新能源汽车整车控制技术（微课版）（第2版）课件全套 项目1-9 新能源汽车概述- 新能源汽车的整车容错控制技术

1.1新能源和新能源汽车1.2新能源汽车分类1.3新能源汽车关键技术P

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E项目1新能源汽车概述核心提问1980年联合国新能源和可再生能源会议定义什么是新能源？发展基础以新技术和新材料为基础进行开发。实现方式使传统的可再生能源得到现代化的开发和利用。核心目标取代资源有限、对环境有污染的化石能源。重点开发能源类型太阳能风能生物质能潮汐能地热能核能—

NEW

ENERGYKNOWLEDGE

BASE

—核心特征取之不尽周而复始

学习笔记/Note新能源不仅仅是“新的能源”，其核心在于

“可再生”与“现代化利用”。它代表了人类能源消费结构从高碳向低碳、零碳的重大转

型。1.1新能源和新能源汽车官方核心定义(2007)新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源（或使用常规的车用燃料、采用新型车载动力装置），综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成技术原理先进，具有新技术、新结构的汽车。定义的三个关键维度非常规燃料/新型动力突破传统内燃机对化石燃料的单一依赖。先进控制与驱动技术综合运用电子控制、电机驱动等前沿科技。新技术与新结构车辆底盘与动力总成发生根本性变革。四大主要类别混合动力汽车(HEV)常规燃料与新型动力结合纯电动汽车(BEV)含太阳能，完全电力驱动燃料电池汽车(FCEV)氢气化学反应产生动力其他新能源汽车超级电容、飞轮储能等

学习笔记/Note新能源汽车不仅限于“纯电动”。只要在燃料或动力装置上有重大创新，且具备先进控制技术的车辆，均属于此范畴。新能源汽车：定义与范畴新能源汽车定义配置大容量电能储存装置，行驶的里程中全部或部分由电机驱动完成的汽车统称为新能源汽车。纯电动汽车完全由动力电池提供能量，由电动机驱动，实现行驶过程中零排放。混合动力电动汽车搭载发动机与电机两套动力系统，通过智能控制实现高效能量利用。燃料电池电动汽车利用氢气与氧气在燃料电池中发生化学反应产生的电能驱动。1.2新能源汽车分类纯电动汽车(BatteryElectricVehicle，简称BEV)是完全由可充电电池提供动力源的汽车。核心动力电池类型铅酸电池(Lead-acid)镍镉电池(Ni-Cd)镍氢电池(Ni-MH)锂离子电池(Li-ion)图1.1

纯电动汽车底盘结构示意图

知识要点/NoteBEV通过整车控制器、电机控制器管理动力，将电池的电能转化为机械能。其结构相比内燃机车大大简化，重心更低且更易于布置。1.纯电动汽车(BEV)核心概念定义混合动力电动汽车是指使用电机和传统内燃机联合驱动的汽车。动力系统分类逻辑按动力耦合方式：01

串联式(Series)02并联式(Parallel)03

混联式(Series-Parallel)混联式细分驱动方式HEV混合动力汽车PHEV插电式混合动力汽车图2.1

混合动力底盘结构透视图图2.2

动力系统内部组件分布学习要点理解混合动力的关键在于掌握“能量耦合”机制。内燃机负责高效巡航，电机负责启停与辅助，两者协同实现节能减排。2.混合动力电动汽车反应物输入：燃料电池电动汽车是利用氢气和空气中的氧在催化剂作用下，经电化学反应产生电能驱动的汽车。能量转换与驱动流程氢气()+氧气()核心反应：催化剂作用电化学反应产生电能最终输出：图3.1

燃料电池汽车内部结构透视图核心知识点燃料电池不是蓄电池，而是能量转化装置。零排放：反应唯一产物是纯净的水。高效率：能量转化率通常可达40%-60%。3.燃料电池电动汽车(FCEV)S

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31.3新能源汽车关键技术01电动机技术02电池技术03电控技术04纯电动汽车整车技术05混合动力电动汽车整车技术06燃料电池电动汽车整车技术混合动力产业化旨在形成系列化产品，提升市场竞争力，为大规模产业化提供技术支撑。目标：大规模产业化纯电驱动商业化系统系列开发：驱动电机及其传动系统系列配套发动机发电机组(APU)系列满足纯电驱动大规模商业化需求，构建完整的驱动系统解决方案。目标：大规模商业化核心总成开发：混合动力发动机/电机总成(发动机+ISG/BSG)机电耦合传动总成(电机+变速器)技术演进路线：产业化→商业化→前瞻探索下一代系统前瞻着眼于高效率、高材料利用率、高密度和极限环境适应性。新材料/新结构电机自传感电机技术IGBT芯片封装&驱动集成新型传动结构方案CORE

MISSION可持续发展需求1.电机技术：从产业化到可持续发展强化技术研发，支撑纯电动汽车的商业化运营模式，为中长期发展进行技术储备。技术研发体系商业化运营-

BATTERY

TECHNOLOGY

CORE

-核心战略目标以能量型锂离子蓄电池为重点，推动车用动力电池大规模产业化突破。综合性能提升维度安全性一致性耐久性性价比输入输出系统集成与标准化强化热—电综合管理技术研发促进动力电池模块化技术发展前瞻性与新体系研究瞄准国际前沿，开展下一代车用动力电池自主创新。新型锂离子蓄电池设计新体系重点研究：金属空气电池

多电子反应电池自由基聚合物电池*建立动力电池创新发展技术研发体系2.电池技术NEW

ENERGY

VEHICLE

TECHNOLOGY混合动力控制先进控制算法：满足国VI以上排放，优化发动机效率。实时协议：混合动力系统先进实时控制网络协议。动态协调：多部件转矩耦合及动态协调控制。核心研制：高性能整车控制器(VCU)，支撑大规模产业化需求。纯电驱动控制三高系统：分布式、高容错、强实时控制系统。总成控制：电动空调、转向及制动能量回馈。智慧互联：车载信息、智能充电及远程监控。技术特征：高效、智能、低噪声，满足大规模生产需要。下一代核心技术集成电机驱动的一体化底盘动力学控制。车网融合(V2X)体系高性能整车控制器专用芯片研制。前沿应用：智能交通系统(ITS)与车网深度融合。V2GV2HV2V到电网到家庭车对车3.电控技术纯电动商用车聚焦于商用车使用场景，重点研究整车性能优化与底层安全防护技术。整车NVH技术整车轻量化整车热管理故障诊断技术容错控制技术电磁兼容与安全插电式混合动力：核心技术动力系统：掌握混合动力构型及专用发动机系统研发机电耦合：突破高效机电耦合、轻量化与热管理技术安全保障：攻克故障诊断、容错控制、电磁兼容及电安全产品开发与商业化目标开发高性价比、满足大规模商业化需求的产品PHEV轿车系列PHEV商用车系列4.纯电动汽车整车技术中度混合动力核心技术突破深化发动机控制技术研究动力源状态切换与动态协调控制能源优化管理实现整车能源的高效分配与利用整车故障诊断掌握关键诊断技术，提升维护便利性发展目标：提高可靠性、耐久性与性价比，开发具竞争力的规模化产业产品。深度混合动力构型与协调控制突破混合动力系统构型关键技术能量管理协调控制技术深度优化开发新构型重点研发深度混合动力新构型，实现动力传递路径的高效化与集成化。乘用轿车深度混动构型商用车型大规模批量生产5.混合动力电动汽车整车技术动力电池技术新材料研究：开展高电压材料、硅碳负极等多元材料及电解质研究。结构创新：研发高功率极片与芯结构电池组，加速专利布局。核心攻关：在正负极与锂离子生产环节实现提质降本。电机驱动系统驱动电机聚焦：研发高性能电力驱动装置，攻克核心部件。系统优化：开发高效质轻的集成化系统，优化能量转换效率。竞争力提升：通过技术迭代提升电机系统的全球核心竞争力。智能控制与信息跨界融合：将互联网、大数据、物联网技术深度融入汽车创新。智能电网：实现电动汽车与智能电网、移动互联的协同发展。研发重点：大力开展智能化电动汽车及配套充电设施研发。-

