關(guān)于對(duì)新能源汽車(chē)及電機(jī)驅(qū)動(dòng)的控制技術(shù)的探析

孔德剛 劉云賀

摘要：本文主要關(guān)注的是新能源汽車(chē)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)，目前的技術(shù)，在這兩個(gè)方面表現(xiàn)的還不錯(cuò)，出現(xiàn)的不安全因素很少，從使用情況來(lái)看也比較滿意。現(xiàn)在不可再生資源越來(lái)越少，新能源汽車(chē)要把目光放在其他可再生資源上，盡量減少汽油的使用，多開(kāi)發(fā)新能源，否則即使混合其他能源使用，汽油也有用完的一天。在不久的將來(lái)，新能源汽車(chē)及發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)越來(lái)越成熟，能為世界環(huán)境作出貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：新能源汽車(chē);電力;電機(jī);驅(qū)動(dòng)控制

電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)是現(xiàn)代汽車(chē)的核心控制技術(shù)之一，在新能源汽車(chē)的發(fā)展中，起著越來(lái)越重要的作用。相對(duì)而言，新能源汽車(chē)與電機(jī)驅(qū)動(dòng)的控制技術(shù)，是密不可分的，應(yīng)通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的控制技術(shù)，更好的完善新能源汽車(chē)，并且大幅度的降低汽油的運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)新能源的更大發(fā)展。另一方面，在研究和應(yīng)用電機(jī)驅(qū)動(dòng)的控制技術(shù)方面，應(yīng)盡量加強(qiáng)聯(lián)合技術(shù)的應(yīng)用，配合各種設(shè)備和細(xì)小的零部件，完成新能源汽車(chē)的多項(xiàng)優(yōu)化。在此，本文主要對(duì)新能源汽車(chē)及電機(jī)驅(qū)動(dòng)的控制技術(shù)進(jìn)行討論。

1新能源汽車(chē)概述

新能源汽車(chē)與社會(huì)發(fā)展息息相關(guān)，通過(guò)開(kāi)發(fā)這種類(lèi)型的汽車(chē)，能夠更好的完成交通建設(shè)和出行的便利。因此，國(guó)內(nèi)和國(guó)外對(duì)新能源汽車(chē)的研究都比較深入。從時(shí)間上來(lái)講，國(guó)外對(duì)新能源汽車(chē)的研究較為深入，并且投入了大量的優(yōu)惠政策，包括激勵(lì)性的財(cái)稅政策、綜合性的交通管理措施等等。美國(guó)作為發(fā)達(dá)國(guó)家，在新能源汽車(chē)的研究中，于2005年修訂了能源法案，并且會(huì)在后續(xù)的研究和發(fā)展中，投入約40億美元，進(jìn)行相關(guān)技術(shù)的研發(fā)。我國(guó)作為一個(gè)國(guó)際大國(guó)，在新能源上的應(yīng)用，屬于“后起之秀”。例如，我國(guó)在“十一五”的計(jì)劃期間，設(shè)立了“863”計(jì)劃節(jié)能與新能源汽車(chē)重大項(xiàng)目。通過(guò)開(kāi)展“三橫三縱”的研究方案，實(shí)現(xiàn)我國(guó)新能源的高效利用和新能源汽車(chē)的深度研發(fā)。

2電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)類(lèi)型

在新能源電動(dòng)車(chē)中，電機(jī)往往被安裝在比較小的空間里。與傳統(tǒng)的電車(chē)驅(qū)動(dòng)相比較起來(lái)，工作環(huán)境相對(duì)惡劣，灰塵多、腐蝕嚴(yán)重。固此，新能源電動(dòng)車(chē)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)應(yīng)該有這些要求：體積小、重量輕。有低速大扭矩和寬范圍內(nèi)高速功率的特性。可靠性高。電機(jī)需要寬調(diào)速、可控性高、價(jià)格合適、安裝空間小等特點(diǎn)。系能源電動(dòng)車(chē)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的發(fā)展離不開(kāi)電機(jī)設(shè)計(jì)、制造技術(shù)以及電力電子元器件技術(shù)等。到如今的三大電機(jī)系統(tǒng)：

