新能源汽車(chē)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)

關(guān)鍵詞：新能源汽車(chē)；驅(qū)動(dòng)電機(jī)；控制技術(shù)；故障診斷

0 前言

近年來(lái)，新能源汽車(chē)受到廣泛關(guān)注。相較于傳統(tǒng)燃油汽車(chē)，新能源汽車(chē)不僅具備零排放、低噪聲等優(yōu)勢(shì)，還能減少對(duì)有限石化資源的依賴，從而實(shí)現(xiàn)能源的可再生利用。在新能源汽車(chē)領(lǐng)域，電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)是其核心的控制技術(shù)，對(duì)于提高車(chē)輛性能至關(guān)重要。電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)是指將電機(jī)作為動(dòng)力源，通過(guò)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和扭矩輸出，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的加速、制動(dòng)、巡航等功能。傳統(tǒng)燃油汽車(chē)采用內(nèi)燃機(jī)作為動(dòng)力源，而新能源汽車(chē)以電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)為核心，使得車(chē)輛的驅(qū)動(dòng)方式發(fā)生了革命性的變化。電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)主要包括直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)、交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)、永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)等。其中，永磁同步電機(jī)由于其高效率、高功率密度、快速響應(yīng)等優(yōu)勢(shì)，成為新能源汽車(chē)中最常用的電機(jī)類型。同時(shí)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)控制策略也在不斷創(chuàng)新，以滿足不同車(chē)輛和駕駛場(chǎng)景的需求。通過(guò)優(yōu)化電機(jī)的控制策略，可實(shí)現(xiàn)電機(jī)的高效驅(qū)動(dòng)和動(dòng)力輸出，提升新能源汽車(chē)的性能和續(xù)航里程，如采用先進(jìn)的調(diào)速控制算法可以有效降低電機(jī)的能量損耗，提高整車(chē)的能源利用率。另外，在制動(dòng)過(guò)程中，采用能量回收和再利用技術(shù)將制動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為電能進(jìn)行儲(chǔ)存，從而延長(zhǎng)電池的使用壽命［1］。

1 電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的基本工作原理

電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是現(xiàn)代工業(yè)中最常見(jiàn)的動(dòng)力傳動(dòng)方式，是指將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，從而驅(qū)動(dòng)各種設(shè)備和機(jī)械的系統(tǒng)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的基本工作原理涉及到電機(jī)、電源、控制器3 個(gè)主要部分。電機(jī)是電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的核心部件，負(fù)責(zé)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，根據(jù)其工作原理可分為直流電機(jī)和交流電機(jī)2 種。直流電機(jī)通過(guò)直流電源提供的電壓和電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，進(jìn)而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩；交流電機(jī)則利用交流電源提供的交變電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩。不同類型的電機(jī)在結(jié)構(gòu)和原理上存在差異，但均通過(guò)電磁感應(yīng)產(chǎn)生力矩，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)。對(duì)于直流電機(jī)，電源通常是直流電池或直流電源；而對(duì)于交流電機(jī)，電源則是交流電源，通過(guò)提供電壓和電流來(lái)激勵(lì)電機(jī)，使其能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。不同類型的電機(jī)需要不同的電源參數(shù)，如電壓、頻率、電流等，所以在設(shè)計(jì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)時(shí)要根據(jù)電機(jī)要求選擇合適的電源。控制器負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)電機(jī)的工作狀態(tài)，使其按照預(yù)定的要求運(yùn)行。控制器可以通過(guò)各種傳感器獲得電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和位置等信息，并據(jù)此來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)的功率輸出和轉(zhuǎn)速。控制器還可以根據(jù)外部輸入信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的啟停、正反轉(zhuǎn)、速度調(diào)節(jié)等功能。現(xiàn)代電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通常采用微處理器、可編程邏輯控制器（PLC）等作為控制器，實(shí)現(xiàn)高精度控制［2］。

