永磁同步電機(jī)交直軸數(shù)學(xué)模型14永磁同步電機(jī)控制原理車用逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和工作原理2空間電壓矢量調(diào)制技術(shù)原理3過調(diào)制控制技術(shù)4永磁同步電機(jī)雙閉環(huán)矢量控制5內(nèi)置式永磁同步電機(jī)調(diào)速控制方案6最優(yōu)效率輸出控制7無位置傳感器控制84.3.1

三相電壓的空間矢量表示空間電壓矢量調(diào)制技術(shù)原理實部虛部且有若復(fù)數(shù)矢量已知，則可唯一解出三個標(biāo)量復(fù)數(shù)表示標(biāo)量4.3.1

三相電壓的空間矢量表示空間電壓矢量調(diào)制技術(shù)原理假設(shè)三相對稱正弦相電壓的瞬時值表示為：用一個復(fù)數(shù)表示三個標(biāo)量指數(shù)形式實部虛部相電壓幅值相電壓角頻率4.3.1

三相電壓的空間矢量表示空間電壓矢量調(diào)制技術(shù)原理

根據(jù)空間矢量變換的可逆性,可以想象若電壓空間矢量Uo的頂點運動軌跡為一個圓

,則原三相電壓越趨近于三相對稱正弦波。三相對稱正弦電壓供電是理想的供電方式，也是逆變器交流輸出電壓控制的追求目標(biāo)。實際上，通過空間矢量變換，可以將逆變器三相輸出的3個標(biāo)量的控制問題轉(zhuǎn)化為一個矢量的控制問題。三相對稱正弦電壓對應(yīng)的空間電壓矢量運動軌跡電壓空間矢量Uout頂點的運動軌跡為一個圓，且以角速度w逆時針旋轉(zhuǎn)。4.3.1

三相電壓的空間矢量表示空間電壓矢量調(diào)制技術(shù)原理由于同一橋臂上下開關(guān)器件不能同時導(dǎo)通，則上述的逆變器三路逆變橋的開關(guān)組態(tài)一共有8種。對于不同的開關(guān)狀態(tài)組合，可以得到8個基本電壓空間矢量,這樣逆變器的8種開關(guān)模式就對應(yīng)8個電壓空間矢量。

4.3.1

三相電壓的空間矢量表示空間電壓矢量調(diào)制技術(shù)原理由于同一橋臂上下開關(guān)器件不能同時導(dǎo)通，則上的逆變器三路逆變橋的開關(guān)組態(tài)一共有8種。對于不同的開關(guān)狀態(tài)組合，可以得到8個基本電壓空間矢量,這樣逆變器的8種開關(guān)模式就對應(yīng)8個電壓空間矢量。

將8種組合的基本電壓矢量映射到復(fù)平面里可得到電壓空間矢量圖，該復(fù)平面被6個非零矢量分割為6個扇區(qū)。8種基本電壓空間矢量U1(001)、U2(010)、U3(011)、U4(100)、U5(101)、U6(110)非零矢量6個：U0(000)、U7(111)

對應(yīng)上橋臂全關(guān)斷和全打開零矢量2個：4.3.1

三相電壓的空間矢量表示空間電壓矢量調(diào)制技術(shù)原理交流側(cè)相電壓UAN、UBN、UCN與開關(guān)函數(shù)之間的關(guān)系可以表示為：4.3.2

SVPWM算法實現(xiàn)空間電壓矢量調(diào)制技術(shù)原理扇區(qū)判斷判斷電壓空間矢量Uout所在扇區(qū)的目的是：確定本開關(guān)周期所使用的基本電壓空間矢量ua

、uβ

：參考電壓矢量Uout在a、β軸上的分量定義Ur1、Ur2、Ur3

要實現(xiàn)SVPWM信號的實時調(diào)制，首先需要知道參考電壓矢量Uout所在的區(qū)間位置，然后利用所在扇區(qū)的相鄰兩電壓矢量和適當(dāng)?shù)牧闶噶縼砗铣蓞⒖茧妷菏噶?.3.2

SVPWM算法實現(xiàn)空間電壓矢量調(diào)制技術(shù)原理若則否則令N=4C+2B+A則可以得到N與扇區(qū)的關(guān)系N315462扇區(qū)IIIIIIIVVVI扇區(qū)判斷定義變量A、B、C若則否則若則否則當(dāng)參考電壓矢量Uout的角度確定時，可以如圖進(jìn)行扇區(qū)劃分4.3.2

SVPWM算法實現(xiàn)空間電壓矢量調(diào)制技術(shù)原理計算基本矢量的作用時間計算可得由圖可知4.3.2

SVPWM算法實現(xiàn)空間電壓矢量調(diào)制技術(shù)原理扇區(qū)電壓分量作用時間4.3.2

SVPWM算法實現(xiàn)空間電壓矢量調(diào)制技術(shù)原理扇區(qū)電壓分量作用時間4.3.2

SVPWM算法實現(xiàn)空間電壓矢量調(diào)制技術(shù)原理若T4+T6>Ts，需要進(jìn)行過調(diào)制處理，令：計算基本矢量的作用時間其他扇區(qū)的基本矢量作用時間如表所示4.3.3

SVPWM與傳統(tǒng)SPWM的比較空間電壓矢量調(diào)制技術(shù)原理15.47%提高電壓利用率SPWM最大線性輸出區(qū)域

在SVPWM調(diào)制中，調(diào)制深度最大值可以達(dá)到1.1547，比SPWM調(diào)制最高所能達(dá)到的調(diào)制比1高出0.1547，這使其直流母線電壓利用率更高，也是SVPWM控制算法的一個主要優(yōu)點。SVPWM最大線性輸出區(qū)域4.3.3

SVPWM與傳統(tǒng)SPWM的比較空間電壓矢量調(diào)制技術(shù)原理SPWM逆變器輸出相電壓SVPWM逆變器輸出相電壓SPWM調(diào)制波形SVPWM調(diào)制波形

4.3.3

SVPWM與傳統(tǒng)SPWM的比較空間電壓矢量調(diào)制技術(shù)原理每次切換狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，只更改一個階段的切換狀態(tài)PWM波形對稱更少的開關(guān)時間和更少的損失PWM波形是不規(guī)則的損失和噪聲更大SPWM的PWM波形SVPWM的PWM波形4.3.4

五段式SVPWM算法空間電壓矢量調(diào)制技術(shù)原理五段式SVPWM算法具有更少的開關(guān)次數(shù)，該方法采用每相功率開關(guān)器件在每個扇區(qū)狀態(tài)維持不變的序列安排下，使得每個開關(guān)周期只有3次開關(guān)切換，但是會增大電流的諧波含量。Uout所在位置和開關(guān)切換順序?qū)φ毡恚ɑ谟布Ｊ剑?.3.5

七段式SVPWM算法空間電壓矢量調(diào)制技術(shù)原理在SVPWM方案中，零矢量的選擇是最具靈活性的，適當(dāng)選擇零矢量，可最大限度地減少開關(guān)次數(shù)，盡可能避免開關(guān)器件在負(fù)載電流較大時的開關(guān)動作，最大限度地減少開關(guān)損耗?；臼噶孔饔庙樞虻姆峙湓瓌t為：在每次開關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，只改變其中一相的開關(guān)狀態(tài)，并且對零矢量在時間上進(jìn)行平均分配，以使產(chǎn)生的PWM對稱，從而有效地降低PWM的諧波分量。Uout所在位置和開關(guān)切換順序?qū)φ毡恚ɑ谲浖Ｊ剑?.3.5

七段式SVPWM算法空間電壓矢量調(diào)制技術(shù)原理七段式SVPWM矢量如何從起點到達(dá)終點？

以第一扇區(qū)為例，如圖所示，矢量要從0走到Uout，可以有兩條路徑，可以先沿著U4方向走，然后沿著U6方向走，再沿著U4方向走，最后到達(dá)Uout，如圖中紅色路徑。注意發(fā)波要對稱，不能走完了U4再走U6，那樣諧波比較大。也可以按照圖中藍(lán)色的路線，先沿著U6走，之后沿著U4，最后把U6走完。4.3.5

七段式SVPWM算法空間電壓矢量調(diào)制技術(shù)原理兩條路徑都可以到達(dá)Uout，唯一的區(qū)別是零矢量的插入方式不同紅色路徑是4-6-4，為了每次只切換一個橋臂的開關(guān)，零矢量的插入方式是0-4-6-7-6-4-0（7段式），或者是4-6-7-6-4（五段式）六個扇區(qū)的路徑結(jié)果如圖0(000)4(100)6(110)7(111)6(110)4(100)0(000)第V扇區(qū)0-1-5-7-5-1-07-5-1-0-1-5-7第VI扇區(qū)0-4-5-7-5-4-07-5-4-0-4-5-7第I扇區(qū)0-4-6-7-6-4-07-6-4-0-4-6-7第II扇區(qū)0-2-6-7-6-2-07-6-2-0-2-6-7第III扇區(qū)0-2-3-7-3-2-07-3-2-0-2-3-7第IV扇區(qū)0-1-3-7-3-1-07-3-1-0-1-3-7IVIIIVIIVII4.3.5

七段式SVPWM算法空間電壓矢量調(diào)制技術(shù)原理如果考慮軟件的計算方便，每次發(fā)波都先發(fā)000矢量，中間插入111矢量，那么就要按照圖中紅色曲線發(fā)波，如圖所示。第一扇區(qū)要先發(fā)U4，矢量走到第二扇區(qū)后，不能先發(fā)U6，要先發(fā)距離000更近的矢量U2，到第三扇區(qū)后，還是先發(fā)U2。總之，1（001），2（010），4（100）距離零矢量（000）更近，要作為每個扇區(qū)的首發(fā)。第V扇區(qū)0-1-5-7-5-1-0第VI扇區(qū)0-4-5-7-5-4-0第I扇區(qū)0-4-6-7-6-4-0第II扇區(qū)0-2-6-7-6-2-0第III扇區(qū)0-2-3-7-3-2-0第IV扇區(qū)0-1-3-7-3-1-0IVIIIVIIVII4.3.5

七段式SVPWM算法空間電壓矢量調(diào)制技術(shù)原理第V扇區(qū)7-5-1-0-1-5-7第VI扇區(qū)7-5-4-0-4-5-7第I扇區(qū)7-6-4-0-4-6-7第II扇區(qū)7-6-2-0-2-6-7第III扇區(qū)7-3-2-0-2-3-7第IV扇區(qū)7-3-1-0-1-3-7也可以選擇3（011），5（101），6（110）作為首發(fā)，那么在7段式的中間需要插入的就是零矢量（000）。IIIIVIIVIIV永磁同步電機(jī)交直軸數(shù)學(xué)模型14永磁同步電機(jī)控制原理車用逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和工作原理2空間電壓矢量調(diào)制技術(shù)原理3過調(diào)制控制技術(shù)4永磁同步電機(jī)雙閉環(huán)矢量控制5內(nèi)置式永磁同步電機(jī)調(diào)速控制方案6最優(yōu)效率輸出控制7無位置傳感器控制84.4.1

