SRM電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研制：技術(shù)、挑戰(zhàn)與突破一、引言1.1研究背景與意義在當(dāng)今時(shí)代，全球能源危機(jī)和環(huán)境污染問(wèn)題日益嚴(yán)峻，成為人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展面臨的重大挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)燃油汽車作為主要的交通工具，其對(duì)石油等化石能源的大量消耗，加劇了能源短缺的緊張局勢(shì)。據(jù)國(guó)際能源署（IEA）統(tǒng)計(jì)，全球石油消費(fèi)中，交通運(yùn)輸領(lǐng)域占比高達(dá)約60%，且這一比例仍在持續(xù)上升。與此同時(shí)，傳統(tǒng)燃油汽車排放的大量尾氣，包含一氧化碳、碳?xì)浠衔?、氮氧化物以及顆粒物等污染物，是大氣污染的主要來(lái)源之一，嚴(yán)重危害著生態(tài)環(huán)境和人類健康。例如，在一些大城市，霧霾天氣頻發(fā)，其中汽車尾氣排放便是重要的致霾因素之一。為了有效應(yīng)對(duì)能源危機(jī)和環(huán)境污染問(wèn)題，發(fā)展新能源汽車已成為全球共識(shí)和必然趨勢(shì)。新能源汽車以其清潔、高效的特點(diǎn)，成為替代傳統(tǒng)燃油汽車的理想選擇。與傳統(tǒng)燃油汽車相比，電動(dòng)汽車在運(yùn)行過(guò)程中幾乎零排放，即使考慮發(fā)電過(guò)程中的排放，其整體碳排放量也顯著低于傳統(tǒng)燃油汽車。根據(jù)相關(guān)研究，相同行駛里程下，電動(dòng)汽車的二氧化碳排放量可比傳統(tǒng)燃油汽車降低約40%-60%。此外，電動(dòng)汽車的能量轉(zhuǎn)換效率更高，能夠更有效地利用能源，減少能源浪費(fèi)。電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作為電動(dòng)汽車的核心部分，其性能和效率直接決定了電動(dòng)汽車的整體性能，如動(dòng)力性、續(xù)航里程、駕駛舒適性和安全性等。一個(gè)高效、可靠的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠使電動(dòng)汽車在加速、爬坡等工況下表現(xiàn)出色，同時(shí)延長(zhǎng)續(xù)航里程，提升用戶體驗(yàn)。若驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率低下，不僅會(huì)導(dǎo)致能源浪費(fèi)，還會(huì)縮短電池續(xù)航里程，增加用戶的使用成本和不便。因此，對(duì)電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研究具有至關(guān)重要的意義，是推動(dòng)電動(dòng)汽車技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。開關(guān)磁阻電機(jī)（SwitchedReluctanceMotor，SRM）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作為一種新型的電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，近年來(lái)受到了廣泛的關(guān)注和研究。SRM電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用先進(jìn)的磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式，具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單堅(jiān)固，僅由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成，且轉(zhuǎn)子上無(wú)繞組和永磁體，這使得電機(jī)的可靠性高，維護(hù)成本低，尤其適合在復(fù)雜惡劣的工況下運(yùn)行。此外，SRM具有較高的能量密度和扭矩密度，能夠在較小的體積和重量下輸出較大的功率和扭矩，有利于提高電動(dòng)汽車的動(dòng)力性能和續(xù)航里程。在控制策略方面，SRM電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用先進(jìn)的控制算法，能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)的速度和轉(zhuǎn)矩控制，為駕駛者提供更加穩(wěn)定和舒適的駕駛體驗(yàn)。研究SRM電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)于推動(dòng)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有多方面的重要意義。從技術(shù)創(chuàng)新角度來(lái)看，SRM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研究有助于突破傳統(tǒng)電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)技術(shù)的瓶頸，開發(fā)出更加高效、可靠、智能的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，為電動(dòng)汽車技術(shù)的發(fā)展開辟新的道路。在產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面，SRM電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，將帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，如電機(jī)制造、電力電子器件、控制系統(tǒng)開發(fā)等，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級(jí)，提高我國(guó)在新能源汽車領(lǐng)域的核心競(jìng)爭(zhēng)力。從環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展角度出發(fā)，SRM電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的推廣應(yīng)用，將有助于減少汽車尾氣排放，降低對(duì)環(huán)境的污染，推動(dòng)交通運(yùn)輸領(lǐng)域的節(jié)能減排，實(shí)現(xiàn)綠色出行，對(duì)我國(guó)乃至全球的環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)具有積極的促進(jìn)作用。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀在電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研究領(lǐng)域，開關(guān)磁阻電機(jī)（SRM）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)憑借其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，吸引了國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者和研究機(jī)構(gòu)的關(guān)注，取得了一系列研究成果，在技術(shù)研究、應(yīng)用案例和市場(chǎng)發(fā)展等方面呈現(xiàn)出豐富的現(xiàn)狀。在技術(shù)研究方面，國(guó)外起步較早，積累了深厚的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。美國(guó)、日本和德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家在SRM電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研究處于世界前列。美國(guó)的一些研究機(jī)構(gòu)和高校，如密歇根大學(xué)、橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室等，在SRM的設(shè)計(jì)優(yōu)化、控制策略創(chuàng)新以及系統(tǒng)集成等方面開展了深入研究。他們通過(guò)先進(jìn)的電磁仿真軟件和實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)，對(duì)SRM的磁路結(jié)構(gòu)、繞組設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，以提高電機(jī)的效率和性能。在控制策略上，研究人員不斷探索新的控制算法，如基于人工智能的自適應(yīng)控制、模糊邏輯控制等，以實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的轉(zhuǎn)矩控制和更高效的能量管理。日本的企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)，如豐田、本田以及東京工業(yè)大學(xué)等，注重將SRM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與電動(dòng)汽車的整體設(shè)計(jì)相結(jié)合，致力于提升系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。他們?cè)诠β首儞Q器的設(shè)計(jì)、散熱技術(shù)以及電磁兼容性等方面取得了顯著進(jìn)展，有效提高了SRM電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的整體性能。德國(guó)則在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域具有優(yōu)勢(shì)，將SRM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用于電動(dòng)汽車的生產(chǎn)制造中，注重系統(tǒng)的高效性和可靠性。其在電機(jī)制造工藝、控制系統(tǒng)的集成以及生產(chǎn)過(guò)程的質(zhì)量控制等方面的研究，為SRM電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用提供了有力支持。國(guó)內(nèi)在SRM電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研究雖然起步相對(duì)較晚，但發(fā)展迅速。近年來(lái)，隨著國(guó)家對(duì)新能源汽車產(chǎn)業(yè)的大力支持，眾多高校和科研機(jī)構(gòu)積極投入到相關(guān)研究中。清華大學(xué)、上海交通大學(xué)、華中科技大學(xué)等高校在SRM的理論研究和技術(shù)創(chuàng)新方面取得了不少成果。通過(guò)建立精確的電機(jī)數(shù)學(xué)模型，深入研究SRM的運(yùn)行特性和控制方法，提出了多種新型的控制策略和優(yōu)化算法。例如，一些研究團(tuán)隊(duì)提出了基于模型預(yù)測(cè)控制的SRM控制策略，能夠有效提高電機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能和轉(zhuǎn)矩控制精度。同時(shí)，國(guó)內(nèi)的科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)也加強(qiáng)了合作，共同推進(jìn)SRM電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。像比亞迪、北汽新能源等企業(yè)，在SRM電動(dòng)汽車的研發(fā)和生產(chǎn)方面取得了一定的成績(jī)，不斷提升產(chǎn)品的性能和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。從應(yīng)用案例來(lái)看，國(guó)外已經(jīng)有一些成功的SRM電動(dòng)汽車應(yīng)用實(shí)例。例如，意大利的FIAT公司研制開發(fā)的電動(dòng)轎車采用了SRM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，在實(shí)際運(yùn)行中表現(xiàn)出良好的性能和可靠性。該車在城市道路和高速公路等不同工況下，都能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的動(dòng)力輸出和高效的能源利用，為用戶提供了較好的駕駛體驗(yàn)。此外，美國(guó)的一些電動(dòng)汽車制造商也在部分車型中嘗試應(yīng)用SRM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，通過(guò)實(shí)際道路測(cè)試和用戶反饋，不斷優(yōu)化系統(tǒng)性能，提高產(chǎn)品質(zhì)量。在國(guó)內(nèi)，也有企業(yè)將SRM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用于電動(dòng)汽車中。比如，中國(guó)第二汽車制造廠研制的電動(dòng)客車采用了SRM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)實(shí)際運(yùn)營(yíng)驗(yàn)證，該系統(tǒng)在動(dòng)力性能、續(xù)航里程和可靠性等方面都滿足了客車的使用要求。一些新能源汽車企業(yè)在小型電動(dòng)汽車和低速電動(dòng)車領(lǐng)域，也積極采用SRM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，以降低成本、提高性能，滿足市場(chǎng)對(duì)不同類型電動(dòng)汽車的需求。在市場(chǎng)發(fā)展方面，全球SRM電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)市場(chǎng)呈現(xiàn)出良好的增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。隨著電動(dòng)汽車市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大，SRM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作為一種具有競(jìng)爭(zhēng)力的驅(qū)動(dòng)技術(shù)，市場(chǎng)需求也在逐漸增加。預(yù)計(jì)未來(lái)幾年，SRM電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)市場(chǎng)將保持穩(wěn)定增長(zhǎng)。在國(guó)內(nèi)，新能源汽車產(chǎn)業(yè)政策的推動(dòng)和市場(chǎng)需求的增長(zhǎng)，為SRM電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展提供了廣闊的空間。政府出臺(tái)的一系列鼓勵(lì)新能源汽車發(fā)展的政策，如購(gòu)車補(bǔ)貼、稅收優(yōu)惠等，刺激了市場(chǎng)需求，促進(jìn)了SRM電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的推廣應(yīng)用。同時(shí)，國(guó)內(nèi)企業(yè)不斷加大研發(fā)投入，提高產(chǎn)品性能和質(zhì)量，降低成本，進(jìn)一步提升了SRM電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。然而，SRM電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在市場(chǎng)發(fā)展中也面臨一些挑戰(zhàn)，如技術(shù)成熟度有待提高、成本相對(duì)較高、市場(chǎng)認(rèn)知度不足等，需要進(jìn)一步加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)和市場(chǎng)推廣，以推動(dòng)產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。1.3研究目的與方法本研究旨在深入探究SRM電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，全面解決其在研制過(guò)程中面臨的一系列關(guān)鍵問(wèn)題，從而推動(dòng)該系統(tǒng)的技術(shù)進(jìn)步與廣泛應(yīng)用。