永磁同步電機(jī)系統(tǒng)：永磁同步電機(jī)及其控制器組成了永磁同步電機(jī)系統(tǒng)。永磁電機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用了高磁能積和稀土燒結(jié)鐵硼等的永磁材料。稀土燒結(jié)鐵硼充磁以后不再需要增加能量也能建立很強(qiáng)的永久磁場(chǎng)。可以用來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)電機(jī)的電勵(lì)磁場(chǎng)。并且效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠等的優(yōu)點(diǎn)。永磁同步電機(jī)控制器通過(guò)其中的電力電子器件將電動(dòng)車(chē)的直流電逆變?yōu)榻涣麟姡疫€進(jìn)行電流大小、波形以及相位的控制。進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制，使電機(jī)能夠按照它的指令運(yùn)轉(zhuǎn)。在轉(zhuǎn)向不改變的條件下，只要改變控制器的導(dǎo)通順序，電機(jī)就能就能夠在電動(dòng)狀態(tài)和發(fā)電狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。由電動(dòng)變發(fā)電的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生反向的一個(gè)轉(zhuǎn)矩，能夠起到一個(gè)制動(dòng)的效果。永磁同步電機(jī)系統(tǒng)取消了傳統(tǒng)的電刷、滑環(huán)。所以也稱(chēng)作永磁無(wú)刷電機(jī)。另外其也有方波和正弦波的區(qū)分，這種區(qū)分方式是通過(guò)電流方式區(qū)別的。永磁同步電機(jī)是當(dāng)前新能源電動(dòng)車(chē)最普遍采用的驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)之一。并且它的未來(lái)的發(fā)展的一個(gè)方向。永磁同步電機(jī)的高功率密度、高效率的特點(diǎn)是優(yōu)點(diǎn)之一。“同步電機(jī)”言外之意是電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速相同的交流電機(jī)。目前，永磁同步電機(jī)-磁阻電機(jī)是一種將永磁電機(jī)和磁阻電機(jī)結(jié)合起來(lái)的新型的電機(jī)復(fù)合結(jié)構(gòu)。它不但繼承了永磁電機(jī)的高轉(zhuǎn)矩密度，也繼承了磁阻電機(jī)的寬泛的恒功率調(diào)速。所以它具有弱磁容易，調(diào)速范圍寬，效率和力矩都是比較高。國(guó)內(nèi)的大多數(shù)的新能源汽車(chē)廠都在往這個(gè)方向在發(fā)展。

三相異步電機(jī)系統(tǒng)：三相異步電機(jī)系統(tǒng)里邊包含了三相異步電機(jī)、控制器。控制器通過(guò)電力電子器件把直流變成交流，再輸入電機(jī)。三相定子繞組會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。轉(zhuǎn)子和磁場(chǎng)相對(duì)切割運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)并且產(chǎn)生電流。電機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固、成本低、運(yùn)行也很可靠。現(xiàn)在的三相異步電機(jī)技術(shù)已經(jīng)是比較成熟的了，也是被最早用于電動(dòng)車(chē)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

3新能源汽車(chē)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)

新能源汽車(chē)在實(shí)際的應(yīng)用中，具有環(huán)保效果好、使用壽命長(zhǎng)、安全性高等特點(diǎn)，受到了駕駛者的廣泛歡迎。但是，由于現(xiàn)階段的部分技術(shù)還未達(dá)到較高的水平，多數(shù)的新能源汽車(chē)，主要采用的是混合動(dòng)力來(lái)完成行駛的。在新能源汽車(chē)中，電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)，作為新能源汽車(chē)的核心部分，其造成的積極影響是非常大的。在此，本文主要對(duì)新能源汽車(chē)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)進(jìn)行論述。

3.1電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制

新能源汽車(chē)的研究與應(yīng)用，成為了當(dāng)前社會(huì)上的主要工作。從客觀的角度來(lái)分析，新能源汽車(chē)在小范圍投入后，取得了較為理想的效果，并且在很大程度上，減少了對(duì)能源的耗費(fèi)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)，要想在新能源汽車(chē)中發(fā)揮出更加積極的作用，需要選擇性價(jià)比較高的電動(dòng)機(jī)。結(jié)合以往的工作經(jīng)驗(yàn)和當(dāng)下的工作標(biāo)準(zhǔn)，電動(dòng)機(jī)的選型原則，集中在以下幾個(gè)方面：

（1）高性能、低自重、小尺寸。現(xiàn)階段的任何一項(xiàng)設(shè)備，都在朝著“高精尖”的領(lǐng)域發(fā)展。電動(dòng)機(jī)作為新能源汽車(chē)的重要組成部分，應(yīng)在性能上達(dá)到較高的指標(biāo)，自重應(yīng)逐步減小，并且減小自身的尺寸，保證其他設(shè)備擁有足夠的空間。