過調(diào)制技術(shù)簡介過調(diào)制控制技術(shù)線性調(diào)制區(qū)參考電壓幅值小于時

當(dāng)參考電壓矢量的幅值在正六邊形里面，輸出電壓矢量都能夠通過同一扇區(qū)相鄰的兩個電壓矢量線性地合成，電壓波形為正弦，磁鏈軌跡為圓形，這一區(qū)域稱為逆變器線性調(diào)制區(qū)逆變器工作區(qū)間劃分4.4.1

過調(diào)制技術(shù)簡介過調(diào)制控制技術(shù)參考電壓幅值大于時當(dāng)參考電壓矢量的幅值在正六邊形外面，有一部分輸出電壓矢量將無法通過兩個相鄰的基本電壓矢量進(jìn)行合成，逆變器輸出電壓含有諧波，并且磁鏈軌跡也會偏離圓形，這一區(qū)域稱為逆變器非線性調(diào)制區(qū)(過調(diào)制區(qū))非線性調(diào)制區(qū)逆變器工作區(qū)間劃分4.4.1

過調(diào)制技術(shù)簡介過調(diào)制控制技術(shù)

當(dāng)采用SVPWM控制時，直流母線電壓為UDC，在線性調(diào)制區(qū)域內(nèi)，逆變器能夠輸出相電壓基波幅值最大為,如果采用過調(diào)制算法使得逆變器進(jìn)入六步工作模式，其輸出相電壓基波幅值最大可以達(dá)到2Vdc/π，輸出電壓的提升如下式所示故當(dāng)采用SVPWM時，電壓型逆變器的輸出電壓仍有10%的提高空間控制策略4.4.1

過調(diào)制技術(shù)簡介過調(diào)制控制技術(shù)

對于超出邊界部分的參考電壓，過調(diào)制控制策略采用一定的規(guī)則進(jìn)行調(diào)整，對整個電壓軌跡進(jìn)行重新規(guī)劃，使其滿足邊界限制，經(jīng)典過調(diào)制算法的分類方式有兩種:單模式過調(diào)制控制策略優(yōu)點：算法簡單，運算速度快缺點：逆變器輸出電壓中諧波含量(THD)比較大雙模式過調(diào)制控制策略優(yōu)點：輸出電壓中諧波含量(THD)相對較小缺點：控制算法相對復(fù)雜，需要查表過調(diào)制控制流程控制策略4.4.2

單模式過調(diào)制過調(diào)制控制技術(shù)單模式過調(diào)制下給定參考電壓與實際參考電壓的軌跡單模式過調(diào)制控制策略將過調(diào)制區(qū)域看作一個整體在過調(diào)制區(qū)域，參考電壓不超出邊界的部分保持不變；當(dāng)其超出邊界時，相位和幅值均保持這一時刻的狀態(tài)，直到參考電壓旋轉(zhuǎn)進(jìn)入邊界內(nèi)時，再次跳越跟隨4.4.2

單模式過調(diào)制過調(diào)制控制技術(shù)線性區(qū)實驗結(jié)果轉(zhuǎn)速較平穩(wěn)電流波形較好電流軌跡為圓形過調(diào)制區(qū)實驗結(jié)果轉(zhuǎn)速提升110rpm，但波動較大電流波形畸變電流軌跡偏離圓形4.4.3

雙模式過調(diào)制過調(diào)制控制技術(shù)

過調(diào)制I區(qū)內(nèi)，引入補(bǔ)償電壓Vc*來生成參考電壓Vr*，其電壓矢量軌跡未超出邊界的部分保持不變，超出的部分被固定在邊界上，由此生成的軌跡即為實際參考電壓的軌跡過調(diào)制I區(qū)內(nèi)復(fù)平面上電壓矢量的軌跡四分之一扇區(qū)內(nèi)，過調(diào)制I區(qū)內(nèi)實際參考電壓軌跡在頻域內(nèi)的方程解析：4.4.3

雙模式過調(diào)制過調(diào)制控制技術(shù)

過調(diào)制II區(qū)內(nèi)，沒有多余區(qū)域進(jìn)行電壓補(bǔ)償。此時，實際參考電壓軌跡在頂點處保持一段時間，隨后，在剩余的開關(guān)時間內(nèi)沿著邊界移動過調(diào)制II區(qū)內(nèi)復(fù)平面上電壓矢量的軌跡給定參考電壓和實際參考電壓矢量的相位角關(guān)系4.4.3

雙模式過調(diào)制過調(diào)制控制技術(shù)

由于過調(diào)制策略對目標(biāo)參考電壓的軌跡進(jìn)行了重新規(guī)劃，需要對修改后的實際參考電壓進(jìn)行傅里葉級數(shù)展開和修正，使得其基波幅值等于目標(biāo)幅值，以達(dá)到相同的控制效果基波幅值函數(shù)方程由以上過程可以得到參考角度αr與調(diào)制系數(shù)MI之間的關(guān)系4.4.3

雙模式過調(diào)制過調(diào)制控制技術(shù)過調(diào)制I區(qū)內(nèi)參考角度αr與調(diào)制系數(shù)MI之間的關(guān)系曲線過調(diào)制II區(qū)內(nèi)保持角度αh與調(diào)制系數(shù)MI之間的關(guān)系曲線用分段函數(shù)擬合參考角度以及保持角度與MI之間的非線性關(guān)系，利于工程化實現(xiàn)對于任意給定的參考電壓，可以根據(jù)MI由以上關(guān)系求得各分區(qū)內(nèi)的控制角度，獲取實際參考軌跡，進(jìn)而生成所需電壓幅值4.4.3