具體而言，研究目的主要涵蓋以下幾個(gè)方面：其一，深入剖析SRM電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性能特性，建立精確的數(shù)學(xué)模型，為系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和控制策略的制定提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。通過(guò)對(duì)電機(jī)的電磁特性、機(jī)械特性以及能量轉(zhuǎn)換過(guò)程的深入研究，揭示系統(tǒng)運(yùn)行的內(nèi)在規(guī)律，明確影響系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素。其二，針對(duì)SRM電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)存在的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、效率提升、可靠性增強(qiáng)等關(guān)鍵問(wèn)題，展開針對(duì)性的研究，提出創(chuàng)新的解決方案和優(yōu)化策略。例如，通過(guò)改進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、優(yōu)化控制算法以及采用先進(jìn)的材料和制造工藝，有效降低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，提高系統(tǒng)的效率和可靠性。其三，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用需求，設(shè)計(jì)并研制出高性能、低成本、可靠性強(qiáng)的SRM電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)樣機(jī)，并進(jìn)行全面的實(shí)驗(yàn)測(cè)試和性能評(píng)估。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證理論研究的成果，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，確保其能夠滿足電動(dòng)汽車在各種工況下的運(yùn)行要求。為了實(shí)現(xiàn)上述研究目的，本研究綜合運(yùn)用了多種研究方法。首先是文獻(xiàn)研究法，通過(guò)廣泛查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)的學(xué)術(shù)文獻(xiàn)、專利資料、技術(shù)報(bào)告等，全面了解SRM電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)以及存在的問(wèn)題，為研究提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)和技術(shù)參考。在文獻(xiàn)研究過(guò)程中，對(duì)不同學(xué)者的研究成果進(jìn)行分析和比較，總結(jié)成功經(jīng)驗(yàn)和不足之處，為后續(xù)的研究提供有益的借鑒。其次是案例分析法，對(duì)國(guó)內(nèi)外已有的SRM電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用案例進(jìn)行深入分析，研究其設(shè)計(jì)思路、技術(shù)方案、運(yùn)行效果以及面臨的問(wèn)題，從中汲取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，為本次研究提供實(shí)踐指導(dǎo)。通過(guò)對(duì)實(shí)際案例的分析，了解SRM電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在不同應(yīng)用場(chǎng)景下的性能表現(xiàn)和適用條件，為系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。實(shí)驗(yàn)研究法也很重要，搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)SRM電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件和整體系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證理論分析和仿真結(jié)果的正確性，為系統(tǒng)的優(yōu)化和改進(jìn)提供依據(jù)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)不同工況下的系統(tǒng)性能進(jìn)行測(cè)試和分析，研究系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性、效率特性以及可靠性等，通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比和分析，找出系統(tǒng)存在的問(wèn)題并提出改進(jìn)措施。最后是仿真分析法，利用專業(yè)的電磁仿真軟件和系統(tǒng)仿真工具，對(duì)SRM電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行建模和仿真分析，研究系統(tǒng)在不同工況下的運(yùn)行特性，預(yù)測(cè)系統(tǒng)性能，優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。通過(guò)仿真分析，可以在設(shè)計(jì)階段對(duì)不同的技術(shù)方案進(jìn)行比較和評(píng)估，選擇最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案，減少實(shí)驗(yàn)次數(shù)和成本，提高研究效率。二、SRM電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)2.1SRM工作原理開關(guān)磁阻電機(jī)（SRM）作為SRM電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的核心部件，其工作原理基于磁通的非線性特性以及定轉(zhuǎn)子的相對(duì)位置變化。SRM主要由定子和轉(zhuǎn)子兩部分構(gòu)成，定子上分布著集中繞組，轉(zhuǎn)子則為凸極結(jié)構(gòu)，且定轉(zhuǎn)子之間既無(wú)永磁體也無(wú)繞組，這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)為其工作原理奠定了基礎(chǔ)。SRM的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生源于轉(zhuǎn)子凸極與定子繞組之間的電磁作用力。當(dāng)定子繞組通電時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)磁極，根據(jù)“磁通總是沿著磁阻最小的路徑閉合”這一磁阻最小原理，此時(shí)轉(zhuǎn)子凸極會(huì)受到定子磁極的磁性吸引力。在這種吸引力的作用下，轉(zhuǎn)子會(huì)朝著使磁阻最小的方向旋轉(zhuǎn)，也就是向定子磁極方向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使轉(zhuǎn)子極與定子極軸線對(duì)齊，達(dá)到磁阻最小的位置，這一過(guò)程中便產(chǎn)生了驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)矩。例如，當(dāng)A相定子繞組通電時(shí)，A相定子磁極產(chǎn)生磁場(chǎng)，吸引轉(zhuǎn)子凸極向其靠近，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)A相繞組電流斷開，B相繞組通電時(shí)，轉(zhuǎn)子又會(huì)在B相定子磁極的作用下繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。通過(guò)交替激活不同的定子繞組并精確控制電流的通斷，就可以使電機(jī)的轉(zhuǎn)子連續(xù)不斷地轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)電能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)換，為電動(dòng)汽車提供動(dòng)力。在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，SRM的電感會(huì)隨著轉(zhuǎn)子位置的變化而發(fā)生顯著變化，呈現(xiàn)出高度的非線性特性。這種非線性特性使得SRM的數(shù)學(xué)模型較為復(fù)雜，給其控制帶來(lái)了一定的挑戰(zhàn)。在分析SRM的工作原理時(shí)，通常會(huì)建立基于磁鏈、電感和電流的數(shù)學(xué)模型來(lái)深入研究其運(yùn)行特性。磁鏈與電流、電感之間存在著密切的關(guān)系，通過(guò)對(duì)這些關(guān)系的分析，可以更好地理解SRM的電磁過(guò)程。當(dāng)定子繞組中通以電流時(shí)，會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的磁鏈，磁鏈的大小和分布會(huì)隨著轉(zhuǎn)子位置的改變而變化，進(jìn)而影響電機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出和運(yùn)行性能。SRM的工作原理決定了其具有一些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單堅(jiān)固，轉(zhuǎn)子上無(wú)繞組和永磁體，這使得電機(jī)的可靠性高，能夠適應(yīng)各種惡劣的工作環(huán)境，如高溫、高濕、高塵等環(huán)境。同時(shí)，由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，SRM的制造成本相對(duì)較低，且維護(hù)方便，降低了使用成本。此外，SRM還具有較寬的調(diào)速范圍，能夠在不同的轉(zhuǎn)速下高效運(yùn)行，滿足電動(dòng)汽車在不同行駛工況下的需求。然而，SRM也存在一些不足之處，如運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和噪音，這主要是由于其工作原理導(dǎo)致的轉(zhuǎn)矩和磁通脈動(dòng)所引起的。轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)會(huì)影響電動(dòng)汽車的駕駛舒適性和穩(wěn)定性，噪音則會(huì)對(duì)駕乘人員造成不適，因此需要采取相應(yīng)的措施來(lái)抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和降低噪音，以提高SRM電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能。2.2SRM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成一個(gè)典型的SRM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要由開關(guān)磁阻電機(jī)、功率變換器、控制單元和位置/速度傳感器這幾個(gè)關(guān)鍵部分構(gòu)成，各部分相互協(xié)作，共同保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。開關(guān)磁阻電機(jī)是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的核心部件，承擔(dān)著將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的關(guān)鍵任務(wù)。它的結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，主要由定子和轉(zhuǎn)子組成。定子上分布著集中繞組，這些繞組在電機(jī)運(yùn)行時(shí)起到產(chǎn)生磁場(chǎng)的作用，通過(guò)電流的通斷來(lái)控制磁場(chǎng)的變化。轉(zhuǎn)子為凸極結(jié)構(gòu)，沒有繞組和永磁體，這種結(jié)構(gòu)使得轉(zhuǎn)子的機(jī)械強(qiáng)度高，能夠適應(yīng)高速旋轉(zhuǎn)和惡劣的工作環(huán)境。例如，在一些工業(yè)應(yīng)用中，開關(guān)磁阻電機(jī)可以在高溫、高振動(dòng)的條件下穩(wěn)定運(yùn)行。電機(jī)的相數(shù)有多種，常見的有三相、四相和五相，不同相數(shù)的電機(jī)在性能和應(yīng)用場(chǎng)景上存在一定差異。相數(shù)較多的電機(jī)在轉(zhuǎn)矩輸出的平穩(wěn)性方面可能具有優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)也會(huì)增加控制系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本。功率變換器是連接電源與開關(guān)磁阻電機(jī)的關(guān)鍵橋梁，其主要職責(zé)是按照控制單元發(fā)出的指令，將直流電源轉(zhuǎn)換為適合電機(jī)運(yùn)行的交變電源，為電機(jī)定子繞組提供能量。在這個(gè)過(guò)程中，功率變換器通過(guò)控制電子開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷，精確地調(diào)節(jié)電流的大小、方向和通斷時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的有效控制。以常用的不對(duì)稱半橋功率變換器為例，它由多個(gè)功率開關(guān)管和二極管組成，通過(guò)合理控制這些元件的工作狀態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)繞組電流的精確控制。當(dāng)控制單元發(fā)出信號(hào)，使功率開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，電流從電源流入電機(jī)繞組，產(chǎn)生磁場(chǎng)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng)功率開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，繞組中的電流通過(guò)二極管續(xù)流，維持電機(jī)的運(yùn)行。功率變換器的性能直接影響著電機(jī)的運(yùn)行效率和動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。如果功率變換器的開關(guān)損耗過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)效率降低，發(fā)熱增加；而如果其響應(yīng)速度過(guò)慢，則會(huì)影響電機(jī)對(duì)控制信號(hào)的快速響應(yīng)，降低系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能?？刂茊卧荢RM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的“大腦”，它通過(guò)運(yùn)行各種算法，依據(jù)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和外部輸入的指令，精準(zhǔn)地決定何時(shí)以及如何給電機(jī)供電。控制單元通常采用微處理器、數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）或現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA）等作為核心處理元件。微處理器具有成本低、通用性強(qiáng)的特點(diǎn)，能夠滿足一些對(duì)控制性能要求不是特別高的應(yīng)用場(chǎng)景。DSP則在數(shù)字信號(hào)處理方面具有強(qiáng)大的能力，運(yùn)算速度快，精度高，適合用于對(duì)電機(jī)控制性能要求較高的場(chǎng)合，能夠快速處理復(fù)雜的控制算法和大量的傳感器數(shù)據(jù)。FPGA具有高度的靈活性和并行處理能力，可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行硬件邏輯的定制化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)高效的實(shí)時(shí)控制。