新能源汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制技術(shù)分析獲獎(jiǎng)科研報(bào)告【摘

要】新能源汽車是進(jìn)入21世紀(jì)以來經(jīng)濟(jì)發(fā)展誕生的新產(chǎn)物，符合當(dāng)今社會(huì)對于節(jié)能環(huán)保方面的需求，具有廣闊的發(fā)展前景。對于新能源汽車而言，其驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制系統(tǒng)是最核心的要素，在全車的配置當(dāng)中具有舉足輕重的作用，它直接關(guān)系到全車的性能和質(zhì)量。本文針對新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制系統(tǒng)這一課題展開討論，為新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制系統(tǒng)提出一些有效的建議。

【關(guān)鍵詞】新能源汽車;驅(qū)動(dòng)電機(jī);控制系統(tǒng)

一、引言

新能源汽車"對于今天的汽車人來講早已不再陌生，其具有諸多新的優(yōu)勢，比如齒輪加速制動(dòng)性能好、功率大、環(huán)保而又節(jié)能等，非常符合這個(gè)時(shí)代人們對于電動(dòng)交通出行方式的創(chuàng)新需求。而控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)及汽車控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，直接就關(guān)系著新能源電動(dòng)汽車的安全性能和產(chǎn)品質(zhì)量，新能源電動(dòng)汽車的安全設(shè)計(jì)和日常維護(hù)和定期保養(yǎng)非常重要，因此關(guān)于新能源電動(dòng)汽車控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)及汽車控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的使用問題是當(dāng)代汽車研究領(lǐng)域重點(diǎn)討論的內(nèi)容。

二、電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)介紹

作為目前新能源電動(dòng)汽車的重要核心部件之一，電機(jī)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)汽車控制器的系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)是否良好是否合理，對于電動(dòng)車輛的駕駛性能發(fā)展有著非常重要的直接因果影響。該機(jī)械控制器的系統(tǒng)最重要的一個(gè)核心功能就是在電動(dòng)司機(jī)正常高速駕駛電動(dòng)動(dòng)力車輛的正常運(yùn)行行駛過程中，將電動(dòng)汽車使用蓄電池驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)過程中的主要控制電能高效的自動(dòng)轉(zhuǎn)化成電能作為司機(jī)駕駛電動(dòng)車輛正常高速行駛的主要控制動(dòng)能，盡可能多地可以降低司機(jī)駕駛電動(dòng)車輛正常高速行駛時(shí)在道路交通過程中所遇到可能需要遇到的汽車制動(dòng)力和阻力。從整個(gè)我國宏觀經(jīng)濟(jì)技術(shù)框架層面上看的分析情況來看，電機(jī)能源動(dòng)力汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)汽車機(jī)械控制器的系統(tǒng)技術(shù)框架大體來說可以大致地劃分為兩個(gè)主要組成板塊。第一個(gè)主要組成板塊也就是能源動(dòng)力電器汽車驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，該能源電器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由能源電力汽車控制器、功率泵和電壓驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)以及能源動(dòng)力增壓電動(dòng)機(jī)三個(gè)主要組成部分共同設(shè)計(jì)組成，是目前能源動(dòng)力電動(dòng)汽車與其他同類傳統(tǒng)能源電動(dòng)汽車駕駛性能發(fā)展區(qū)別最大的一個(gè)重要地方。第二個(gè)主要組成板塊也就是電動(dòng)汽車機(jī)械系統(tǒng)，主要組成部分產(chǎn)品包括能源電力汽車充電器、剎車踏板、加速器和制動(dòng)剎車踏板、差速器以及傳動(dòng)軸等[1]。

