新能源汽车的其他关键技术
本章主要介绍有关新能源汽车的其他关键技术，包括整车辅助系统技术，整车安全技术、电磁兼容技术，轻量化技术、试验与评价技术等。
1  整车辅助系统技术
新能源汽车和传统的内燃机汽车虽然在动力驱动装置上相差很大，但对于驾驶人而言，无论什么车，都必须满足驾驶的动力性、操控性、舒适性等基本要求。例如，内燃机汽车冬季可以利用发动机的冷却水进行取暖，而对于纯电动汽车而言，没有这种热水的来源，那就必须在设计时考虑到运用其他方式解决这个问题，如采用电动空调系统。这样，就出现了新能能源汽车特有的一些辅助系统。
1.1  电动助力转向系统技术
1.1.1  概述
1.设置助力转向的必要性
随着现代汽车技术的发展，人们对汽车转向系统提出了越来越高的要求，以下这几个方面的性能改进都对助力转向系统提出了要求。
①良好的操纵性。即对转向盘的操纵轻便灵活，特别是在低速行车时。
②较高的转向灵敏度。指操纵转向器，车轮就能快速响应使车身转向。对于助力转向系统，灵敏度主要反映在产生助力响应的快慢程度，助力作用快，转向就灵敏。
③转向车轮的运动规律正确稳定。要求内、外侧转向轮的偏转角及驱动轮的差速比正确稳定，两者的比值与转向盘的转角始终保持一定的关系，以保证在转向时各个车轮只有滚动而无滑动现象。
④具有良好的稳定操控性。转向盘具有转向结束时自动回正的功能，并使汽车具有直线行驶的稳定性。
⑤安全可靠性。当汽车发生碰撞时，转向装置应能减轻或避免对驾驶人的伤害。对于助力转向系统，当助力转向失效或发生故障时，应保证通过人力转向仍能进行转向操纵。
2.助力转向系统的分类
助力转向系按传力介质的不同，可分为液压助力转向、气压助力转向和电动助力转向三大类。本节将介绍电动助力转向（ Electric Power Steering，EPS）系统及其结构特点。
3.电动助力转向系统的由来和特点
最早的EPS系统出现在20世纪70年代中期，这种系统提出的初衷是为了解决行驶中车辆发动机突然停止工作，失去液压助力时的行车安全问题。一旦发动机停止工作，用蓄电池供电的EPS系统立即投入工作。这种技术出现后，EPS系统逐渐成为汽车技术发展的研究热 点，但是，其推广应用进展缓慢，原因是EPS系统的成本太高。近年来随着电子技术的不断发展，EPS系统的成本不断降低，很多车型上应用了这一系统。
对于新能源汽车而言，液压助力转向和气压助力转向系统都需要利用压缩机先把电能转换为液压或气压的机械能的形式，然后才能驱动助力转向系统，不如直接用电动助力转向系 统效率高，而且便于实施智能控制。
与液压和气压助力转向系统比较，EPS系统具有以下特点：
①EPS系统能在各种行驶工况下提供最佳助力，减小由路面不平所引起的对转向系统的扰
动，改善汽车的转向特性，减轻汽车低速行驶时的转向操作力，提高汽车高速行驶时的转向稳定性，进而提高汽车的主动安全性，且可通过设置不同的转向手感特性来满足不同使用对象的需要。
②EPS系统只有在转向时电动机才提供助力（不像液压助力，即使在不转向时，液压泵也一直运转），因而能减少燃料消耗。
③EPS系统取消了液压泵、传动带、带轮、液压软管、液压油及密封件等，其零件与液压助力系统相比大大减少，因此质量更小、结构更紧凑，在安装位置选择方面也更容易，并且能降低噪声。
④EPS系统没有液压回路，比液压助力系统更易调整和检测，装配自动化程度更高，并且可以通过设置不同的程序，能快速与不同车型匹配，因而能缩短生产和开发周期。
⑤EPS系统不存在渗油问题，可大大降低维修成本，减小对环境的污染。