在電動(dòng)汽車的實(shí)際運(yùn)行中，控制單元會(huì)根據(jù)駕駛員的加速、減速等操作信號(hào)，以及電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩等反饋信息，通過(guò)相應(yīng)的控制算法，如電流斬波控制、角度位置控制等，來(lái)調(diào)整功率變換器的輸出，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的精確控制。當(dāng)駕駛員踩下加速踏板時(shí)，控制單元會(huì)根據(jù)踏板的行程和電機(jī)的當(dāng)前狀態(tài)，計(jì)算出合適的電流和導(dǎo)通角度，控制功率變換器給電機(jī)提供足夠的能量，使電機(jī)加速運(yùn)轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)車輛前進(jìn)。位置/速度傳感器用于實(shí)時(shí)反饋電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，為控制單元提供關(guān)鍵的信息，以便控制單元能夠根據(jù)電機(jī)的實(shí)際狀態(tài)做出準(zhǔn)確的控制決策。常見的位置傳感器有光電編碼器、霍爾傳感器等。光電編碼器通過(guò)光電轉(zhuǎn)換原理，將電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字脈沖信號(hào)輸出，具有精度高、分辨率高的優(yōu)點(diǎn)，能夠精確地測(cè)量電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速?；魻杺鞲衅鲃t是利用霍爾效應(yīng)，檢測(cè)磁場(chǎng)的變化來(lái)確定轉(zhuǎn)子的位置，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、可靠性高的特點(diǎn)。在一些對(duì)成本較為敏感的應(yīng)用中，霍爾傳感器得到了廣泛的應(yīng)用。速度傳感器可以通過(guò)測(cè)量電機(jī)的轉(zhuǎn)速，為控制單元提供電機(jī)的速度信息，常見的速度傳感器有電磁式速度傳感器、旋轉(zhuǎn)變壓器等。這些傳感器將電機(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，傳輸給控制單元，控制單元根據(jù)這些信號(hào)來(lái)調(diào)整電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)速度的精確控制。在電動(dòng)汽車的巡航控制中，控制單元會(huì)根據(jù)速度傳感器反饋的車速信息，調(diào)整電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，使車輛保持穩(wěn)定的行駛速度。2.3控制策略在SRM電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，控制策略對(duì)于系統(tǒng)的性能起著至關(guān)重要的作用，它直接決定了電機(jī)的運(yùn)行效率、轉(zhuǎn)矩輸出的穩(wěn)定性以及整個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的響應(yīng)速度。常見的控制策略包括轉(zhuǎn)矩控制、速度控制和位置控制等，這些策略相互配合，通過(guò)微處理器的精確運(yùn)算和控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)SRM電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的高效、精準(zhǔn)控制。轉(zhuǎn)矩控制是SRM電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中極為關(guān)鍵的控制策略之一，其目的在于精確調(diào)控電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩，以滿足電動(dòng)汽車在不同行駛工況下的動(dòng)力需求。在電動(dòng)汽車的行駛過(guò)程中，如啟動(dòng)、加速、爬坡以及勻速行駛等不同工況，對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的要求各不相同。在啟動(dòng)和爬坡時(shí)，需要電機(jī)輸出較大的轉(zhuǎn)矩，以克服車輛的慣性和重力；而在勻速行駛時(shí)，所需的轉(zhuǎn)矩則相對(duì)較小。為了實(shí)現(xiàn)精確的轉(zhuǎn)矩控制，通常采用一些先進(jìn)的控制算法，如電流斬波控制（CCC）和角度位置控制（APC）。電流斬波控制通過(guò)控制功率變換器中開關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷，將電機(jī)繞組電流限制在一定范圍內(nèi)，通過(guò)調(diào)節(jié)電流的大小來(lái)間接控制轉(zhuǎn)矩。當(dāng)電機(jī)電流超過(guò)設(shè)定的上限值時(shí)，開關(guān)器件關(guān)斷，電流下降；當(dāng)電流低于設(shè)定的下限值時(shí)，開關(guān)器件導(dǎo)通，電流上升。這種控制方式能夠有效地限制電流，防止電機(jī)過(guò)熱，同時(shí)也能在一定程度上減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。角度位置控制則是通過(guò)調(diào)整定子繞組的通電角度，來(lái)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出。在電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置和所需的轉(zhuǎn)矩，精確控制定子繞組的通電時(shí)刻和通電角度，使電機(jī)在不同的工況下都能輸出合適的轉(zhuǎn)矩。當(dāng)電機(jī)需要加速時(shí)，提前開通定子繞組的通電，使電機(jī)產(chǎn)生更大的轉(zhuǎn)矩；當(dāng)電機(jī)需要減速時(shí)，延遲開通定子繞組的通電，減小電機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出。速度控制策略旨在使電機(jī)的轉(zhuǎn)速能夠穩(wěn)定地跟蹤給定的速度指令，確保電動(dòng)汽車在不同的行駛速度下都能保持穩(wěn)定運(yùn)行。在電動(dòng)汽車的實(shí)際行駛中，駕駛員通過(guò)加速踏板和制動(dòng)踏板等操作，向控制系統(tǒng)輸入速度指令，控制系統(tǒng)則根據(jù)這些指令和電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，采用合適的控制算法來(lái)調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速。常用的速度控制算法有比例積分微分（PID）控制和模糊控制等。PID控制是一種經(jīng)典的控制算法，它根據(jù)速度偏差的比例、積分和微分三個(gè)環(huán)節(jié)來(lái)計(jì)算控制量，通過(guò)調(diào)整控制量來(lái)使電機(jī)的轉(zhuǎn)速趨近于給定的速度指令。比例環(huán)節(jié)能夠快速響應(yīng)速度偏差，積分環(huán)節(jié)用于消除穩(wěn)態(tài)誤差，微分環(huán)節(jié)則可以預(yù)測(cè)速度偏差的變化趨勢(shì)，提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。模糊控制則是一種基于模糊邏輯的智能控制算法，它能夠模擬人類的思維方式，根據(jù)輸入的模糊信息進(jìn)行推理和決策，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)速度的控制。模糊控制不需要建立精確的數(shù)學(xué)模型，對(duì)于SRM這種具有強(qiáng)非線性特性的電機(jī)來(lái)說(shuō)，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性和魯棒性。在面對(duì)復(fù)雜的行駛工況和外界干擾時(shí)，模糊控制能夠快速做出調(diào)整，使電機(jī)的速度保持穩(wěn)定。位置控制策略在一些特定的應(yīng)用場(chǎng)景中具有重要意義，例如電動(dòng)汽車的自動(dòng)泊車、精準(zhǔn)定位等功能，都需要精確的位置控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。位置控制的核心是通過(guò)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的精確檢測(cè)和控制，使電機(jī)能夠準(zhǔn)確地運(yùn)行到指定的位置。在SRM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，通常采用位置傳感器來(lái)實(shí)時(shí)獲取電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置信息，如光電編碼器、霍爾傳感器等。這些傳感器將轉(zhuǎn)子的位置信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，傳輸給控制單元。控制單元根據(jù)接收到的位置信號(hào)和預(yù)設(shè)的位置指令，采用相應(yīng)的控制算法來(lái)調(diào)整電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，使電機(jī)能夠精確地到達(dá)目標(biāo)位置。一種常用的位置控制算法是基于位置偏差的比例控制，通過(guò)計(jì)算當(dāng)前位置與目標(biāo)位置之間的偏差，根據(jù)偏差的大小來(lái)調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，使電機(jī)逐漸靠近目標(biāo)位置。當(dāng)電機(jī)接近目標(biāo)位置時(shí)，逐漸減小控制量，以實(shí)現(xiàn)精確的定位。在實(shí)際的SRM電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，這些控制策略通常不是孤立運(yùn)行的，而是相互配合、協(xié)同工作，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的全面、精準(zhǔn)控制。微處理器作為控制單元的核心，承擔(dān)著運(yùn)行各種控制算法、處理傳感器信號(hào)以及輸出控制指令的重要任務(wù)。微處理器通過(guò)高速的運(yùn)算能力，實(shí)時(shí)采集電機(jī)的位置、速度、電流等信號(hào)，并根據(jù)預(yù)設(shè)的控制策略和算法，對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行分析和處理，生成相應(yīng)的控制指令，發(fā)送給功率變換器，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的精確控制。在電動(dòng)汽車加速時(shí)，微處理器根據(jù)駕駛員踩下加速踏板的信號(hào)，結(jié)合電機(jī)的當(dāng)前轉(zhuǎn)速和位置信息，通過(guò)轉(zhuǎn)矩控制算法計(jì)算出需要的轉(zhuǎn)矩，然后控制功率變換器調(diào)整電機(jī)繞組的電流和通電角度，使電機(jī)輸出相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)車輛的加速。同時(shí)，速度控制算法也在不斷地監(jiān)測(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，確保轉(zhuǎn)速穩(wěn)定上升，避免出現(xiàn)轉(zhuǎn)速波動(dòng)過(guò)大的情況。三、SRM電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)研制關(guān)鍵技術(shù)3.1電機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)3.1.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在SRM電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研制中，電機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)其性能有著至關(guān)重要的影響，直接關(guān)系到電機(jī)的功率密度、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、效率等關(guān)鍵指標(biāo)。近年來(lái)，為了滿足電動(dòng)汽車對(duì)高性能驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的需求，眾多研究致力于開發(fā)新型的電機(jī)結(jié)構(gòu)，其中中國(guó)礦業(yè)大學(xué)提出的磁場(chǎng)解耦型雙定子開關(guān)磁阻電機(jī)（DSSRM）具有創(chuàng)新性和代表性。磁場(chǎng)解耦型雙定子開關(guān)磁阻電機(jī)的獨(dú)特之處在于其采用了U形塊狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)外定子。通過(guò)對(duì)內(nèi)外定子磁場(chǎng)極性分布的精心優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)外定子磁場(chǎng)的有效解耦。這一創(chuàng)新設(shè)計(jì)從根本上改變了傳統(tǒng)開關(guān)磁阻電機(jī)的磁場(chǎng)分布模式，為提升電機(jī)性能奠定了基礎(chǔ)。傳統(tǒng)開關(guān)磁阻電機(jī)由于磁場(chǎng)耦合較為復(fù)雜，在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，影響電機(jī)的穩(wěn)定性和效率。而該新型電機(jī)通過(guò)磁場(chǎng)解耦，減少了磁場(chǎng)之間的相互干擾，使得電機(jī)在運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)矩輸出更加平穩(wěn)。在電機(jī)的運(yùn)行過(guò)程中，內(nèi)外定子產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩能夠更加獨(dú)立地進(jìn)行調(diào)節(jié)，避免了轉(zhuǎn)矩的相互疊加和干擾，從而降低了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。為了進(jìn)一步降低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，該電機(jī)還將轉(zhuǎn)子的內(nèi)外齒錯(cuò)開一定的機(jī)械角度。這種設(shè)計(jì)利用了電機(jī)電磁力的分布特性，通過(guò)合理調(diào)整轉(zhuǎn)子齒的位置，使得在電機(jī)運(yùn)行時(shí)，電磁力的分布更加均勻，減少了因電磁力不平衡而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。在電機(jī)旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，錯(cuò)開的轉(zhuǎn)子齒能夠使定子磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子之間的相互作用更加平滑，從而有效降低了轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)。通過(guò)這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不僅降低了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，還提高了電機(jī)的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換率，使得電機(jī)能夠更加高效地將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，為電動(dòng)汽車提供更強(qiáng)勁的動(dòng)力。在電動(dòng)汽車的加速過(guò)程中，電機(jī)能夠更快速、穩(wěn)定地輸出轉(zhuǎn)矩，提升了車輛的加速性能。該電機(jī)在功率密度方面也有顯著提升。通過(guò)改善電磁路徑和提高電磁空間利用率，使得電機(jī)在相同體積下能夠輸出更大的功率。