26 新能源汽车技术简介(六)：EKK/PTC/E-BKV/EPS技术简介
注意：本文仅做参考，由于不同厂商使用规范不一，文中相应材料均用文字描述，避免引起误解，同时由于公司保密条例，一切涉密材料均使用代称或虚指，切勿对号入座。部分资料来源于网络，侵删。
本章节主要介绍新能源汽车中空调压缩机、电动加热器、机电伺服制动系统、电子助力转向系统的相关技术，并主要以丰田混动汽车和蔚来纯电动汽车为基础进行展开和举例。需要提前说明的是，为了保险起见，我司目前大部分资料我均未做展示，仅组织语言进行了描述，同时各家整车厂对于该部分高压零部件的整合封装和控制逻辑不同，导致了某些控制器可能存在一些出入，但无论如何，其在新能源汽车上具备的功能和实现的原理是相近的。
一、电动空调压缩机（EKK）
对于传统燃油车，当车辆需要制冷开启压缩机时，其动力来源于发动机，通过皮带驱动压缩机运行。但NEV车辆存在纯电动行驶的特点，特别是BEV车辆，没有发动机作为压缩机的动力来源，因此针对NEV车辆，需要使用高压电机驱动的电动压缩机来替代传统燃油车上的发动机驱动式压缩机。
电动空调压缩机通常使用涡旋式压缩机，电动机与压缩机采用同轴驱动方式。高压电池的直流电经过逆变器转换为交流电驱动电机，同时通过调节通电频率和电流大小可以精确调节压缩机转速。
压缩机在整车空调系统中的作用如下图所示。简单来说就是低压气态制冷剂通过压缩机变为高压气态，然后通过冷凝器散热变为高压液态，散发的热量通过风扇排出，高压液态制冷剂经过储液罐，经过膨胀阀变为低压液态，然后在蒸发器内吸热变为低压气态。
普锐斯THS系统中空调压缩机是将A/C和DC/AC集成在一起的电子变频器压缩机，安装位置和内部结构如下图所示。
空调压缩机控制逻辑原理图如下所示，其核心部件为DC/AC转换器，具体实现基理见专栏前期LE相关文章，不做赘述。
二、电动加热器（PTC）
对于传统燃油车空调机构，在制热功能方面，通常是依靠发动机运转散发的热量为车内提供制热功能。对于NEV车辆，由于整车并无发动机部件，或者存在纯电行驶模式，实际行驶中是无法依靠发动机运转来满足制热需求的，所以NEV车辆需要增加额外的产热设备，目前常用的制热方式为PTC（Positive Temperature Coefficient）加热系统。
PTC是指正温度系数材料。我们平时见到的玻璃等物品属于逆温度系数材料，简称NTC，NTC的特点是温度越高，电阻越小，所以NTC一旦通电发热，会导致温度越高电流越大直至燃烧损坏。而PTC材料是温度越高，电阻越大，因此可以通过自身温度系数特性形成稳态，可以满足NEV车辆对制热功能和安全性的需求，目前常见的PTC材料是一种半导体陶瓷。
下图是PTC发热/散热平衡关系图。PTC加热器的电阻值随自身温度的上升而急剧增加。所以当自身温度上升时，发热功率也会急剧下降；当发热功率与散热功率达到平衡时，温度不再上升，功率也不再变化。当散热条件（如环境温度、吹风、浸水等）发生改变时，PTC的功率和温度重新调整，达到新的平衡。
需要注意的是PTC使用的是高压电池能源，同时由于逆变转换等等过程存在热能损失，因此能量消耗大，对于整车行驶里程的降低极为明显，这也是目前很多EV车主冬季抱怨较为集中的一点。
比如蔚来汽车为了乘客舒适性以及实现空调分区控制功能，为ES8安装了两个PTC暖风加热器。两个PTC加热器功率有所不同，控制前排的暖风PTC额定功率为5.5千瓦，控制后排的PTC额定功率为3.7千瓦。两个PTC同时工作时的功率高达9千瓦，那么对于动力电池容量为70度的ES8来说，1小时就相当于消耗了13%的电能，按照ES8综合工况续航355公里来计算，冬季暖风全开的工况下1小时就少了43公里。
蔚来使用大功率的PTC加热装置，一是我国对于量产车严格的标准规范。例如，试验开始20分钟后前挡风主驾侧主视野区域的80%必须完成除霜，这种标准下PTC功率小于3千瓦是达不到要求的；二是由于ES8车内空间较大，同时为了保证前后区分开控制，PTC加热器的功率必然相应提高。
三、机电伺服制动系统（E-BKV）
传统燃油车的汽车制动系统一般采用真空助力泵，俗称BKV（Brems Kraft Verstaeker）。如图所示，真空泵将腔内形成真空状态，真空度越大，制动助力的放大性能就越强，直观感受就是司机踩刹车越省力。对于NEV车辆，由于无发动机或者发动机不运行时，无法带动真空泵提供真空环境，因此普遍使用机电伺服制动系统，简称E-BKV。
对于BEV或者HEV车辆，其特点是驱动电机可以在制动或者滑行时反向运转作为发电机为高压电池充电，达到节能目的。该特有的制动能量回收系统会对汽车产生一个反向回收的制动力矩，如果不协调好该制动力矩和刹车踏板制动之间的关系，则势必会影响驾驶员的制动脚感建立。通俗一点说，当你驾驶一辆汽车，用一个10N的力可以让车完成-0.5G反向加速度的制动力，现在车子换成了新能源汽车，你踩刹车的时候，能量回收系统启动，那么你再以10N的力去踩刹车，在能量回收制动的加成下，可能整车就会产生-0.8G的反向加速度，这就会让驾驶员感觉到不舒服或者觉得跟其他车相比制动踏板太敏感。
