對電動汽車電機驅動系統效率控制優化的探討

賀彪 張青原 趙學廣

摘要：自從汽車行業的興起，對石油的需求量逐漸增大，然而面對環境保護意識的增強和石油資源的有限，電動汽車的發展已經成為未來汽車市場的主流，受到越來越多的重視。但是由于目前的科技技術的限制，有很多因素在制約著電動汽車的發展，其中最重要的一個原因就是電動汽車的電機驅動系統。電機的驅動系統可以直接影響電動汽車的性能，因此對電機驅動系統性能的研究非常重要。

關鍵詞：電動汽車；電機驅動；優化設計；控制策略

Discussiononefficiencycontroloptimizationofelectricvehiclemotordrivesystem

HeBiaoZhangQingyuanZhaoXueguang

GreatWallMotorCompany，AutomotiveEngineeringTechnicalCenterofHeBei，baoding071000

Abstract：sincetheriseoftheautomobileindustry，thedemandforoilhasbeenincreasinggradually.However，inthefaceoftheincreasingawarenessofenvironmentalprotectionandthelimitedpetroleumresources，thedevelopmentofelectricvehicleshasbecomethemainstreamofthefutureautomobilemarketandreceivedmoreandmoreattention.However，duetothelimitationsofcurrenttechnology，therearemanyfactorsrestrictingthedevelopmentofelectricvehicles，amongwhichthemostimportantoneisthemotordrivingsystemofelectricvehicles.Thedrivingsystemofthemotorcandirectlyaffecttheperformanceoftheelectricvehicle.

Keywords：electricvehicles；Motordrive；Optimumdesign；Thecontrolstrategy

1電動汽車對電機驅動系統的要求

1.1在成本方面，要求電動汽車的整體系統的性價比上與它的

內燃機系統在一樣的水平內。

1.2性能方面要求汽車的恒定功率大，瞬時功率大，加速度快，

啟動快。

1.3調速的范圍必須要大。調速的操作區域有恒轉矩區和恒功率區。如果恒轉矩區要求低速，大轉矩具有啟動和爬坡的要求；恒功率區要求低轉矩是具有高速來滿足車子在平緩的路面可以告訴形式的要求。這樣可以在一次充電的行駛路程里具有很高的效率。

1.4在最輕質量的同時擁有電氣和機械的雙重優勢，還應具有

充分利用再生制動的能力提高能力的最優利用率。

1.5電機驅動系統應該滿足不論高低溫度和劇烈震動都可以安

全可靠的工作。

1.6要輕重量和小尺寸，以滿足各種型號車輛的安裝要求。

2電動汽車電機驅動控制策略

2.1電機驅動控制策略的選擇

目前，內燃機在主要轉速范圍內，輸出為近似的恒力矩特性，通過駕駛員的操縱，使車輛的原動機基本保持在高效率工作區。采用電流控制策略的電動汽車具有與內燃機車輛一樣的驅動特性。因此本文研究驅動電機選取調節電機輸出力矩的控制策略，駕駛員的控制指令在瞬時對應于電機輸出力矩，在穩態對應于輸出轉速的控制，并通過電流反饋實現電流閉環，從而使得電機始終工作在最大限流區內，從而獲得較高的動態響應和驅動效率。駕駛員可通過對電機電樞電流的相應控制，通過調節電流的大小調節電機驅動轉矩，從而可以控制汽車的行駛速度，實現駕駛員期望的行駛速度。通過駕駛員對車輛行駛速度調節就實現了電機的轉速閉環控制，如果把駕駛員也看成一個控制環節，這樣就形成了一個外環有駕駛員參與的轉速閉環控制，內環為電機電樞電流閉環控制的雙閉環控制系統，這種控制策略適合于人工操縱的車輛的驅動駕駛。

2.2力矩控制策略

對永磁直流電機系統，可采用比例積分微分控制系統（如PID）

進行調節的電流負反饋控制實現力矩控制。驅動電機系統可采用由

控制踏板直接輸入電流（力矩）指令的方式，通過電流傳感器實時檢

測電樞電流構成電流閉環控制。在理想條件下，永磁直流電動機的

力矩—轉速特性為平行于轉速軸的直線。

3電機驅動控制系統的控制模型

3.1電流PID控制器的傳遞函數

電機驅動控制系統實現串聯校正的方案有比例微分（PD）、比例積分（PI）和比例積分微分（PID）三種調節環節。PID控制器是控制系統中技術比較成熟的，而且應用是最廣泛的一種控制器，它結構簡單，參數容易調整。一般的調速系統要求以穩核準為主，所以常用PID調節校正。

3.2增量式PID控制算法的流程

電機驅動控制系統控制器PID算法模塊的程序流程。系統在運

行中，首先從CAN總線讀取PI控制器的參數，通過定時器每間隔中斷一次，完成一次PID控制計算，從而不斷調整被控參數，LPC2119中的PWM單元根據控制參數的變化，調整PWM輸出波形的占空比，完成實時控制任務。在一般序況下，輸出控制增量會在一個相對較小的范圍內波動最后達到平滑控制，所以在程序中對輸出增量大小規定了上限值和下限值。

結語：

通過對電機驅動控制方案的比較，本著減少電機損耗的原則，為實現電動汽車電機驅動系統效率優化的目的，采用調節電機輸出力矩的控制策略，建立了電機驅動控制系統的數學模型。實驗結果表明，文中提出的方法能夠顯著提高電機運行效率，降低系統損耗，滿足電機驅動系統高效運作的要求。電機驅動系統及其設計控制方法，將影響到電動汽車運行各項性能指標。研究對電機驅動控制器控制系統的設計主要包括對電動汽車電機驅動控制策略的選擇，建立了電機驅動控制系統的控制模型，并在確定系統PI控制參數的基礎上，以增量式PI控制算法對控制功能得以實現，并設計了控制系統的主控制程序。

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