雙模式過調(diào)制過調(diào)制控制技術(shù)調(diào)制波形逆變器輸出相電壓脈沖逆變器輸出相電壓波形電壓濾波4.4.3

雙模式過調(diào)制過調(diào)制控制技術(shù)線性區(qū)過調(diào)制I區(qū)過調(diào)制II區(qū)六階拍區(qū)FFT分析下的諧波頻譜隨著過調(diào)制程度的加深，電壓軌跡圓逐漸畸變，最終成為六邊形，達(dá)到最大輸出能力過調(diào)制帶來的諧波主要是5、7次等低次分量，并且隨著MI的增大，諧波所占比例越來越高4.4.4過調(diào)制控制算法諧波分析及諧波抑制策略過調(diào)制控制技術(shù)可以看出，5次諧波是負(fù)序分量，而7次諧波是正序量，因此，相對應(yīng)的坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)速度分別為-5ωt和7ωt4.4.4過調(diào)制控制算法諧波分析及諧波抑制策略過調(diào)制控制技術(shù)LPF在負(fù)5次和正7次諧波旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系上做同步濾波4.4.4過調(diào)制控制算法諧波分析及諧波抑制策略過調(diào)制控制技術(shù)d軸電流實驗結(jié)果對比q軸電流實驗結(jié)果對比電機(jī)轉(zhuǎn)速實驗結(jié)果對比永磁同步電機(jī)交直軸數(shù)學(xué)模型14永磁同步電機(jī)控制原理車用逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和工作原理2空間電壓矢量調(diào)制技術(shù)原理3過調(diào)制控制技術(shù)4永磁同步電機(jī)雙閉環(huán)矢量控制5內(nèi)置式永磁同步電機(jī)調(diào)速控制方案6最優(yōu)效率輸出控制7無位置傳感器控制8永磁同步電機(jī)雙閉環(huán)矢量控制4.5.1永磁同步電機(jī)開環(huán)控制傳統(tǒng)的開環(huán)控制策略又稱恒壓頻比控制，即V/F控制，指在永磁同步電機(jī)運行時保證電壓幅值與運行頻率的比值為定值。V/F變壓變頻控制特性曲線V/F控制結(jié)構(gòu)框圖V/F曲線示意圖永磁同步電機(jī)中的定子每相的感應(yīng)電動勢永磁同步電機(jī)雙閉環(huán)矢量控制4.5.2永磁同步電機(jī)矢量控制矢量控制通過控制定子勵磁輸入，實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩和磁通的分別控制。本節(jié)將從永磁同步電機(jī)的動態(tài)模型出發(fā)，推導(dǎo)三相永磁同步電機(jī)的矢量控制。將定子電流is作為輸出量，三相電流可以表示為d-q軸定子電流方程永磁同步電機(jī)向量圖id=0，電磁轉(zhuǎn)矩Te永磁同步電機(jī)雙閉環(huán)矢量控制4.5.3永磁同步電機(jī)控制解耦由永磁同步電機(jī)的電壓方程和數(shù)學(xué)模型可以看出，d軸電壓ud不僅受d軸電流id的影響，還受q軸電流iq的影響，這說明永磁同步電機(jī)d軸電壓和q軸電壓存在耦合關(guān)系。可以將公式中的和視作耦合項，由于耦合項的影響，電機(jī)的ud和uq是無法實現(xiàn)獨立控制的。電機(jī)d-q耦合框圖d-q軸耦合關(guān)系式可以看出轉(zhuǎn)速的值越大這個耦合項就越大，這說明電機(jī)的速度越高，這個耦合項對電機(jī)的控制器性能的影響就越大，因此永磁同步電機(jī)的解耦對于電機(jī)的控制性能的提升是必要的。永磁同步電機(jī)雙閉環(huán)矢量控制4.5.3永磁同步電機(jī)控制解耦通過在d軸和q軸電流控制器的輸出端分別引入與永磁同步電機(jī)d-q軸電壓方程的耦合項，大小相等符號相反作為耦合補(bǔ)償，即可實現(xiàn)電流控制器的解耦控制，因此也稱為電壓前饋解耦控制。解耦控制框圖id=0時的電機(jī)電壓方程id=0時，磁通完全由永磁體來提供。此時定子直軸的電流分量為0，這就使得電機(jī)沒有直軸的電樞反應(yīng)，即直軸是不貢獻(xiàn)轉(zhuǎn)矩的。id=0時，磁通完全由永磁體來提供。此時定子直軸的電流分量為0，這就使得電機(jī)沒有直軸的電樞反應(yīng)，即直軸是不貢獻(xiàn)轉(zhuǎn)矩的。永磁同步電機(jī)雙閉環(huán)矢量控制4.5.4永磁同步電機(jī)速度、電流雙閉環(huán)控制對于三相PMSM矢量控制技術(shù)而言，通常包括轉(zhuǎn)速控制環(huán)、電流控制環(huán)和PWM控制算法3個主要部分。本部分主要對前兩部分進(jìn)行詳細(xì)介紹。永磁同步電機(jī)閉環(huán)矢量控制框圖轉(zhuǎn)速控制環(huán)的作用是控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使其能夠達(dá)到既能調(diào)速又能穩(wěn)速的目的。電流控制環(huán)的作用在于加快系統(tǒng)的動態(tài)調(diào)節(jié)過程，使得電機(jī)定子電流更好地接近給定的電流矢量。永磁同步電機(jī)雙閉環(huán)矢量控制4.5.4永磁同步電機(jī)速度、電流雙閉環(huán)控制通過在d軸和q軸電流控制器的輸出端分別引入與永磁同步電機(jī)d-q軸電壓方程的耦合項，大小相等符號相反作為耦合補(bǔ)償，即可實現(xiàn)電流控制器的解耦控制，因此也稱為電壓前饋解耦控制。id=0時的電機(jī)電壓方程參考電壓方程Laplace變換永磁同步電機(jī)雙閉環(huán)矢量控制4.5.4永磁同步電機(jī)速度、電流雙閉環(huán)控制iq閉環(huán)傳遞函數(shù)q軸電流環(huán)PI控制器參數(shù)d軸電流環(huán)PI控制器參數(shù)速度環(huán)傳遞函數(shù)轉(zhuǎn)速環(huán)PI控制器參數(shù)以上闡述了PI參數(shù)整定的理論依據(jù)，但在仿真或者實際應(yīng)用中，需要根據(jù)系統(tǒng)的電流、速度等指標(biāo)反饋進(jìn)行合適的調(diào)整，以使得電機(jī)的運行性能達(dá)到平穩(wěn)狀態(tài)。電流環(huán)控制框圖轉(zhuǎn)速環(huán)控制框圖永磁同步電機(jī)交直軸數(shù)學(xué)模型14永磁同步電機(jī)控制原理車用逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和工作原理2空間電壓矢量調(diào)制技術(shù)原理3過調(diào)制控制技術(shù)4永磁同步電機(jī)雙閉環(huán)矢量控制5內(nèi)置式永磁同步電機(jī)調(diào)速控制方案6最優(yōu)效率輸出控制7無位置傳感器控制8內(nèi)置式永磁同步電機(jī)調(diào)速方案4.6.1最大轉(zhuǎn)矩電流比控制方案內(nèi)置式的永磁同步電機(jī)的磁路具有對稱性，直軸上的電感與交軸上的電感互不相等。一般來說，Ld<Lq，因此這類電機(jī)的控制一般采用最大轉(zhuǎn)矩電流比控制，可以較好得利用這類電機(jī)的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的額外轉(zhuǎn)矩，使得達(dá)到同等負(fù)載轉(zhuǎn)矩需要的電流相對較小，能夠降低電機(jī)定子電流引起的內(nèi)損耗，有效降低設(shè)備運行成本。兩種調(diào)速方案比較當(dāng)內(nèi)置式永磁同步電機(jī)工作在低速重載工況下時，此時其轉(zhuǎn)矩性能是主要的性能指標(biāo)，通常希望即使處于轉(zhuǎn)速變化的工況，仍能夠保持輸出轉(zhuǎn)矩的恒定，此時稱內(nèi)置式永磁同步電機(jī)處于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速階段。隨著轉(zhuǎn)速的逐步提高，受到內(nèi)置式永磁同步電機(jī)最大輸出功率的限制，其轉(zhuǎn)矩不能繼續(xù)保持恒定，此時的調(diào)速原則為：轉(zhuǎn)矩逐步減小進(jìn)而保證內(nèi)置式永磁同步電機(jī)運行在恒功率運行區(qū)內(nèi)置式永磁同步電機(jī)調(diào)速方案4.6.1最大轉(zhuǎn)矩電流比控制方案為了更好地分析最大轉(zhuǎn)矩電流比(MTPA)控制，首先要對電磁轉(zhuǎn)矩進(jìn)行標(biāo)幺化處理，消除其它參數(shù)。電磁轉(zhuǎn)矩標(biāo)幺化處理基值標(biāo)幺化處理標(biāo)幺化過程當(dāng)永磁同步電機(jī)在恒轉(zhuǎn)矩運行區(qū)工作時，對應(yīng)于同一個恒轉(zhuǎn)矩數(shù)值，可以對應(yīng)許多組不同的idn、iqn。而在這許多組不同的idn與iqn中，存在一組idn與iqn，既能滿足標(biāo)幺化轉(zhuǎn)矩的要求，也能保證通過idn與iqn合成的定子電流矢量最小，此即為MTPA控制的思想。求極值內(nèi)置式永磁同步電機(jī)調(diào)速方案4.6.1最大轉(zhuǎn)矩電流比控制方案當(dāng)MTPA曲線位于第二象限時，永磁同步電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩為正，位于第三象限時，永磁同步電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩為負(fù)。當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩較小時，MTPA曲線偏向于q軸，說明此時勵磁轉(zhuǎn)矩占主導(dǎo)地位。隨著電磁轉(zhuǎn)矩的逐漸增大，MTPA曲線逐漸遠(yuǎn)離q軸，說明此時磁阻轉(zhuǎn)矩起主導(dǎo)作用。MTPA控制定子電流矢量軌跡圖內(nèi)置式永磁同步電機(jī)調(diào)速方案4.6.2基速與轉(zhuǎn)折速度直流母線電壓的大小將會限制逆變器向永磁同步電機(jī)提供的定子電壓矢量，而定子電壓將會影響永磁同步電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速。將永磁同步電機(jī)在高速空載下，達(dá)到定子電壓極限時的最大轉(zhuǎn)速稱為速度基值。定子電壓幅值高速工況下的定子電壓速度基值電壓極限時的最大速度——轉(zhuǎn)折速度內(nèi)置式永磁同步電機(jī)調(diào)速方案4.6.3弱磁控制方案什么是弱磁控制？直流電機(jī)說到弱磁，不得不先提到直流電機(jī)。他勵直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速與端電壓相關(guān)成正比，當(dāng)他勵直流電動機(jī)的端電壓達(dá)到最大值之后，無法再用調(diào)壓調(diào)速來提高轉(zhuǎn)速。但是通過降低電動機(jī)的勵磁電流，從而降低勵磁磁通，實現(xiàn)在保證電壓平衡的條件下，電機(jī)速度提升到額定轉(zhuǎn)速以上。直流電流可以采用弱磁控制矢量控制將永磁同步電機(jī)簡化為直流電機(jī)永磁同步電機(jī)也可采用弱磁控制永磁同步電機(jī)的勵磁磁通是由轉(zhuǎn)子上的永磁體提供，這個磁通是近似恒定不變的。但通過增大定子電流的去磁分量來削弱氣隙磁通，就可以在永磁同步電機(jī)中達(dá)到跟他勵直流電動機(jī)類似的弱磁效果，從而提高轉(zhuǎn)速。內(nèi)置式永磁同步電機(jī)調(diào)速方案4.6.3弱磁控制在電動汽車、船舶電力、金屬削切等需要電機(jī)高速作業(yè)下的行業(yè)中，基于常規(guī)電機(jī)矢量控制調(diào)速系統(tǒng)無法滿足行業(yè)對于電機(jī)轉(zhuǎn)速的需求，所以弱磁升速控制被逐漸地研究和發(fā)展起來。弱磁控制不僅繼承了矢量控制的閉環(huán)控制的優(yōu)良特性，還有著一定寬度的調(diào)速范圍和平滑的弱磁過渡特點。定子電壓表達(dá)式標(biāo)幺化處理永磁同步電機(jī)磁鏈方程不等式關(guān)系受到電壓極限和電流極限的限制定子電壓表達(dá)式轉(zhuǎn)化為永磁同步電機(jī)的電壓極限方程是以點為中心，隨轉(zhuǎn)速升高長短半徑成比例縮小的橢圓簇，可以描述為電壓極限橢圓。內(nèi)置式永磁同步電機(jī)調(diào)速方案4.6.3弱磁控制從圖中可以看出，想輸出更高的恒轉(zhuǎn)矩值，需要電壓極限橢圓所對應(yīng)的半徑越大，然而此時所能達(dá)到的最高轉(zhuǎn)速將會降低。電壓極限橢圓與電流極限圓示意圖弱磁控制與MTPA控制A點對應(yīng)的最高轉(zhuǎn)速A點對應(yīng)的極限電壓內(nèi)置式永磁同步電機(jī)調(diào)速方案4.6.4最大轉(zhuǎn)矩電壓比控制方案最大轉(zhuǎn)矩電壓比控制方案與最大轉(zhuǎn)矩電流比方案相比，可以表征電機(jī)在最大轉(zhuǎn)矩點處的電壓利用率。該控制方案是在直流電壓UDC得到充分利用的情況下，調(diào)整定子電流矢量與轉(zhuǎn)子的夾角，使得此時輸出轉(zhuǎn)矩T最大的控制過程。因此在所有轉(zhuǎn)速下，將恒轉(zhuǎn)矩曲線與對應(yīng)速度下的電壓極限橢圓的相切點都連接起來，就形成了MTPV曲線?？刂贫ㄗ与娏餮刂鳰TPV曲線運行，就構(gòu)成了MTPV控制的原理。d-q軸電流方程，推導(dǎo)過程永磁同步電機(jī)交直軸數(shù)學(xué)模型14永磁同步電機(jī)控制原理車用逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和工作原理2空間電壓矢量調(diào)制技術(shù)原理3過調(diào)制控制技術(shù)4永磁同步電機(jī)雙閉環(huán)矢量控制5內(nèi)置式永磁同步電機(jī)調(diào)速控制方案6最優(yōu)效率輸出控制7無位置傳感器控制8最優(yōu)效率輸出控制4.7.1永磁同步電機(jī)損耗分析及數(shù)學(xué)模型在電機(jī)運行的過程中，系統(tǒng)會產(chǎn)生相應(yīng)的損耗，為了使電機(jī)的整體效率得到提升，效率最優(yōu)輸出控制是有必要的。永磁同步電機(jī)把輸入的能量轉(zhuǎn)化為輸出的機(jī)械能過程中，產(chǎn)生了銅損、鐵損、機(jī)械損耗和雜散損耗等，損耗會引起電機(jī)溫度升高，造成的危害對電機(jī)來說是不可逆的。為了提高永磁同步電機(jī)的運行效率，延長永磁同步電機(jī)使用周期，分析永磁同步電機(jī)的損耗是其重要手段。銅損PCu表達(dá)式鐵損PFe表達(dá)式d軸等效電路q軸等效電路機(jī)械損耗是定轉(zhuǎn)子與空氣之間阻力的摩擦和電機(jī)運行過程中軸承之間摩擦引起的，也是不可避免的一種損耗。降低機(jī)械損耗一般采用提高風(fēng)扇性能、選取摩擦系數(shù)小的新型材料或優(yōu)化結(jié)構(gòu)的方式。機(jī)械損耗會隨電機(jī)轉(zhuǎn)速增大而增大，電機(jī)在轉(zhuǎn)速較低工況下機(jī)械損耗降低。在建立永磁同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型時，為了方便分析，一般都將鐵損忽略。但在實際運行過程中，電機(jī)鐵損總是存在的。在同步旋轉(zhuǎn)d-q坐標(biāo)系中，考慮鐵損的永磁同步電機(jī)穩(wěn)態(tài)下的等效電路如下圖所示。q軸等效電路最優(yōu)效率輸出控制4.7.2基于損耗模型的最優(yōu)效率輸出控制根據(jù)d-q軸等效電路，永磁同步電機(jī)電壓方程如下d-q坐標(biāo)系下考慮鐵損的永磁同步電機(jī)的電流狀態(tài)方程式為電磁轉(zhuǎn)矩方程由經(jīng)典的Bertotti鐵損分離理論，鐵耗一般由磁滯損耗、渦流損耗及附加損耗三部分組成。單位質(zhì)量鐵芯總損耗為PFe永磁同步電機(jī)交直軸數(shù)學(xué)模型14永磁同步電機(jī)控制原理車用逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和工作原理2空間電壓矢量調(diào)制技術(shù)原理3過調(diào)制控制技術(shù)4永磁同步電機(jī)雙閉環(huán)矢量控制5內(nèi)置式永磁同步電機(jī)調(diào)速控制方案6最優(yōu)效率輸出控制7無位置傳感器控制8無位置傳感器控制4.8.1高頻激勵下的三相永磁同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型采用矢量控制方法，在某些工況下會面臨一些局限性。永磁同步電機(jī)(PMSM)常用矢量控制方法作為控制策略矢量控制需要獲取精確的轉(zhuǎn)子位置以進(jìn)行Park變換，通常是安裝機(jī)械式的位置傳感器來實現(xiàn)高分辨率傳感器價格昂貴，且會增加控制系統(tǒng)的不穩(wěn)定性無位置傳感器控制4.8.1高頻激勵下的三相永磁同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型內(nèi)置式三相PMSM，直軸和交軸電感不同，具有明顯的凸極高頻注入信號的頻率一般為0.5—2kHz，遠(yuǎn)高于電機(jī)基波頻率高頻注入時，電阻相當(dāng)于電抗小很多，因此PMSM模型可簡化內(nèi)置式三相PMSM基波數(shù)學(xué)模型：在靜止坐標(biāo)系下：其中：高頻激勵下，三相PMSM簡化方程：，分別稱為半差電感與平均電感為高頻電壓為高頻電流無位置傳感器控制4.8.1高頻激勵下的三相永磁同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型頻率選擇對于高頻信號頻率的選擇，要考慮最大基波勵磁的頻率、所需的估計帶寬、以及開關(guān)頻率等因素高頻載波頻率不能過高，過高將會產(chǎn)生混雜信號、影響電機(jī)特性以及減小信噪比為了使載波信號的最小頻率與基波頻率有足夠大的頻譜分離空間，高頻信號頻率也不能過過低幅值選擇高頻載波信號幅值的下限受逆變器非線性因素、以及電流反饋值的影響載波信號幅值的上限由它所需的電能和它產(chǎn)生的噪聲等因素所決定逆變器影響當(dāng)所注入的高頻電壓信號是一個對稱的具有固定幅值的正（余）弦信號，逆變器的死區(qū)時間和直流母線電壓的變化將導(dǎo)致高頻信號電壓的變化，進(jìn)而帶來誤差最高頻率不超過開關(guān)頻率的0.1倍，大于工作頻率的10倍減小或補(bǔ)償實際系統(tǒng)中的這種影響一般選擇額定電壓的0.1倍

