万字长文 车是怎么动起来的 电机电池电控
万字长文 车是怎么动起来的 电机电池电控
1 车辆姿态及驾驶者动作指令
1.1 车辆姿态
首先汽车坐标系是右手坐标系。
在车辆动力学分析中，ISO定义的车体坐标系较为常见。方向如下图。
其中，Roll：翻滚角，Pitch：俯仰角，Yaw：偏航角
- 绕着前后轴（front-to-back axis）旋转角度为Roll，翻滚角
- 绕着左右轴（side-to-side axis）旋转角度为Pitch，俯仰角
- 绕着竖直轴（vertical axis）旋转角度为Yaw，偏航角
对于驾驶者和乘坐者来说，最好Roll、Pitch和Yaw都为0，车辆平稳。
然而这不可能，除了主动车辆加减速和转弯外，路面不平整和侧风等，都会导致车辆在这三个方向上的运动。
因此电控除了要实现车辆运动和停止这一主要任务外，还要通过扭矩的施加，调整车辆姿态，使车辆尽可能平稳。比如，控制加减速的幅度以控制Pitch：俯仰角。
1.2 驾驶者动作指令
加速和减速就不赘述了。
对老司机来说，除加速和减速外，还有两个很日常的工况——creep（蠕行）和coast（滑行）。
Creep （蠕行）车速较低时挂D档或R档，不踩油门不踩刹车，车也会慢慢走。在车辆起步，或者倒车时经常采用。
Coast （滑行）在预判前方路况、车速过快需降速或等待远方红灯时，油门、刹车都不踩情况下，依靠惯性滑行，以进一步判断后续措施的一种工况。部分驾驶员的滑行里程能占总行程的30%~40%，重载卡车司机更是精于此道。
tip-in/tip-out
所谓tip-in/tip-out，是指快速踩油门/收油门。通常用油门变化率（行程变化除以时间s）来衡量油门踏板输入的快慢，在极短时间内改变油门输入，油门深度变化超过50%，且油门变化率（每秒内油门行程变化）超过100%，也就是tip-in/tip-out。例如，用0.5秒踩下50%油门行程，油门变化率是100%。
Tip-in ：踩油门
Tip-out：松油门
sail-on：松油门后车继续往前窜
Tip-in&out工况车辆的动作可以反映出车辆对驾驶员踩下与松开加速踏板动作的响应，简单说就是车辆能否按照驾驶员的意图准确、迅速的加速与减速。
2 车辆电驱系统组成
三电系统，电池、电机、电控。
2.1 电池
磷酸铁锂电池的优点是安全性极高、循环次数久、高温性能好、容量大、无记忆效应、重量轻、对环境比较友好。缺点是不耐低温，单质铁的威胁（磷酸铁锂制备时的烧结过程中，氧化铁在高温还原性气氛下存在被还原成单质铁的可能性，容易引起短路）、制造成本高。因此，磷酸铁锂电池的最重要的优点是高全性能高，很难发生爆炸，但是成本较高，单质铁威胁。
三元锂电池的能量密度更高，倍率性能更好，但循环次数低，安全性能低。相比较而言，同样空间装电池，锂酸铁锂能行驶500km，三元锂可能行驶800km。
各厂商电池的应用
BYD新能源汽车基本就是磷酸铁锂电池动力的。
特斯拉的新能源汽车主要是三元锂电池作为动力组成来源。供应商LG和宁德时代。
蔚来汽车，宁德时代独家供应，40%是三元，60%是三元铁锂混合。
理想汽车，宁德时代独家供应，100%是三元。
小鹏，宁德时代、中航和亿纬锂能，三元占大部分。
2023上汽大众ID.Festival活动专访中，上汽大众总经理贾健旭透露，明年一季度ID.3将从三元锂电池切换为磷酸铁锂电池，这一变化将带来一个显著的好处，即价格的下调，预计降价幅度将高达1.9万元。
2023年 02月 14日，福特宣布将投资35亿美元，在密歇根州Marshall建立一座磷酸铁锂电池工厂；该工厂为福特全资所有，作为2022全美第二大电动汽车制造商，福特将是首个在美国本土建立三元锂电池及磷酸铁锂电池工厂的汽车公司。多款福特下一代电动车型将选用磷酸铁锂电池，北美市场的Mustang Mach-E将率先增加磷酸铁锂电池包版本。 这座新工厂名为“密歇根BlueOval电池产业园”，预计投产时间为2026年，初始设计年产能约为35吉瓦时（GWh），每年可为约40万辆福特电动车提供动力电池包。
