新能源汽車(chē)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

新能源汽車(chē)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(chē)是進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)經(jīng)濟(jì)發(fā)展誕生的新產(chǎn)物，符合當(dāng)今社會(huì)對(duì)于節(jié)能環(huán)保方面的需求，具有廣闊的發(fā)展前景。對(duì)于新能源汽車(chē)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(chē)的配置當(dāng)中具有舉足輕重的作用，它直接關(guān)系到全車(chē)的性能和質(zhì)量。本文針對(duì)新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制系統(tǒng)這一課題展開(kāi)討論，為新能源汽車(chē)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(chē);驅(qū)動(dòng)電機(jī);控制系統(tǒng)

一、引言

新能源汽車(chē)"對(duì)于今天的汽車(chē)人來(lái)講早已不再陌生，其具有諸多新的優(yōu)勢(shì)，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(duì)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(chē)控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，直接就關(guān)系著新能源電動(dòng)汽車(chē)的安全性能和產(chǎn)品質(zhì)量，新能源電動(dòng)汽車(chē)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(chē)控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)及汽車(chē)控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的使用問(wèn)題是當(dāng)代汽車(chē)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(chē)的重要核心部件之一，電機(jī)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)汽車(chē)控制器的系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)是否良好是否合理，對(duì)于電動(dòng)車(chē)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(chē)輛的正常運(yùn)行行駛過(guò)程中，將電動(dòng)汽車(chē)使用蓄電池驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)過(guò)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(chē)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(chē)輛正常高速行駛時(shí)在道路交通過(guò)程中所遇到可能需要遇到的汽車(chē)制動(dòng)力和阻力。從整個(gè)我國(guó)宏觀經(jīng)濟(jì)技術(shù)框架層面上看的分析情況來(lái)看，電機(jī)能源動(dòng)力汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)汽車(chē)機(jī)械控制器的系統(tǒng)技術(shù)框架大體來(lái)說(shuō)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(chē)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(chē)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(chē)與其他同類(lèi)傳統(tǒng)能源電動(dòng)汽車(chē)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(chē)機(jī)械系統(tǒng)，主要組成部分產(chǎn)品包括能源電力汽車(chē)充電器、剎車(chē)踏板、加速器和制動(dòng)剎車(chē)踏板、差速器以及傳動(dòng)軸等[1]。

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

（一）新能源汽車(chē)對(duì)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(chē)，新能源驅(qū)動(dòng)汽車(chē)電機(jī)是完全以汽車(chē)電能為主要驅(qū)動(dòng)力的。它們通過(guò)利用驅(qū)動(dòng)汽車(chē)電機(jī)系統(tǒng)來(lái)直接推動(dòng)整個(gè)車(chē)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(chē)用于驅(qū)動(dòng)車(chē)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(chē)電機(jī)的主要工作功能也就在于將驅(qū)動(dòng)蓄電池過(guò)程中的全部電能轉(zhuǎn)換成車(chē)輛機(jī)械的動(dòng)能，以及通過(guò)對(duì)于驅(qū)動(dòng)蓄電池的高速制動(dòng)，對(duì)于整個(gè)車(chē)輛的內(nèi)部動(dòng)能狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋。

（二）對(duì)電機(jī)的分析

在大型電動(dòng)汽車(chē)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(kāi)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(lèi)型，運(yùn)用較可靠，控制較簡(jiǎn)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(duì)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(duì)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(kāi)關(guān)磁阻同步電機(jī)相對(duì)而言工作效率相對(duì)較高且維護(hù)成本相對(duì)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(duì)較低。目前，國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)大型新能源電動(dòng)汽車(chē)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(duì)功率電子裝置的分析

現(xiàn)階段，常用的直流閥門(mén)驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)電壓容量控制系統(tǒng)開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)直流變頻開(kāi)關(guān)元器件主要技術(shù)類(lèi)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(mén)驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)電壓容量控制系統(tǒng)開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)直流變頻開(kāi)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(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，工作頻率相對(duì)較高，可達(dá)10～20khz。除此之外，在閥門(mén)驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)電壓值和電流容量阻斷電壓值的極限峰值、門(mén)閥的極限和開(kāi)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(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，在國(guó)產(chǎn)大型新能源低壓電動(dòng)汽車(chē)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(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)裝置的兩個(gè)閥門(mén)極限開(kāi)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(jí)，540kva，這項(xiàng)直流變頻控制系統(tǒng)開(kāi)關(guān)技術(shù)也是目前為止在純能源電動(dòng)汽車(chē)中的低壓直流變頻控制開(kāi)關(guān)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電壓控制開(kāi)關(guān)系統(tǒng)中未被國(guó)家優(yōu)先考慮列入市場(chǎng)的直流變頻系統(tǒng)開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)器件[2]。

（四）對(duì)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(chǎng)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(duì)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(chē)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(shì)。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(shì)，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(wèn)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(lái)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(shì)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(duì)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(cè)量、自動(dòng)地精確調(diào)整定時(shí)系統(tǒng)和對(duì)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(shì)。

結(jié)論：

目前伴隨著我國(guó)新能源電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)開(kāi)始逐漸進(jìn)入千家萬(wàn)戶，其控制驅(qū)動(dòng)觸發(fā)電機(jī)及汽車(chē)控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)也日益發(fā)展成為一個(gè)熱門(mén)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