FUTURE

AUTOMOTIVE

TECHNOLOGY

RESEARCH

-关键趋势：数字化与电动化深度融合6.燃料电池电动汽车整车技术P

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O项目

2新能源汽车的动力012.1动力电源022.2燃料电池动力032.3混合动力S

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1动力电源动力电源主要针对电源的储能方式进行分类，目前主要分为三大类：化学储能重点：能量密度提升铅酸电池、镍基电池锂离子电池、钠硫电池锌空电池、超级电容器物理储能重点：机械/势能转换抽水蓄能压缩空气储能飞轮电池(典型代表)电磁储能重点：电磁场储存超导储能(利用电磁场)超导线圈(超导体材料)超级电容器应用燃料电池是一种高效的电化学装置，其基本原理与普通电池相似，但工作方式具有本质区别。负极燃料电极发生氧化反应电解质离子传输通道传导电荷正极氧化剂电极发生还原反应核心差异：能量存储vs能量转换一般电池

燃料电池活性物质贮存在内部，电池容量受 电极仅作为催化转换元件，不含活性限。 物质。燃料输入催化转换持续输出燃料电池工作逻辑：持续转换

关键认知/Key

Note只要燃料和氧化剂源源不断供给，电池就能持续发电。本质上，它是一种将化学能直接转化为电能的装置，而非单纯的储能容器。2.2燃料电池燃料电池的分类方式多样，主要依据其运行时的物理环境与化学反应路径来定义其技术特性。分类维度一：按工作温度划分低温燃料电池维持在常规运行温度。启动速度快，是目前交通运输领域研究的热点。高温燃料电池亦称为面向高质量排气而进行联合开发的燃料电池，具有极高的能量转换效率。按燃料处理方式划分根据燃料在进入电堆前是否需要经过化学转化或循环，可分为以下三种核心模式：直接式燃料无需转换，直接参与电化学反应。间接式燃料需经过重整等预处理过程。再生式反应产物可逆，燃料与氧化剂可循环利用。2.2.1燃料电池的主要类型ENERGY

SCIENCE

&

TECHNOLOGY-

FUEL

CELL

CL

ASSIFICATIONS

-1质子交换膜燃料电池(PEMFC)结构：由阳极、阴极和**质子交换膜**组成。阳极：氢燃料发生氧化的场所。阴极：氧化剂还原的场所。电解质：采用**质子交换膜**，两极均含催化剂。2固体氧化物燃料电池(SOFC)第三代燃料电池核心特点：使用**陶瓷电解质**（如氧化钇稳定氧化锆），具备优异的**氧离子传导**特性。结构由多孔质燃料极（给电子）和空气极（通电）构成。3熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)电极部分多孔陶瓷阴极多孔金属阳极支撑与隔离**多孔陶瓷电解质隔膜**金属极板构成复杂，适用于大规模工业发电。4碱性燃料电池(AFC)碳电极电极材质氢氧化钾电解质100-250℃操作温度利用氢和氧之间的**氧化还原反应**直接产生电能。2.2.2常见的几种燃料电池类别子类别PEMFCPAFCMCFCSOFC电解质电解质材料质子交换膜磷酸盐碳酸锂/钠/钾稳定氧化锆移动离子使用模式固态膜基质浸渍基质浸渍/粘贴薄膜、薄板化学反应催化剂铂(Pt)铂(Pt)无(高温自催化)无(陶瓷催化)阳极反应阴极反应运行参数运行温度(℃)80

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100150

-

200600

-

700700

-

1000适用燃料纯氢()纯氢()、一氧化碳()、一氧化碳()发电效率(%)30

-

40%40

-

45%50

-

65%50

-

70%注：随着运行温度的升高，对燃料的包容性增强，且发电效率显著提升。-

FUEL

CELL

TECHNOLOGY

COMPARISON

-四种燃料电池的特性综合比较混合动力是将燃油发动机、电动机与储能器件深度融合，并通过先进控制系统实现高效运行的智能化车辆。混合动力系统的四种基本构型01串联式(Series)发动机仅用于发电，不直接驱动车轮。02

并联式(Parallel)发动机与电动机可共同或单独驱动。混联式(S-P)03

兼具串并联优点，能量流向最为灵活。插电式(PHEV)04

具备外部充电接口，纯电续航里程长。能量流向逻辑示意发动机电动机电池组驱动轮动态过程：起步/加速(电机增扭)制动能量回收(反向充电)核心目标大幅降低油耗

减少污染物排放*通过优化发动机工场点与能量回收实现环保目标。2.3

混合动力串联式动力单元由发动机、发电机和电动机组成。发动机不直接驱动车轮，而是驱动发电机发电，由电动机驱动汽车行驶。发动机发电机电动机工况模式逻辑对比小负荷模式电池 控制器 电动机由电池提供电能，驱动电动机通过变速机构直接驱动车轮。大负荷模式发动机 发电机 电动机发动机带动发电机发电，电能输送至控制器驱动电动机行驶。图2.3.1

动力总成系统结构示意图知识要点串联式系统的特点是发动机转速与车速完全解耦。发动机始终工作在高效区（万有特性曲线的高效率区间），从而通过发电过程实现最优燃油经济性。2.3.1串联式混合动力并联式混合动力系统根据结构和电机布置型式的不同，主要分为两大类：双轴并联式动力通过两个不同的轴进行耦合单轴并联式发动机与电机位于同一轴线上双轴并联总成构型解析前置式双轴并联：动力合成装置位于变速器的前端。后置式双轴并联：动力合成装置位于变速器的后端。结构特征：重点观察发动机(ICE)、离合器(C)、电机(EM)与变速器(T)的相对空间位置。总结：动力合成装置的位置决定了系统是前置还是后置，直接影响动力传递路径与效率。图1.前置式双轴并联结构示意图2.后置式双轴并联结构示意2.3.2并联式混合动力系统：双轴构型解析基本概念：发动机与电机同轴联接。分类依据在于电机相对于变速器的安装位置。前置式单轴并联结构(电机在变速器前)机械连接(实线)发动机离合器电动连接(虚线)电动机控制器图2.1前置式单轴并联结构示意后置式结构(电机在变速器后)图2.2

后置式单轴并联结构示意机械路径：发动机离合器变速箱电动机主减速器车轮能量路径：电动机控制器电池组2.单轴并联混合动力总成构型混联式混合动力驱动系统是“串联式”与“并联式”驱动方式的综合体。驱动逻辑与结构解析机械能叠加：发动机与电动机通过动力分配机构，以机械能叠加的方式共同驱动汽车行驶。特定串联位置：系统中的发电机专门串联于发动机与电动机之间，用于能量转换与平衡。多模式切换：可根据工况在纯电、串联、并联及混联模式间自动无缝切换，实现效率最优。图2-11