⑥EPS系统与液压助力系统相比具有更好的低温工作性能。
EPS系统由电动机直接提供转向助力，具有调整简单、控制灵活，以及无论在何种工况下都能提供相适应的转向助力的特点。
EPS系统最为突出的优点是，该系统可在不更换系统硬件的情况下，提供改变控制器软件的设计，十分方便地调节系统的助力特性，使汽车能在不同的车速工况下获得所要求的助力特性。
此外，EPS系统有助于四轮转向的实现，还能促进车辆悬架系统的发展。
1.1.2  EPS系统的基本组成
EPS系统主要由传感器（车速传感器、转矩传感器、转向角传感器）、电子控制器（ECU）和执行机构（电动机、电磁离合器、齿轮减速及其传动件）三大部分组成。
下面分别介绍主要部件的作用和工作原理。
1.转矩传感器和车速传感器
转矩传感器是为了让EPS系统获知驾驶人的驾驶意图而设置的传感器。用于测量驾驶人作
用在转向盘上的转矩大小和方向，以及转向盘转角的大小和方向。
转矩测量系统比较复杂而且成本很高，在EPS系统的成本中占据较大的比例。所以，精确、可靠、低成本的转矩传感器是决定EPS系统是否具有市场前景的关键之一。目前，采用较多的方案是在转向轴位置上加一个转向拉杆，通过测量转向拉杆的变形程度来测量转矩。另一种方案是采用非接触式转矩传感器。
车速传感器是为了给EPS系统提供车速的信息，作为EPS系统决定产生助力大小的依据。汽车助力转向系统
2.电动机
转矩传感器是向EPS系统的ECU提供驾驶人意图的信息的，ECU根据转矩传感器和车速传感器提供的数据，产生控制指令。电动机就是执行控制指令的一个执行机构，电动机的功能就是根据控制指令输出合适的转动方向和合适的转矩，输送给转向拉杆，以帮助驾驶人更加灵活、轻便、准确、稳定地完成转向的功能。
电动机是EPS系统的关键部件，对EPS系统的性能具有很大的影响。EPS系统对电动机的要求是低转速大转矩、波动小、转动惯量小、尺寸小、质量小，而且可靠性高、易于控制。
在设计上常常对原有电动机做一些改进以满足EPS系统的要求，如沿转子的表面开一些斜槽或螺旋槽、定子磁铁设计成不等厚的形状等。
永磁同步电动机具有高功率、高功率因数和高转矩惯性比等优点，是EPS系统的理想电动机。这种电动机无机械换向器和电刷，结构简单，体积小，运行可靠，环境适应能力强，比功率远远大于一般电动机，是EPS系统电动机的首选。
3.减速器
在EPS系统减速机构与电动机组合装置中，减速机构的作用是减速增矩，即降低转速增加转矩，常采用蜗轮蜗杆机构和行星轮机构形式。有的EPS系统减速机构还配有离合器，装在减速机构一侧，当车速达到一定值时，已经不再需要助力转向，这时用离合器切断电动机减速系统的连接，EPS系统停止工作。当电动机发生故障时，离合器也自动分离，转向系统进入无助力机械转向模式工作。
4.三种助力方式
EPS系统通常有三种助力方式：转向柱助力式、齿轮助力式和齿条助力式。
转向柱助力式EPS系统的电动机固定在转向柱一侧，通过减速机构与转向轴相连，直接驱动转向轴助力转向。齿轮助力式EPS系统的电动机、减速机构与小齿轮相连，直接驱动齿轮助力转向。齿条助力式EPS系统的电动机和减速机构直接驱动齿条提供助力。
1.1.3  EPS系统的工作原理