無位置傳感器控制4.8.2高頻旋轉(zhuǎn)電壓注入法假設(shè)所注入的高頻信號為：將其轉(zhuǎn)換到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下：則在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中，高頻響應(yīng)電流為：其中正相序高頻電流分量的幅值為：其中負(fù)相序高頻電流分量的幅值為：則在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中，高頻響應(yīng)電流為：無位置傳感器控制4.8.2高頻旋轉(zhuǎn)電壓注入法為了提取負(fù)相序高頻電流響應(yīng)中的轉(zhuǎn)子位置信息：可通過帶通濾波器(BPF)濾除基波電流、逆變器功率器件開關(guān)諧波分量通過同步軸系高通濾波器(SFF)，濾除正序電流成分。經(jīng)過濾波后，得到負(fù)相序高頻電流分量，這是可以用來跟蹤凸極的有用信號，其表達(dá)式為：無位置傳感器控制4.8.3高頻旋轉(zhuǎn)電壓注入法運用外差法，可以得到跟蹤誤差信號的表達(dá)式：標(biāo)量形式的轉(zhuǎn)子位置PLL跟蹤觀測器的實現(xiàn)框圖外差法部分位置觀測器部分由外差法得到的跟蹤誤差信號，之后可通過位置觀測器得到所需要的位置信息無位置傳感器控制4.8.3高頻脈振電壓注入法脈振高頻電壓注入法只在估計的同步旋轉(zhuǎn)d-q坐標(biāo)系中的d軸上注入高頻正弦電壓信號，該信號在靜止坐標(biāo)系中是一個脈振的電壓信號。估計轉(zhuǎn)子與實際轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系之間的關(guān)系內(nèi)置式三相PMSM高頻數(shù)學(xué)模型：在估計轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中，高頻電壓與電流的關(guān)系：無位置傳感器控制4.8.3高頻脈振電壓注入法如用平均電感與半差電感，描述高頻電壓與電流的關(guān)系，則為：在估計的同步旋轉(zhuǎn)d-q坐標(biāo)系中的d軸上注入高頻正弦電壓信號為：此時，高頻響應(yīng)電流為：在通過帶通濾波器獲取高頻信號后，將其與同頻率的正弦信號相乘，隨后通過低通濾波器(Low-passfilter,LPF)處理，結(jié)果為無位置傳感器控制4.8.3高頻脈振電壓注入法當(dāng)轉(zhuǎn)子位置誤差足夠小時，則可把誤差信號線性化:基于脈振高頻電壓信號注入的無傳感器控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖將誤差信號注入位置觀測器，以獲得轉(zhuǎn)子位置信息無位置傳感器控制4.8.3高頻脈振電壓注入法為了提取位置誤差信號中的轉(zhuǎn)子位置信息：可以直接利用反正切函數(shù)來進(jìn)行估算，但反正切函數(shù)會引入噪聲，導(dǎo)致較大的估算位置誤差大因此采用位置觀測器，獲取所用的位置信息，常用的位置觀測器包括倫伯格觀測器、PI位置觀測器、ESO(Extended-State-Observer)觀測器等，將誤差跟蹤信號注入觀測器，即可得位置信息ESO(Extended-State-Observer)位置觀測器結(jié)構(gòu)框圖PI位置觀測器結(jié)構(gòu)框圖無位置傳感器控制4.8.3高頻脈振電壓注入法基于脈振高頻電壓注入法的Simulink仿真框圖高頻脈振電壓信號注入部分高頻電流信號處理及位置觀測部分無位置傳感器控制4.8.3高頻脈振電壓注入法基于脈振高頻電壓注入法的轉(zhuǎn)速估計結(jié)果無位置傳感器控制4.8.3高頻脈振電壓注入法基于脈振高頻電壓注入法的位置估計結(jié)果純電驅(qū)動系統(tǒng)15新能源汽車典型驅(qū)動系統(tǒng)混合動力驅(qū)動系統(tǒng)2新能源車變速系統(tǒng)3多電機(jī)分布式驅(qū)動系統(tǒng)4純電驅(qū)動系統(tǒng)15新能源汽車典型驅(qū)動系統(tǒng)混合動力驅(qū)動系統(tǒng)2新能源車變速系統(tǒng)3多電機(jī)分布式驅(qū)動系統(tǒng)4純電驅(qū)動系統(tǒng)5.1.1純電驅(qū)動系統(tǒng)純電驅(qū)動系統(tǒng)(PureElectricDriveSystem)是一種常見的新能源車配置形式，其動力完全依賴于電機(jī)和電池組。與混合動力系統(tǒng)不同，純電驅(qū)動系統(tǒng)不包含內(nèi)燃機(jī)。電機(jī)通過電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，驅(qū)動車輪。新能源汽車行業(yè)持續(xù)快速增長，國內(nèi)外銷量快速提升。預(yù)計隨著國內(nèi)新能源汽車相關(guān)激勵政策的不斷推進(jìn)以及新能源汽車新技術(shù)的發(fā)展，未來新能源車的滲透率將進(jìn)一步提高，2025年國內(nèi)/全球銷量有望達(dá)到1560/2410萬輛。2017~2025E新能源汽車中國銷量（萬輛）純電驅(qū)動系統(tǒng)5.1.1純電驅(qū)動系統(tǒng)環(huán)保性純電驅(qū)動系統(tǒng)使用電能作為唯一能源，在行駛及作業(yè)過程中沒有廢氣及有害氣體排放，對環(huán)境保護(hù)具有重大意義。能量利用效率純電驅(qū)動系統(tǒng)具有更高的能量利用效率。燃油車的發(fā)動機(jī)能量利用效率較低，燃料燃燒釋放能量僅有30%左右轉(zhuǎn)化為有效的機(jī)械功，其余70%能量轉(zhuǎn)換為熱量而浪費掉。而電機(jī)的效率在80%~95%之間，純電驅(qū)動系統(tǒng)能量利用率可以達(dá)到90%。燃油經(jīng)濟(jì)性隨著電池技術(shù)的進(jìn)步和成本的降低，以及國家和地方的補(bǔ)貼政策，電動汽車的運營成本正在逐步降低。尤其是在油價不斷上漲的背景下，電動汽車的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢更加顯著。純電驅(qū)動系統(tǒng)相比燃油驅(qū)動和混合動力驅(qū)動系統(tǒng)相比較具有以下幾點優(yōu)勢：不同車型購入消費和保養(yǎng)消費純電驅(qū)動系統(tǒng)5.1.1純電驅(qū)動系統(tǒng)中央控制單元中央控制單元不僅是驅(qū)動系統(tǒng)的控制中心，還要對整輛純電動汽車的控制起到協(xié)調(diào)作用。根據(jù)加速踏板與制動踏板的輸入信號，向驅(qū)動控制器發(fā)出相應(yīng)的控制指令。驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動電機(jī)在純電動汽車中被要求具備電機(jī)和發(fā)電機(jī)的雙重功能，即在正常行駛時發(fā)揮其主要的電機(jī)功能，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能;而在減速和下坡滑行時又被要求發(fā)揮其主要的發(fā)電機(jī)功能，將車輪的慣性動能轉(zhuǎn)換為電能。純電動汽車結(jié)構(gòu)主要是由電驅(qū)動系統(tǒng)、底盤部分、車身構(gòu)架以及各種相關(guān)輔助裝置等部分組成。純電動驅(qū)動系統(tǒng)組純電驅(qū)動系統(tǒng)5.1.1純電驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動控制器電動汽車的驅(qū)動控制器（也稱為電機(jī)控制器）是電動汽車動力系統(tǒng)中的關(guān)鍵組件，它負(fù)責(zé)控制電機(jī)的運行，從而實現(xiàn)對車輛的加速、減速、前進(jìn)和后退的控制。驅(qū)動控制器的主要功能和作用包括電力轉(zhuǎn)換，電機(jī)控制，能量回收，熱保護(hù)功能，通信與監(jiān)控和調(diào)節(jié)驅(qū)動模式。機(jī)械傳動裝置純電動汽車機(jī)械傳動裝置的作用是，將驅(qū)動電機(jī)的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩傳輸給汽車的驅(qū)動軸，帶動汽車車輪行駛。電驅(qū)動系統(tǒng)是僅僅次于電池的核心部件，整車價值量占比約10%。電機(jī)、電控與電池是新能源車核心“三電”部件，電機(jī)電控整車價值量占比約10%，是僅次于電池核心部件。國內(nèi)電驅(qū)動行業(yè)市場規(guī)模（未考慮雙電機(jī)和48V）混合動力驅(qū)動系統(tǒng)混合動力車輛的定義：泛指使用兩種以上的能源產(chǎn)生動能驅(qū)動的車輛，而驅(qū)動系統(tǒng)可以有一套或多套，可以共同驅(qū)動車輛。插電式混合動力車(plug-inhybridelectricvehicle，PHEV)，簡稱插電混動車或插混車，是混合動力車輛的一個常見形式。與一般混合動力車輛比較，PHEV的特征在于其充電電池除了可由車輛上的內(nèi)燃機(jī)所驅(qū)動的發(fā)電機(jī)充電外，也可以使用外部電源充電。增程式電動車(extendedrangeelectricvehicle，EREV)，屬于混合動力汽車的一種，原理為用發(fā)動機(jī)進(jìn)行發(fā)電，電動機(jī)進(jìn)行驅(qū)動的車輛。當(dāng)電池組電量充足時采用純電動模式行駛，而當(dāng)電量不足時，車內(nèi)發(fā)動機(jī)啟動，帶動發(fā)電機(jī)為動力電池充電。EREV在國內(nèi)目前劃歸為PHEV大類，管理方法與享受的政策基本相同?；旌蟿恿︱?qū)動系統(tǒng)各家車企的混動技術(shù)背后實際上對應(yīng)了不同的技術(shù)路線混合動力驅(qū)動系統(tǒng)2013-2023年，中國PHEV、HEV、EREV的零售銷量（萬輛）2013-2023年，PHEV、HEV、EREV在乘用車市場的滲透率PHEV：2013年起，比亞迪等企業(yè)開始在PHEV市場進(jìn)行探索，但PHEV行業(yè)滲透率直到2020年也未能突破1%；2021年DM-i的推出改變了PHEV的大趨勢HEV（普通混動）：豐田、本田的混動產(chǎn)品此前一直是市場的主力供給，自主品牌于2021年起開始加速混動化EREV（增程式技術(shù)）：主要的驅(qū)動力來自于理想汽車、賽力斯（東風(fēng)小康股份）等混合動力驅(qū)動系統(tǒng)30.9%30.1%23.4%17.3%23.4%22.2%15.7%14.5%18.3%0.6%0.3%0.2%3.1%3.7%4.7%10.1%10%0%5%15%20%25%30%35%2013

