剩余能量的显示。如何实现无损电池的充电、监控电池的充放电状态, 避免过充电现象, 并对电池实行定期的实时的检测、诊断和维护, 最大限度地保证电池的正常可靠的运行, 以及其数据采集模块的可靠性、剩余能量估算模块的精度、安全管理模块等是该系统的关键所在；传统汽车的制动过程多依靠摩擦的方式消耗车辆行驶的动能而降低车速,其制动能量转化为热能散发到周围环境中去。而电动汽车在制动时, 可以将牵引电机转换为发电机, 依靠车轮拖动电机产生电能和车轮制动力矩, 从而在减缓汽车速度的同时将部分动能转化为电能储存起来, 回收了能量, 提高了汽车的续航里程。再生制动能量回馈系统的研究是电动汽车开发中的一个重要环节, 其设计开发需要综合考虑汽车动力学特性、电机发电特性、电池安全保证与充放电特性等多方面的问题。电机驱动控制系统的好坏直接关系着电动汽车能否安全可靠地运行。电机驱动系统主要由电机、电力电子变流器、数字控制器和传感器等几个核心部分组成。目前电动汽车电机驱动系统中, 主要采用感应电机、永磁同步电机和开关磁阻电机; 电机驱动控制系统由电力电子逆变器向 IGBT集成模块发展, 传感器向集成智能传感器发展, 在电机的控制方法方面, 传统的控制方法是直流电机的励磁控制法与电枢电压控制法; 开关磁阻电动机的角度位置控制、电流斩波控制以及电压控制; 感应电机主要V/F 控制、转差频率控制、矢量控制和直接转矩控制等等。本项目主要开发对异步电机的数字化可视控制系统。以实现对电动汽车有效、安全、便捷驱动控制。电动助力转向系统通常由传感器、电子控制单元、电动机、电磁离合器和减速机构等组成。其工作原理是电子控制单元根据转向盘的输入力矩、转动方向以及汽车速度等信号, 决定电动机的旋转方向和助力电流的大小, 并将指令传递给电动机, 通过离合器和减速机构将辅助动力施加到转向系统中,从而完成实时控制的助力转向。电动助力转向系统一方面需要开发可靠性高、成本低的传感器; 另一方面需要开发满足助力要求、驾驶员舒适性要求以及低成本的助力电机。此外,需要设计合理的控制策略以保证电动助力转向系统的动态性能、稳定性能以及可靠性，保证驾驶员获得良好的路感，使系统能与整车上其他控制子系统相互通信协调以实现整车综合控制，更多的先进控制策略如人工智能控制方法将应用于电动助力转向系统的控制中。动力总成控制系统包括动力总成控制单元、发动机电控单元、电机控制器、AMT控制器及动力电池管理系统。其中动力总成控制单元用以确定发动机与电动机输出功率的比例,以满足汽车的动力性能、经济性、排放性等性能指标, 保证换档操作过程的平顺性。电子控制单元ECU系统的核心拟采用高性能的32位ARM9工业级处理器硬件平台，它集成了包括速度可达200MIPS的中央处理器、JAVA/DSP指令加速器、DMA、高速CAN、A/D、以太网、USB等，可以满足电动汽车控制功能的要求。软件平台采用开源的嵌入式LINUX实时多任务平台系统，可以根据需要对内核进行裁减，以规避将来可能的知识产权风险。系统的开发主要集中在以下几个方面：l 满足电动汽车使用电磁兼容环境的硬件设计及试验；l 适合电动汽车的软件平台的选择及内核裁减优化；l 电池充放电的试验数据的积累以及充放电策略的实现与优化；l 再生制动能量回馈策略及实现；l 与汽车其他系统的通信；l 样车试验 该项目成果应符合一下国家标准：a机动车运行安全技术标准GB7258b客车结构安装要求 GB13094-1997c电动汽车安全要求 GB/T18384-2001d电动汽车动力能试验方法 GB/T18385-2001e电动汽车能量消耗和续驶里程试验方法GB/T18386-2001f汽车及挂车外部照明和信号装置的安装、规范GB4785-1998对于静态逻辑门限控制策略，通过一组静态参数，将每个能量源的运行区间限制在一定范围内。事实上车辆运行时由于风力、路况等条件的影响，各参数之间存在相互影响，必须合理地调整这些阈值或参数才能较好地满足能量效率和整车性能的要求，这就导致需要求解带有约束条件的非线性方程。用传统的微积分理论求解这类问题一般要求非常强的前提，如目标函数的连续、可微、满足Lipschitz条件等，实施本项目已具备的条件（说明已具备的试验手段、技术力量、管理水平、前期科研基础、中试后接产单位及专利获得等情况）项目承担单位主要从事电子电力技术/嵌入式计算机技术的研究，早在2001年和深圳兆泰公司进行了数年的双燃料驱动汽车ECU控制单元的研究，并成功实现CNG、LPG公交车及乘用小汽车的双燃料改造中，从中积累了汽车控制技术的经验，这些都将为该项目的研究开发