新能源汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)控制技術(shù)分析獲獎科研報告【摘

要】新能源汽車是進入21世紀以來經(jīng)濟發(fā)展誕生的新產(chǎn)物，符合當今社會對于節(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)動電機及控制系統(tǒng)是最核心的要素，在全車的配置當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)動電機及控制系統(tǒng)這一課題展開討論，為新能源汽車驅(qū)動電機及控制系統(tǒng)提出一些有效的建議。

【關(guān)鍵詞】新能源汽車;驅(qū)動電機;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，比如齒輪加速制動性能好、功率大、環(huán)保而又節(jié)能等，非常符合這個時代人們對于電動交通出行方式的創(chuàng)新需求。而控制驅(qū)動系統(tǒng)電機及汽車控制驅(qū)動系統(tǒng)，直接就關(guān)系著新能源電動汽車的安全性能和產(chǎn)品質(zhì)量，新能源電動汽車的安全設(shè)計和日常維護和定期保養(yǎng)非常重要，因此關(guān)于新能源電動汽車控制驅(qū)動系統(tǒng)電機及汽車控制驅(qū)動系統(tǒng)的使用問題是當代汽車研究領(lǐng)域重點討論的內(nèi)容。

二、電機驅(qū)動控制系統(tǒng)介紹

作為目前新能源電動汽車的重要核心部件之一，電機動力驅(qū)動汽車控制器的系統(tǒng)框架設(shè)計是否良好是否合理，對于電動車輛的駕駛性能發(fā)展有著非常重要的直接因果影響。該機械控制器的系統(tǒng)最重要的一個核心功能就是在電動司機正常高速駕駛電動動力車輛的正常運行行駛過程中，將電動汽車使用蓄電池驅(qū)動系統(tǒng)過程中的主要控制電能高效的自動轉(zhuǎn)化成電能作為司機駕駛電動車輛正常高速行駛的主要控制動能，盡可能多地可以降低司機駕駛電動車輛正常高速行駛時在道路交通過程中所遇到可能需要遇到的汽車制動力和阻力。從整個我國宏觀經(jīng)濟技術(shù)框架層面上看的分析情況來看，電機能源動力汽車驅(qū)動系統(tǒng)汽車機械控制器的系統(tǒng)技術(shù)框架大體來說可以大致地劃分為兩個主要組成板塊。第一個主要組成板塊也就是能源動力電器汽車驅(qū)動控制系統(tǒng)，該能源電器驅(qū)動系統(tǒng)由能源電力汽車控制器、功率泵和電壓驅(qū)動轉(zhuǎn)換機以及能源動力增壓電動機三個主要組成部分共同設(shè)計組成，是目前能源動力電動汽車與其他同類傳統(tǒng)能源電動汽車駕駛性能發(fā)展區(qū)別最大的一個重要地方。第二個主要組成板塊也就是電動汽車機械系統(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、加速器和制動剎車踏板、差速器以及傳動軸等[1]。

三、新能源汽車驅(qū)動電機及控制系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

（一）新能源汽車對驅(qū)動電機及控制系統(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)電動汽車，新能源驅(qū)動汽車電機是完全以汽車電能為主要驅(qū)動力的。它們通過利用驅(qū)動汽車電機系統(tǒng)來直接推動整個車輛高速前進，在相關(guān)控制器的系統(tǒng)設(shè)計方面也總是有著一些特殊之處。迄今為止，電動汽車用于驅(qū)動車的電機及相關(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：動力電動機、控制器、功率控制電子裝置、傳感器等多項技術(shù)內(nèi)容。其中，驅(qū)動汽車電機的主要工作功能也就在于將驅(qū)動蓄電池過程中的全部電能轉(zhuǎn)換成車輛機械的動能，以及通過對于驅(qū)動蓄電池的高速制動，對于整個車輛的內(nèi)部動能狀況進行實時反饋。