混联式混合动力系统结构示意图图例解析/Legend实线：机械连接(Mechanical)虚线：电气连接(Electrical)2.3.3混联式混合动力串联式系统（SHEV）中，发动机不直接驱动车轮，而是作为“车载发电机”为电池或电动机提供能量。三大核心动力总成发动机(Engine)发电机(Generator)电动机(Motor)系统工作原理能量源：发动机驱动发电机发电传输：电能通过控制器实时分发去向：储存于电池或直供电动机驱动：电动机通过变速机构驱动能量转化逻辑流发动机发电机电能电动机车轮图2.3.4

串联式动力系统结构示意图

学习要点/Key

Points串联式系统的特点是发动机与驱动轮之间没有机械连接。这种布局允许发动机始终工作在最经济的转速范围内，从而提高燃油经济性，但在高速巡航时由于能量二次转化，效率会有所下降。2.3.4插电式混合动力：串联式系统P

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3项目三新能源汽车的动力系统及控制3.1纯电动汽车控制3.2混合动力汽车动力控制3.1.1纯电动汽车动力系统分类纯电动汽车通过不同组合的电机与传动装置，形成了以下四种典型的动力驱动结构：单电机直驱式动力系统单电机+AMT动力系统双电机耦合动力系统轮毂电机动力系统CASE

STUDY重点解析：1.单电机直驱动力系统结构特点采用无离合器、无变速箱的直驱式电驱动结构，机械传递路径最短，系统效率高。电机类型可采用大功率高转矩低速永磁同步电机或交流异步电机。3.1纯电动汽车动力系统及控制无离合器设计取消传统离合器结构，简化系统，降低机械损耗。三挡AMT采用三挡机械自动变速器，优化电机高效工作区间。永磁同步电机大功率中速永磁同步电机，提供强劲且稳定的动力。前轮组电源管理系统整电管理整车控制器电机控制器驱动电机后轮驱动组AMT(三挡自动变速器)动力耦合与输出状态监视器实时监控电池SOC状态电机转速与扭矩反馈

AMT换挡执行机构监测

核心解析该系统的核心优势在于通过AMT变速器弥补了单电机在高速或重载情况下的效率不

足。取消离合器则进一步简化了控制逻辑，使换挡过程由电机主动调速完成。高效

集成2.单电机+AMT动力系统空间与布置优化体积小、重量轻，便于底盘灵活布置，有效利用空间，完美支持低地板结构。卓越运行品质低噪音设计，双电机协同驱动确保动力输出平滑顺畅，提升乘坐舒适度。冗余安全保障双电机协调工作，具备失效保护功能。若单电机失效，系统仍能维持运行。系统构成逻辑图状态监视器整车控制器

(VCU)锂电池组电源管理(BMS)高压配电柜电机控制器(MCU)驱动电机A驱动电机B双电机耦合不仅提升了动力，更在关键时刻提供了

“动力冗余”，是现代新能源商用车底盘的重要技术。3.双电机耦合减速系统结构极简特征打破传统传动链，实现高度集成化设计关键结构简化无主减速器：取消冗余传动环节无差速器：由电机独立控制转速优势：极大便利了低地板汽车的底盘布置直接驱动（动力）电机直接驱动车轮，大幅减少机械传动损耗，动力响应更迅捷。能量回收（循环）制动时高效吸收车轮动能并转化为电能，显著提升整车能源效率。精确控制（转向）双电机独立驱动后轮，可实现毫秒级的精确差速控制与辅助转向。结构极简→性能飞跃4.轮毂电机驱动系统驱动电机系统是新能源汽车的三大核心部件（电机、电池、电控）之一，是车辆行驶的主要执行机构。驱动电机系统基本要求转矩、功率密度大实现轻量化与高性能输出工作速域宽适应低速大扭矩与高速恒功率系统效率高提高续航里程，减少热损耗环境适应性强耐高温、高湿、振动等恶劣工况电磁兼容性好减少对车辆电子系统的干扰性价比高控制成本以利于产业化推广应用角色对比纯电动/燃料电池汽车唯一的驱动部件混合动力汽车实现多种工作模式切换的关键（启动、驱动、发电、回馈）

复杂工况挑战驱动电机需随时面对车辆运行的随机性：启动

加速

制动上/下坡

转弯

变道工作模式（驱动/发电/回馈）随工况实时随机切换。3.1.2驱动电机系统核心系统组成控制系统主要由中央控制器

与斩波器

构成，共同实现对电机的智能化管理。控制逻辑与驱动机制根据输出转矩需求，中央控制器下达精准指令，通过斩波器调节电机的输入电压与电流。通过动态调整占空比，实现对直流电机运行速度与力矩的闭环精准控制。转矩需求输入斩波控制调节电机精准驱动控制逻辑链条中央控制器处理逻辑与算法斩波器(Chopper)电力电子能量变换直流电机执行机械能输出直流电机的控制控制技术演进历程标量标量控制矢量矢量控制DTC直接转矩现代非线性/滑模智能控制智能控制细分领域智能专家系统智能控制基于专家经验与启发式规则的控制策略模糊逻辑智能控制处理电机系统中不确定性与非线性因素神经网络智能控制通过自学习模拟复杂映射，提升动态响应IPMSM无位置传感器控制控制方案：滑模观测器(SMO)+高频电压信号注入法应用优势：实现零速/极低速平稳启动，全速域获得准确转子位置技术本质特征坐标变换(CoordinateTransformation)通过变换将交流电机内部复杂耦合的非线性变量（电流、磁链、电压）转换为相对静止坐标系下的直流变量。AC

(Non-linear)DC

(Static)永磁同步电机的控制技术演进与核心逻辑系统固有挑战：非线性与建模难题非线性特性开关磁阻电机（SRM）在运行过程中磁路高度饱和，具有极其显著的非线性转矩特性。建模困难由于电感随电流和转子位置双重变化，系统难以建立精确的数学分析模型。控制局限性一般的线性控制方式（如传统PID）不适于采用开关磁阻电机的驱动系统，难以达到理想的动静态性能。模糊逻辑控制无需精确数学模型，通过语言变量和模糊规则处理系统的不确定性，增强控制的鲁棒性。神经网络控制利用神经网络的强学习能力和非线性映射特性，对复杂电机参数进行实时在线逼近与补偿。INTELLIGENT

ALGORITHM迈向智能化驱动系统开关磁阻电机的控制国外开发背景与现状国外混合动力汽车的开发起步较早，技术积累深厚。目前全球范围内形成了以日、美、欧厂商为核心的多元化技术体系。日野(Hino)-HIMR系统通用(GM)-混联系统BAE-串联/混联系统EATON/ZF/Voith系统1.并联系统(Parallel

System)日野公司的HIMR系统采用典型的并联方案。技术核心：电机动力与发动机动力通过齿轮减速机构，实现在变速器-轴

的机械耦合。图3-2

并联系统结构示意图(HIMR)学习要点提示 并联系统的特点是发动机和电机都可以直接驱动车轮。 HIMR系统通过齿轮耦合，提高了传动效率，结构相对紧凑。 重点理解“变速器-轴耦合”的物理位置及动力流向。3.2混合动力汽车动力控制图：混联式系统机械与电气连接示意串联系统(SeriesSystem)能量通过电能传递，无直接机械连接发动机发电机电动机驱动桥混联方案：行星齿轮耦合器123行星架：通过离合器与发动机动力连接，调节动力输入。中心齿轮：与两个电动机连接，实现电能与机械能的灵活转换。环形齿轮：作为动力输出机构直接与驱动桥连接。通过控制离合器、电动机及制动器，可实现多种高效工作模式。2.串联系统与混联方案该系统通过双行星齿轮与双电机的精妙组合，实现了发动机动力的高效分流与电驱动力的完美耦合。核心架构基础采用

