新能源汽車電動機驅(qū)動控制技術研究

摘要：傳統(tǒng)燃油汽車對環(huán)境的負面影響愈發(fā)明顯，新能源汽車作為可持續(xù)發(fā)展的關鍵技術之一，逐漸成為汽車工業(yè)的重要發(fā)展方向。電動機驅(qū)動控制技術是新能源汽車技術體系的核心組成部分，其性能和效率會對整車的動力性、經(jīng)濟性和可靠性產(chǎn)生直接影響。隨著電力電子技術和控制算法的不斷進步，電動機驅(qū)動控制技術也在迅速發(fā)展。先對電動機驅(qū)動系統(tǒng)展開分析，接著分析了新能源汽車電動機驅(qū)動控制技術與系統(tǒng)設計，旨在提升新能源汽車發(fā)展質(zhì)量。

關鍵詞：新能源；汽車；電動機驅(qū)動控制技術

隨著全球能源危機的加劇、環(huán)境污染問題的日益嚴重，新能源汽車作為汽車工業(yè)轉(zhuǎn)型的重要方向，正在全球范圍內(nèi)得到推廣與應用。電動機驅(qū)動控制技術作為新能源汽車的核心技術，會對車輛的動力性能、能效水平、駕駛舒適性及安全性產(chǎn)生直接影響。它主要是將電池儲存的電能高效地轉(zhuǎn)換為機械能，驅(qū)動車輛前進，并實現(xiàn)能量的高效利用和優(yōu)化管理。對電動機驅(qū)動控制技術展開研究，能夠提升新能源汽車的整體性能，推動新能源汽車產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

新能源汽車電動機驅(qū)動系統(tǒng)的工作原理

電動機驅(qū)動系統(tǒng)是復雜但高效的系統(tǒng)，通過電能與機械能的轉(zhuǎn)換，為現(xiàn)代工業(yè)和生活提供了強大的動力支持。電池組是新能源汽車的能量來源，通常由多個電池單元組成，通過控制電路向電動機提供電能的方式提供直流電，為電池的高效、安全運行提供保證。

電動機是將電能轉(zhuǎn)化為機械能的核心部件，能夠?qū)﹄姵亟M提供的直流電進行接收，并且經(jīng)由功率電子器件轉(zhuǎn)換為交流電，驅(qū)動電動機旋轉(zhuǎn)。電動機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩可通過電動機控制器進行調(diào)節(jié)，讓車輛在不同工況下的動力需求得到有效滿足。電控系統(tǒng)負責監(jiān)測和控制電池組、電動機、功率電子器件及車輛的運行狀態(tài)，主要是借助傳感器獲取各種數(shù)據(jù)，并對其進行實時分析與決策，對電動機和功率電子器件的精確控制，實現(xiàn)車輛性能、能效的有效優(yōu)化[1]。

新能源汽車電動機驅(qū)動控制技術

1.直流電動機

該電動機結構相對簡單，易于維護和修理，廣泛應用于早期的電動汽車和混合動力汽車中。直流電動機主要由定子和轉(zhuǎn)子構成，利用電勢差的作用力原理，通過改變電勢差或電流方向，實現(xiàn)連續(xù)轉(zhuǎn)動。起動直流電動機時，具有較大的轉(zhuǎn)矩，適合應用在需要高起動轉(zhuǎn)矩當中，并且可以在寬廣的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)保持高效運行，適合多種工況。將直流電動機驅(qū)動技術用于車輛的動力系統(tǒng)，可顯示出良好應用價值。同時，可對電動機的電流方向進行有效控制，實現(xiàn)電池的充電和放電。但早期的直流電動機技術效率較低，在高速和復雜工況下存在一定的安全隱患。將可控整流器與脈寬調(diào)制技術引入直流電動機驅(qū)動當中，可調(diào)節(jié)效率和駕駛安全性，強化控制精度，減少對電動機和其他部件的損壞。