转矩传感器和车速传感器将采集到的信号经滤波放大处理后，输入电子控制器（ECU），ECU通过运行其内部的控制算法，向执行机构发出指令，控制执行部件的动作。其工作过程为：当操纵转向盘时，转矩传感器产生与输入转向转矩相对应的电压信号；该信号与车速信号同时输入ECU，由ECU中的计算机系统运算处理后，确定其助力转矩的大小和方向，即选定电动机的驱动电流和方向，调整转向的辅助动力。电动机的转矩通过电磁离合器输出，再经减速机构减速增矩后，加在汽车的转向机构上，使之得到一个与工况相适应的转向作用力。
1.1.4  电子控制器（ECU）及其控制策略
电子控制器（ECU）的基本组成框图包括RAM、ROM、单片机及与其相应的外围接口电路。
外围接口电路主要包括整形放大输入接口电路、A-D转换器、D-A转换器、电流控制电路、驱动电路、故障诊断输出及稳压电源等。
汽车转向运行时，转向转矩、转向角和车速信号经整形放大后，通过A-D转换器将模拟信号转换为数字信号输入微处理器CPU。CPU根据这些信号计算出最优化的助力转矩值，然后把该值作为电流命令值送到D-A转换器转换为模拟量，再将其输入电流控制电路。电流控制电路把来自CPU的电流命令值与电动机电流的实际值进行比较，产生一个差值信号，该差值信号被送到电动机驱动控制电路。同时CPU控制电动机驱动电路输出一个决定电动机（左转或右转）转动方向的信号，电动机按其要求的电流值和方向提供转向机构相应的助力。当汽车速度达到一定值不需要转向助力或系统出现故障时，CPU发出信号经继电器切断电动机和离合器驱动电路的电源，停止其转向助力。
随着汽车车速和转向盘输入转矩的变化，助力电动机通过改变驱动电流也做相应的变化。地面对轮胎偏转阻力随车速的提高而减小，因此随着车速的提高，转向盘的辅助动力应该相应地减小，即需减小助力电动机的驱动电流。然而在实际控制中，电动机电流是按阶梯规律下降的。在起动和低速时，电动机电流的变化比较大，因为在车速极低时，转向盘上
所需的转矩要大得多，当车速超过一定值时，转向盘上的操纵力会很小，为了保持一定的操作性，这时助力电动机和电磁离合器停止工作。
另外，助力电动机的电流还随着转向盘转矩的增加而增加。当转向盘转矩增加到一定程度后，在一定的车速范围内，电动机电流就维持不变。因为更大的转向盘转矩出现的概率很小,所以从整体上来说对驾驶人的转向操纵力影响不大。
随着转向盘转矩的增加，要求电动机电流增加，当转向盘转矩增加到一定程度时，在该车速范围内电动机电流维持不变；而随着车速的升高，电动机电流呈阶梯规律减小，并且随着车速的提高，其阶梯变化也越来越小。
1.2  新能源汽车的空调系统技术
新能源汽车与传统汽车在系统构成上存在着较大差别，不同类型的新能源汽车又有不同的特点。纯电动汽车没有发动机作为空调压缩机的动力源，也没有发动机余热可以利用以达到取暖、除霜的效果。燃料电池电动汽车也没有发动机作为空调压缩机的动力源，但是燃料电池可以产生比较稳定的余热。对于混合动力电动汽车来说，发动机由其控制策略决定，
不能随时作为制冷压缩的动力源。汽车空调对车厢内部空气的调节首要的是调节空气的温度，通过制冷来降低空气温度。根据新能源汽车的特点，目前可以选择的制冷空气调节方式主要有热电偶制冷、余热制冷和电动压缩机制冷三种。其中余热制冷可以考虑应用在燃料电池电动汽车上。
1.2.1  热电偶空调系统
热电偶技术自20世纪50年代末发展起来，其理论基础是佩尔捷-塞贝克物理效应。
热电偶技术因其独特的优点而得到了较广泛的应用，解决了许多特殊场合的空气调节问题，满足了人们在各种场合的需要。目前，该项技术己经应用到汽车冰箱、核潜艇空调器、宇航员及坦克乘员的空调服等方面。我国从20世纪60年代开始对热电偶技术进行研究，并生产出性能良好的热电偶材料。