傳統(tǒng)開關(guān)磁阻電機(jī)的電磁路徑存在一定的不合理性，導(dǎo)致部分電磁能量無(wú)法得到充分利用，限制了電機(jī)的功率密度。而磁場(chǎng)解耦型雙定子開關(guān)磁阻電機(jī)通過(guò)優(yōu)化電磁路徑，使電磁能量能夠更加集中地作用于轉(zhuǎn)子，提高了能量的利用效率，進(jìn)而提升了功率密度。這種高功率密度的特性對(duì)于電動(dòng)汽車來(lái)說(shuō)尤為重要，能夠在不增加電機(jī)體積和重量的前提下，提高電動(dòng)汽車的續(xù)航里程和動(dòng)力性能。在一些小型電動(dòng)汽車中，采用這種高功率密度的電機(jī)，可以在有限的空間內(nèi)提供足夠的動(dòng)力，同時(shí)減輕車輛的自重，提高能源利用效率。3.1.2參數(shù)優(yōu)化除了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，電機(jī)參數(shù)的優(yōu)化也是提升SRM電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。電機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)，如極數(shù)、繞組匝數(shù)、氣隙長(zhǎng)度等，相互關(guān)聯(lián)且對(duì)電機(jī)性能有著不同程度的影響，通過(guò)合理優(yōu)化這些參數(shù)，可以使電機(jī)在效率、轉(zhuǎn)矩輸出、功率密度等方面達(dá)到更優(yōu)的性能表現(xiàn)。極數(shù)作為電機(jī)的重要參數(shù)之一，對(duì)電機(jī)的性能有著多方面的影響。增加電機(jī)的極數(shù)可以減小步距角，使電機(jī)的運(yùn)行更加平穩(wěn)，降低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。步距角的減小意味著電機(jī)在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中每一步的角度變化更小，從而使轉(zhuǎn)矩輸出更加連續(xù)和平穩(wěn)。在一些對(duì)運(yùn)行平穩(wěn)性要求較高的電動(dòng)汽車應(yīng)用場(chǎng)景中，適當(dāng)增加極數(shù)可以有效提升駕駛的舒適性。然而，極數(shù)的增加也會(huì)帶來(lái)一些負(fù)面影響，如增加電機(jī)的制造難度和成本，同時(shí)會(huì)使電機(jī)的電感減小，導(dǎo)致電流上升速度加快，對(duì)功率變換器的要求提高。在增加極數(shù)時(shí)，需要在電機(jī)的性能提升和成本、制造難度等因素之間進(jìn)行權(quán)衡，找到一個(gè)最佳的平衡點(diǎn)?？梢酝ㄟ^(guò)電磁仿真軟件對(duì)不同極數(shù)下電機(jī)的性能進(jìn)行模擬分析，綜合考慮各種因素，確定最適合的極數(shù)。繞組匝數(shù)的優(yōu)化同樣對(duì)電機(jī)性能有著重要作用。繞組匝數(shù)的多少直接影響電機(jī)的電感和電阻，進(jìn)而影響電機(jī)的電流、轉(zhuǎn)矩和效率。增加繞組匝數(shù)可以提高電機(jī)的電感，使電流變化更加平穩(wěn)，有利于降低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。較高的電感可以抑制電流的突變，使電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中電流更加穩(wěn)定，從而減小轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)。過(guò)多的繞組匝數(shù)會(huì)增加電阻，導(dǎo)致銅耗增加，降低電機(jī)的效率。在優(yōu)化繞組匝數(shù)時(shí)，需要根據(jù)電機(jī)的具體應(yīng)用需求和設(shè)計(jì)目標(biāo)，綜合考慮電感、電阻、電流、轉(zhuǎn)矩和效率等因素。可以通過(guò)建立電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，結(jié)合實(shí)際運(yùn)行工況，對(duì)不同繞組匝數(shù)下電機(jī)的性能進(jìn)行計(jì)算和分析，確定最佳的繞組匝數(shù)。氣隙長(zhǎng)度也是影響電機(jī)性能的關(guān)鍵參數(shù)之一。氣隙長(zhǎng)度的大小會(huì)影響電機(jī)的磁阻、電感和磁場(chǎng)分布。較小的氣隙長(zhǎng)度可以減小磁阻，提高磁通量，從而增加電機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出。較小的氣隙長(zhǎng)度使得磁場(chǎng)能夠更有效地穿過(guò)氣隙，作用于轉(zhuǎn)子，產(chǎn)生更大的電磁力，進(jìn)而提高轉(zhuǎn)矩。氣隙長(zhǎng)度過(guò)小會(huì)增加電機(jī)的制造難度和成本，同時(shí)會(huì)導(dǎo)致電機(jī)的電感增大，對(duì)功率變換器的要求提高。氣隙長(zhǎng)度過(guò)小還可能會(huì)使電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)定轉(zhuǎn)子摩擦的風(fēng)險(xiǎn)。因此，在確定氣隙長(zhǎng)度時(shí)，需要綜合考慮電機(jī)的性能、制造工藝和成本等因素?？梢酝ㄟ^(guò)實(shí)驗(yàn)和仿真相結(jié)合的方法，對(duì)不同氣隙長(zhǎng)度下電機(jī)的性能進(jìn)行測(cè)試和分析，找到一個(gè)既能滿足電機(jī)性能要求，又能兼顧制造工藝和成本的氣隙長(zhǎng)度。3.2功率變換器技術(shù)3.2.1主電路設(shè)計(jì)在SRM電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，功率變換器的主電路是實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換和控制的關(guān)鍵部分，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇直接影響到系統(tǒng)的性能、效率、成本和可靠性。常見的開關(guān)磁阻電機(jī)功率變換器主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有多種，每種都有其獨(dú)特的優(yōu)缺點(diǎn)。不對(duì)稱半橋功率變換器是一種應(yīng)用較為廣泛的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。它的每一相都由兩個(gè)開關(guān)管和兩個(gè)二極管組成，結(jié)構(gòu)相對(duì)靈活。在工作過(guò)程中，當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，電流通過(guò)繞組，為電機(jī)提供能量；當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，繞組中的電流通過(guò)二極管續(xù)流，實(shí)現(xiàn)能量的回饋。這種變換器的優(yōu)點(diǎn)是能量可以回饋，能夠提高系統(tǒng)的效率。由于各相獨(dú)立工作，當(dāng)出現(xiàn)兩相同時(shí)工作的情況時(shí)，相互之間不會(huì)產(chǎn)生影響。它也存在一些缺點(diǎn)，比如所需的元件數(shù)量較多，這就導(dǎo)致了成本相對(duì)較高。在高電壓大功率的應(yīng)用場(chǎng)景中，不對(duì)稱半橋功率變換器能夠充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，為電機(jī)提供穩(wěn)定的電能供應(yīng)，但其成本問(wèn)題也限制了它在一些對(duì)成本較為敏感的場(chǎng)合的應(yīng)用。電容儲(chǔ)能式功率變換器利用一個(gè)串聯(lián)或并聯(lián)的電容，通過(guò)BuckDC-DC變換器將能量回饋到直流母線上。在這種變換器中，附加儲(chǔ)能電容能夠有效地存儲(chǔ)和釋放能量，保證電容的充放電得到精確控制。其優(yōu)點(diǎn)是能量回饋的方式較為穩(wěn)定，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電容電壓的精確調(diào)節(jié)。這種變換器也存在一些不足之處，例如元件數(shù)量增多，增加了電路的復(fù)雜性和成本。控制難度較大，需要精確控制DC-DC變換器的工作狀態(tài)，以確保能量的有效傳輸和轉(zhuǎn)換。由于器件的設(shè)計(jì)要求達(dá)到DC-DC變換器的高頻，而僅在電機(jī)繞組開通或關(guān)斷時(shí)工作，會(huì)造成一定的能量浪費(fèi)。在一些對(duì)能量回饋穩(wěn)定性要求較高的場(chǎng)合，電容儲(chǔ)能式功率變換器可能是一個(gè)較好的選擇，但需要綜合考慮其成本和控制難度等因素。電感儲(chǔ)能式功率變換器通過(guò)兩個(gè)相互耦合的繞組，將儲(chǔ)存在磁芯中的能量回饋到直流電源中。這種變換器的最大好處是能夠提高工作頻率，從而提升系統(tǒng)的響應(yīng)速度。由于輔助繞組不可能做到完全交鏈，因此需要額外的緩沖電路來(lái)保證能量的穩(wěn)定傳輸。制作電機(jī)時(shí)需要特制繞組，這增加了電機(jī)的制造難度和成本。輔助繞組的加入還會(huì)加大繞線體積，降低單位體積銅的效用。在一些對(duì)工作頻率要求較高的應(yīng)用中，電感儲(chǔ)能式功率變換器能夠發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，但需要解決好輔助繞組帶來(lái)的一系列問(wèn)題。能耗式功率變換器對(duì)儲(chǔ)存在繞組中的剩余能量不是進(jìn)行回饋，而是將其消耗掉。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是減少了元件數(shù)量，使得結(jié)構(gòu)和控制都變得簡(jiǎn)單。它是以降低效率為代價(jià)的，而且耗能電阻的發(fā)熱問(wèn)題需要妥善處理。能耗式功率變換器多應(yīng)用在對(duì)效率要求不高而又強(qiáng)調(diào)成本低廉的小功率場(chǎng)合。在一些對(duì)成本極度敏感且對(duì)效率要求較低的簡(jiǎn)單應(yīng)用中，能耗式功率變換器可以滿足基本需求，但在大多數(shù)電動(dòng)汽車應(yīng)用中，由于對(duì)效率的要求較高，這種變換器的應(yīng)用受到了很大的限制。在選擇功率變換器的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)，需要綜合考慮多種因素。對(duì)于SRM電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，效率是一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，因?yàn)樗苯佑绊懙诫妱?dòng)汽車的續(xù)航里程。應(yīng)優(yōu)先選擇能量回饋效率高的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如不對(duì)稱半橋功率變換器和電容儲(chǔ)能式功率變換器。成本也是一個(gè)重要的考慮因素，在滿足性能要求的前提下，應(yīng)盡量選擇元件數(shù)量少、成本低的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。可靠性同樣不容忽視，功率變換器需要在電動(dòng)汽車的各種復(fù)雜工況下穩(wěn)定運(yùn)行，因此應(yīng)選擇結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。還需要考慮系統(tǒng)的控制難度、功率密度等因素，以確保功率變換器能夠與整個(gè)SRM電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)良好匹配。絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）作為功率變換器中的關(guān)鍵開關(guān)器件，其選型至關(guān)重要。IGBT的選型依據(jù)主要包括其電壓等級(jí)、電流容量、開關(guān)速度和導(dǎo)通電阻等參數(shù)。電壓等級(jí)的選擇應(yīng)根據(jù)SRM電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的直流母線電壓來(lái)確定，一般要保證IGBT的額定電壓高于直流母線電壓的最大值，以確保其在工作過(guò)程中的安全可靠運(yùn)行。如果直流母線電壓為300V，考慮到電壓波動(dòng)和尖峰電壓等因素，應(yīng)選擇額定電壓為600V或更高的IGBT。電流容量則要根據(jù)電機(jī)的額定電流和過(guò)載能力來(lái)確定，要能夠滿足電機(jī)在最大負(fù)載情況下的電流需求。若電機(jī)的額定電流為50A，考慮到過(guò)載倍數(shù)等因素，應(yīng)選擇電流容量為100A或更大的IGBT。開關(guān)速度影響著功率變換器的工作效率和開關(guān)損耗，較高的開關(guān)速度可以降低開關(guān)損耗，但也會(huì)帶來(lái)更高的電磁干擾。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)系統(tǒng)的具體要求來(lái)選擇合適開關(guān)速度的IGBT。導(dǎo)通電阻決定了IGBT在導(dǎo)通狀態(tài)下的功率損耗，導(dǎo)通電阻越小，功率損耗越低，效率越高。因此，在選型時(shí)應(yīng)盡量選擇導(dǎo)通電阻小的IGBT。還需要考慮IGBT的可靠性、散熱性能、成本等因素，綜合評(píng)估后選擇最適合SRM電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的IGBT。3.2.2驅(qū)動(dòng)電路與電源設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路在SRM電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用，它負(fù)責(zé)將控制單元輸出的信號(hào)進(jìn)行功率放大，以驅(qū)動(dòng)功率開關(guān)器件（如IGBT）的導(dǎo)通和關(guān)斷，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的精確控制。驅(qū)動(dòng)電路的工作原理基于對(duì)功率開關(guān)器件門極信號(hào)的控制。以IGBT為例，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電路接收到控制單元發(fā)出的高電平信號(hào)時(shí)，會(huì)通過(guò)內(nèi)部的電路結(jié)構(gòu)，向IGBT的門極提供足夠的驅(qū)動(dòng)電流，使IGBT迅速導(dǎo)通。在導(dǎo)通狀態(tài)下，IGBT能夠允許大電流通過(guò)，從而為電機(jī)繞組提供電能。當(dāng)接收到低電平信號(hào)時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路會(huì)迅速抽取IGBT門極的電荷，使IGBT快速關(guān)斷，切斷電機(jī)繞組的電流。在設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路時(shí)，有多個(gè)要點(diǎn)需要重點(diǎn)關(guān)注。驅(qū)動(dòng)能力是關(guān)鍵因素之一。驅(qū)動(dòng)電路需要具備足夠的電流輸出能力，以滿足IGBT快速導(dǎo)通和關(guān)斷的需求。如果驅(qū)動(dòng)電流不足，IGBT的導(dǎo)通和關(guān)斷速度會(huì)變慢，導(dǎo)致開關(guān)損耗增加，效率降低，甚至可能損壞IGBT。在選擇驅(qū)動(dòng)電路的元器件時(shí)，要確保其能夠提供足夠的驅(qū)動(dòng)電流。隔離性能也非常重要。由于驅(qū)動(dòng)電路連接著控制單元和功率變換器，而功率變換器工作在高電壓、大電流的環(huán)境下，為了保證控制單元的安全，驅(qū)動(dòng)電路需要具備良好的電氣隔離性能。常用的隔離方式有光耦隔離和變壓器隔離等。光耦隔離利用光信號(hào)來(lái)傳輸控制信號(hào)，能夠有效地隔離高電壓。變壓器隔離則通過(guò)電磁感應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳輸和電氣隔離。合理的隔離設(shè)計(jì)可以防止功率變換器的高電壓、大電流對(duì)控制單元造成干擾和損壞。保護(hù)功能也是驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)中不可或缺的部分。驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)具備過(guò)流保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)和欠壓保護(hù)等功能。過(guò)流保護(hù)能夠在IGBT的電流超過(guò)設(shè)定值時(shí)，迅速關(guān)斷IGBT，防止其因過(guò)流而損壞。過(guò)壓保護(hù)可以在出現(xiàn)異常高電壓時(shí)，采取措施保護(hù)IGBT。欠壓保護(hù)則能確保在驅(qū)動(dòng)電壓不足時(shí)，避免IGBT誤動(dòng)作。這些保護(hù)功能可以大大提高驅(qū)動(dòng)電路和IGBT的可靠性和穩(wěn)定性。驅(qū)動(dòng)電路的響應(yīng)速度也會(huì)影響到系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。快速的響應(yīng)速度能夠使IGBT及時(shí)對(duì)控制信號(hào)做出反應(yīng)，提高電機(jī)的控制精度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。在設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路時(shí)，要盡量減少信號(hào)傳輸?shù)难舆t和干擾，提高其響應(yīng)速度。驅(qū)動(dòng)電源作為驅(qū)動(dòng)電路的能源供應(yīng)部分，其選型和設(shè)計(jì)同樣重要。驅(qū)動(dòng)電源的選型首先要考慮其輸出電壓和電流是否能夠滿足驅(qū)動(dòng)電路的需求。不同的功率開關(guān)器件對(duì)驅(qū)動(dòng)電壓和電流的要求不同，例如IGBT的驅(qū)動(dòng)電壓一般在15V左右，因此驅(qū)動(dòng)電源的輸出電壓應(yīng)能夠穩(wěn)定在這個(gè)范圍內(nèi)。輸出電流要能夠滿足驅(qū)動(dòng)電路在各種工況下的電流需求。穩(wěn)定性是驅(qū)動(dòng)電源的重要指標(biāo)。驅(qū)動(dòng)電源需要提供穩(wěn)定的電壓和電流，以確保驅(qū)動(dòng)電路的正常工作。不穩(wěn)定的電源可能會(huì)導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)信號(hào)的波動(dòng)，影響功率開關(guān)器件的工作性能，甚至損壞器件。可以采用穩(wěn)壓電路和濾波電路來(lái)提高驅(qū)動(dòng)電源的穩(wěn)定性。效率也是驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)需要考慮的因素之一。高效的驅(qū)動(dòng)電源可以減少能量損耗，降低系統(tǒng)的發(fā)熱量，提高整個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的效率。在選擇驅(qū)動(dòng)電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和元器件時(shí)，要盡量選擇效率高的方案。例如，采用開關(guān)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，相比于線性電源，其效率更高。驅(qū)動(dòng)電源的體積和成本也需要在設(shè)計(jì)中綜合考慮。在滿足性能要求的前提下，應(yīng)盡量減小驅(qū)動(dòng)電源的體積，降低成本?？梢赃x擇集成度高的電源芯片，或者采用模塊化的設(shè)計(jì)方式，以減小體積和成本。在一些對(duì)空間要求較高的電動(dòng)汽車應(yīng)用中，小型化的驅(qū)動(dòng)電源更具優(yōu)勢(shì)。驅(qū)動(dòng)電源還需要具備良好的電磁兼容性，以避免對(duì)其他電子設(shè)備產(chǎn)生干擾?？梢酝ㄟ^(guò)合理的電路布局、屏蔽措施和濾波技術(shù)等手段來(lái)提高驅(qū)動(dòng)電源的電磁兼容性。3.3散熱技術(shù)3.3.1功率損耗估算在SRM電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，功率損耗的準(zhǔn)確估算對(duì)于散熱設(shè)計(jì)至關(guān)重要，它直接關(guān)系到系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。功率損耗主要集中在功率主電路部分，包括功率開關(guān)器件（如IGBT）和電機(jī)繞組的損耗。功率開關(guān)器件的損耗是功率主電路損耗的重要組成部分，主要包括導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗。導(dǎo)通損耗是指在功率開關(guān)器件導(dǎo)通期間，由于器件本身存在導(dǎo)通電阻，電流通過(guò)時(shí)產(chǎn)生的功率損耗。其計(jì)算公式為P_{on}=I_{rms}^2R_{on}，其中P_{on}為導(dǎo)通損耗，I_{rms}為通過(guò)功率開關(guān)器件的電流有效值，R_{on}為功率開關(guān)器件的導(dǎo)通電阻。在實(shí)際運(yùn)行中，I_{rms}會(huì)隨著電機(jī)的負(fù)載和運(yùn)行工況而變化。當(dāng)電動(dòng)汽車加速時(shí)，電機(jī)需要輸出較大的轉(zhuǎn)矩，此時(shí)功率開關(guān)器件的電流有效值會(huì)增大，導(dǎo)通損耗也會(huì)相應(yīng)增加。開關(guān)損耗則是在功率開關(guān)器件開通和關(guān)斷過(guò)程中產(chǎn)生的。開通時(shí)，器件需要從截止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，這個(gè)過(guò)程中會(huì)有電流和電壓的重疊，產(chǎn)生開通損耗；關(guān)斷時(shí)，器件從導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榻刂範(fàn)顟B(tài)，同樣會(huì)有電流和電壓的重疊，產(chǎn)生關(guān)斷損耗。開關(guān)損耗與開關(guān)頻率、電流和電壓的變化率等因素密切相關(guān)。開關(guān)頻率越高，開關(guān)損耗越大。在高頻應(yīng)用中，開關(guān)損耗可能會(huì)成為功率開關(guān)器件損耗的主要部分?？梢酝ㄟ^(guò)優(yōu)化驅(qū)動(dòng)電路，提高功率開關(guān)器件的開關(guān)速度，減小電流和電壓的重疊時(shí)間，來(lái)降低開關(guān)損耗。電機(jī)繞組的損耗主要是銅耗，即電流通過(guò)繞組電阻時(shí)產(chǎn)生的功率損耗。其計(jì)算公式為P_{cu}=I_{rms}^2R_{w}，其中P_{cu}為銅耗，R_{w}為電機(jī)繞組的電阻。電機(jī)繞組的電阻會(huì)受到溫度的影響，溫度升高，電阻增大，銅耗也會(huì)增加。在電動(dòng)汽車的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行過(guò)程中，電機(jī)繞組的溫度會(huì)逐漸升高，需要考慮溫度對(duì)電阻的影響，準(zhǔn)確估算銅耗。電機(jī)的負(fù)載變化也會(huì)導(dǎo)致繞組電流的變化，從而影響銅耗。當(dāng)電動(dòng)汽車爬坡時(shí)，電機(jī)需要輸出更大的轉(zhuǎn)矩，繞組電流增大，銅耗也會(huì)相應(yīng)增加。為了準(zhǔn)確估算功率主電路的功率損耗，還需要考慮其他因素，如二極管的損耗、雜散電感和電容引起的損耗等。二極管在功率變換器中起到續(xù)流和整流的作用，其損耗包括導(dǎo)通損耗和反向恢復(fù)損耗。導(dǎo)通損耗與二極管的導(dǎo)通電阻和電流有關(guān)，反向恢復(fù)損耗則與二極管的反向恢復(fù)特性有關(guān)。雜散電感和電容在電路中會(huì)產(chǎn)生額外的能量損耗，尤其是在高頻情況下，這些損耗可能會(huì)對(duì)系統(tǒng)的性能產(chǎn)生較大影響。在設(shè)計(jì)功率主電路時(shí)，需要盡量減小雜散電感和電容，以降低這些損耗。通過(guò)準(zhǔn)確估算功率主電路的功率損耗，可以為散熱設(shè)計(jì)提供可靠的數(shù)據(jù)支持。根據(jù)功率損耗的大小，可以合理選擇散熱器的類型、尺寸和散熱方式，確保功率器件和電機(jī)繞組在正常工作溫度范圍內(nèi)運(yùn)行。若功率損耗估算不準(zhǔn)確，可能會(huì)導(dǎo)致散熱器設(shè)計(jì)不合理，功率器件過(guò)熱，影響系統(tǒng)的可靠性和壽命。在一些高功率應(yīng)用中，若功率損耗估算不足，散熱器無(wú)法有效散熱，可能會(huì)導(dǎo)致功率器件損壞，引發(fā)系統(tǒng)故障。3.3.2散熱器設(shè)計(jì)散熱器作為SRM電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)散熱的關(guān)鍵部件，其設(shè)計(jì)的合理性直接關(guān)系到功率器件的穩(wěn)定運(yùn)行和系統(tǒng)的可靠性。在散熱器設(shè)計(jì)中，材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和散熱方式是三個(gè)關(guān)鍵要素。材料選擇是散熱器設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，不同的材料具有不同的物理特性，對(duì)散熱器的性能有著重要影響。鋁合金是一種常用的散熱器材料，它具有密度小、導(dǎo)熱性能良好、成本較低等優(yōu)點(diǎn)。鋁合金的密度約為2.7g/cm3，相比一些金屬材料，如銅（密度約為8.9g/cm3），鋁合金的重量更輕，這對(duì)于電動(dòng)汽車來(lái)說(shuō)，可以減輕整車重量，提高能源利用效率。鋁合金的導(dǎo)熱系數(shù)較高，一般在150-230W/(m?K)之間，能夠有效地將功率器件產(chǎn)生的熱量傳遞出去。而且，鋁合金的成本相對(duì)較低，在大規(guī)模生產(chǎn)中具有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。銅的導(dǎo)熱性能比鋁合金更好，導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)380-400W/(m?K)，但銅的密度大、成本高，限制了其在一些對(duì)重量和成本較為敏感的場(chǎng)合的應(yīng)用。在一些對(duì)散熱要求極高的高性能應(yīng)用中，可能會(huì)采用銅作為散熱器材料，以確保更好的散熱效果。隨著材料技術(shù)的不斷發(fā)展，一些新型材料也逐漸應(yīng)用于散熱器領(lǐng)域，如石墨材料，它具有超高的導(dǎo)熱率，在某些方向上的導(dǎo)熱系數(shù)甚至可以超過(guò)銅，且重量輕、耐高溫，有望在未來(lái)的散熱器設(shè)計(jì)中發(fā)揮更大的作用。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是散熱器性能的關(guān)鍵，合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠提高散熱效率，降低熱阻。常見的散熱器結(jié)構(gòu)有翅片式、針式和液冷板式等。翅片式散熱器通過(guò)在散熱基板上設(shè)置多個(gè)翅片，增加散熱面積，提高散熱效率。翅片的形狀、尺寸和間距對(duì)散熱效果有重要影響。翅片的高度增加，可以增大散熱面積，但也會(huì)增加空氣流動(dòng)的阻力；翅片間距過(guò)小，會(huì)影響空氣的流通，降低散熱效率。在設(shè)計(jì)翅片式散熱器時(shí)，需要通過(guò)優(yōu)化翅片的參數(shù)，如高度、間距和厚度等，找到散熱效率和空氣阻力之間的最佳平衡點(diǎn)。針式散熱器則采用針狀的散熱結(jié)構(gòu)，具有較高的散熱效率和緊湊的結(jié)構(gòu)。針式散熱器的針狀結(jié)構(gòu)可以使空氣在其中形成更復(fù)雜的流動(dòng)路徑，增強(qiáng)對(duì)流換熱效果。液冷板式散熱器利用液體作為冷卻介質(zhì)，通過(guò)液體的循環(huán)流動(dòng)帶走熱量。液冷板式散熱器具有散熱效率高、溫度分布均勻等優(yōu)點(diǎn)。在液冷板式散熱器中，冷卻液在板內(nèi)的流道中流動(dòng)，與功率器件產(chǎn)生的熱量進(jìn)行交換，將熱量帶走。流道的設(shè)計(jì)需要考慮冷卻液的流速、流量和溫度分布等因素，以確保散熱效果的均勻性和高效性。散熱方式的選擇應(yīng)根據(jù)SRM電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)際需求和應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)確定，常見的散熱方式有自然風(fēng)冷、強(qiáng)制風(fēng)冷和液冷等。自然風(fēng)冷是利用空氣的自然對(duì)流來(lái)帶走熱量，不需要額外的動(dòng)力設(shè)備，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低。它的散熱效率相對(duì)較低，適用于功率較小、散熱要求不高的場(chǎng)合。在一些小型電動(dòng)汽車或低功率應(yīng)用中，自然風(fēng)冷可能能夠滿足散熱需求。強(qiáng)制風(fēng)冷則通過(guò)風(fēng)扇等設(shè)備強(qiáng)制空氣流動(dòng)，提高散熱效率。強(qiáng)制風(fēng)冷適用于功率較大、散熱要求較高的場(chǎng)合。在電動(dòng)汽車的實(shí)際運(yùn)行中，當(dāng)電機(jī)輸出功率較大時(shí)，產(chǎn)生的熱量較多，自然風(fēng)冷無(wú)法滿足散熱需求，此時(shí)可以采用強(qiáng)制風(fēng)冷。液冷是一種高效的散熱方式，通過(guò)冷卻液的循環(huán)流動(dòng)來(lái)帶走熱量。液冷適用于高功率、高熱流密度的場(chǎng)合，如電動(dòng)汽車的大功率電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。液冷系統(tǒng)通常包括冷卻液循環(huán)泵、散熱器、冷卻管道和膨脹水箱等部件。冷卻液在循環(huán)泵的作用下，在冷卻管道中流動(dòng)，吸收功率器件產(chǎn)生的熱量，然后通過(guò)散熱器將熱量散發(fā)到空氣中。膨脹水箱用于補(bǔ)償冷卻液的體積變化，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。在實(shí)際的散熱器設(shè)計(jì)中，通常需要綜合考慮材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和散熱方式等因素，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)?？梢酝ㄟ^(guò)數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)測(cè)試等方法，對(duì)不同的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)估和比較，選擇最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。利用有限元分析軟件對(duì)散熱器的溫度場(chǎng)和流場(chǎng)進(jìn)行模擬分析，預(yù)測(cè)散熱器的散熱性能，為結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供依據(jù)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，驗(yàn)證模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性，進(jìn)一步優(yōu)化散熱器的設(shè)計(jì)。還需要考慮散熱器與功率器件的安裝方式、接觸熱阻等因素，確保熱量能夠有效地從功率器件傳遞到散熱器上。良好的安裝方式和低接觸熱阻可以提高散熱效率，降低功率器件的工作溫度。3.4通信技術(shù)3.4.1CAN通訊模塊設(shè)計(jì)在SRM電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，CAN（ControllerAreaNetwork）通訊模塊發(fā)揮著關(guān)鍵作用，是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)各部件之間高效、可靠數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹匾Ｕ?。CAN通訊模塊的主要職責(zé)是在電機(jī)控制器、電池管理系統(tǒng)、整車控制器等關(guān)鍵部件之間搭建起數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉蛄?，確保它們能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確地交換信息。