2.開關磁阻電動機

該電動機為先進的電動機技術，具有結構簡單且成本收益高的特點，不僅可以降低制造難度，還可減少維護成本。開關磁阻電動機是以磁場定向控制為基礎，讓轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速得到獨立調(diào)節(jié)，讓電動機在各種工況下保持理想性能。當電動機具備自動調(diào)速功能、轉(zhuǎn)速達到15 000r/min、效率超出90%時，可顯示出良好使用性能，為新能源汽車提供強勁的動力輸出和起步爆發(fā)力[2]。但此種高性能電動機對于配套的控制系統(tǒng)要求較高，需對其展開全面優(yōu)化。

為進一步提升電動機使用性能，還需重點關注以下內(nèi)容：低速大轉(zhuǎn)矩起動能夠強化電動機空載起動效果，均勻的定子鐵芯厚度和適當?shù)臍庀堕L度利于保持電動機的動態(tài)平衡，次級漏感系數(shù)的合理選擇能夠降低電動機損耗，合適的電感值可以讓定/動相位差為π，保持永磁體周圍空間磁場均勻性可避免永磁體的局部損傷。

3.交流異步電動機

該電動機憑借結構簡單、體積小、精準控制及高性能成為最具適用性的技術之一，主要是通過矢量控制方式對電動機實施精細調(diào)節(jié)，提升新能源汽車電動機系統(tǒng)運行效率與穩(wěn)定性。矢量控制是交流異步電動機驅(qū)動技術的核心，主要是對電動機頻率和電壓展開調(diào)節(jié)，相比傳統(tǒng)的變頻調(diào)速顯示出更高的控制精度與穩(wěn)定性，可通過實時響應電動機運行變化的方式，讓各種工作條件下的電動機都可保持在穩(wěn)定運行狀態(tài)。矢量控制包括直接矢量控制、間接矢量控制和模型預測控制等，實際應用中需選擇適合的矢量控制算法，并對其參數(shù)與結構進行優(yōu)化，以此滿足新能源汽車電動機驅(qū)動的高性能要求。

在交流異步電動機的起動和運行中，軟起動器可對起動時的電流沖擊進行有效降低，讓電動機與控制系統(tǒng)得到保護，提高功率因數(shù)，降低起動時的能量損耗，讓電動機在各種運行條件下都能保持高效運行。交流異步電動機還使用籠型結構內(nèi)部轉(zhuǎn)子，讓電動機的運行效率得到提升，降低制造成本，讓各種工作需求得到有效滿足。另外，交流異步電動機具有強大的過載能力，可對汽車起動、加速等高壓階段進行有效應對，不容易對車輛造成不良影響，強化車輛的可靠性與安全性。

4.永磁同步電動機

該電動機憑借高效節(jié)能、輕量化、高可靠性在新能源汽車中具有廣泛應用，已經(jīng)成為主流電動機之一。永磁同步電動機主要由定子、轉(zhuǎn)子、永磁體和電氣部分組成，其中轉(zhuǎn)子上的永磁體可以產(chǎn)生恒定的磁場，定子繞組通電之后，電流可在繞組中流動，由此產(chǎn)生電磁場。接著，定子電磁場會與轉(zhuǎn)子永磁體產(chǎn)生磁場相互作用，并且產(chǎn)生力矩，讓轉(zhuǎn)子得到有效驅(qū)動。

將永磁同步電動機應用在電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，可在駕駛人轉(zhuǎn)動方向盤時，由轉(zhuǎn)矩傳感器檢測施加的扭矩，由車速傳感器檢測車輛的行駛速度，并將上述信號發(fā)送到電子控制單元。接著控制單元會結合接收到的扭矩和車速信號，計算所需的輔助扭矩，并且會生成相應的控制指令，驅(qū)動永磁同步電動機輸出所需扭矩[3]。此外，永磁同步電動機可通過轉(zhuǎn)向齒輪箱將輸出的扭矩傳遞給轉(zhuǎn)向軸或齒條，進而提供輔助轉(zhuǎn)向力。

5.新能源電子回饋

新能源汽車的設計注重能源循環(huán)利用，可通過能量回收系統(tǒng)和智能能源管理系統(tǒng)，對能源進行高效利用。安裝車輛控制系統(tǒng)主要是對專業(yè)線路集成和主控板上的開關控制進行應用，對電動機的起動和加速進行精確調(diào)控，進而實現(xiàn)能源的精細化管理。同時，要對各部件之間的協(xié)同作用進行關注，借助高效的信號傳輸實現(xiàn)精準控制。

