电机驱动控制技术|现代车辆新能源技术

（1）驱动电机

驱动电机属于特种电机，是纯电动汽车的关键部件。要使纯电动汽车有良好的使用性能，驱动电机应具有较宽的调速范围及较高的转速，足够大的起动转矩，体积小、重量轻、效率高，且有动态制动和能量回馈功能。另外，还要求可靠性强、耐高温、耐潮、结构简单、成本低、维护简单、适合大规模生产等。目前，纯电动汽车用电机有直流电机（DCM）、感应电机（IM）、永磁无刷电机（PMBLM）和开关磁阻电机（SRM）四种形式，它们正在向大功率、高转速、高效率和小型化方向发展。

驱动电机应具有良好的转矩—转速特性，一般具有6000～15000r/min的转速。根据车辆行驶工况，驱动电机可以在恒转矩区和恒功率区运转。驱动电机应经常保持在高效率范围内运转。在低速—大转矩（恒转矩区）运转范围内效率为0.75～0.85，在恒功率运转范围内效率为0.8～0.9。

驱动电机可在相当大的速度范围内高效地产生转矩，这意味着甚至只需单级减速齿轮就可驱动车辆。电机与发动机相比有两大技术优势：①发动机能高效产生转矩时的转速被限制在一个较小的范围内（经济运行区），因此需要变速器适应这一特性；②由于引入了高度电气化的控制系统，电机实现动力输出的快速响应能力远高于发动机。

近年来，由感应电机驱动的纯电动汽车几乎都采用矢量控制和直接转矩控制。直接转矩控制系统的结构简单、控制性能优良和动态响应迅速，因此非常适合纯电动汽车。美国和欧洲研制的纯电动汽车多采用以这种方式控制的感应电机。

永磁无刷电机可分为由方波驱动的无刷直流电机系统（BLDCM）和由正弦波驱动的无刷直流电机系统（PMSM），它们都具有较高的功率密度。其控制方式与感应电机基本相同，因此在纯电动汽车上得到了广泛应用。PMSM类电机具有较高的能量密度和效率，其体积小、惯性低、响应快，非常适合纯电动汽车的驱动系统，日本研制的纯电动汽车主要采用这种电机。

开关磁阻电机（SRM）具有简单可靠、可在较宽转速和转矩范围内高效运行、控制灵活、可四象限运行、响应速度快和成本较低等优点。但实际应用发现SRM存在转矩波动大、噪声大、需要位置检测器等缺点，这使其应用受到了限制，因此目前主要应用于客车等商用车。

随着电机及驱动系统的发展，控制系统趋于智能化和数字化。变结构控制、模糊控制、神经网络、自适应控制、专家系统、遗传算法等非线性智能控制技术，都将单独或结合应用于纯电动汽车的电机控制系统。它们的应用将使系统结构简单、响应迅速、抗干扰能力强、参数变化具有鲁棒性，可大大提高整个系统的综合性能。

（2）电力驱动控制(www.xing528.com)

电力驱动控制系统是纯电动汽车的神经中枢，它将电机、动力电池和其他辅助系统连接起来并加以控制。电力驱动控制系统按工作原理可分为车载电源模块、电力驱动主模块和辅助模块三大部分。

车载电源模块主要由动力电池电源、能源管理系统和充电控制器三部分组成。由于电机驱动所需的等级电压往往与辅助装置的电压要求不一致，辅助装置一般要求12V或24V的低压电源，而电机驱动一般要求为高压电源，且所采用的电机类型不同，要求的电压等级也不同。为满足要求，可用多个12V或24V的蓄电池串联成96～384V高压直流蓄电池组，再通过DC/DC变换器供给所需的不同电压。

驱动控制系统直接影响纯电动汽车的行驶性能，该系统控制车辆在各类工况下的行驶速度、加速度和能源转换情况。驱动系统的关键问题：

1）电机逆变器、控制系统和纯电动汽车使用条件的合理匹配。

2）智能化控制系统的工程应用及其减轻重量、降低造价、抗振、抗扰和降噪的研究。

3）提高控制系统在电机制动时能量回收效率的研究。

新型纯电动汽车整车控制系统是两条总线的网络结构，即驱动系统的高速CAN总线和车身系统的低速总线。高速CAN总线每个节点为各子系统的ECU，低速总线按物理位置设置节点，基本原则是基于空间位置的区域自治。

实现整车网络化控制，其意义不只是解决汽车电子化中出现的线路复杂和线束增加问题，网络化实现的通信和资源共享能力成为新的电子与计算机技术在汽车上应用的一个基础，同时也为X-by-Wire技术提供了有力支撑。