（二）對電機的分析

在大型電動汽車上所需要用到的工作電機驅(qū)動系統(tǒng)所涵蓋的驅(qū)動內(nèi)容主要有：直流感應(yīng)電機、交流永磁感應(yīng)同步電機、開關(guān)磁阻同步電機、永磁磁阻同步電機等。其中，直流感應(yīng)電機驅(qū)動是一種傳統(tǒng)的交流電機驅(qū)動類型，運用較可靠，控制較簡便。但它的一些缺陷也非常明顯：驅(qū)動維護較麻煩，維護工作成本相對較高。而高頻交流永磁異步電機的驅(qū)動維護工作成本相對較低，然而在電機驅(qū)動控制系統(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)動調(diào)速很難成功實現(xiàn)。相較于前二者，永磁阻同步電機的最大功率驅(qū)動密度很大，與此同時它也增大了電機驅(qū)動控制系統(tǒng)的較大電流驅(qū)動消耗，而且永磁體積具有產(chǎn)生退磁運動現(xiàn)象的主要特征。雖然開關(guān)磁阻同步電機相對而言工作效率相對較高且維護成本相對較低，但其直流電機上的驅(qū)動控制系統(tǒng)通常存在轉(zhuǎn)矩大的脈動，噪音較大且驅(qū)動結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，可靠性相對較低。目前，國內(nèi)絕大多數(shù)大型新能源電動汽車上所采用的電機驅(qū)動系統(tǒng)電機均為高頻交流永磁異步電機。

（三）對功率電子裝置的分析

現(xiàn)階段，常用的直流閥門驅(qū)動開關(guān)電壓容量控制系統(tǒng)開關(guān)驅(qū)動系統(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)動開關(guān)電壓容量控制系統(tǒng)開關(guān)驅(qū)動系統(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10～20khz。除此之外，在閥門驅(qū)動開關(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)用價值。而基于以和igbt的這種新型低壓直流驅(qū)動變頻控制開關(guān)驅(qū)動裝置的兩個閥門極限開關(guān)驅(qū)動電壓容量最高功率可以分別能夠達到380v級，540kva，這項直流變頻控制系統(tǒng)開關(guān)技術(shù)也是目前為止在純能源電動汽車中的低壓直流變頻控制開關(guān)系統(tǒng)驅(qū)動電壓控制開關(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)動控制系統(tǒng)器件[2]。

（四）對控制技術(shù)的分析

電機的各種定向控制傳動技能的基本實現(xiàn)要求條件主要包括標準矢量傳動控制、直接轉(zhuǎn)矩傳動控制、矢量或矩形磁場定向傳動控制、磁鏈定向控制等多個主要內(nèi)容。

矢量運動控制技術(shù)是一種應(yīng)用較為理想的運動控制設(shè)計技術(shù)，其控制理論上的發(fā)展也較為成熟完善，可以對于各種電機系統(tǒng)參數(shù)自動進行較精確的自動辨認。目前，變頻器結(jié)構(gòu)矢量控制（vsc）也在當代新能源動力汽車的運動控制設(shè)計技術(shù)應(yīng)用方面異軍突起，具有明顯的后發(fā)優(yōu)勢。尤其特別是在電機系統(tǒng)運動參數(shù)不完全確定。外部電磁系統(tǒng)擾動和內(nèi)部電機系統(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抖振以及轉(zhuǎn)矩和非徑向電磁傳動鏈條的徑向脈動大等各種控制技術(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)試驗和實際工作運用的各種運動控制系統(tǒng)設(shè)計的新技術(shù)當中還有矢量運動控制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制運動邏輯等全新的運動控制設(shè)計手段。它們的廣泛應(yīng)用推廣將有效地與那些基于傳統(tǒng)式的點陣式運動控制系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)方法及其技術(shù)結(jié)合形成一種優(yōu)勢互補，尤其大大提高了電機驅(qū)動式的電機系統(tǒng)工作效率，在對于各種電機驅(qū)動系統(tǒng)運行參數(shù)的自動進行精確測量、自動地精確調(diào)整定時系統(tǒng)和對運行狀態(tài)工作的自動精確調(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汽車產(chǎn)業(yè)開始逐漸進入千家萬戶，其控制驅(qū)動觸發(fā)電機及汽車控制驅(qū)動系統(tǒng)也日益發(fā)展成為一個熱門的技術(shù)課題，我們?nèi)匀黄惹行枰谠搩蓚€領(lǐng)域努力實現(xiàn)控制驅(qū)動觸發(fā)電機及