新型电动轿车开发.doc

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1、新型纯电动轿车开发吴志新赵春明杨敬群(天津清源电动车辆有限责任公司,天津)周学虎(天津一汽夏利汽车公司产品开发中心,天津)摘要：本文全面介绍了新一代纯电动轿车的系统规划、整车轻量化、整车一体化和系统一体化设计思想，以及在整车控制策略、CAN总线技术、车载能源（电池组）的充放电均衡和热管理系统、整车故障诊断及高压电安全管理、车身舒适性控制等方面所取得的创新性成果。关键词：纯电动轿车；CAN总线；高压电安全；舒适性控制一、概述发达国家对电动汽车技术和产品的研究以及产业化投入了大量的资金，一方面促进了电动汽车本身的

2、技术和产业的迅速发展，另一方面极大地推动了传统汽车技术和产业的跨越式发展。纯电动汽车所涉及到的电机及其驱动技术、电池及其管理系统、整车的控制策略等等，是包括电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车等新型汽车发展的基石。以科技创新和产业化为开发目标，对开发的新一代系列纯电动轿车进行了全面、系统的规划。同时，以整车轻量化设计、整车一体化和系统一体化设计、整车控制策略的优化及系统优化匹配、CAN总线技术、电池均衡及热管理、整车故障诊断及安全管理、批量车辆运营数据的记录和分析、基于无线远程通信技术的车辆运行智能化监控管理

3、系统开发等作为课题任务的工作重点，实现科技创新和产业化的有机结合。与国外同类电动汽车相比，无论是高新技术的开发、应用，还是具体的性能指标，均有创新和突破。二、技术构成新型纯电动轿车的技术构成示意图如图1所示，分为：整车部分、电机及其控制系统、动力系统主控制器、电池及其管理系统、车载充电机、车身低速总线控制系统、数字VFD仪表（含组合仪表节点）、车载记录仪（车载终端）及运行数据分析系统、故障诊断及安全管理系统、车辆运行智能化监控管理平台以及相应的支持平台,如虚拟设计平台、整车性能仿真平台、CAN总线开发平台、各

4、关键子系统开发平台、整车及子系统测试评价平台等。可以看出，新型纯电动轿车的研发没把整车开发作为一个系统工程[2]，既侧重支持平台的研制和建设，又在汽车电子先进技术领域给予重要关注，既在整车设计上努力实现技术创新，也对基于无线远程通讯技术的车辆运行智能化监控管理系统做了规划和开发。图1技术构成示意图图2一体化设计的动力总成2.1整车轻量化设计整车轻量化始终是汽车技术重要的研究内容。纯电动汽车由于布置了电池组，整车重量增加较多，轻量化问题更加突出。①通过对整车实际使用工况和使用要求的分析，对电池的电压、容量、驱动

5、电机功率、转速和转矩、整车性能等车辆宏观参数的总体优化，合理选择电池和电机参数。②通过结构优化和集成化、模块化优化设计,减轻动力总成、车载能源系统的重量。这里包括对电机、电机驱动器、传动系、冷却系统、空调和制动真空系统的集成和模块化设计（如图2所示），系统得到优化；电池、电池箱、电池管理系统、车载充电机组成的车载能源系统的合理集成和分散，实现系统优化。③积极采用轻质材料，比如：电池箱的结构框架、箱体封皮、轮毂等采用轻质合金材料。后悬架支承管弹簧下支座减振器下支点④利用CAD技术对车身承载结构件(如：前后桥、新

6、增的边梁、横梁等)进行有限元分析研究，用计算和试验相结合的方式，实现结构的最优化。图3和图4分别表示后桥计算、测试实例。图3后桥三维数模EGDAB、C②、③F图4应力测试点示意2.2基于双总线的分布式网络控制系统新型纯电动轿车整车控制系统是两条总线的网络结构，即驱动系统的高速CAN总线和车身系统的低速总线。高速CAN总线每个节点为各子系统的ECU。低速总线按物理位置设置节点，基本的原则是基于空间位置的区域自治，即物理位置相近的电器元件连接到一个节点控制单元（ECU），各元件的信号通过ECU与总线进行通讯。低速

7、总线有两种方案可以选择，可以是低速CAN，也可以采用LIN总线。前一种方案中，高速CAN总线和低速CAN总线的结构都为独立控制结构，可以按照ISO11898、J1939及J2284组建高速CAN[3]，按照ISO11519-2、J1939及J2284组建低速容错CAN[4]。各节点自成一个系统，节点控制单元根据本地传感器和来自CAN总线上的信号，控制本地执行机构，同时将需要与其他节点共享的信号传输的总线上。图5为纯电动轿车采用的整车控制系统网络结构示意图，控制系统为两条总线的网络结构，即驱动系统的高速CAN总

8、线和车身系统的低速总线。图6为车身舒适性系统网络拓扑关系示意图。实现整车网络化控制，其意义已经不只是解决汽车电子化中出现的线路复杂和线束增加问题，网络化实现的通讯和资源共享能力成为新的电子与计算机技术在汽车上应用的一个基础，同时也为X-By-Wire（与汽车安全性相关的线传电控系统，支持协议有TTP/C、FlexRay,高传输率及容错是其基本技术特征）技术提供有力的支撑。图5整车控制系统网络结构示意