双行星齿轮+双电机硬件布局，构成系统的物理核心。动力传递逻辑输入分流：左侧行星齿轮负责对发动机动力进行机械分流。输出耦合：右侧行星齿轮实现发动机与电机动力的输出耦合。智能控制机制通过湿式离合器与电机的协同控制，实现混合动力的多种工作状态切换及精准换挡。AUTOMOTIVE

ENGINEERING

SERIESHYBRID

SYSTEM

DESIGN图3.1

混联系统机械结构示意图(涵盖发动机、发电机、电动机及行星齿轮连接关系)学习重点/Key

Points理解左侧行星齿轮的“分流”作用。掌握右侧行星齿轮的“耦合”逻辑。关注湿式离合器在状态切换中的角色。3.混联系统“恒温器”式控制策略针对纯电动车辆续驶里程短的痛点，通过引入辅助动力单元（APU）来优化能量分配，延长整车行驶里程。核心组件：APU辅助动力单元(Auxiliary

Power

Unit)负责为蓄电池补充电能，或直接承担车辆部分行驶功率。运作逻辑实时监控电池电量状态及时为蓄电池补充消耗分担电机的高功率负荷预期技术优势减少蓄电池能量消耗显著延长整车里程减缓电池放电速度优化电池循环寿命图1.1

“恒温器”式控制逻辑流程技术要点/Key

Note该策略之所以被称为“恒温器”，是因为其工作模式类似于恒温调节：当电量低于设定阈值时，APU启动发电；当电量充足时，APU关闭。这种逻辑简单可靠，是串联式混动的基础策略。1.串联混合动力系统控制策略在该控制策略下，发动机的功率紧随车轮功率的变化而变化，这与传统的汽车运行模式高度相似。电池模块数据[SOC]输入端：需求与状态采集总线需求功率(W)最大放电功率[ess_max_pwd]处理端：核心控制逻辑功率跟随器 恒温器控制SOC修正功率限制限制输出端：指令下达发动机功率命令扭矩/角速度(Nm,rad/s)spd_command送往发动机模块图：功率跟随式控制策略逻辑流程

关键笔记/Note 实时性：发动机输出直接响应负载变化，动态性能好。 SOC维护：通过修正系数，确保电池电量维持在高效区间。 限制逻辑：考虑电池最大放电能力，防止过充过放。（2）“功率跟随”式控制策略01起动工况电池组向前后轴电机供电，直至发动机达到高效工作区间后再行起动。02轻载工况发动机处于关闭状态，车辆由电池组供电，前驱动轴电机独立驱动行驶。03正常行驶发动机进入高效运转区间，直接驱动车辆前驱动轴，作为主要动力源。04全加速工况发动机与两个电动机同时发力，三者协同输出，提供最大驱动功率。05减速制动电动机切换至发电机模式，将动能转化为电能回收至电池，实现再生制动。06充电模式正常行驶中若电池电量偏低，系统自动调节发动机功率为电池补充充电。混联式驱动系统通过多模式切换实现能量利用最优解3.混联式驱动系统的控制策略P

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4项目4新能源汽车总线通讯协议及应用4.1

CAN技术规范CAN

TECHNICAL

SPECIFICATION4.2

CAN的基本组成和数据传输原理BASIC

COMPOSITION

AND

DATATRANSMISSION4.3汽车CAN网络架构及其特点AUTOMOTIVE

CAN

NETWORK

ARCHITECTURECAN总线是计算机网络与控制系统结合的产物，其本质上就是一种计算机控制网络。核心定义与属性核心定义：计算机网络与控制系统结合的产物本质属性：一种高效、可靠的计算机控制网络OSI参考模型简介(ISO标准)网络系统划分为七层模式，确保不同系统间的开放互联：应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层图4.1

OSI模型与J1939模型对照J1939

分层特性模型简化：针对车载环境，J1939将OSI七层简化为四层结构。物理层&

数据链路层网络层&

应用层特别包含：网络管理与故障诊断功能。4.1

CAN技术规范CAN总线通过分布式的节点连接，实现了汽车内部各电子控制单元（ECU）之间的高速、可靠数据交换。基本组成要素ECU内部组件：包含CAN控制器（协议处理）与CAN收发器（信号转换）。ECU外部连接：采用双绞线结构的CAN总线，分为CAN-High和

CAN-Low。系统终端：由两个终端电阻组成，用于信号匹配与反射消除。图4.1CAN总线系统物理连接示意图

技术要点/Note终端电阻的作用：在CAN总线的两端各并联一个约120Ω的电阻，其核心目的是防止电磁波在传输线末端产生反射，从而保证信号波形的完整性。4.2

CAN的基本组成和数据传输原理ECU数据传输频率对比高频传输工况：发动机高速运转时频率：每隔几毫秒传输一次低频传输工况：发动机低转速运转时频率：每隔几十至几百毫秒CAN总线通信逻辑流程节点监视监视总线数据地址匹配验证自身地址获得令牌取得发送权数据传输完成信息交互秩序维护机制CAN总线通过令牌机制有效防止两个或多个节点同时传输数据引起的

总线冲突。"令牌保证了在任一时刻，总线上只有一个节点拥有发言权。"

知识要点/KEY

NOTE每个ECU都有唯一地址，作为身份识别标识。

节点必须持续监视总线，以响应实时数据需求。令牌分配是动态的，确保所有节点都有机会传输。数据传输原理遵循J1939标准，CAN网络物理层设计决定了数据传输的可靠性与稳定性。CAN总线核心布局参数干线设计：长度，干线两端必须各配置一个的终端电阻以消除反射。节点支线与间距：允许的最大支线长度；相邻节点间的距离。稳定性优化：节点布置需满足，通过差异化物理间距减小信号传输过程中的驻波干扰。图4.3

CAN总线典型拓扑结构与参数标注

学习笔记/Notes在工程实践中，终端电阻的阻值匹配和支线长度的控制是排查CAN通讯故障的首要环节。务必确保支线“短而精”，干线“稳而准”。4.3汽车CAN网络架构及其特点核心架构概览汽车CAN总线网络架构按功能区分由基本CAN总线系统和网关共同组成。1)动力和传动控制系统传统控制系统EMS发动机控制TCU自动变速控制ABS制动防抱死Retarder缓速器控制新能源专项VCU

/

HCU整车控制MCU电机控制BMS电池管理核心三电系统控制网关(Gateway)网关是不同速率CAN总线系统之间的“桥梁”。它负责数据的转发、协议转换及网络管理，确保动力系统与车身系统间的信息高效交互。

学习笔记/Note动力系统CAN通常采用高速传输（500kbps）。掌握缩写（如EMS,

BMS）是理解总线架构的基础。汽车CAN网络的组成智能底盘与主动安全核心组件概览EBS电子控制制动系统ESC/ESP电子稳定控制系统ECAS空气悬架电子控制系统LDWS车道偏离预警系统360环视360°全景影像环视系统NVS夜视系统FCWS前向防撞预警系统TPMS胎压监测系统EPS电动助力转向系统Cluster仪表系统行驶记录仪车辆行驶数据记录2)底盘和安全控制系统雨刮系统Wiper自适应前照灯系统AFS遥控钥匙RKE车身控制模块BCM空调控制系统ACS3)车身和舒适控制系统通讯和信息娱乐系统是现代智能汽车的“神经末梢”与“交互中心”，整合了导航、联网、影音及各类信息化服务，为驾驶者提供全方位的实时信息支撑。智能导航系统NAV