（2）在較寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)有較高的效率。

（3）電磁輻射盡量小。新能源汽車(chē)不僅僅是強(qiáng)調(diào)動(dòng)力的污染，還不能造成太多的電磁輻射，否則將會(huì)造成運(yùn)行的惡性循環(huán)。

（4）成本低。以目前的情況來(lái)看，上述的幾項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，電動(dòng)機(jī)還是能夠達(dá)到的。現(xiàn)今，關(guān)于電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)的研究不斷深入，因此在滿足電動(dòng)機(jī)選型原則的基礎(chǔ)上，還要考慮其他控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)雙向控制，回收制動(dòng)再生能量。

3.2電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器

在新能源汽車(chē)的研究和應(yīng)用中，電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器是相關(guān)技術(shù)的核心部分。目前，新能源汽車(chē)，主要使用的是永磁同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，來(lái)完成電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器的相關(guān)技術(shù)實(shí)施的。永磁同步電動(dòng)機(jī)定子三相繞組通入互差120°的三相正弦電流，在氣隙中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng);而轉(zhuǎn)子磁極為稀土永磁體，在氣隙中產(chǎn)生正弦磁場(chǎng)，并且固定于轉(zhuǎn)子位置，因此矢量控制中的同步旋轉(zhuǎn)軸系與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸系重合，用dq坐標(biāo)系表示。定子磁勢(shì)Fs沿旋轉(zhuǎn)方向超前轉(zhuǎn)子磁勢(shì)Fr，旋轉(zhuǎn)的定子磁勢(shì)與轉(zhuǎn)子磁勢(shì)相互作用，吸引轉(zhuǎn)子磁勢(shì)旋轉(zhuǎn)，即驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子與之同步旋轉(zhuǎn)。同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩角δ（定子電樞磁勢(shì)和轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁勢(shì)間的夾角）隨負(fù)載變化，計(jì)算并保持δ=90°就可以和無(wú)補(bǔ)償繞組的直流電動(dòng)機(jī)一樣，基本實(shí)現(xiàn)解耦控制，即轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的矢量控制。根據(jù)檢測(cè)的位置信號(hào)控制定子各相繞組電流，即可充分保持其定、轉(zhuǎn)子磁勢(shì)正交。

4關(guān)于新能源汽車(chē)及電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)的討論

隨著時(shí)間的推移，能源緊張的局面已經(jīng)引起了社會(huì)各界的廣泛重視，并且成為了國(guó)際上的重點(diǎn)話題。各國(guó)的能源都是有限的，即便強(qiáng)如中國(guó)一樣的國(guó)家，其能源的運(yùn)用也不能揮霍無(wú)度。通過(guò)研究新能源汽車(chē)，可以更好的滿足社會(huì)發(fā)展的需要，以此來(lái)減少各種不利影響，為我國(guó)的交通發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。但是，目前的電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)，雖然有了很大改善，仍未達(dá)到理想的水平，日后還需要進(jìn)一步的研究。新能源汽車(chē)及電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)，在未來(lái)的研究和應(yīng)用中，應(yīng)在以下幾個(gè)方面努力：

4.1新能源汽車(chē)的類(lèi)型和電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)相互匹配，完成多元化的發(fā)展。

4.2在客觀上增加穩(wěn)定性。

4.3完成技術(shù)體系的健全，促使混合動(dòng)力進(jìn)一步減少，增強(qiáng)新能源的動(dòng)力指標(biāo)。

5總結(jié)

新能源汽車(chē)是目前比較常見(jiàn)的汽車(chē)種類(lèi)之一。目前新能源汽車(chē)得到了快速的發(fā)展，使用的一般是動(dòng)力電池，天然氣，汽電混合或油電混合等清潔能源，很大程度上降低了尾氣排放。大量的使用清潔能源不僅可以減少汽車(chē)尾氣排放的污染物，還可以減少對(duì)不可再生能源的使用，做到了真正的環(huán)保。目前新能源汽車(chē)的發(fā)展還不斷完善中，電機(jī)驅(qū)動(dòng)的控制技術(shù)在新能源汽車(chē)占有極其重要的地位。

參考文獻(xiàn)：

[1]李永東，朱昊.永磁同步電機(jī)無(wú)速度傳感器控制綜述[J].電氣傳動(dòng).2009（09）

[2]侯利民，張化光，劉秀，褚恩輝，王強(qiáng).PMSM無(wú)速度傳感器最優(yōu)轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的研究[J].儀器儀表學(xué)報(bào).2009（04）

[3]董恒，王輝，黃科元.永磁同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)數(shù)字PI調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)計(jì)[J].電氣傳動(dòng).2009（01）