2023年10月，通用汽车CEO宣布，通用汽车将在未来开始使用磷酸铁锂电池。这一决定意味着通用汽车将采用新的电池技术，以推动电动车市场的发展。
2.2 电机
目前国内电动汽车厂商大多采用永磁同步电机。
相较于交流异步电机，永磁同步电机的性能表现更好，并且体积和重量方面也更占优势，而且制造时需要的稀土材料在国内也十分丰富，因此采用永磁同步电机的车型在国内种类繁多。目前来看已经拥有自研电机的汽车企业仅有北汽新能源、比亚迪和蔚来三家。
各厂商电机应用
目前采用永磁同步电机的品牌主要有北汽新能源、比亚迪、小鹏汽车、吉利、奇瑞、威马等品牌，并且制造永磁同步电机的品牌也有很多，其中不泛包括西门子、博世、大陆、博世等机械大厂，北汽新能源和比亚迪也开发了自家的永磁同步电机。车和家发布的旗下首款量产车理想 ONE 前轴就采用了来自最大功率100kW的博世永磁同步电机，其百公里加速时长仅 5.6s。
也有少数车型采用了成本较低但是更为费电的交流异步电机，例如蔚来。
蔚来 ES8 延续之前发布的电动跑车采用了异步感应电机的设计，前后双电机的设计可以带来最大 478kW 的功率，并以此带来 4.4 秒的百公里加速，而电机供应商则是自家的蔚然动力。
ES6虽然在基准版中采用了双永磁同步电机的设计，但是其性能版中采用了异步感应电机与永磁同步电机组合的方式，其前轴搭载了 160kW 永磁同步电机，后轴则搭载了 240kW 的异步感应电机，这样的搭配让 ES6 不仅拥有更长的续航里程，同时也兼顾了高性能，总扭矩为700N·m，零百加速时间4.5秒。
2.3 电控
新能源汽车电机+电控系统作为传统发动机+变速箱功能的替代，其性能直接决定了电动汽车的爬坡、加速、最高速度等主要性能指标。
在新能源汽车的整个平台架构中，VCU （Vehicle Control Unit 整车控制器）、MCU (Moter Control Unit 电机控制器）和 BMS （BATTERY MANAGEMENT SYSTEM 电池管理系统）是最重要的核心技术，对整车的动力性、经济性、可靠性和安全性等有着重要影响。
电池通过电池管理系统BMS （BATTERY MANAGEMENT SYSTEM 电池管理系统）来监控和管理。
电机通过电机控制器MCU (Moter Control Unit 电机控制器）来监控和管理。应用层软件按照功能设计一般可分为四个模块：状态控制、矢量算法、需求转矩计算和诊断模块。
同时，电控系统面临的工况相对复杂：需要能够频繁起停、加减速，低速/爬坡时要求高转矩，高速行驶时要求低转矩，具有大变速范围。
当前的现状是电机控制供应商提供电机控制器，由整车厂家开发整车控制器，两个控制器通过汽车 CAN 总线通讯控制电机运行。
加速/制动踏板状态、电机运行模式等多路信号通过 CAN 总线与整车控制器通讯，整车控制器又与电机控制器 CAN 总线通讯，多次通讯传输影响到电机控制器的响应速度，对电机控制会滞后。这是“电机控制供应商提供电机控制器，由整车厂家开发整车控制器”模式的弊端。
2.4 电控- VCU
VCU是核心控制部件。整车控制器（VCU）是整车控制单元，通过接受各个子控制器的信号来协调判断整车状态，发出控制指令的单元。
通常与中央控制器（CEM）、电池控制器（BMS）、底盘控制器、电机控制器（MCU）、车载充电机（OBC）、DHU等控制器进行直接通讯。根据不同控制器不同的传输速率等采用CAN通讯、CAN FD、FlexRay、Lin等通讯方式。
整车控制器（VCU）通过汽车CAN总线通讯接收加速/制动踏板状态、电机运行模式、电机供电使能、扭矩等