SYSTEM车联网车载终端TELEMATICS汽车影音系统AUDIO

&

VIDEO实时交通信息系统TRAFFIC

INFO车辆定位系统POSITIONING信息化服务系统CLOUD

SERVICE4)通讯和信息娱乐系统诊断系统是车辆的“健康管家”，由车载诊断设备VDU、外部诊断设备及OBD-II标准接口共同构成。车载诊断设备VDU内置于车辆内部，实时监测各电子控制单元（ECU）的数据流与故障状态。外部诊断设备如解码器、示波器等，用于读取、清除故障码及执行系统标定与数据分析。OBD-II诊断接口标准化16针接口，是内部总线与外部设备进行物理连接与通讯的唯一通道。OBD-II枢纽通讯逻辑内部总线

(CAN/LIN)车辆实时数据OBD-II车载接口通讯枢纽/桥梁外部诊断设备故障读取与分析核心定义辨析VDU

是系统的“眼睛”，负责不间断的自我监控。OBD-II

是唯一的“翻译官”，确保内外协议统一。外部设备是“医生”，通过接口对车辆进行诊治。

教学提示OBD-II接口通常位于驾驶员侧仪表板下方。学生需重点掌握其作为内部总线与外部世界通讯桥梁的角色。5)诊断系统动力CAN网络(Power

CAN)发动机ECU/后处理 变速器控制系统ABS/ASR系统缓速器/限速控制智能驱动控制模块空气悬架(ECAS)电子风扇控制系统胎压监测(TPMS)接入：仪表/信息服务动力接口车身CAN网络(Body

CAN)车身前/中/后控模块 空调控制器系统总电源管理模块车道偏离报警系统自动大灯/全景环视多功能转向盘控制接入：仪表/信息服务车身接口核心逻辑：双路接入特性仪表与信息服务系统具备双路CAN接口，同时挂载于动力与车身网络。此设计旨在实现：全车关键数据的实时集中显示跨网络的远程故障诊断与信息交互4.3.5典型汽车的CAN网络拓扑结构车身CAN总线BODY

CONTROL

NETWORK动力CAN总线连接模块动力CAN通常具有更高的波特率，以确保关键控制数据的实时性与可靠性。车道偏离报警系统总电源管理模块空调控制器车身后控模块车身中控模块车身前控模块整车CAN总线物理拓扑结构图核心架构示意：物理连接与逻辑关联全景环视系统电子风扇控制

ECAS系统

仪表系统发动机ECU缓速器控制

智能驱动控制自动大灯控制多功能方向盘

ABS/ASR行驶记录仪

信息服务系统变速箱控制胎压监测TPMS

其他辅助ECU模块车身及动力CAN总线架构新能源系统作为连接新能源总成与传统总成之间的网关，其核心通常由整车控制器（VCU）或档位面板担任。电池管理系统充电控制器新能源模块网络驱动电机控制器转向控制器整车控制器冷却系统档位面板传统模块动力网络发动机ECU转向控制器整车控制器4.3.6汽车网络系统的结构特点关键节点包含DC/DC控制器、自动变速器控制装置等重要电控节点。输入端(Input)模拟信号通过A/D处理转换数字信号直接进行输入处理电源接入连接至内部电源电路电控单元核心(ECUCore)通信接口CAN/LIN总线电源电路稳压与供电保障微处理器(CPU)系统逻辑控制与数据运算核心图4.4

电控系统结构示意图输出端(Output)电磁阀(执行器驱动)指示器(状态反馈)网络通信反馈4.4

CAN总线控制单元：动力CAN网络单元P

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VE项目五整车

控制器5.1整车控制器功能定义5.2整车控制策略5.3请求电机转矩算法5.4整车控制器硬件5.5整车控制器的硬件设计加速/制动踏板位置电机/电池状态信号实时车速与环境温度应用层控制软件通过判断底层信号输入需求进入工作模式，协调整车各系统运行。信号输入层 应用层功能控制模块高压上下电管理控制高压回路安全闭合驾驶需求扭矩计算解析踏板意图转化扭矩能量管理与回收优化电池利用与制动回充挡位判断与执行PRND挡逻辑闭锁保护电机工作指令设置CAN总线发送转矩/转速电动附件/仪表控制水泵/风扇与HMI显示底层实时任务数字及模拟信号采集(AD/DI)脉冲捕捉(频率信号/转速)CAN信息定时发送与中断接收故障诊断存储(DTC/Freeze

Frame)

交互逻辑与频率高层功能模块(应用层)RAM

信息交换底层功能模块(硬件层)独立执行频率：信号采集、CAN通讯与逻辑管理按各自独立频率运行。5.1整车控制器功能定义组织层（驾驶员决策）

决策中心输入因素：外界环境、驾驶员意识

●

操作控制：加速/制动踏板、换挡、方向盘中间层（整车控制器VCU）

核心枢纽动力管理 系统约束控制命令产生执行层（硬件执行部件）

落地执行控制对象：电池、电机、其它部件

●

执行部件：动力电池组、驱动电机、辅助系统图3.3

系统层级与信息交互路径关键逻辑分层控制的核心在于将复杂的车辆运行逻辑拆解：由驾驶员发起意图，整车控制器进行逻辑计算与分配，最终驱动各硬件单元完成物理响应。纯电动汽车分层结构控制系统微控制器系统的“大脑”，负责解析驾驶员意图、逻辑运算与控制决策执行。模拟量调理采集加速/制动踏板等模拟信号，进行滤波与电平转换处理。开关量调理处理档位开关、制动开关等高低电平信号，实现数字输入监控。继电器驱动驱动主接触器、水泵、风扇等执行元件，实现功率级电路控制。高速CAN接口建立与电机(MCU)、电池(BMS)的高速通讯链路，确保信息同步。电源模块为内部电路提供稳定电压，具备抗干扰、过压及反接保护功能。核心职能管理整车能量流向管理协调多部件动力链协作监控实时运行状态监控

核心目标/Goals提高能量效率：优化动力分配，延长续航里程。确保安全性：快速响应故障，执行安全保护策略。提升可靠性：在复杂工况下保持控制系统的稳定运行。整车控制器（VCU）结构解析VCU作为新能源汽车的“大脑”，负责接收传感器信号并协同各子系统，实现能量分配与动力流控制。控制核心微控制器：核心控制单元，处理多路信号。电源模块：为整个控制系统提供稳定电力。信号输入层模拟量：踏板传感器信号调理。开关量：钥匙启动、模式选择、空调开关等。隔离与驱动层光电隔离：物理电气隔离，保护核心电路。继电器驱动：控制主继电器、DC/DC及备用继电器。网络通信层CAN总线：连接仪表盘，显示转速、车速、SOC及故障信息。高速CAN：连接电动机ECU、电池ECU及监控节点，确保数据实 时交互。整车控制器结构原理图整车控制系统的核心任务：管理车辆运行模式，确保高效与安全整车控制器（VCU）作为电动汽车的“大脑”，根据驾驶员输入及车辆状态，动态切换不同的工作模式，以实现最佳的能量分配。充电工作状态电动汽车在非行驶状态下的能量补给逻辑。主要任务是监控电池管理系统（BMS）状态，协调外部充电桩电力输入，并执行严格的高压安全监测。与充电桩建立通信协议实时监控电池温升与电压驾驶工作状态电动汽车在行驶过程中的动力输出与操控逻辑。核心是通过识别驾驶员的加速/制动意图，精确控制电机扭矩，实现动力响应与续航里程的平衡。驾驶员意图识别与扭矩解析制动能量回收策略（再生制动）5.2整车控制策略驱动控制策略的核心是计算电机的驱动转矩。这是一个基于多维输入信号的复杂、多样化实时计算过程。关键影响因素整车当前行驶状态加速/制动踏板开度电机工作模式切换动力电池荷电状态系统根据电机转速转矩特性，实时调整输出指令，确保动力性与经济性的平衡。图驱动控制逻辑流程示意执行流程说明采集踏板电压信号与电机当前转速查表确定当前转速下的最大可用转矩计算转矩需求并发送CAN总线指令驱动控制策略根据纯电动车驾驶路况不同，划分为以下模式：1起步控制模式电机提供高转矩输出，确保车辆平稳起步2正常控制模式兼顾效率与响应，适应日常城市路况驾驶3经济驱动模式优化能量消耗，最大程度延长续航里程4动力驱动模式释放电机峰值功率，满足高速或急加速需求5倒车驱动模式电机反转并限制最高转速，确保倒车安全图：电动机功率与转矩变化曲线