2 新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)故障分析

2. 1 驅(qū)動(dòng)電機(jī)過(guò)熱

新能源汽車(chē)在實(shí)際行駛過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量熱量，如果溫度超過(guò)40 ℃甚至60 ℃，就有可能導(dǎo)致電機(jī)漆包線絕緣失效，引發(fā)短路和電機(jī)損壞等問(wèn)題。經(jīng)過(guò)對(duì)電動(dòng)車(chē)電機(jī)過(guò)熱故障進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)原因有以下幾種：首先是溫度傳感器故障，溫度傳感器是監(jiān)測(cè)電機(jī)溫度的關(guān)鍵設(shè)備，當(dāng)溫度傳感器出現(xiàn)故障時(shí)，無(wú)法準(zhǔn)確獲取電機(jī)的溫度信息，導(dǎo)致控制系統(tǒng)誤判，從而引發(fā)過(guò)熱故障，此時(shí)需要對(duì)溫度傳感器進(jìn)行修復(fù)，或者更換新的傳感器；其次是冷卻系統(tǒng)故障，冷卻系統(tǒng)是保證電機(jī)正常工作的重要組成部分，當(dāng)冷卻系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，無(wú)法及時(shí)將電機(jī)產(chǎn)生的熱量散發(fā)出去，導(dǎo)致電機(jī)溫度升高，從而引發(fā)過(guò)熱故障，這種情況下需要檢查冷卻系統(tǒng)的工作狀態(tài)，確保冷卻液循環(huán)暢通、冷卻風(fēng)扇正常運(yùn)轉(zhuǎn)，以及確認(rèn)散熱器是否有堵塞等問(wèn)題；最后是電機(jī)控制算法的設(shè)計(jì)不合理，電機(jī)控制算法是驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)的核心，對(duì)于電機(jī)的控制和保護(hù)起著至關(guān)重要的作用，如果電機(jī)控制算法設(shè)計(jì)不合理，可能導(dǎo)致電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間在高負(fù)荷狀態(tài)下工作，無(wú)法被有效冷卻，從而引發(fā)過(guò)熱故障，此時(shí)需要優(yōu)化控制算法，確保電機(jī)在工作過(guò)程中能得到冷卻保護(hù)［3］。

2. 2 電機(jī)工作溫度監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)

隨著人們環(huán)保意識(shí)的日益提高，我國(guó)對(duì)燃油車(chē)實(shí)施了一系列嚴(yán)格的汽車(chē)尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)，新能源汽車(chē)逐漸成為汽車(chē)市場(chǎng)的主流。在新能源汽車(chē)中，驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制技術(shù)起著至關(guān)重要的作用，電機(jī)工作溫度監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)是保證電機(jī)正常運(yùn)行的關(guān)鍵。然而，在實(shí)際使用過(guò)程中，該系統(tǒng)可能會(huì)出現(xiàn)故障。第一，傳感器故障。電機(jī)工作溫度監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)通常依賴于傳感器來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電機(jī)的工作溫度，但由于傳感器長(zhǎng)期在高溫、高濕等惡劣環(huán)境下工作，其可靠性可能受到影響，一旦傳感器出現(xiàn)故障，可能導(dǎo)致無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量電機(jī)的溫度，進(jìn)而影響電機(jī)的正常工作。第二，控制算法故障。電機(jī)工作溫度監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)中的控制算法是保證電機(jī)工作溫度穩(wěn)定的關(guān)鍵。通過(guò)對(duì)電機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析，控制算法可以實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)電機(jī)的輸出功率，維持電機(jī)工作溫度在合理范圍內(nèi)。如果算法設(shè)計(jì)不當(dāng)，或者軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)錯(cuò)誤，控制算法可能會(huì)出現(xiàn)故障，導(dǎo)致無(wú)法正確控制電機(jī)的工作溫度。因此，在開(kāi)發(fā)和使用控制算法時(shí)，應(yīng)進(jìn)行充分測(cè)試，確保其穩(wěn)定性。第三，冷卻系統(tǒng)故障。如果電機(jī)繞組溫度一直處于160 ℃以上，則永磁體會(huì)出現(xiàn)磁退，在車(chē)輛加速時(shí)冷卻系統(tǒng)可能會(huì)出現(xiàn)故障，如冷卻液泄漏、風(fēng)扇故障等［4］，如果冷卻系統(tǒng)無(wú)法正常工作，電機(jī)工作溫度無(wú)法得到有效控制，從而可能導(dǎo)致電機(jī)過(guò)熱，甚至損壞。溫度傳感器在不同溫度下的電阻值見(jiàn)表1。