因此当制动能量回收制动实施时，如何处理脚刹制动。保证制动踏板行程(或强度)如何与制动能量回收系统保持协调关系，制动踏板的踏板力要求如何与踏板行程相对应就是一个需要考虑的用户感知类问题。
目前NEV汽车多采用E-BKV机电伺服制动助力装置。它通过读取踏板行程传感器信号获得驾驶员踩刹车的力度和速度，将信号处理后反馈给制动泵电机，由伺服电机直接提供制动压力完成车辆制动。由于EBKV可以根据电信号精密调节的特性，它可以更好地配合汽车电动化和智能化实现多种模式的制动效果。
以丰田混动汽车的能量回收制动系统为例。丰田的能量回收制动系统的特点是采用制动能量回收与液压制动的协调控制，其协调制动的原理是在不同路况和工况条件下首先确保车辆制动稳定性和安全性，同时考虑到动力蓄电池的再生制动的能力(由动力蓄电池电控单元控制)使车轮制动扭矩与电机能量回收制动扭矩之间达到优化目标的协调控制，并由整车电控单元实施集中控制。
当驾驶员踩制动踏板，则按照制动踏板力大小，通过行程模拟器，E-BKV制动器实时进入相应工作，紧接着制动能量回收系统也进入工作状态，亦即如果动力蓄电池的电控单元判断动力蓄电池有相应的荷电量(SOC)回收能力，制动能量回收制动力将会介入并占据整个制动力的一部分；当车辆接近停止时，制动能量回收系统制动力又变为零，两种制动力的能量变换比例再次做相应调整。因此，制动能量回收制动与E-BKV制动之和需要达到与制动踏板行程量相对应的制动力值，两者需要精密配合，在保证安全的前提下，既要尽可能的完成能量回收，又要不影响驾驶员制动操作时的脚感特性。
博世iBooster机电伺服制动系统https://www.zhihu.com/video/1067786319018774528四、电动助力转向系统（EPS: Electronic Power Steering）
电动助力系统并不是NEV车辆的新技术或者新控制器，是我自己总是搞混几种转向类型，也顺便做了笔记，一起放到本章做个知识普及以及随速助力功能介绍。
1. 传统助力转向系统分类
电动助力转向系统由转向拉杆、助力电机、护罩、转向传动轴以及转向柱等组成，转向机构成如图所示。
电动助力转向系统按照电动机布置位置的不同，可以分为转向柱助力式、齿轮助力式、齿条助力式三种。
转向柱助力式（C-EPS：Column-Electronic Power Steering）：
转向柱电动助力转向器(C-EPS)的助力电机固定在转向柱的一侧，通过减速增扭机构与转向轴相连，直接驱动转向轴助力转向，如下图所示。这种形式的电动助力转向系统结构简单紧凑、易于安装。
齿轮助力式（P-EPS：Pinion-Electronic Power Steering）：
齿轮电动助力转向器(P-EPS)的助力电机和减速增扭机构与小齿轮相连，直接驱动齿轮实现助力转向，如下图所示。由于助力电机不是安装在乘客舱内，因此可以使用较大的电机以获得较高的助力扭矩，而不必担心电机转动惯量太大产生的噪声。该类型转向器可用于中型车辆，以提供较大的助力。
齿条助力式（R-EPS：Rack-Electronic Power Steering）：
齿条电动助力转向器(R-EPS)的助力电机和减速增扭机构则直接驱动齿条提供助力，如下图所示。由于助力电机安装于齿条上的位置比较自由，因此在汽车的底盘布置时非常方便。同C-EPS和P-EPS相比，可提供更大的助力值，所以一般用于大型车辆上。
2. 电动助力转向系统工作原理
以C-EPS系统为例：C-EPS系统的整体结构如图所示。它由电子控制单元（Electric Control Unit，简称ECU），转矩传感器（Torque Sensor），角度传感器（Rotation Speed Sensor），电动机（Motor）、转向盘（Steering Wheel）及蜗轮蜗杆减速机构（Worm Gear）等组成。
EPS的转向轴由与扭杆相连的输入轴和输出轴组成，输出轴通过传动机构带动横向拉杆使车轮转向，输出轴除了通过扭杆与输入轴相连外，还经过减速机构、离合器与助力电机相连。
当驾驶员转动方向盘时，电动助力转向系统开始工作，转向柱上的扭矩和角度传感器把方向盘的输入信号（转向力矩与旋转角度），以电压信号的形式送至ECU，同时ECU读取汽车的车速信号以及车辆驱动电机或车辆发动机的转速信号。ECU根据转向力矩大小和方向、发动机或电动机转速、车速、方向盘转角、方向盘转速等信号，判断是否需要助力以及助力的大小和方向。若需要助力，则依据预先设计的助力特性曲线计算出必要的助力力矩，并按照既定的控制策略和算法，输出相应的控制信号给驱动电路，由驱动电路提供相应的电流给助力电机，助力电机输出转矩并由减速机构放大后再传送给转向轴起助力转向的作用，从而完成转向助力的功能。若出现故障或车速超出设定值则控制助力电机停止输出，系统不提供助力，同时离合器切断，以避免机械转向系统受电机惯性的影响。
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