关键知识点电机在“基速”以下处于恒转矩区，适合起步和动力模式；超过基速后进入恒功率区，适合经济和正常巡航。模式切换需紧密结合电机的物理特性以优化能效。工作模式划分电机转矩补偿方法是目前国内外现阶段广泛采用的主流技术手段，通过不同的补偿方式优化动力响应。主流补偿算法分类模糊转矩补偿(Fuzzy

Compensation)侧重于模糊控制逻辑的应用，通过规则库处理非线性动力需求，提升系统鲁棒性。MAP图转矩补偿(MAP-basedCompensation)侧重于利用预设MAP图进行数据驱动的补偿，通过查表法实现快速、精准的转矩输出控制。图5.3

电机转矩补偿算法流程图技术要点/Key

Points加速踏板信号作为核心输入源模糊逻辑与MAP图可并行或组合使用目标是实现平稳且响应迅速的转矩请求5.3请求电机转矩算法采集驾驶员意图，结合电机转速与过载倍数，动态改变控制器阈值，最终输出转矩请求值，实现不同路况下的平稳运行。控制策略输入踏板电压/档位信号当前电机转速正向最大功率/转矩反向最大功率/转矩系统过载倍数恒速运行维持稳定转速输出加速过载动态调节过载阈值控制策略输出转速控制器阈值包含最大值与最小值期望转速最终输出的控制目标图10.3

电机控制策略流程图核心要点该方法通过闭环反馈机制，将路况引起的阻力变化转化为电机参数的动态调节，是电动车实现“智能驾驶感”的核心算法之一。（2）电机控制器与路况结合方法整车控制器通常采用单片机设计的嵌入式系统，作为电动汽车的“大脑”，负责接收信号、逻辑判断与指令输出。输入模块(Input)模拟量：加速/制动踏板、温度传感开关量：钥匙、充电、空调、档位

CAN总线：仪表、电机、BMS信号调理模块(Conditioning)模拟量/开关量信号调理CAN总线光耦隔离处理确保信号稳定与电气安全核心控制器(Core)MC9S12XE高性能16位微控制器，专为汽车电子设计。输出与通讯(Output)功率驱动：控制各类执行电器通讯接口：RS232连接上位机管理：存储器扩展与电源管理图5-4

硬件功能模块示意图学习要点重点理解信号的流向：从传感器输入，经过调理电路滤除干扰，由MC9S12XE核心进行控制策略运算，最后通过驱动电路执行动作。5.4整车控制器硬件电源电路原理图展示电源电路为VCU提供各级电压，其核心是

LM2596S-ADJ

降压稳压器。芯片型号LM2596S-ADJ输出类型可调稳压输出电路功能降压及电源保护图5.1LM2596S-ADJ电源电路结构：包含输入滤波、开关稳压及反馈调节环节最小系统组成部分（1）电源电路WATCH

DOG电路时钟电路复位电路铁电存储器电路

BDM电路单片机最小系统是整车控制器（VCU）能够正常工作的最基本硬件支撑。5.5整车控制器的硬件设计：单片机最小系统核心定义/Core

Definition驱动电路是连接控制电路与主电路的桥梁，负责将弱电信号转化为足以驱动功率器件开通或关断的强电信号。控制信号驱动电路(含隔离与保护)功率器件信号转化按照控制目标要求，将信息电子电路信号转化为加在控制端与公共端之间的驱动信号。保护功能集成对器件及电路的保护逻辑（如过

流、过压保护），通过驱动电路完成实时安全监测。电气隔离环节作为控制电路与主电路之间的安全屏障，防止高压侧干扰或损坏弱电控制系统。光隔离利用光耦合器实现信号传输磁隔离利用脉冲变压器实现磁场耦合

学习笔记/Note驱动电路的设计质量直接影响功率器件的开关性能及整个电力电子系统的可靠性。在设计时必须充分考虑隔离电压等级与响应速度。2)电气件驱动电路设计钥匙开关信号档位开关信号空调开关信号开关量数据采集主要采集简单的二进制开关信号加速踏板传感器信号制动踏板传感器信号其他传感器模拟量模拟量数据采集采集传感器输出的连续模拟信号3)数据采集电路设计智能网联汽车电子控制技术教学课件©2024电路设计模块整车控制器（VCU）在调试及运行过程中需具备多样的通讯能力，以实现与上位机及其他控制节点的高效数据交互与系统协同。RS232串口通信设计用途：主要用于整车控制器与上位机（PC）之间的点对点通讯。应用场景：控制器调试阶段的实时数据监控、参数标定及固件烧录。VCU核心RS485串口通信用途用于整车控制器与其他控制系统节点（如电机控制器、电池管理系统）的通信。优势支持多节点总线结构，具备更强的抗电磁干扰能力，适合中长距离通讯。硬件连接逻辑提示上位机RS232电机控制器*注意：在复杂电磁环境下，RS485的差分信号传输比RS232具有更高的可靠性。4)通讯接口电路设计P

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6项目6驱动电机控制6.1电动机及其控制6.2直流电动机及其驱动控制系统6.3交流感应电动机及其驱动系统6.4永磁同步电动机及其驱动系统6.5开关磁阻电动机及其驱动系统电机核心分类直流电机及控制直流无刷电机及控制交流异步电机及控制永磁同步电机及控制运行工况与需求驱动电机：电动汽车动力来源频繁启动与低速平稳运行要求高速区间的高效率运行能力高效的制动能量回收技术适应各种严苛复杂的运行环境控制器：多功能集合中心01基本性能控制转矩、转速及位置精准控制02智能任务执行接收上位机指令，按轨迹运行实时监控与反馈电压电流力矩温度故障诊断与自保护：自动检测过温、过流、过压等异常情况，并执行相应措施进行故障排除，确保系统安全。新能源汽车驱动电机及控制技术电动机驱动系统是新能源汽车的“心脏”，其输出特性直接决定了车辆的动力表现。电动机特性与传统内燃机存在显著差异。通过不同的控制方法（如矢量控制、直接转矩控制等），同种电动机可展现出截然不同的输出曲线，以满足复杂工况需求。直流电动机早期新能源汽车的主力，控制简单且调速性能优异，但电刷维护成本较高。交流感应电动机又称异步电动机。结构坚固、成本低、运行可靠，广泛应用于中大型电动车。永磁同步电动机高效率、高功率密度、体积小。是目前乘用车领域应用最广泛的主流机型。开关磁阻电动机结构极其简单、坚固耐用且耐高