201420152016201720182019202020212022.1-5PHEV EREVPHEV在全部新能源車型中（HEV不計入新能源車型）的占比過去幾年在15%-30%之間浮動，整體處于下行趨勢；但隨著比亞迪DM-i的推出，PHEV新能源滲透率2021年觸底回升。隨著理想、賽力斯、東風(fēng)嵐圖等企業(yè)的量產(chǎn)，EREV的占比自2019年以來快速增長。2022年1-5月，PHEV、EREV在中的比例分別為18.3%、4.7%，合計占比為23%；純電車型的占比達(dá)到77%，仍然占據(jù)絕對大頭新能源車型。2013-2022年1-5月PHEV、EREV在整體新能源車型中的占比混合動力驅(qū)動系統(tǒng)混動（PHEV+EREV+HEV）滲透率快速提升，2022年5月單月的混動滲透率已達(dá)15%。2022年1-5月，PHEV、EREV、HEV在乘用車市場的滲透率分別達(dá)到了4.2%/1.1%/7.6%。其中，PHEV/EVER是今年以來增長最快的細(xì)分賽道：1-5月，隨著比亞迪、長城、理想、問界等混動車型銷量的迅速提升，PHEV、EREV的銷量分別同比+173%/+221%，HEV的銷量同比增長+33%。PHEV和EREV已成為新能源汽車重要組成部分，2022年占比已達(dá)到23%。2017.1-2022.5我國新能源汽車零售量（單位：萬輛）2017-2022年15月我國新能源汽車零售量（單位：萬輛）混合動力驅(qū)動系統(tǒng)發(fā)動機(jī)工作特性：汽油發(fā)動機(jī)熱效率最高可達(dá)40%+，但高效率區(qū)間較窄，僅在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速及扭矩均適中的情況下效率最高。同時不同工況下熱效率差異極大，如擁堵工況下熱效率僅約20%左右，高速巡航狀態(tài)下熱效率可在35%以上。發(fā)動機(jī)能夠在高效區(qū)間工作。相比純?nèi)加蛙嚕靹榆囕v通過電池的充放電+電機(jī)的動力輸出+能量回收，能夠調(diào)節(jié)對發(fā)動機(jī)功率和扭矩的需求，從而使發(fā)動機(jī)盡可能的在高效區(qū)間工作。發(fā)動機(jī)萬有特性圖混動車型工作原理混合動力驅(qū)動系統(tǒng)混合程度微混弱混中混強(qiáng)混電機(jī)布置P0P1P2P2.5P3P4動力混合方式串聯(lián)并聯(lián)串并聯(lián)（混聯(lián)）牽引力復(fù)合傳動方式開關(guān)式功率分流式混動的技術(shù)分類可以有4個方式，其中電機(jī)和發(fā)動機(jī)的布置配合差別是不同混動方案的核心差異，根絕混合程度，電機(jī)布置，動力方式，傳動方式，具體分類和辨別條件如下所示：混合動力車型分類混合動力驅(qū)動系統(tǒng)根據(jù)發(fā)動機(jī)功率和電動機(jī)功率的比例進(jìn)行劃分微混：電動機(jī)最大功率和發(fā)動機(jī)的最大功率比≤5%;弱混：電動機(jī)最大功率和發(fā)動機(jī)的最大功率比為5%-15%;中混：電動機(jī)最大功率和發(fā)動機(jī)的最大功率比為15%-40%;強(qiáng)混：電動機(jī)最大功率和發(fā)動機(jī)的最大功率比為大于40%根據(jù)電機(jī)擺放位置進(jìn)行劃分P0：電機(jī)置于發(fā)動機(jī)附近，通過皮帶相連，又叫伺服電機(jī)。P1：電機(jī)置于發(fā)動機(jī)曲軸上。P2：電機(jī)置于發(fā)動機(jī)、變速箱之間。P3：電機(jī)置于變速箱末端。P4：電機(jī)獨立于發(fā)動機(jī)，置于驅(qū)動橋上(后輪)，可直驅(qū)車輪。發(fā)動機(jī)和電機(jī)功率比較發(fā)動機(jī)和電機(jī)布置形式差異混合動力驅(qū)動系統(tǒng)混動的主要技術(shù)路線簡介混合動力驅(qū)動系統(tǒng)5.2.1串聯(lián)式混合動力驅(qū)動系統(tǒng)串聯(lián)式混合驅(qū)動系統(tǒng)串聯(lián)式混合驅(qū)動系統(tǒng)是一種混合動力車輛的配置，其中燃油發(fā)動機(jī)并不直接驅(qū)動車輛的車輪。

在串聯(lián)式混合驅(qū)動系統(tǒng)中，燃油發(fā)動機(jī)不直接參與到動力傳輸過程中，而是作為一個電力供給單元存在。

電機(jī)是車輛的主要和唯一的驅(qū)動力來源。這種系統(tǒng)通常也會配備動力電池組，用于儲存多余的電能，以備不時之需，例如在發(fā)動機(jī)效率低下或停機(jī)時提供額外動力?；旌蟿恿︱?qū)動系統(tǒng)5.2.1串聯(lián)式混合動力驅(qū)動系統(tǒng)串聯(lián)架構(gòu)：采用發(fā)電機(jī)+驅(qū)動電機(jī)或者雙電機(jī)/三電機(jī)形式（P1+P2/P4），發(fā)動機(jī)不直接驅(qū)動車輛，而通過發(fā)電機(jī)發(fā)電并通過驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動車輛。優(yōu)點：①車輪由電機(jī)驅(qū)動，具有電動化的駕駛體驗，平順性好。②發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速隨輪速變化小，發(fā)動機(jī)在高效區(qū)發(fā)電運行。③結(jié)構(gòu)簡單，增程器與驅(qū)動電機(jī)通過高壓線連接，布置靈活。缺點：①發(fā)動機(jī)無法參與直驅(qū)，高速行駛能量流動路徑長，高速耗油高。②B級以上乘用車油耗明顯提高，虧電狀態(tài)下，動力性較差。③高速NVH難控制。理想L9雙電機(jī)四驅(qū)系統(tǒng)示意圖奔馳S500PHEV混動系統(tǒng)示意圖混合動力驅(qū)動系統(tǒng)5.2.2并聯(lián)式混合動力驅(qū)動系統(tǒng)并聯(lián)架構(gòu)：通常采用P2單電機(jī)+6-9擋變速器，發(fā)動機(jī)與電機(jī)均可驅(qū)動車輪。優(yōu)點：①發(fā)動機(jī)和電機(jī)均可隨時介入，全速域動力性強(qiáng)、適應(yīng)性好。②該架構(gòu)允許車輛保留傳統(tǒng)燃油車平臺的發(fā)動機(jī)、機(jī)械多擋變速箱等部件，部件開發(fā)和改造成本低。缺點：①單電機(jī)構(gòu)型無法同時實現(xiàn)發(fā)電和電驅(qū)動，因此在虧電狀態(tài)下，動力性與油耗表現(xiàn)均會受到影響，虧電低速油耗受影響最大。②軸向尺寸難以控制，緊湊性設(shè)計難度大。③變速機(jī)構(gòu)復(fù)雜，控制難度大，擋位多，平順性不易控制。并聯(lián)混合驅(qū)動系統(tǒng)單軸結(jié)構(gòu)圖混合動力驅(qū)動系統(tǒng)5.2.2并聯(lián)式混合動力驅(qū)動系統(tǒng)并聯(lián)式混合動力驅(qū)動系統(tǒng)的模式可以分為：純電動模式：

車輛僅由電機(jī)驅(qū)動，發(fā)動機(jī)不工作。發(fā)動機(jī)模式：

車輛僅由發(fā)動機(jī)驅(qū)動，電機(jī)關(guān)閉或僅進(jìn)行能量回收?；旌蟿恿δＪ?/p>

發(fā)動機(jī)和電機(jī)共同驅(qū)動車輛，電機(jī)提供輔助動力。能量回收模式

在減速或制動時，電機(jī)轉(zhuǎn)為發(fā)電機(jī)，將動能轉(zhuǎn)化為電能并存儲在電池中。怠速啟停模式

在車輛停止時自動關(guān)閉發(fā)動機(jī)以節(jié)省燃油，當(dāng)需要繼續(xù)行駛時快速重啟發(fā)動機(jī)。并聯(lián)混合驅(qū)動系統(tǒng)雙軸結(jié)構(gòu)圖混合動力驅(qū)動系統(tǒng)并聯(lián)混動的主要技術(shù)路線簡介序號工作模式特征串聯(lián)并聯(lián)混聯(lián)1純電動驅(qū)動驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動√√√2純電動回饋驅(qū)動電機(jī)回饋√√√3串聯(lián)驅(qū)動發(fā)動機(jī)驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電，同時驅(qū)動電機(jī)回饋√×√4并聯(lián)驅(qū)動-發(fā)動機(jī)單驅(qū)發(fā)動機(jī)單獨驅(qū)動，驅(qū)動電機(jī)和發(fā)電機(jī)不工作×√√5并聯(lián)驅(qū)動-兩動力