三、新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

（一）新能源汽車對驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制系統(tǒng)的要求

不同于使用燒燃式汽油或內(nèi)燃柴油的各種傳統(tǒng)電動(dòng)汽車，新能源驅(qū)動(dòng)汽車電機(jī)是完全以汽車電能為主要驅(qū)動(dòng)力的。它們通過利用驅(qū)動(dòng)汽車電機(jī)系統(tǒng)來直接推動(dòng)整個(gè)車輛高速前進(jìn)，在相關(guān)控制器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面也總是有著一些特殊之處。迄今為止，電動(dòng)汽車用于驅(qū)動(dòng)車的電機(jī)及相關(guān)控制器的系統(tǒng)已經(jīng)有多種技術(shù)要素可以組成，它們主要分別為：動(dòng)力電動(dòng)機(jī)、控制器、功率控制電子裝置、傳感器等多項(xiàng)技術(shù)內(nèi)容。其中，驅(qū)動(dòng)汽車電機(jī)的主要工作功能也就在于將驅(qū)動(dòng)蓄電池過程中的全部電能轉(zhuǎn)換成車輛機(jī)械的動(dòng)能，以及通過對于驅(qū)動(dòng)蓄電池的高速制動(dòng)，對于整個(gè)車輛的內(nèi)部動(dòng)能狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋。

（二）對電機(jī)的分析

在大型電動(dòng)汽車上所需要用到的工作電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)所涵蓋的驅(qū)動(dòng)內(nèi)容主要有：直流感應(yīng)電機(jī)、交流永磁感應(yīng)同步電機(jī)、開關(guān)磁阻同步電機(jī)、永磁磁阻同步電機(jī)等。其中，直流感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)是一種傳統(tǒng)的交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)類型，運(yùn)用較可靠，控制較簡便。但它的一些缺陷也非常明顯：驅(qū)動(dòng)維護(hù)較麻煩，維護(hù)工作成本相對較高。而高頻交流永磁異步電機(jī)的驅(qū)動(dòng)維護(hù)工作成本相對較低，然而在電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的調(diào)速控制上較繁瑣，在較大功率范圍內(nèi)的恒流大功率驅(qū)動(dòng)調(diào)速很難成功實(shí)現(xiàn)。相較于前二者，永磁阻同步電機(jī)的最大功率驅(qū)動(dòng)密度很大，與此同時(shí)它也增大了電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的較大電流驅(qū)動(dòng)消耗，而且永磁體積具有產(chǎn)生退磁運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象的主要特征。雖然開關(guān)磁阻同步電機(jī)相對而言工作效率相對較高且維護(hù)成本相對較低，但其直流電機(jī)上的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)通常存在轉(zhuǎn)矩大的脈動(dòng)，噪音較大且驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，可靠性相對較低。目前，國內(nèi)絕大多數(shù)大型新能源電動(dòng)汽車上所采用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)均為高頻交流永磁異步電機(jī)。

（三）對功率電子裝置的分析

現(xiàn)階段，常用的直流閥門驅(qū)動(dòng)開關(guān)電壓容量控制系統(tǒng)開關(guān)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)直流變頻開關(guān)元器件主要技術(shù)類型一般包括基于以和gto、bjt、mosfet、igbt、mct等。而基于以和igbt同樣的也是一種技術(shù)性能相比較為理想的直流閥門驅(qū)動(dòng)開關(guān)電壓容量控制系統(tǒng)開關(guān)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)直流變頻開關(guān)元器件。它同樣能夠具有基于以和bjt與以及基于mosfet兩者共同的國際市場競爭優(yōu)勢，工作頻率相對較高，可達(dá)10～20khz。除此之外，在閥門驅(qū)動(dòng)開關(guān)電壓值和電流容量阻斷電壓值的極限峰值、門閥的極限和開關(guān)驅(qū)動(dòng)電壓容量降低功耗的效率等諸多技術(shù)方面也都同樣能夠具有明顯的國際市場競爭優(yōu)勢，在國產(chǎn)大型新能源低壓電動(dòng)汽車上面同樣的也具有了比較高的可普及性和廣泛推廣的有效性和應(yīng)用價(jià)值。而基于以和igbt的這種新型低壓直流驅(qū)動(dòng)變頻控制開關(guān)驅(qū)動(dòng)裝置的兩個(gè)閥門極限開關(guān)驅(qū)動(dòng)電壓容量最高功率可以分別能夠達(dá)到380v級，540kva，這項(xiàng)直流變頻控制系統(tǒng)開關(guān)技術(shù)也是目前為止在純能源電動(dòng)汽車中的低壓直流變頻控制開關(guān)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電壓控制開關(guān)系統(tǒng)中未被國家優(yōu)先考慮列入市場的直流變頻系統(tǒng)開關(guān)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)器件[2]。