温，但在噪声控制和转矩脉动方面仍具挑战。6.1驱动电动机及其控制直流电动机是利用通电导体在磁场中受力运动的原理，将直流电能转换为机械能的装置。核心结构组件磁场系统：由固定的N、S极磁铁组成，建立恒定的主磁场。电枢与绕组：可转动的圆柱体（电枢），表面槽内安装由导体ab、cd组成的绕组。换向与导电：换向片与电枢同轴旋转；固定电刷A、B连接直流电源正负极。输入直流电源电刷/换向器电枢绕组输出机械转动图6-1

直流电动机物理结构模型核心要点/Key

Note换向器作用：它是直流电机的核心。当线圈转过中性面时，换向器自动改变电流方向。受力规律：遵循安培定则（左手定则），使电枢受到的电磁转矩方向保持不变。6.2直流电动机的工作原理与结构基速以下阶段(操作手段：降低电源电压)：恒转矩调速励磁状态：磁通为额定值基速以上阶段(操作手段：降低磁场磁通)：恒功率调速电枢状态：电压为额定值关键概念辨析“恒转矩”与“恒功率”是指调速方式下电动机的带负载能力，而非实际输出值。电动机运行时的实际电磁转矩由负载转矩的大小决定。图：恒转矩与恒功率调速配合特性 调速过程中，控制参数的变化旨在使电机在不同转速下都能获得最大的出力潜力。实际运行点的平衡始终遵循：。恒转矩调速与恒功率调速的配合方式占空比：平均电压：-

DC

MOTOR

PWM

CONTROL

SYSTEM

-主流控制技术当需要对电动机的电枢电压大小进行控制时，PWM已成为主流。脉宽调制（PulseWidthModulation）通过调节占空比实现精确压控

教学提示/Key

NotePWM控制的核心在于“以高频开关动作代替模拟电压调节”，理解与的比例关系是掌握该技术的关键。直流电动机的脉宽调制控制精确控制的基础在于对电磁转矩的有效控制。物理逻辑链：动态特性控制路径合转矩积分(转速)积分(位置)控制实现在主磁极励磁磁通恒定的前提下，电磁转矩与电枢电流呈线性关系：核心手段电枢电流闭环控制通过闭环反馈，实现快速、准确的转矩响应与动态控制。图1.

直流电动机转矩闭环控制示意图2.包含PWM与汽车模型的控制系统重点提示只要控制了电磁转矩，就能通过积分关系精确控制电机的转速和位置。这是伺服驱动系统的核心逻辑。直流电动机的转矩与转速控制交流感应电动机的工作原理定子组成(Stator)定子铁芯：由硅钢片叠压而成，内圆周冲有槽以便安放绕组。定子绕组：三相对称绕组，通常按星形方式连接。机座：支撑并保护内部结构。转子组成(Rotor)转子铁芯：主磁路的一部分，同样由硅钢片叠压。转子绕组：感应电流并产生电磁力矩。轴承：支撑转子旋转，减少摩擦。-

INDUCTION

MOTOR

STRUCTURE

-图6.3

交流感应电动机结构及绕组示意图核心原理解析定子中的三相对称绕组通入三相交流电后，会产生一个在空间旋转的磁场。该旋6.3交流感应电动机及其驱动系统矢量控制核心思想通过坐标变换将交流电动机模型等效为直流电动机模型，实现磁链与转矩的解耦控制，从而获得优良的动态调速性能。矢量控制系统完整链路调节器层级：包含速度调节器(ASR)与电流调节器(ACR)，输出电压给定。坐标变换：变换（CLARK）与旋转变换（PARK），实现静止到旋转的跨越。执行机构：SVPWM空间矢量脉宽调制技术驱动逆变器。逻辑流向：给定信号变换运算图9.3

矢量控制系统结构框图学习重点提示1.重点观察图中变换与旋转变换模块的位置。 注意反馈回路：电流采样与速度反馈如何影响调节器输出。思考交流感应电动机的矢量控制永磁同步电动机(PMSM)是新能源汽车的核心，凭借卓越的性能成为主流驱动方案。高效率能量转换损耗极低，提升续航里程。高控制精度响应迅速，实现精准的速度与转矩控制。大转矩密度体积小巧却能爆发强大动力性能。定子(Stator)铁芯：硅钢片叠制而成

绕组：三相对称电枢绕组组件：机座与端盖转子(Rotor)核心：永久磁体材质：高性能稀土材料特性：无需励磁电流图10.3

永磁同步电动机结构与原理核心原理定子通入三相交流电产生旋转磁场，与转子永久磁体的恒定磁场相互作用，产生电磁转矩，实现电机的同步旋转。6.4永磁同步电动机及其驱动系统矢量控制（Vector

Control）通过解耦控制，将交流电机模拟为直流电机，实现转矩与磁通的独立调节。图2.1永磁同步电动机矢量控制系统闭环结构*注：通过使，定子电流矢量全部用于产生转矩，极大提高了控制效率。控制逻辑流程12信号采集：检测转子位置及定子三相电流，获取实时运行状态。坐标变换：经Clarke/Park变换求出、及当前实际转矩。

转速外环：比较与，通过转速控制器输出期望转矩。电流内环：依据2.永磁同步电动机的矢量控制1.驱动系统核心组件控制器功率变换器位置传感器电动机本体电机结构特征材料：定转子均由硅钢片叠压而成形态：均为双凸极结构绕组：定子集中绕组，转子无绕组相数与极数定义“一相”概念：径向相对的两个绕组串联形成一对磁极。典型极数搭配：三相6/4结构四相8/6结构图6.5-1

6/4与8/6极数结构示意图

教学要点/Key

PointsSRM的核心优势在于其简单的转子结构。由于转子既无绕组也无永磁体，使其具备极高的机械强度，适合超高速运转，且在恶劣环境下具有极佳的可靠性。6.5开关磁阻电动机及其驱动系统：结构与工作原理控制核心实质本质是通过调节励磁电流实现对电动机的控制。涉及参数包括：开通角、关断角、相平均电压、斩波占空比等。角度位置控制(APC方式)电流斩波控制(CCC方式)脉宽调制控制(PWM方式)角度位置控制(APC)原理与特性通过改变和高速适用原因：此时反电动势较大，电流上升困难，通过调节开/关角度能最有效地控制转矩。关键控制参数开通角关断角相平均电压斩波占空比Duty

评价与建议灵活性极高，是目前应用最广的控制方式。局限性：低速区不能独立工作，需配合其他方法。2)开关磁阻电动机的控制P

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EN07动力电池及管理系统7.1数据采集方法7.2电量管理系统7.3均衡管理系统7.4热管理系统7.5数据通信系统7.6电池管理系统的故障诊断*现代BMS正向着智能化、集成化方向快速发展，功能日益完善。电池管理系统（BMS）是监控电池能量消耗、预测剩余电量的综合性电子控制系统。它具备故障诊断、短路保护、报警显示及实时状态监测等功能，是电池组安全运行的核心大脑。电池组参数检测电池状态估算故障诊断电池安全与报警充电控制充放电继电器控制热管理CAN通讯信息存储7.1数据采集方法：电池管理系统(BMS)SOC估计常用核心算法1)开路电压法2)容量积分法3)电池内阻法4)模糊逻辑/神经网络5)卡尔曼滤波法核心聚焦：开路电压法(OCV)开路电压法是最简单的测量方法，其核心逻辑是根据电池组在静置稳定后的开路电压来直接判断荷电状态(SOC)的大小。图7-2