2. 3 新能源汽車(chē)旋變信號(hào)故障

旋變信號(hào)是指車(chē)輛驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)中的輸入信號(hào)，用于監(jiān)測(cè)車(chē)輛的轉(zhuǎn)向角度、轉(zhuǎn)速等參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的精確控制。然而，在實(shí)際使用過(guò)程中，新能源汽車(chē)的旋變信號(hào)可能會(huì)出現(xiàn)故障，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)無(wú)法準(zhǔn)確獲取車(chē)輛的轉(zhuǎn)向角度信息。在驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)向角度是重要的參數(shù)，直接影響到電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向控制，如果旋變信號(hào)出現(xiàn)故障，如信號(hào)傳輸線路受損或者傳感器故障，驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)將無(wú)法準(zhǔn)確獲取車(chē)輛的轉(zhuǎn)向角度信息，導(dǎo)致電機(jī)控制失效。在這種情況下，駕駛員可能無(wú)法正常操控車(chē)輛，甚至?xí)斐山煌ㄊ鹿省Ｍ瑫r(shí)，轉(zhuǎn)速是衡量驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的重要指標(biāo)，也是控制電機(jī)輸出功率和轉(zhuǎn)向的關(guān)鍵參數(shù)。如果旋變信號(hào)出現(xiàn)故障，如傳感器損壞、信號(hào)干擾等，驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)將無(wú)法準(zhǔn)確獲取車(chē)輛的轉(zhuǎn)速信息，導(dǎo)致電機(jī)控制失效。在這種情況下，電機(jī)可能無(wú)法按照預(yù)期的方式工作，進(jìn)而影響車(chē)輛的安全性。另外，在驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)中，旋變信號(hào)是重要的輸入?yún)?shù)，直接影響到電機(jī)控制算法的執(zhí)行和電機(jī)輸出功率。如果旋變信號(hào)出現(xiàn)故障，如信號(hào)失真、延遲，驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)將無(wú)法準(zhǔn)確控制電機(jī)的輸出功率，導(dǎo)致電機(jī)控制失效。在這種情況下，電機(jī)可能會(huì)出現(xiàn)異常噪聲、振動(dòng)、過(guò)熱等問(wèn)題，影響車(chē)輛的穩(wěn)定性［5］。

3 新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)故障處理

3. 1 設(shè)備和安全防護(hù)準(zhǔn)備

在驅(qū)動(dòng)電機(jī)故障處理方面，工作人員需準(zhǔn)備扳手、螺絲刀、電壓表等基本工具，進(jìn)行簡(jiǎn)單的檢修、維護(hù)工作。針對(duì)較為復(fù)雜的故障，工作人員要準(zhǔn)備專業(yè)的儀器設(shè)備，如電流表、振動(dòng)分析儀等，對(duì)其進(jìn)行故障診斷。由于新能源汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)是采用高電壓的方式來(lái)保證高功率需求，工作人員在處理故障時(shí)須格外小心，先要確保電源已經(jīng)切斷，并采取相應(yīng)的安全措施，如戴上絕緣手套、穿戴絕緣鞋等，注意故障處理過(guò)程中的防火防爆措施，尤其是在電池組附近操作時(shí)需要謹(jǐn)慎。此外，工作人員需遵循相關(guān)的操作規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格按照步驟進(jìn)行操作，避免因操作錯(cuò)誤而造成危險(xiǎn)。隨著新能源汽車(chē)技術(shù)不斷發(fā)展，驅(qū)動(dòng)電機(jī)技術(shù)也在不斷更新，為了更好地處理故障，工作人員要及時(shí)了解最新的技術(shù)知識(shí)，掌握最新的故障處理方法，提高自身專業(yè)水平［6］。