（四）對控制技術(shù)的分析

電機(jī)的各種定向控制傳動(dòng)技能的基本實(shí)現(xiàn)要求條件主要包括標(biāo)準(zhǔn)矢量傳動(dòng)控制、直接轉(zhuǎn)矩傳動(dòng)控制、矢量或矩形磁場定向傳動(dòng)控制、磁鏈定向控制等多個(gè)主要內(nèi)容。

矢量運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)是一種應(yīng)用較為理想的運(yùn)動(dòng)控制設(shè)計(jì)技術(shù)，其控制理論上的發(fā)展也較為成熟完善，可以對于各種電機(jī)系統(tǒng)參數(shù)自動(dòng)進(jìn)行較精確的自動(dòng)辨認(rèn)。目前，變頻器結(jié)構(gòu)矢量控制（vsc）也在當(dāng)代新能源動(dòng)力汽車的運(yùn)動(dòng)控制設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)用方面異軍突起，具有明顯的后發(fā)優(yōu)勢。尤其特別是在電機(jī)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)參數(shù)不完全確定。外部電磁系統(tǒng)擾動(dòng)和內(nèi)部電機(jī)系統(tǒng)噪聲等各種控制技術(shù)方面已經(jīng)使其技術(shù)具備了明顯的后發(fā)優(yōu)勢，有效地使其完全避免了在電機(jī)抖振以及轉(zhuǎn)矩和非徑向電磁傳動(dòng)鏈條的徑向脈動(dòng)大等各種控制技術(shù)方面的各種的復(fù)雜技術(shù)問題。除此之外，當(dāng)代所不斷創(chuàng)新研發(fā)的和涌現(xiàn)發(fā)展出來的廣泛應(yīng)用于各種臨床科學(xué)試驗(yàn)和實(shí)際工作運(yùn)用的各種運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的新技術(shù)當(dāng)中還有矢量運(yùn)動(dòng)控制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制運(yùn)動(dòng)邏輯等全新的運(yùn)動(dòng)控制設(shè)計(jì)手段。它們的廣泛應(yīng)用推廣將有效地與那些基于傳統(tǒng)式的點(diǎn)陣式運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)方法及其技術(shù)結(jié)合形成一種優(yōu)勢互補(bǔ)，尤其大大提高了電機(jī)驅(qū)動(dòng)式的電機(jī)系統(tǒng)工作效率，在對于各種電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的自動(dòng)進(jìn)行精確測量、自動(dòng)地精確調(diào)整定時(shí)系統(tǒng)和對運(yùn)行狀態(tài)工作的自動(dòng)精確調(diào)整等諸多控制方面都可以使用其技術(shù)具有一種完全不可替代可以得到替代的后發(fā)優(yōu)勢。

結(jié)論：

目前伴隨著我國新能源電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)開始逐漸進(jìn)入千家萬戶，其控制驅(qū)動(dòng)觸發(fā)電機(jī)及汽車控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)也日益發(fā)展成為一個(gè)熱門的技術(shù)課題，我們?nèi)匀黄惹行枰谠搩蓚€(gè)領(lǐng)域努力實(shí)現(xiàn)控制驅(qū)動(dòng)觸發(fā)電機(jī)及