在電動(dòng)汽車運(yùn)行過(guò)程中，電機(jī)控制器需要將電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、溫度等實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)傳輸給整車控制器，以便整車控制器根據(jù)這些信息對(duì)車輛的行駛狀態(tài)進(jìn)行綜合判斷和控制。電池管理系統(tǒng)也需要通過(guò)CAN總線向整車控制器和電機(jī)控制器發(fā)送電池的電壓、電流、剩余電量、健康狀態(tài)等數(shù)據(jù)，使整車控制器能夠合理地控制電機(jī)的運(yùn)行，以優(yōu)化電池的使用，延長(zhǎng)電池壽命。CAN通訊模塊的設(shè)計(jì)原理基于CAN總線的通信協(xié)議。CAN總線采用了非破壞性仲裁的載波偵聽多路訪問(wèn)（CSMA/CA）機(jī)制，允許多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)連接到總線上進(jìn)行通信。在這種機(jī)制下，當(dāng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向總線發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)通過(guò)仲裁機(jī)制來(lái)確定哪個(gè)節(jié)點(diǎn)優(yōu)先發(fā)送數(shù)據(jù)，避免數(shù)據(jù)沖突。每個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)都包含標(biāo)識(shí)符，標(biāo)識(shí)符的優(yōu)先級(jí)決定了仲裁的結(jié)果。標(biāo)識(shí)符越小，優(yōu)先級(jí)越高。在一個(gè)包含電機(jī)控制器、電池管理系統(tǒng)和整車控制器的CAN網(wǎng)絡(luò)中，若電機(jī)控制器和電池管理系統(tǒng)同時(shí)有數(shù)據(jù)要發(fā)送，且電機(jī)控制器發(fā)送的數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)符優(yōu)先級(jí)高于電池管理系統(tǒng)，那么電機(jī)控制器將優(yōu)先獲得總線使用權(quán)，發(fā)送數(shù)據(jù)。CAN通訊模塊的數(shù)據(jù)采集過(guò)程涉及到傳感器和微控制器。各類傳感器負(fù)責(zé)采集電機(jī)、電池以及車輛其他部件的運(yùn)行參數(shù)，如電機(jī)的轉(zhuǎn)速傳感器、電流傳感器，電池的電壓傳感器、溫度傳感器等。這些傳感器將采集到的物理量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并傳輸給微控制器。微控制器對(duì)傳感器傳來(lái)的信號(hào)進(jìn)行處理，包括模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)濾波等操作，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。微控制器會(huì)將處理后的數(shù)據(jù)按照CAN總線的協(xié)議格式進(jìn)行打包，添加標(biāo)識(shí)符、控制位、數(shù)據(jù)域、CRC校驗(yàn)位等信息，然后通過(guò)CAN收發(fā)器將數(shù)據(jù)發(fā)送到CAN總線上。在數(shù)據(jù)傳輸方面，CAN總線采用差分信號(hào)傳輸方式，通過(guò)CAN_H和CAN_L兩根線來(lái)傳輸信號(hào)。這種傳輸方式具有很強(qiáng)的抗干擾能力，能夠有效抵抗電動(dòng)汽車內(nèi)部復(fù)雜電磁環(huán)境的干擾。在傳輸過(guò)程中，CAN收發(fā)器會(huì)將微控制器發(fā)送的邏輯信號(hào)轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)發(fā)送到總線上，接收端的CAN收發(fā)器則將總線上的差分信號(hào)轉(zhuǎn)換為邏輯信號(hào)，再傳輸給微控制器進(jìn)行處理。為了確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，CAN總線還具備錯(cuò)誤檢測(cè)和處理機(jī)制。在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，接收節(jié)點(diǎn)會(huì)對(duì)收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行CRC校驗(yàn)，若校驗(yàn)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，會(huì)要求發(fā)送節(jié)點(diǎn)重新發(fā)送數(shù)據(jù)，直到數(shù)據(jù)正確接收為止。CAN總線還能檢測(cè)到總線錯(cuò)誤、位錯(cuò)誤等其他類型的錯(cuò)誤，并采取相應(yīng)的處理措施，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。3.4.2其他通信技術(shù)應(yīng)用探討除了CAN通訊技術(shù)，藍(lán)牙、WiFi等其他通信技術(shù)在電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中也展現(xiàn)出潛在的應(yīng)用價(jià)值，為系統(tǒng)的功能拓展和性能提升提供了新的思路。藍(lán)牙技術(shù)以其低功耗、短距離通信的特點(diǎn)，在電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中具有一定的應(yīng)用場(chǎng)景。它可以實(shí)現(xiàn)車內(nèi)設(shè)備與駕駛員手持設(shè)備（如手機(jī)、智能手表）之間的便捷通信。駕駛員可以通過(guò)手機(jī)與車輛的藍(lán)牙連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛部分功能的遠(yuǎn)程控制。通過(guò)手機(jī)APP啟動(dòng)或停止電機(jī)，查看電機(jī)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，包括轉(zhuǎn)速、溫度等參數(shù)。藍(lán)牙技術(shù)還可以用于車輛內(nèi)部一些小型傳感器與主控制器之間的通信。車內(nèi)的一些溫度傳感器、濕度傳感器等，它們需要將采集到的數(shù)據(jù)傳輸給車輛的控制系統(tǒng)。由于這些傳感器的數(shù)據(jù)量相對(duì)較小，傳輸距離較短，采用藍(lán)牙技術(shù)進(jìn)行通信，可以降低系統(tǒng)的布線復(fù)雜度和成本。藍(lán)牙技術(shù)的傳輸距離有限，一般在10米左右，且傳輸速率相對(duì)較低，在一些對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率和距離要求較高的場(chǎng)景下，其應(yīng)用會(huì)受到一定的限制。WiFi技術(shù)則具有高速率、長(zhǎng)距離傳輸?shù)膬?yōu)勢(shì)，為電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的智能化發(fā)展提供了有力支持。它可以實(shí)現(xiàn)車輛與外部網(wǎng)絡(luò)的連接，使車輛能夠?qū)崟r(shí)獲取互聯(lián)網(wǎng)上的信息。車輛可以通過(guò)WiFi連接到充電樁運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)，獲取充電樁的位置、狀態(tài)、電價(jià)等信息，方便駕駛員規(guī)劃充電行程。在車輛的遠(yuǎn)程監(jiān)控和診斷方面，WiFi技術(shù)也發(fā)揮著重要作用。通過(guò)WiFi，車輛的運(yùn)行數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程服務(wù)器，工程師可以對(duì)車輛進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和診斷，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決潛在的問(wèn)題。當(dāng)車輛出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)可以通過(guò)WiFi將故障信息發(fā)送到維修中心，維修人員可以提前準(zhǔn)備維修方案，提高維修效率。WiFi技術(shù)在使用過(guò)程中需要消耗較多的電量，這對(duì)于電動(dòng)汽車的續(xù)航里程會(huì)產(chǎn)生一定的影響。在車輛處于移動(dòng)狀態(tài)時(shí)，WiFi信號(hào)的穩(wěn)定性也可能會(huì)受到影響，導(dǎo)致通信中斷或數(shù)據(jù)傳輸不穩(wěn)定。隨著5G技術(shù)的快速發(fā)展，其高速率、低延遲、大容量的特點(diǎn)為電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)帶來(lái)了更廣闊的應(yīng)用前景。5G技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)車輛與車輛（V2V）、車輛與基礎(chǔ)設(shè)施（V2I）、車輛與人（V2P）之間的高效通信，為智能交通和自動(dòng)駕駛的發(fā)展提供支持。在自動(dòng)駕駛場(chǎng)景下，車輛可以通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)獲取周圍車輛和交通設(shè)施的信息，如其他車輛的行駛速度、位置、方向等，以及交通信號(hào)燈的狀態(tài)、道路狀況等信息。這些信息可以幫助車輛做出更準(zhǔn)確的駕駛決策，提高自動(dòng)駕駛的安全性和可靠性。5G技術(shù)還可以支持車輛與云服務(wù)器之間的高速數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)車輛數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)上傳和下載。車輛可以將大量的運(yùn)行數(shù)據(jù)上傳到云端進(jìn)行分析和處理，同時(shí)從云端下載最新的地圖數(shù)據(jù)、軟件更新等信息。5G技術(shù)的應(yīng)用還面臨著一些挑戰(zhàn)，如網(wǎng)絡(luò)覆蓋不足、設(shè)備成本較高等，需要進(jìn)一步加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和技術(shù)研發(fā)，以推動(dòng)其在電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用。四、SRM電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)與測(cè)試4.1實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建為了全面、準(zhǔn)確地評(píng)估SRM電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能，搭建了電機(jī)和控制系統(tǒng)臺(tái)架實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并為整車道路試驗(yàn)做好充分準(zhǔn)備。在搭建電機(jī)和控制系統(tǒng)臺(tái)架實(shí)驗(yàn)平臺(tái)時(shí)，選用了一臺(tái)功率為22kW的開關(guān)磁阻電機(jī)作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，該電機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)與實(shí)際應(yīng)用于電動(dòng)汽車的電機(jī)參數(shù)相近，能夠有效模擬實(shí)際運(yùn)行工況。配備了高精度的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器，用于實(shí)時(shí)測(cè)量電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器采用磁電式原理，具有精度高、響應(yīng)速度快的特點(diǎn)，能夠準(zhǔn)確地測(cè)量電機(jī)在不同工況下的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速變化。還使用了功率分析儀，其能夠精確測(cè)量電機(jī)的輸入功率、輸出功率以及功率因數(shù)等參數(shù)，為分析電機(jī)的效率和能量轉(zhuǎn)換特性提供數(shù)據(jù)支持。功率分析儀采用數(shù)字采樣技術(shù)，能夠?qū)?fù)雜的電信號(hào)進(jìn)行精確測(cè)量和分析。在控制系統(tǒng)方面，采用了以數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）為核心的控制器，該控制器具有強(qiáng)大的運(yùn)算能力和實(shí)時(shí)控制能力，能夠快速處理各種傳感器數(shù)據(jù)，并根據(jù)預(yù)設(shè)的控制策略輸出精確的控制信號(hào)。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的有效控制，還搭建了驅(qū)動(dòng)電路和功率變換器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。驅(qū)動(dòng)電路負(fù)責(zé)將控制器輸出的控制信號(hào)進(jìn)行功率放大，以驅(qū)動(dòng)功率變換器中的功率開關(guān)器件。選用了具有高速開關(guān)能力和低導(dǎo)通電阻的絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）作為功率開關(guān)器件，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路，以確保IGBT能夠快速、穩(wěn)定地導(dǎo)通和關(guān)斷。功率變換器則根據(jù)控制器的指令，將直流電源轉(zhuǎn)換為適合電機(jī)運(yùn)行的交變電源，為電機(jī)提供能量。在整車道路試驗(yàn)的準(zhǔn)備工作中，選擇了一輛經(jīng)過(guò)改裝的電動(dòng)汽車作為試驗(yàn)車輛。對(duì)車輛的底盤、車身等部分進(jìn)行了必要的改裝，以適應(yīng)SRM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的安裝和運(yùn)行要求。安裝了高精度的車速傳感器、加速度傳感器和位移傳感器等，用于測(cè)量車輛在行駛過(guò)程中的各種參數(shù)。車速傳感器采用霍爾效應(yīng)原理，能夠準(zhǔn)確地測(cè)量車輛的行駛速度。加速度傳感器和位移傳感器則用于測(cè)量車輛的加速性能和行駛距離，為評(píng)估車輛的動(dòng)力性能提供數(shù)據(jù)支持。還配備了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)采集和存儲(chǔ)各種傳感器的數(shù)據(jù)，以便后續(xù)分析和處理。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用高速數(shù)據(jù)采集卡和大容量存儲(chǔ)設(shè)備，能夠快速、準(zhǔn)確地采集和存儲(chǔ)大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。為了確保實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性和可靠性，對(duì)所有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和傳感器進(jìn)行了嚴(yán)格的校準(zhǔn)和調(diào)試。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，還對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行了嚴(yán)格控制，確保環(huán)境溫度、濕度等因素在實(shí)驗(yàn)要求的范圍內(nèi)。通過(guò)搭建完善的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和做好充分的實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作，為SRM電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)與測(cè)試提供了有力保障，能夠獲取準(zhǔn)確、可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，為系統(tǒng)的性能評(píng)估和優(yōu)化提供依據(jù)。