动力电池组电压与容量关系曲线图表解析纵轴：放电电压(V)横轴：A、B、C

三个典型放电区域图例：展示了从33A

到200A

不同放电电流下的电压跌落趋势。电流越大，极化内阻导致的电压降越明显。7.2电量管理系统：SOC估计常用算法新能源汽车技术·电池管理系统(BMS)BATTERY

STATE

OF

CHARGE

ESTIMATION2)容量积分法通过对单位时间内，流入流出电池组的电流进行累积，从而获得电池组每一轮放电能够放出的电量。核心逻辑链条电流累积放电电量确定SOC变化数学表达：测量工具：需使用交流阻抗仪进行精准测量。3)电池内阻法电池内阻与SOC有密切关系，主要分为以下两类进行分析与测量：交流内阻(交流阻抗)属于复数变量，表示电池对交流电的反抗能力。直流内阻表征电池在直流放电过程中的阻力特性。电池SOC估算方法：容量积分法与内阻法车载动力锂离子电池成组后，电池单体性能的不一致严重影响了电池组的使用效果，显著减少了电池组的使用寿命。工艺局限电池制作工艺限制，即使同一批次的电池也会出现物理特性差异。自放电差异电池组中单体电池的自放电率不一致，随时间累积造成电量偏差。动态放大温度、放电效率及保护电路的影响，会导致初始差异在循环中放大。BATTERY

MANAGEMENT

SYSTEM

RESEARCH核心结论单体差异是客观存在的物理属性，无法通过生产完全消除。管理系统的介入是保证电池组长寿命运行的必要手段。关键点强调均衡系统是车载动力锂电池组管理系统的关键技术7.3均衡管理系统电池组热管理系统主要功能采集监控实现电池温度的准确测量和实时监控，确保系统感知能力。散热通风在电池组温度过高时提供有效散热和通风，防止热失控。低温加热低温环境下实施快速加热，保证电池在适宜温度区间工作。有害气体排放有害气体产生时进行有效通风，保障电池仓室环境安全。温度场平衡保证电池组内部温度场的均匀分布，避免局部过热造成的一致性问题。按传热介质分类空冷(Air

Cooling)利用空气流动带走热量，结构简单。液冷(Liquid

Cooling)采用冷却液循环换热，换热效率高。相变材料(PCM)冷却利用材料相变潜热控温，控温性能佳。

学习笔记热管理系统是确保动力电池寿命与安全的核心组件。不同的冷却方式适用于不同的车辆工况与性能要求。7.4热管理系统数据通信是电池管理系统（BMS）的“神经中枢”，负责系统内外信息的实时高效交互。内部通信(Internal)实现主控板与各检测板之间的数据交互，确保电池状态同步。外部通信(External)BMS与车载主控制器、车载仪表、非车载充电机及PC/服务器等设备的信息交换。CAN1/2RS232RS485多总线并行图7-5

数据通信系统设备连接示意图系统架构要点支持多级电池箱级联检测集成绝缘与电流检测功能7.5数据通信系统BMS采用分布式层级架构，通过多路CAN总线实现整车控制、状态监控与底层数据采集的协同。顶层控制层包含整车控制器、电机控制器等上层节点，作为系统的决策中枢。核心处理层：中央控制模块通过高速CAN1

与上层连接，作为内部总线与外部网络的通信枢纽。底层采集层：测控模块1-10分两行排列（每行5个），通过内部总线实现实时电芯数据采集。

通信链路规范：整车CAN网络：250

kb/s高速CAN2：连接车载监控系统图1.2车载模式BMS

结构示意图学习要点重点理解中央控制模块的网关作用。注意250

kb/s

是整车CAN网络的标准速率。测控模块的分布式排列有利于降低单体电池连接的复杂性。车载运行模式下电池管理系统的结构故障诊断是BMS的核心功能，通过实时监控电池状态，确保系统在安全阈值内运行并及时响应异常。核心监测任务电池状态监测(电压、电流、温度)异常识别(过充、过放、短路)多级报警机制(视觉/声学/数据)系统关联交互BMS通过CAN总线与整车控制器

(VCU)实时交互，故障时可指令切断动力高压回路。诊断处理流程逻辑实时采集阈值对比故障分级保护动作图7-6

系统结构与CAN总线连接示意图核心要点/Key

Note在故障诊断中，实时性是首要指标。BMS必须在毫秒级时间内识别出如短路等致命故障，并通过CAN总线同步至

VCU，触发继电器断开，保护电池免受热失控威胁。7.6电池管理系统的故障诊断与分析电池系统预先危险性分析：电池爆炸或破裂电池过充措施：实时监控电池电压和电流，设置过压保护阈值。电池过放措施：检测线束异常，执行欠压保护及低电量预警。线束故障措施：监控电池电流，采用冗余保险丝设计及可靠连接。电池短路措施：监控电芯温度，集成高效热管理系统与熔断保护。电池内部过热措施：监控接触器状态，实施分级热失控控制逻辑。气体堆积(H₂/O₂)措施：配置电池气体检测传感器，优化电池包排气通道设计。高压触电分析重要提示：所有高压系统维护必须遵循严格的断电与放电流程。高压线束连接错误检测高压线束异常状态预充电电路保护设计高压绝缘低高压绝缘实时在线检测绝缘失效后的安全切断控制电池管理系统故障分析故障数据管理是故障诊断系统的核心，它负责记录、存储并提供关键的异常信息，是实现精准排查与安全管控的基础。故障码管理实现电池系统故障码的存储、分类与全生命周期管理。冻结帧信息存储存储与故障时刻相关的电压、电流、温度等关键工况数据，便于事后精准排查。诊断服务接口提供与上层应用程序和外部诊断仪的标准通讯接口函数。故障灯管理根据故障等级实时控制仪表盘报警灯的显示逻辑与状态。故障处理机制管理故障发生后的降额、断电或限速等应对策略的触发流程。核心逻辑小结故障数据管理不仅是简单的“记录者”，更是系统安全的“哨兵”。它将抽象的电信号转化为可读的诊断信息，为整车控制器的安全决策提供数据支撑。动力电池故障诊断策略：故障数据管理P

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8项目

8燃料电池电动汽车简介燃料电池电动汽车的类型质子交换膜燃料电池燃料电池发电系统分类准则：根据燃料电池电动汽车是否配备蓄能装置进行划分。两大核心类型1.纯燃料电池电动汽车燃料电池是电动汽车上电能的唯一来源，系统结构相对单一，完全依赖氢能转化。2.混合型燃料电池电动汽车除了燃料电池外，还配备了蓄电池或超级电容等蓄能装置，可实现能量回收与功率补偿。图8-1

燃料电池动力系统结构示意图

学习要点/Note理解“纯”与“混合”在能量流向上的本质区 别。关注燃料电池系统与驱动电机之间的电能连接 关系。8.1燃料电池电动汽车的类型及构成核心定义/Definition混合型燃料电池电动汽车（FCEV）在燃料电池系统的基础上，增加了一套功率较大的蓄能装置，实现能量的互补与高效利用。常见蓄能装置分类蓄电池超级电容飞轮电池燃料电池提供基础功率，蓄能装置应对瞬态峰值负载。通过蓄能装置回收制动能量，显著提高整车能量利用率。图：混合型燃料电池动力系统示意图