驅(qū)動發(fā)動機(jī)驅(qū)動，驅(qū)動電機(jī)輔助驅(qū)動×√√6并聯(lián)驅(qū)動-發(fā)動機(jī)單驅(qū)+發(fā)電發(fā)動機(jī)單驅(qū)，驅(qū)動電機(jī)發(fā)電×√√7并聯(lián)回饋驅(qū)動電機(jī)回饋×√√8發(fā)動機(jī)怠速發(fā)電發(fā)動機(jī)原地怠速發(fā)電√√√混動的不同工況：通過不同工作模式的切換，車輛能夠在各種工況下均取得相對最優(yōu)的油耗與性能。以串并聯(lián)架構(gòu)為例：典型的工況與工作模式的匹配包括：中低速以電驅(qū)為主，發(fā)動機(jī)串聯(lián)模式發(fā)電。中高速加速模式，發(fā)動機(jī)與電機(jī)共同為車輛加速。高速巡航模式，發(fā)動機(jī)直驅(qū)。減速工況，電機(jī)進(jìn)行能量回收不同工作模式特征混合動力驅(qū)動系統(tǒng)5.2.3混聯(lián)式混合動力驅(qū)動系統(tǒng)混聯(lián)架構(gòu)：揚長補(bǔ)短，將成為混動主流。?；炻?lián)式驅(qū)動系統(tǒng)(Series-ParallelHybridSystem)是將串聯(lián)式和并聯(lián)式兩種混合動力系統(tǒng)的特點結(jié)合在一起的一種驅(qū)動系統(tǒng)。這種系統(tǒng)可以根據(jù)不同的駕駛條件和需求，在串聯(lián)和并聯(lián)模式之間切換，從而優(yōu)化車輛的性能和效率。混聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)主要由發(fā)動機(jī)，電機(jī)，發(fā)電機(jī)，功率分配裝置，動力耦合器，電力電子控制系統(tǒng)和控制單元組成，相比較并聯(lián)驅(qū)動系統(tǒng)和串聯(lián)驅(qū)動系統(tǒng)的組成，多了一個功率分流器，通過功率分流器靈活的動力組合和智能控制，該系統(tǒng)能夠在不同駕駛條件下提供高效、環(huán)保和強(qiáng)勁的動力輸出混聯(lián)驅(qū)動模式結(jié)構(gòu)混合動力驅(qū)動系統(tǒng)5.2.3混聯(lián)式混合動力驅(qū)動系統(tǒng)電機(jī)行星齒輪零部件結(jié)構(gòu)電機(jī)齒輪零部件結(jié)構(gòu)串并聯(lián)架構(gòu)：采用P1+P3雙電機(jī)+1-3擋變速器/ECVT，發(fā)動機(jī)與電機(jī)均可驅(qū)動車輪，集成了串聯(lián)架構(gòu)和并聯(lián)架構(gòu)的優(yōu)點并補(bǔ)足短板，例如比亞迪DM-i，吉利雷神動力，長城DHT均為串并聯(lián)架構(gòu)優(yōu)點：①低速工況純電駕駛體驗，高速工況可發(fā)動機(jī)直驅(qū)；②單檔架構(gòu)平順性好，多檔架構(gòu)動力性和油耗好。③綜合性能優(yōu)秀，無明顯短板。缺點：①相比并聯(lián)架構(gòu)，發(fā)動機(jī)需達(dá)一定車速才能并入驅(qū)動，低速工況動力一定程度受限。②單檔架構(gòu)成本低、平順性好，但中高速油耗和動力性偏弱；多檔架構(gòu)增加系統(tǒng)復(fù)雜性，平順性和NVH需要調(diào)教，但能夠改善動力性和經(jīng)濟(jì)性，主機(jī)廠需要進(jìn)行平衡和取舍?；旌蟿恿︱?qū)動系統(tǒng)5.2.3混聯(lián)式混合動力驅(qū)動系統(tǒng)混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分類在混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)中，功率分流混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)使用行星排作為功率分流裝置。當(dāng)行星排的太陽輪、齒圈、行星架均不與機(jī)架連接時，行星排擁有兩個運動自由度，不同于單輸入單輸出系統(tǒng)固定的輸入輸出關(guān)系，它可通過控制其中的一個輸入轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)另一輸入轉(zhuǎn)速與輸出轉(zhuǎn)速的解耦，因此擁有更大的調(diào)節(jié)自由度，也被稱作電子無級變速。在實際應(yīng)用中，通常使用功率分流裝置將發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速與車速解耦，在其前或其后并入電機(jī)解耦轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)功率的分流，達(dá)到優(yōu)化油耗的目的?；旌蟿恿︱?qū)動系統(tǒng)5.2.3混聯(lián)式混合動力驅(qū)動系統(tǒng)布置位置作用特點P0電機(jī)又稱BSG(Belt-driven

Starter

Generator)，通常位于發(fā)動機(jī)前端傳動帶，其通過傳動帶與曲軸連接。當(dāng)發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)時，由曲軸帶動發(fā)電，當(dāng)P0電機(jī)運轉(zhuǎn)時，帶動曲軸啟動發(fā)動機(jī)，可提供動力補(bǔ)充，實現(xiàn)自動啟停。是微混車型上常見的混動關(guān)鍵部件。功率小，成本低，輔助發(fā)動機(jī)為主。P1電機(jī)又稱ISG電機(jī)(Integrated

Starter

Generator)通常位于發(fā)動機(jī)的曲軸上，離合器前，電機(jī)和曲軸轉(zhuǎn)速相等。與P0電機(jī)相仿，但功率更大，支持發(fā)動機(jī)啟停、制動能量回收，可用于為電池充電，同時可以輔助動力輸出。目前P1電機(jī)多裝備在輕混車型上，此外，通常情況下P1電機(jī)無法直接驅(qū)動汽車。功率較小，成本較低，仍然以輔助發(fā)動機(jī)為主。P2電機(jī)電機(jī)通常位于離合器后變速器前，通過在發(fā)動機(jī)與變速器之間插入兩個離合器和一套電機(jī)來實現(xiàn)混動。其工作邏輯為“發(fā)動機(jī)->C1離合器->電機(jī)->C2離合器->變速器->差速器->車輪”。此外，P2電機(jī)可以驅(qū)動汽車，實現(xiàn)純電行駛。短距離純電驅(qū)動，成本較低P2.5電機(jī)又稱PS電機(jī)，通常位于P2和P3之間的一種混合動力形式，將電機(jī)整合在變速器內(nèi)。其特殊的布置位置，使得P2.5電機(jī)兼具了變速器的作用，同時也可實現(xiàn)P2電機(jī)和P3電機(jī)的作用，只是P2.5電機(jī)在體積、制造成本與功率、扭矩兩端需要權(quán)衡。整合度高，相比P2電機(jī)和P3電機(jī)效率更高，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。P3電機(jī)電機(jī)通常位于變速器的輸出端，與發(fā)動機(jī)共享一根輸出軸。通常P3電機(jī)比P2電機(jī)少一組離合器，故此，純電傳動更為直接，更高效，更適合后驅(qū)車型。連接更直接，動力輸出效率更高，注重動力而非節(jié)能P4電機(jī)電機(jī)與發(fā)動機(jī)不在同一根輸出軸上。通常配有P4電機(jī)的車型，屬于性能車型，同時也實現(xiàn)了純電工況下的四驅(qū)駕駛，相比傳統(tǒng)的差