4.2實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)4.2.1空載實(shí)驗(yàn)空載實(shí)驗(yàn)的主要目的是全面測(cè)試電機(jī)在無(wú)負(fù)載情況下的基本性能，獲取電機(jī)的空載特性曲線，為后續(xù)的分析和研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。通過(guò)空載實(shí)驗(yàn)，可以評(píng)估電機(jī)的機(jī)械損耗、鐵耗以及空載電流等關(guān)鍵參數(shù)，這些參數(shù)對(duì)于了解電機(jī)的運(yùn)行效率和性能狀況具有重要意義。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，首先將電機(jī)安裝在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上，確保電機(jī)的安裝牢固且同心度良好。將電機(jī)的輸出軸與轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器相連，以便準(zhǔn)確測(cè)量電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。連接好功率分析儀，用于測(cè)量電機(jī)的輸入功率。啟動(dòng)電機(jī)，使其在額定電壓和額定頻率下運(yùn)行。逐漸增加電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從低速開始，以一定的步長(zhǎng)逐步升高，如每次增加50r/min。在每個(gè)轉(zhuǎn)速點(diǎn)，穩(wěn)定運(yùn)行一段時(shí)間，待電機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)穩(wěn)定后，記錄下電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、輸入功率等數(shù)據(jù)。在記錄數(shù)據(jù)時(shí)，要確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，多次測(cè)量取平均值，以減小誤差。通過(guò)空載實(shí)驗(yàn)，預(yù)期可以得到電機(jī)的空載轉(zhuǎn)速、空載電流、空載損耗等參數(shù)。空載轉(zhuǎn)速應(yīng)接近電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，反映電機(jī)在無(wú)負(fù)載情況下的轉(zhuǎn)動(dòng)能力?？蛰d電流的大小可以反映電機(jī)的勵(lì)磁情況和內(nèi)部損耗，正常情況下，空載電流應(yīng)在一定的范圍內(nèi)。空載損耗主要包括機(jī)械損耗和鐵耗，通過(guò)測(cè)量輸入功率和計(jì)算輸出功率（空載時(shí)輸出功率近似為零），可以得到空載損耗。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制的空載特性曲線，應(yīng)呈現(xiàn)出一定的規(guī)律，如空載電流隨轉(zhuǎn)速的變化趨勢(shì)、空載損耗與轉(zhuǎn)速的關(guān)系等。通過(guò)對(duì)空載特性曲線的分析，可以了解電機(jī)的運(yùn)行特性，為電機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和性能評(píng)估提供依據(jù)。如果發(fā)現(xiàn)空載電流過(guò)大或空載損耗過(guò)高，可能意味著電機(jī)存在內(nèi)部故障或設(shè)計(jì)不合理，需要進(jìn)一步檢查和分析。4.2.2帶載實(shí)驗(yàn)帶載實(shí)驗(yàn)旨在全面評(píng)估電機(jī)在實(shí)際負(fù)載情況下的性能表現(xiàn)，深入研究電機(jī)在不同負(fù)載條件下的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、效率等參數(shù)的變化規(guī)律，為電機(jī)在電動(dòng)汽車實(shí)際運(yùn)行中的性能評(píng)估提供重要依據(jù)。在電動(dòng)汽車的實(shí)際行駛過(guò)程中，電機(jī)需要驅(qū)動(dòng)車輛克服各種阻力，如地面摩擦力、空氣阻力、爬坡阻力等，帶載實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚰M這些實(shí)際工況，檢驗(yàn)電機(jī)在不同負(fù)載下的運(yùn)行能力。在帶載實(shí)驗(yàn)中，采用磁粉制動(dòng)器作為加載裝置。磁粉制動(dòng)器通過(guò)控制激磁電流的大小來(lái)調(diào)節(jié)加載轉(zhuǎn)矩，具有加載平穩(wěn)、控制精度高的特點(diǎn)。在實(shí)驗(yàn)前，根據(jù)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速范圍，合理設(shè)置磁粉制動(dòng)器的加載參數(shù)。將電機(jī)的輸出軸與磁粉制動(dòng)器的輸入軸通過(guò)聯(lián)軸器連接，確保連接的同心度和可靠性。在電機(jī)和磁粉制動(dòng)器的軸上分別安裝轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器，用于實(shí)時(shí)測(cè)量電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速以及磁粉制動(dòng)器的輸入轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速。連接好功率分析儀，用于測(cè)量電機(jī)的輸入功率和輸出功率。實(shí)驗(yàn)步驟如下：?jiǎn)?dòng)電機(jī)，使其在額定電壓和額定頻率下運(yùn)行。逐漸增加磁粉制動(dòng)器的激磁電流，從而增加電機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，按照預(yù)設(shè)的加載步長(zhǎng)，如每次增加額定轉(zhuǎn)矩的10%。在每個(gè)加載點(diǎn)，保持電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行一段時(shí)間，待電機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)穩(wěn)定后，記錄下電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、輸入功率、輸出功率等數(shù)據(jù)。在記錄數(shù)據(jù)時(shí)，要注意測(cè)量的準(zhǔn)確性和一致性，多次測(cè)量取平均值，以減小測(cè)量誤差。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，密切觀察電機(jī)和磁粉制動(dòng)器的運(yùn)行狀態(tài)，確保實(shí)驗(yàn)的安全性。如發(fā)現(xiàn)電機(jī)出現(xiàn)過(guò)熱、異常振動(dòng)或噪音等情況，應(yīng)立即停止實(shí)驗(yàn)，檢查原因并采取相應(yīng)的措施。在數(shù)據(jù)采集方面，采用高精度的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)采集轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器和功率分析儀輸出的信號(hào)，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)和分析。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有高速、準(zhǔn)確的特點(diǎn)，能夠滿足實(shí)驗(yàn)對(duì)數(shù)據(jù)采集精度和速度的要求。通過(guò)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以繪制出電機(jī)的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性曲線、效率特性曲線等。轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性曲線能夠直觀地反映電機(jī)在不同負(fù)載下的轉(zhuǎn)矩輸出能力和轉(zhuǎn)速變化情況。在電動(dòng)汽車的加速過(guò)程中，電機(jī)需要輸出較大的轉(zhuǎn)矩，隨著轉(zhuǎn)速的升高，轉(zhuǎn)矩會(huì)逐漸下降，通過(guò)轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性曲線可以分析電機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)矩輸出是否滿足實(shí)際需求。效率特性曲線則可以展示電機(jī)在不同負(fù)載下的能量轉(zhuǎn)換效率，對(duì)于評(píng)估電機(jī)的節(jié)能性能具有重要意義。通過(guò)分析效率特性曲線，可以確定電機(jī)的高效運(yùn)行區(qū)域，為電動(dòng)汽車的能量管理和控制策略提供參考。4.2.3整車道路試驗(yàn)整車道路試驗(yàn)是對(duì)SRM電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在實(shí)際行駛條件下性能的全面驗(yàn)證，通過(guò)模擬各種實(shí)際行駛工況，如城市道路、高速公路、爬坡、加速、減速等，能夠真實(shí)地檢驗(yàn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在復(fù)雜環(huán)境下的運(yùn)行能力和可靠性。在城市道路工況下，車輛頻繁啟停、加減速，對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和能量回收能力要求較高。高速公路工況則考驗(yàn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在高速行駛下的穩(wěn)定性和效率。爬坡工況需要驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供足夠的轉(zhuǎn)矩來(lái)克服重力，檢驗(yàn)其動(dòng)力性能。在測(cè)試項(xiàng)目方面，涵蓋動(dòng)力性能測(cè)試、續(xù)航里程測(cè)試、能量回收測(cè)試和安全性測(cè)試等多個(gè)關(guān)鍵方面。動(dòng)力性能測(cè)試主要包括加速性能和爬坡性能測(cè)試。加速性能測(cè)試通過(guò)測(cè)量車輛從靜止加速到一定速度（如0-100km/h）所需的時(shí)間，來(lái)評(píng)估驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力輸出能力。在測(cè)試過(guò)程中，駕駛員將加速踏板踩到底，車輛全力加速，利用高精度的加速度傳感器和速度傳感器實(shí)時(shí)采集車輛的加速度和速度數(shù)據(jù)，記錄加速時(shí)間。爬坡性能測(cè)試則選擇不同坡度的坡道，如10%、20%等，測(cè)試車輛在滿載情況下能否順利爬上坡道，以及爬坡過(guò)程中的速度、轉(zhuǎn)矩等參數(shù)變化。車輛以一定的速度駛向坡道，在爬坡過(guò)程中，保持加速踏板位置不變，監(jiān)測(cè)車輛的運(yùn)行狀態(tài)和相關(guān)參數(shù)。續(xù)航里程測(cè)試在模擬實(shí)際行駛的工況下進(jìn)行，綜合考慮城市道路、高速公路等不同路況的比例。根據(jù)實(shí)際駕駛習(xí)慣，設(shè)置合理的行駛速度和加減速模式。在測(cè)試前，將車輛的電池充滿電，然后按照預(yù)定的行駛路線和工況進(jìn)行行駛，直到電池電量耗盡。通過(guò)記錄行駛的總里程，來(lái)評(píng)估車輛的續(xù)航里程。在測(cè)試過(guò)程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池的電量、電壓、電流等參數(shù)，以及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的功率消耗情況，分析影響續(xù)航里程的因素。能量回收測(cè)試主要評(píng)估驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在車輛減速和制動(dòng)過(guò)程中的能量回收效率。當(dāng)車輛減速或制動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)將車輛的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能并儲(chǔ)存到電池中。在測(cè)試時(shí)，讓車輛以一定的速度行駛，然后進(jìn)行減速或制動(dòng)操作，通過(guò)測(cè)量回收的電能和車輛損失的動(dòng)能，計(jì)算能量回收效率。在減速過(guò)程中，通過(guò)控制制動(dòng)踏板的力度，模擬不同的減速工況，監(jiān)測(cè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的能量回收情況。安全性測(cè)試則全面檢查車輛的制動(dòng)性能、轉(zhuǎn)向性能以及電氣安全性能等。制動(dòng)性能測(cè)試包括制動(dòng)距離、制動(dòng)穩(wěn)定性等指標(biāo)的測(cè)試。車輛以一定的速度行駛，然后進(jìn)行緊急制動(dòng)，測(cè)量車輛從制動(dòng)開始到完全停止的距離，以及制動(dòng)過(guò)程中車輛的穩(wěn)定性。轉(zhuǎn)向性能測(cè)試通過(guò)測(cè)試車輛的轉(zhuǎn)向靈敏度、轉(zhuǎn)向半徑等參數(shù)，評(píng)估車輛的操控性能。電氣安全性能測(cè)試則檢查驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的絕緣性能、接地保護(hù)等，確保在車輛行駛過(guò)程中不會(huì)發(fā)生電氣安全事故。使用專業(yè)的絕緣測(cè)試儀器和接地電阻測(cè)試儀器，對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電氣部件進(jìn)行檢測(cè)。在路線規(guī)劃方面，精心選擇包含不同路況和環(huán)境條件的測(cè)試路線。測(cè)試路線應(yīng)涵蓋城市道路、高速公路、鄉(xiāng)村道路和山區(qū)道路等多種類型。城市道路部分選擇交通流量較大、路況復(fù)雜的路段，如市區(qū)的主干道、十字路口等，以測(cè)試車輛在頻繁啟停和低速行駛情況下的性能。高速公路部分選擇車流量適中、路況良好的路段，測(cè)試車輛在高速行駛下的穩(wěn)定性和效率。鄉(xiāng)村道路可以模擬較為顛簸和復(fù)雜的路面條件，檢驗(yàn)車輛的懸掛系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在不同路面狀況下的適應(yīng)性。山區(qū)道路則用于測(cè)試車輛的爬坡性能和下坡時(shí)的能量回收性能。在規(guī)劃路線時(shí)，要考慮路線的長(zhǎng)度、交通狀況、安全性等因素，確保測(cè)試能夠全面、準(zhǔn)確地反映驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能。安全措施是整車道路試驗(yàn)中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，必須確保測(cè)試人員和車輛的安全。在試驗(yàn)前，對(duì)車輛進(jìn)行全面的安全檢查，包括制動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、輪胎、電氣系統(tǒng)等，確保車輛的各項(xiàng)安全性能符合要求。為測(cè)試人員配備必要的安全裝備，如安全帶、安全頭盔等。在測(cè)試過(guò)程中，嚴(yán)格遵守交通規(guī)則，設(shè)置明顯的警示標(biāo)志，避免對(duì)其他車輛和行人造成影響。還制定應(yīng)急預(yù)案，針對(duì)可能出現(xiàn)的突發(fā)情況，如車輛故障、交通事故等，制定相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施，確保在緊急情況下能夠迅速、有效地進(jìn)行處理。4.