3. 2 電機(jī)溫度過(guò)熱故障處理

新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)在長(zhǎng)時(shí)間高速運(yùn)行過(guò)程中會(huì)發(fā)生電機(jī)溫度過(guò)熱故障。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)溫度升高至超過(guò)正常范圍時(shí)，車(chē)輛會(huì)發(fā)出警告信號(hào)，提醒駕駛員注意，此時(shí)駕駛員應(yīng)立即停車(chē)并檢查電機(jī)的溫度情況，可以通過(guò)觀察儀表盤(pán)上的溫度表、電腦顯示屏上的溫度數(shù)據(jù)，判斷電機(jī)是否過(guò)熱，并利用紅外線測(cè)溫儀對(duì)電機(jī)進(jìn)行測(cè)量，確保準(zhǔn)確判斷電機(jī)溫度是否超標(biāo)。一旦發(fā)現(xiàn)電機(jī)過(guò)熱故障，駕駛員應(yīng)立即停車(chē)，并關(guān)閉電機(jī)，避免給電機(jī)造成進(jìn)一步危害；再將車(chē)輛停放在陰涼處，打開(kāi)散熱器、空調(diào)或者車(chē)窗，以增強(qiáng)散熱效果，降低電機(jī)溫度，如果條件允許，駕駛員可使用冷卻劑來(lái)冷卻電機(jī)，部分新能源汽車(chē)配備有專門(mén)的冷卻系統(tǒng)，可通過(guò)噴灑冷卻劑來(lái)降低電機(jī)溫度。另外，為了避免發(fā)生電機(jī)過(guò)熱故障，駕駛員應(yīng)定期對(duì)電機(jī)進(jìn)行維護(hù)檢查，保持電機(jī)周?chē)耐L(fēng)良好，避免灰塵和雜物堆積；定期更換電機(jī)冷卻液，并確保冷卻系統(tǒng)正常工作；定期檢查電機(jī)的散熱器和風(fēng)扇是否正常運(yùn)轉(zhuǎn)，確保其散熱效果良好；在長(zhǎng)時(shí)間高速運(yùn)行后，駕駛員應(yīng)注意電機(jī)的冷卻時(shí)間，避免連續(xù)高溫運(yùn)行導(dǎo)致電機(jī)過(guò)熱［7］。

3. 3 旋轉(zhuǎn)變壓器故障處理

在日常使用中，如果發(fā)現(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)的性能下降、加速度減慢、噪聲增大等異常情況，很可能是旋轉(zhuǎn)變壓器出現(xiàn)了故障，駕駛員應(yīng)及時(shí)停車(chē)檢查，有利于及早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。此外，定期的維護(hù)保養(yǎng)能有效避免發(fā)生潛在的安全故障。如果發(fā)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)變壓器存在故障，應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)排查，找出故障原因。故障原因主要包括溫度過(guò)高導(dǎo)致的絕緣損壞、軸承磨損、線圈短路等。對(duì)于這些故障，工作人員需仔細(xì)觀察、測(cè)量和測(cè)試，準(zhǔn)確找出故障原因。在處理旋轉(zhuǎn)變壓器故障時(shí)，工作人員要根據(jù)具體情況采取相應(yīng)的措施。例如：針對(duì)溫度過(guò)高導(dǎo)致的絕緣損壞問(wèn)題，考慮增加散熱裝置或者降低負(fù)載；對(duì)于軸承磨損問(wèn)題，應(yīng)進(jìn)行軸承潤(rùn)滑；對(duì)于線圈短路問(wèn)題，可以進(jìn)行線圈修復(fù)。在處理故障時(shí)，工作人員要遵循專業(yè)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，確保操作安全可靠［8］。

4 結(jié)論

綜上所述，本研究通過(guò)對(duì)新能源汽車(chē)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)進(jìn)行深入研究，得出了以下結(jié)論：

（1） 電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)是新能源汽車(chē)的核心控制技術(shù)，直接影響新能源汽車(chē)的性能、效率和安全性。因此，進(jìn)一步研究高效的電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)對(duì)于推動(dòng)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義。

（2） 目前，新能源汽車(chē)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在效率和控制精度方面仍存在改進(jìn)空間。因此，工作人員要進(jìn)一步研究新的電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)，提高驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的能量利用率和控制精度，提升新能源汽車(chē)的性能。

（3） 在新能源汽車(chē)中，電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括電機(jī)、電池、控制器等部件，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。因此，需要注重各部件之間的協(xié)同工作，優(yōu)化整個(gè)系統(tǒng)的性能和效率。同時(shí)，還需考慮驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與車(chē)輛其他部分的匹配問(wèn)題，確保整個(gè)車(chē)輛的協(xié)調(diào)運(yùn)行。