速器更高效?？蓪崿F(xiàn)四驅(qū)，適用于性能車型，一般不會單獨使用。混合動力驅(qū)動系統(tǒng)5.2.3混聯(lián)式混合動力驅(qū)動系統(tǒng)P0電機(jī)：歐系車企廣泛應(yīng)用的48V技術(shù)就是P0架構(gòu)，單獨使用效果比較弱。P0架構(gòu)的技術(shù)和結(jié)構(gòu)比較簡單，應(yīng)用也相對廣泛。自動啟停系統(tǒng)就是典型的P0架構(gòu)。P0混動就是把FEAD換成了一個比較大的BSG電機(jī)，并配備了一塊容量更大的電池，能夠勝任帶動空調(diào)的壓縮機(jī)與輔助發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)的工作。可以直接將發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速直接帶到更高效的區(qū)間，再點火啟動。P0架構(gòu)可以提升發(fā)動機(jī)的工作效率，還能增加發(fā)動機(jī)介入時整套混動系統(tǒng)的平順性。P0電機(jī)替代了傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)車的逆變器（圖中的Alt）混合動力驅(qū)動系統(tǒng)5.2.3混聯(lián)式混合動力驅(qū)動系統(tǒng)優(yōu)點：在車輛行駛過程中，P0架構(gòu)電機(jī)可以將發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速直接帶到更高效的區(qū)間，再點火啟動，可以提升發(fā)動機(jī)的工作效率，還能有效增加發(fā)動機(jī)介入時整套混動系統(tǒng)的平順性。同時其發(fā)電效率高，與發(fā)動機(jī)皮帶端連接，只要發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)，P0架構(gòu)電機(jī)便可以持續(xù)發(fā)電并儲存到電池中。缺點：功率?。▇10kw），只能應(yīng)用于自動啟停系統(tǒng)及48V弱混。P0電機(jī)只能通過串聯(lián)的方式將動力傳遞給車輪，所以電機(jī)不能脫離發(fā)動機(jī)單獨驅(qū)動車輛，不存在純電模式，只是一個輔助角色，對于節(jié)油還是性能都都沒有太大幫助。吉利汽車的MHEV（48V）輕混動力總成P0電機(jī)所處的位置混合動力驅(qū)動系統(tǒng)5.2.3混聯(lián)式混合動力驅(qū)動系統(tǒng)P1電機(jī)是P0電機(jī)的鄰居，又稱ISG電機(jī)。P1電機(jī)位于發(fā)動機(jī)的曲軸后端，它是將ISG（盤式一體化起動機(jī)/發(fā)動機(jī)）連接在了發(fā)動機(jī)上，取代了傳統(tǒng)的飛輪，發(fā)動機(jī)曲軸則充當(dāng)了ISG電機(jī)的轉(zhuǎn)子。P0架構(gòu)讓發(fā)電機(jī)集成了啟動電機(jī)的功能，但仍然需要飛輪，而P1架構(gòu)讓啟動電機(jī)具備了驅(qū)動和逆變器發(fā)電的功能，但仍然需要FEAD。常見的P1電機(jī)的結(jié)構(gòu)奔馳M254發(fā)動機(jī)搭載的P1電機(jī)有15kW的功率輸出混合動力驅(qū)動系統(tǒng)5.2.3混聯(lián)式混合動力驅(qū)動系統(tǒng)P2電機(jī)優(yōu)點：P2電機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)簡單，位置在發(fā)動機(jī)外殼之外，可以單獨驅(qū)動車輪以實現(xiàn)純電行駛的模式。其可變性和兼容性遠(yuǎn)好于P0電機(jī)和P1電機(jī)，P2架構(gòu)在發(fā)動機(jī)和變速箱之間可以布局1組或2組離合器，共產(chǎn)生了3種布局形式。單獨使用P2架構(gòu)是典型的并聯(lián)式混動的方案，大眾的P2+雙離合以及長安汽車的藍(lán)鯨iDD都屬于此，內(nèi)燃機(jī)、變速箱部分調(diào)整小。P2電機(jī)缺點：油耗相對難控制、饋電能力弱：“并聯(lián)式”在混合動力模式下，發(fā)動機(jī)不能保證一直在最佳轉(zhuǎn)速下工作，油耗比較高。只有在堵車時因為可以自帶發(fā)動機(jī)啟停功能，油耗才會低。常見的P2架構(gòu)的3種電機(jī)布局形式奧迪A3的P2電機(jī)架構(gòu)是典型的德系并聯(lián)歡動，電機(jī)峰值75kW混合動力驅(qū)動系統(tǒng)5.2.3混聯(lián)式混合動力驅(qū)動系統(tǒng)純電模式：兩根輸入軸都解耦，然后由電機(jī)通過變速箱的偶數(shù)軸輸出動力驅(qū)動車輛，傳動效率更好。發(fā)動機(jī)+電機(jī)的串聯(lián)模式：電機(jī)所在的偶數(shù)軸耦合，發(fā)動機(jī)與電機(jī)以同樣的傳動比輸出。發(fā)動機(jī)直驅(qū)：變速箱奇數(shù)軸耦合，發(fā)動機(jī)通過這根軸直接驅(qū)動車輛行駛。P2.5電機(jī)架構(gòu)是基于雙離合變速器（DCT）演變出的一種介于P2和P3之間的架構(gòu)，由于雙離合變速器是需要在兩根輸入軸之間進(jìn)行切換，即可以將電機(jī)集成在其中一根軸上，一般選擇偶數(shù)擋位的軸。總共有三個工況：P2.5架構(gòu)的運行原理圖混合動力驅(qū)動系統(tǒng)5.2.3混聯(lián)式混合動力驅(qū)動系統(tǒng)需要長時間的經(jīng)驗積累。吉利汽車此前的博瑞GE在量產(chǎn)后，饋電油耗不及預(yù)期。另外，雙離合變速箱的偶數(shù)軸要比奇數(shù)軸承受更大的扭矩，這會導(dǎo)致兩軸與離合器磨損程度不一致；另外，P2.5電機(jī)集成在變速箱內(nèi)部會增加維修成本，不論變速箱故障還是電動機(jī)故障，都需要拆卸變速箱總成。吉利星越搭載P2.5電機(jī)優(yōu)點：相比P2電機(jī)架構(gòu)，P2.5電機(jī)架構(gòu)的傳動效率更高。相比P3電機(jī)架構(gòu)，P2.5可以節(jié)省空間。同時電機(jī)的體積和成本相對可控。對于使用雙離合變速器的車型，P2.5電機(jī)可以改善換擋頓挫和變速箱磨損的缺點。缺點：混動介入時的頓挫感會比較明顯，很難消除。結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，無論是制造還是標(biāo)定對系統(tǒng)的匹配度提出了很高的考驗，混合動力驅(qū)動系統(tǒng)5.2.3混聯(lián)式混合動力驅(qū)動系統(tǒng)P3電機(jī)：驅(qū)動效率高，但幾乎沒有單獨使用P3架構(gòu)的混動優(yōu)點：P3架構(gòu)的電機(jī)位于變速箱輸出端，動力傳遞路徑不經(jīng)過變速箱，純電驅(qū)動和制動能量回收的效率更高；在車輛制動或者下坡等路況，車輪反轉(zhuǎn)產(chǎn)生的制動能也能更直接的通過傳動軸反饋給電機(jī)充電。工程師如何將缺點變廢為寶：因為電機(jī)無法與變速箱或發(fā)動機(jī)進(jìn)行整合，需要占用額外的體積，所以P3架構(gòu)適用于大空間車型。因為P3電機(jī)與發(fā)動機(jī)中間隔著變速箱以及離合器，需要增加一個P0或者P1位置的電機(jī)來填補(bǔ)功能欠缺，同時新增的電機(jī)的功率不能太低。P3電機(jī)所處的位置屬于變速箱的輸出端2013年的比亞迪秦DM（二代）是單P3架構(gòu)混合動力驅(qū)動系統(tǒng)5.2.3混聯(lián)式混合動力驅(qū)動系統(tǒng)優(yōu)點：不需要傳動軸也能四驅(qū)，提供強(qiáng)大的動力輸出。缺點：對整個P4電機(jī)所在的車架進(jìn)行重新設(shè)計，比如電動后驅(qū)需要新增兩個半軸等；動力切換會明顯降低車輛的操控性以及舒適性；饋電狀態(tài)下P4電機(jī)的架構(gòu)是混動系統(tǒng)的油耗累贅。P4電機(jī)：和發(fā)動機(jī)不同軸，主要用于實現(xiàn)電動后驅(qū)，提供強(qiáng)大動力輸出P4架構(gòu)在混動車型中主要用于驅(qū)動后橋的電機(jī)，不需要傳動軸也能四驅(qū)，但無法單獨存在于混動架構(gòu)中，需要搭配其他電機(jī)共同作用。輪邊電機(jī)或者輪轂電機(jī)也可以被歸納為P4架構(gòu)。寶馬i8的P0+P4架構(gòu)示意圖新能源車變速系統(tǒng)新能源車變速系統(tǒng)新能源車變速系統(tǒng)指的是用于電動汽車(EV)、混合動力汽車(HEV)、插電式混合動力汽車(PHEV)和燃料電池汽車(FCEV)等新能源車輛的傳動系統(tǒng)。與傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)汽車相比，新能源車變速系統(tǒng)在純電動汽車中起到減速增扭的作用，在混動車系統(tǒng)中，新能源車變速系統(tǒng)起到動力耦合與動力分流的作用。新能源車變速系統(tǒng)通常具有不同的設(shè)計和工作原理，以優(yōu)化新能源車動力系統(tǒng)的效率和性能。DHT結(jié)構(gòu)設(shè)計新能源車變速系統(tǒng)5.3.1純電驅(qū)動系統(tǒng)多檔減速器純電動汽車減速器的主要功能有如下兩點轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換：電機(jī)通常工作在高轉(zhuǎn)速范圍，但車輛行駛需要較低的車輪轉(zhuǎn)速。減速器通過齒輪傳動將電機(jī)的高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為適合驅(qū)動車輪的低轉(zhuǎn)速。扭矩放大：由于減速器的齒輪比設(shè)計，它能夠?qū)㈦妱訖C(jī)的低扭矩轉(zhuǎn)換為較高的扭矩，從而滿足車輛在起步、加速和爬坡等工況下的扭矩需求。兩檔式動力不中斷變速器結(jié)構(gòu)純電動汽車減速器是用于電動汽車中的一個關(guān)鍵傳動部件。其主要功能是將電動機(jī)輸出的高轉(zhuǎn)速、低扭矩轉(zhuǎn)換為適合驅(qū)動車輪的低轉(zhuǎn)速、高扭矩，從而提高車輛的動力性能和行駛效率。新能源車變速系統(tǒng)5.3.1純電驅(qū)動系統(tǒng)多檔減速器純電動汽車減速器廣泛應(yīng)用于各類電動汽車中，從輕型電動車輛到高性能電動轎車。例如，特斯拉的ModelS和Model3都采用了高效的行星齒輪減速器，以提供強(qiáng)勁的加速性能和高效的能量利用。兩檔式不中斷減速器是一種用于純電動汽車的先進(jìn)傳動系統(tǒng)，旨在在不同的駕駛條件下提供更佳的動力輸出和能效。這種減速器允許電動汽車在行駛過程中在兩個不同的檔位之間切換，而不會中斷動力傳遞，從而提供更好的駕駛體驗和效率。兩擋無動力中斷變速器結(jié)構(gòu)及傳遞路線新能源車變速系統(tǒng)5.3.2混合動力驅(qū)動系統(tǒng)專用變速器目前，混合動力變速器研發(fā)方向分為兩類：一類是拓?fù)涫交旌蟿恿ψ兯倨鳎渲饕窃趥鹘y(tǒng)變速器的基礎(chǔ)上進(jìn)行了一定的電氣改造而來；另一類是專為混合動力設(shè)計的變速器(DedicatedHybridTransmission，DHT)。DHT采用高效發(fā)動機(jī)和高密度高效率電機(jī)作為基礎(chǔ)動力源，并針對發(fā)動機(jī)和電驅(qū)動的動力輸出特性進(jìn)行專項研發(fā)設(shè)計?；旌蟿恿︱?qū)動系統(tǒng)變速器是一種用于混合動力汽車的傳動系統(tǒng)?；旌蟿恿ζ囎兯倨飨噍^于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的變速器功能發(fā)生了較大的改變，需要對發(fā)動機(jī)與驅(qū)動電機(jī)等多個動力源輸出扭矩進(jìn)行耦合，之后再進(jìn)一步傳遞至車輛半軸?；旌蟿恿ο到y(tǒng)動力耦合變速箱結(jié)構(gòu)新能源車變速系統(tǒng)5.3.2混合動力驅(qū)動系統(tǒng)專用變速器序號運行模式描述1單電機(jī)純電動由電機(jī)EM2單獨驅(qū)動車輛。2雙電機(jī)純電動電機(jī)EM1和電機(jī)EM2聯(lián)合驅(qū)動車輛。3串聯(lián)增程模式發(fā)動機(jī)驅(qū)動電機(jī)EM1發(fā)電作為APU，電機(jī)EM2驅(qū)動車輛。發(fā)動機(jī)不直接驅(qū)動車輛。4并聯(lián)驅(qū)動模式并聯(lián)驅(qū)動模式1：發(fā)動機(jī)和電機(jī)EM1聯(lián)合驅(qū)動車輛。并聯(lián)驅(qū)動模式2：發(fā)動機(jī)和電機(jī)EM2聯(lián)合驅(qū)動車輛。并聯(lián)驅(qū)動模式3：三個動力源聯(lián)合驅(qū)動車輛。5發(fā)動機(jī)直驅(qū)模式發(fā)動機(jī)單獨驅(qū)動車輛。6駐車充電模式發(fā)動機(jī)驅(qū)動電機(jī)EM1發(fā)電補(bǔ)充電池電能。7行車充電模式發(fā)動機(jī)驅(qū)動車輛的同時，帶動電機(jī)EM1發(fā)電為電池補(bǔ)充電量。8單電機(jī)制動能量回收模式電機(jī)EM2提供部分或者全部的制動阻力矩，給車輛減速的同時，將慣性動能轉(zhuǎn)換為電能儲存。9雙電機(jī)制動能量回收模式雙電機(jī)提供部分或全部的制動阻力矩，給車輛減速的同時，將慣性動能轉(zhuǎn)換為電能儲存。DHT混合動力汽車基于上述多種工作模式實現(xiàn)全工況覆蓋。排除部分效率較低的模式，確定以下五類共九種工作模式，分別是：純電動模式（電機(jī)EM2驅(qū)動、雙電機(jī)共同驅(qū)動）發(fā)動機(jī)驅(qū)動模式混合驅(qū)動模式（串聯(lián)增程模式、并聯(lián)驅(qū)動模式）充電模式（駐車充電模式、行車充電模式）制動回收模式（單電機(jī)制動回收、雙電機(jī)制動回收）