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析4.3.1性能指標(biāo)評(píng)估通過(guò)對(duì)空載實(shí)驗(yàn)、帶載實(shí)驗(yàn)以及整車道路試驗(yàn)所獲取的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，能夠全面評(píng)估SRM電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)，為系統(tǒng)的優(yōu)化和改進(jìn)提供關(guān)鍵依據(jù)。在效率方面，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)清晰地顯示出SRM電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在不同工況下的效率變化情況。在帶載實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)電機(jī)處于額定負(fù)載附近時(shí)，系統(tǒng)效率達(dá)到了較高水平，約為85%-90%。這表明在正常行駛工況下，該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠較為高效地將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，為電動(dòng)汽車提供動(dòng)力。在輕載工況下，系統(tǒng)效率相對(duì)較低，約為70%-75%。這主要是由于在輕載時(shí)，電機(jī)的鐵耗和機(jī)械損耗在總損耗中所占比例相對(duì)較大，導(dǎo)致能量轉(zhuǎn)換效率下降。隨著負(fù)載的增加，電機(jī)的銅耗逐漸增大，當(dāng)負(fù)載超過(guò)一定程度后，銅耗的增加對(duì)系統(tǒng)效率的影響逐漸凸顯，導(dǎo)致系統(tǒng)效率有所下降。在重載工況下，系統(tǒng)效率可能會(huì)降至80%左右。通過(guò)對(duì)效率特性曲線的分析，可以確定系統(tǒng)的高效運(yùn)行區(qū)域，為電動(dòng)汽車的能量管理和駕駛策略提供參考。在實(shí)際駕駛中，應(yīng)盡量使電機(jī)工作在高效運(yùn)行區(qū)域，以提高能源利用效率，延長(zhǎng)電動(dòng)汽車的續(xù)航里程。功率密度是衡量驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)之一，它反映了驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在單位體積或單位質(zhì)量?jī)?nèi)所能輸出的功率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所研制的SRM電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有較高的功率密度，達(dá)到了[X]kW/kg。這一數(shù)值相較于一些傳統(tǒng)的電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有明顯優(yōu)勢(shì)，意味著該系統(tǒng)能夠在較小的體積和重量下輸出較大的功率，有利于提高電動(dòng)汽車的動(dòng)力性能和空間利用率。較高的功率密度還可以減輕電動(dòng)汽車的整車重量，降低能耗，進(jìn)一步提升電動(dòng)汽車的續(xù)航里程。在一些小型電動(dòng)汽車中，采用高功率密度的SRM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，可以在有限的空間內(nèi)提供足夠的動(dòng)力，同時(shí)減輕車輛的自重，提高能源利用效率。轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)是SRM電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)需要重點(diǎn)關(guān)注的性能指標(biāo)之一，過(guò)大的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)會(huì)影響電動(dòng)汽車的駕駛舒適性和穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，通過(guò)優(yōu)化電機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和控制策略，所研制的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)方面得到了有效抑制。在額定工況下，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)系數(shù)降低至[X]%以內(nèi)，與優(yōu)化前相比有了顯著改善。在電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，采用了磁場(chǎng)解耦型雙定子結(jié)構(gòu)，有效減少了磁場(chǎng)之間的相互干擾，使轉(zhuǎn)矩輸出更加平穩(wěn)。在控制策略上，采用了先進(jìn)的轉(zhuǎn)矩分配函數(shù)和電流控制算法，根據(jù)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)調(diào)整電流和導(dǎo)通角度，進(jìn)一步降低了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。盡管轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)得到了有效抑制，但在一些特殊工況下，如急加速、急減速時(shí)，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)仍會(huì)有所增加。在未來(lái)的研究中，還需要進(jìn)一步優(yōu)化控制策略，以更好地應(yīng)對(duì)這些特殊工況，提高電動(dòng)汽車的駕駛舒適性和穩(wěn)定性。4.3.2與其他驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)比將SRM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與永磁同步電機(jī)（PMSM）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、異步電機(jī)（IM）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等常見的電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比，能夠更清晰地了解SRM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)與不足，為電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的選擇和優(yōu)化提供參考。在效率方面，永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在額定工況下具有較高的效率，一般可達(dá)到90%-95%，略高于SRM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。永磁同步電機(jī)具有較高的功率因數(shù)和較低的銅耗，使其在效率方面表現(xiàn)出色。在輕載和重載工況下，SRM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的效率優(yōu)勢(shì)逐漸顯現(xiàn)。由于SRM的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其在輕載時(shí)的鐵耗相對(duì)較低，而在重載時(shí)通過(guò)合理的控制策略，能夠有效調(diào)整電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，保持較高的效率。而異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在整個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)的效率相對(duì)較低，一般在75%-85%之間。異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子存在較大的電阻損耗，且在調(diào)速過(guò)程中需要消耗額外的能量，導(dǎo)致其效率較低。功率密度方面，永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有較高的功率密度，能夠在較小的體積和重量下輸出較大的功率。這主要得益于永磁體的高磁能積和電機(jī)的緊湊設(shè)計(jì)。SRM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的功率密度也較為可觀，雖然略低于永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，但明顯高于異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。SRM的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)和高能量轉(zhuǎn)換效率使其在功率密度方面具有一定的優(yōu)勢(shì)。異步電機(jī)由于其結(jié)構(gòu)和工作原理的限制，功率密度相對(duì)較低，需要較大的體積和重量來(lái)輸出相同的功率。轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)方面，永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較小，能夠提供較為平穩(wěn)的轉(zhuǎn)矩輸出，駕駛舒適性較高。這是因?yàn)橛来磐诫姍C(jī)的磁場(chǎng)較為穩(wěn)定，電流控制相對(duì)精確。SRM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在經(jīng)過(guò)優(yōu)化后，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)得到了有效抑制，但與永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相比，仍存在一定差距。在一些對(duì)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景中，永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有明顯優(yōu)勢(shì)。異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較大，會(huì)對(duì)車輛的行駛穩(wěn)定性和舒適性產(chǎn)生較大影響。由于異步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生原理和控制方式，其在運(yùn)行過(guò)程中容易出現(xiàn)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。成本方面，SRM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有一定的優(yōu)勢(shì)。由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)子上無(wú)繞組和永磁體，制造成本相對(duì)較低。永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由于需要使用稀土永磁材料，成本較高。稀土永磁材料的價(jià)格波動(dòng)較大，且供應(yīng)存在一定的不確定性，增加了永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的成本風(fēng)險(xiǎn)。異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的成本相對(duì)較低，但由于其效率和功率密度較低，在實(shí)際應(yīng)用中可能需要更大的電機(jī)和更復(fù)雜的控制系統(tǒng)，從而增加了總體成本?？煽啃苑矫妫琒RM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)易損部件，具有較高的可靠性，能夠適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境。永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的可靠性也較高，但永磁體在高溫、強(qiáng)磁場(chǎng)等惡劣環(huán)境下可能會(huì)出現(xiàn)退磁現(xiàn)象，影響電機(jī)的性能。異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的可靠性相對(duì)較低，其轉(zhuǎn)子繞組容易出現(xiàn)故障，且在頻繁啟動(dòng)和制動(dòng)過(guò)程中，電機(jī)的壽命會(huì)受到較大影響。通過(guò)與其他驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的對(duì)比可以看出，SRM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在效率、功率密度、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、成本和可靠性等方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和不足。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)電動(dòng)汽車的具體需求和使用場(chǎng)景，綜合考慮各種因素，選擇最適合的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。對(duì)于對(duì)成本和可靠性要求較高，且對(duì)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)要求相對(duì)較低的應(yīng)用場(chǎng)景，SRM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有較大的應(yīng)用潛力。而對(duì)于對(duì)效率和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)要求極高的高端電動(dòng)汽車，永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可能更為合適。五、SRM電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)與應(yīng)對(duì)策略5.1面臨的挑戰(zhàn)5.1.1材料和工藝要求高SRM電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的獨(dú)特運(yùn)行原理，決定了其對(duì)材料和工藝有著極為嚴(yán)格的要求，而這也成為了該系統(tǒng)在發(fā)展過(guò)程中面臨的重要挑戰(zhàn)之一。在材料方面，為了滿足SRM高能量轉(zhuǎn)換效率和高功率密度的需求，需要使用高磁導(dǎo)率、低損耗的磁性材料。這種材料能夠在電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，有效地增強(qiáng)磁場(chǎng)強(qiáng)度，減少磁滯損耗和渦流損耗，提高電機(jī)的效率和性能。目前，常用的磁性材料如硅鋼片，雖然在一定程度上能夠滿足SRM的基本要求，但在高頻率、高負(fù)荷的運(yùn)行條件下，其磁導(dǎo)率和損耗性能仍有待進(jìn)一步提高。尋找和開發(fā)新型的磁性材料，成為了提升SRM性能的關(guān)鍵。一些研究機(jī)構(gòu)正在探索使用納米晶軟磁材料，這種材料具有極高的磁導(dǎo)率和極低的損耗，有望在SRM中得到應(yīng)用。由于納米晶軟磁材料的制備工藝復(fù)雜，成本高昂，目前還難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用。SRM在高速運(yùn)行時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大的機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力，因此需要使用高強(qiáng)度、高耐熱性的結(jié)構(gòu)材料來(lái)保證電機(jī)的可靠性和穩(wěn)定性。在電機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子部分，需要承受高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力和電磁力，若材料的強(qiáng)度不足