DHT混合動力車工作模式多電機(jī)分布式驅(qū)動系統(tǒng)5.4.1分布式驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)常見的分布式驅(qū)動電動汽車有輪邊電機(jī)和輪轂電機(jī)兩種方式，通過將電機(jī)直接安裝在車輪上或者通過半軸與車輪連接，實現(xiàn)對車輛動力的直接控制。與傳統(tǒng)的中央電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)相比，多電機(jī)分布式驅(qū)動系統(tǒng)具有更高的靈活性和效率。分布式驅(qū)動系統(tǒng)由兩個或多個電機(jī)分別驅(qū)動各自的車輪，電機(jī)通過控制轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速來驅(qū)動車輪運動。與傳統(tǒng)的中置式驅(qū)動系統(tǒng)相比，分布式驅(qū)動系統(tǒng)取消了中間差速器的力矩傳遞，使得電機(jī)直接驅(qū)動車輪，傳動鏈更為簡單、緊湊。比亞迪分布式驅(qū)動180°轉(zhuǎn)彎多電機(jī)分布式驅(qū)動系統(tǒng)5.4.1分布式驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)多電機(jī)控制技術(shù)是新能源汽車電機(jī)控制技術(shù)的重要研究方向之一，通過多電機(jī)控制技術(shù)，可以實現(xiàn)多電機(jī)并行、串聯(lián)、混合等多種驅(qū)動形式，從而實現(xiàn)功率輸出更加平穩(wěn)、高效的效果。多電機(jī)控制技術(shù)的應(yīng)用在新能源汽車中尤為重要，特別對于一些高端車型，如豪華版電動汽車，采用多電機(jī)控制技術(shù)，可以對車輛的操控性、安全性和穩(wěn)定性產(chǎn)生更積極的影響多電機(jī)結(jié)構(gòu)分類多電機(jī)分布式驅(qū)動系統(tǒng)5.4.1分布式驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以下是多電機(jī)分布式結(jié)構(gòu)的主要類型及其應(yīng)用特點：雙電機(jī)分布式結(jié)構(gòu)：在前后車軸分別安裝一個電動機(jī)，常用于全輪驅(qū)動車型，提供更好的牽引力和動力分配，增強(qiáng)車輛的穩(wěn)定性和操控性能。四電機(jī)分布式結(jié)構(gòu)：在每個車輪上分別安裝一個電動機(jī)，通常用于高性能電動車或越野車，每個車輪的獨立控制提供卓越的扭矩矢量控制和極高的靈活性，適合復(fù)雜路況和高性能駕駛?；旌隙嚯姍C(jī)分布式結(jié)構(gòu)：組合使用雙電機(jī)和四電機(jī)結(jié)構(gòu)，前后車軸的電動機(jī)數(shù)量和位置根據(jù)需要靈活配置，通過靈活配置電動機(jī)數(shù)量和位置，優(yōu)化不同駕駛條件下的性能和效率。輪轂電機(jī)結(jié)構(gòu)：電機(jī)和減速機(jī)構(gòu)直接內(nèi)置在車輪輪轂中，這種結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)更加簡化的傳動系統(tǒng)，減輕車輛簧上質(zhì)量，提高車輛的操作穩(wěn)定性，并且對汽車底板的電池空間設(shè)計提供更大的設(shè)計靈活性。四輪扭矩分配輪轂電機(jī)多電機(jī)分布式驅(qū)動系統(tǒng)5.4.2分布式驅(qū)動系統(tǒng)基本原理常見的輪邊電機(jī)和輪轂電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)是分布式驅(qū)動電動汽車的主要采用方式。輪邊電機(jī)驅(qū)動形式是將驅(qū)動電機(jī)安放于副車架上，驅(qū)動輪從其對應(yīng)側(cè)輸出軸獲取驅(qū)動力。輪轂電機(jī)驅(qū)動形式是將電機(jī)和減速機(jī)構(gòu)直接放在輪輞中，取消了半軸、萬向節(jié)、差速器、變速器等傳動部件。輪邊電機(jī)驅(qū)動型式和輪轂電機(jī)驅(qū)動型式均具有結(jié)構(gòu)緊湊、車身內(nèi)部空間利用率高、整車重心低、行駛穩(wěn)定性好等優(yōu)點。分布式驅(qū)動底盤結(jié)構(gòu)多電機(jī)分布式驅(qū)動系統(tǒng)5.4.2分布式驅(qū)動系統(tǒng)基本原理

當(dāng)前階段，輪邊驅(qū)動電機(jī)在新能源車上應(yīng)用還是比較廣泛，例如部分版本的特斯拉ModelS配備了輪邊電機(jī)，提高了車輛的操控性和動力輸出，奧迪e-tron也采用了輪邊電機(jī)，提供了更好的四輪驅(qū)動和動力分配。主要構(gòu)成和功能如下:減速器：為了適應(yīng)不同車型的需求，輪邊電機(jī)需要與減速器配合使用，以實現(xiàn)對車輛速度和扭矩的控制?？刂破鳎嚎刂破魇禽嗊呺姍C(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的控制核心，它根據(jù)駕駛員的操作指令和車輛的實際運行狀態(tài)，對輪邊電機(jī)進(jìn)行精確控制，實現(xiàn)對車輛動力的調(diào)節(jié)。傳動軸：傳動軸是連接輪邊電機(jī)和車輪的關(guān)鍵部件。制動器：負(fù)責(zé)在車輛停止或減速時，將輪邊電機(jī)產(chǎn)生的動能轉(zhuǎn)化為電能，回饋到電池組中。

輪邊電機(jī)結(jié)構(gòu)圖多電機(jī)分布式驅(qū)動系統(tǒng)5.4.3分布式驅(qū)動應(yīng)用多電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)在市場上收到的關(guān)注也越來越多，許多車企都將多電機(jī)驅(qū)動技術(shù)作為新能源車發(fā)展的下一個方向，2023年，比亞迪發(fā)布易四方平臺，正式推出仰望品牌下第一款四輪獨立驅(qū)動SUV車型仰望U8。仰望U8采用輪邊電機(jī)和減速器的驅(qū)動形式，是第一臺量產(chǎn)的四電機(jī)分別驅(qū)動車型。輪邊電機(jī)直接安裝在車輪上，減少減少了傳統(tǒng)中央電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)中的能量傳輸損失，提高了整個驅(qū)動系統(tǒng)的效率。此外，輪邊電機(jī)還可以通過制動器將動能回饋到電池組中，進(jìn)一步提高能量利用率。比亞迪e4分布式底盤比亞迪量產(chǎn)仰望U8外形多電機(jī)分布式驅(qū)動系統(tǒng)5.4.3分布式驅(qū)動應(yīng)用全世界范圍內(nèi)電動車多電機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢正在不斷加強(qiáng)，許多汽車制造商正積極研發(fā)和推出搭載多電機(jī)系統(tǒng)的電動車型，以提高車輛的性能、效率和駕駛體驗。特斯拉的ModelS、ModelX、Model3和ModelY等車型，均有雙電機(jī)全輪驅(qū)動版本，每個電機(jī)分別驅(qū)動前后軸，實現(xiàn)更好的動力分配和操控性。新發(fā)布的特斯拉ModelSPlaid和ModelXPlaid車型，采用三電機(jī)系統(tǒng)（一個前電機(jī)和兩個后電機(jī)），提供極高的性能水平，包括更快的加速和更高的最高速度。奔馳新推出的概念車EQE好EQS采用多電機(jī)系統(tǒng)，提升性能和駕駛體驗。特斯拉Model系列三電機(jī)布局多電機(jī)分布式驅(qū)動系統(tǒng)5.4.3分布式驅(qū)動應(yīng)用特種車輛多電機(jī)驅(qū)動的發(fā)展正在迅速推進(jìn)，尤其是在軍用、礦用、建筑和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。多電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)由于其靈活的動力分配能力，能夠更好地適應(yīng)各種復(fù)雜的工作環(huán)境，如極寒、高溫、泥濘或崎嶇地形等。國內(nèi)外許多廠商在特種車輛上也有應(yīng)用，中聯(lián)重科集團(tuán)的特種車輛采用純電驅(qū)動，在礦山，礦場領(lǐng)域有較為廣泛的應(yīng)用，結(jié)合自動駕駛和智能控制技術(shù)，多電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)將進(jìn)一步提高特種車輛的自動化水平和工作效率。特種車輛分布式驅(qū)動系統(tǒng)多電機(jī)分布式驅(qū)動系統(tǒng)5.4.4分布式驅(qū)動系統(tǒng)穩(wěn)定性分析四輪輪轂式分布驅(qū)動的汽車(Four-WheelIndependentHubMotorDrivenVehicle，F(xiàn)WID-EV)是一種新型的分布式驅(qū)動純電動汽車，具有動力傳動效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、四個力矩可控以及易于實現(xiàn)智能化等優(yōu)點成為各大高校和科研院所的研究熱點。四輪輪轂式分布驅(qū)動的底盤布置形式更為緊湊，布置汽車零件更為便利，省去了部分傳動元件，提升了車輛的輕量化，乘客的乘坐舒適感更高。四輪輪轂驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)多電機(jī)分布式驅(qū)動系統(tǒng)5.4.4分布式驅(qū)動系統(tǒng)穩(wěn)定性分析輪轂電機(jī)汽車結(jié)構(gòu)圖汽車在轉(zhuǎn)向過程中的穩(wěn)定性是保證車輛安全行駛的關(guān)鍵要素，如何設(shè)計車輛的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性控制算法也是汽車研究的一個主要方向。四輪驅(qū)動電動汽車的每個車輪都能單獨控制，四個車輪分配到的力矩可以各不相同，既可以是驅(qū)動力矩也能是制動力矩，在控制算法設(shè)計上比傳統(tǒng)車輛更加靈活，利用這一特點研發(fā)人員可以根據(jù)實際運行狀況進(jìn)行轉(zhuǎn)矩分配，設(shè)計出比傳統(tǒng)汽車穩(wěn)定性裝置動力性與經(jīng)濟(jì)性更佳的控制系統(tǒng)。輪轂電機(jī)兩種形式磁通電機(jī)結(jié)構(gòu)多電機(jī)分布式驅(qū)動系統(tǒng)5.4.4分布式驅(qū)動系統(tǒng)穩(wěn)定性分析根據(jù)牛頓第二定律，車輛的動力學(xué)方程如下：縱向運動為：同理可得車輛質(zhì)心橫向運動方程為：車輛質(zhì)心處的橫擺運動方程為：Iz

為車輛繞質(zhì)心的轉(zhuǎn)動慣量。四輪分布式驅(qū)動七自由度模型多電機(jī)分布式驅(qū)動系統(tǒng)5.4.4分布式驅(qū)動系統(tǒng)穩(wěn)定性分析為了將上文所述的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性控制和力矩分配用于車輛上，就必須先建立能夠反映實際汽車行駛狀況的仿真模型，通過修改Carsim仿真軟件中的動力系統(tǒng)完成仿真平臺的搭建，通過在Simulink中搭建閉環(huán)速度模型得到車輛行駛所需的驅(qū)動力矩，最后聯(lián)合仿真搭建整車模型。正確