在對新能源汽車進行控制的過程中，可將真空泵應用在制動系統(tǒng)的正常工作當中，將冷卻泵應用在電動機溫度的調(diào)節(jié)當中，利用上述輔助系統(tǒng)實現(xiàn)動能、溫度的有效管理，讓電動機處于最佳工作狀態(tài)。為進一步提升電動機驅(qū)動效果，還可將智能充電技術、自動駕駛與車聯(lián)網(wǎng)技術應用在其中，強化新能源汽車的性能和可靠性。

新能源汽車電動機驅(qū)動控制系統(tǒng)設計

1.控制器設計

電動機驅(qū)動控制器會對新能源汽車的動力性能、駕駛體驗以及能源效率產(chǎn)生直接影響，需在設計選型時關注電動機轉(zhuǎn)子的位置和轉(zhuǎn)速信息，讓控制器更好地調(diào)節(jié)電動機的運行狀態(tài)。電動機驅(qū)動控制系統(tǒng)的結構如圖1所示。

同時，電動機驅(qū)動控制器需要迅速響應并調(diào)整電動機的輸出，讓車輛安全行駛。在對控制器進行設計時，需選用高性能的傳感器，比如編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器等，強化電動機控制精度。同時，控制器內(nèi)部需集成先進算法，對傳感器數(shù)據(jù)進行快速處理和分析，讓電動機得到平穩(wěn)運行。控制器還需與其他車輛系統(tǒng)結合在一起，綜合考慮通信接口的標準化、兼容性和安全性，優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸與通信。此外，需設計有效的散熱系統(tǒng)，讓控制器得到長時間運行或高負荷工作[4]。

2.電動機驅(qū)動設計

電動機驅(qū)動控制系統(tǒng)的設計是新能源汽車制造的關鍵技術，會對車輛的性能、能效和安全性產(chǎn)生直接影響。新能源汽車常用的電動機類型包括永磁同步電動機、交流異步電動機、開關磁阻電動機等，需結合車輛的具體應用場景、功率需求、成本等因素，選擇合適的電動機驅(qū)動技術。

同時，要對電動機驅(qū)動功率的設計進行關注，為各個模塊之間的協(xié)同配合提供便利。功率驅(qū)動模塊需防止電壓過高損壞電動機和驅(qū)動器件，防止電流過大導致器件過熱和損壞。還要對電動機和控制器的溫度進行實時監(jiān)測，避免受到過熱影響。此外，還需對電路短路問題進行檢測，避免系統(tǒng)崩潰。

3.電源電路設計

電源電路設計是一個復雜且關鍵的任務，需綜合考慮多個方面的內(nèi)容，提升系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性、安全性與高效性。設計電源電路時，需對供電需求進行關注，讓其適應不同的工作狀態(tài)和性能需求。對于高壓電源來說，電動機驅(qū)動電路可直接使用動力電池的高電壓（300～400V），還可利用高效率、高功率密度和高可靠性的DC-DC轉(zhuǎn)換器，將高壓電池電壓轉(zhuǎn)換為低壓。并且要在高壓與低壓部分之間選擇隔離型DC-DC模塊，通過電氣隔離減少高壓對低壓電路的干擾和損害。

對于低壓電源來說，主要可在傳感器、通信模塊等低功耗設備中供電，通常使用LDO作為電源芯片，將電壓進一步穩(wěn)壓到所需的低電壓。若系統(tǒng)中有多個不同的低壓需求，可選擇多路輸出的電源管理芯片，簡化設計和布局[5]。在電源電路的具體設計中，還需在電源輸入端添加濾波電容，對輸入電源的噪聲進行有效抑制。同時，要對芯片和周圍元件的良好散熱性進行關注，防止過熱導致性能下降或損壞。

結語

綜上所述，隨著全球能源危機和環(huán)境污染問題的日益嚴峻，發(fā)展新能源汽車已成為實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。電動機驅(qū)動控制系統(tǒng)作為新能源汽車的核心技術之一，需對其控制算法進行開發(fā)，提升電動機的轉(zhuǎn)矩響應速度和動態(tài)性能，讓整車的加速性能和駕駛體驗得到優(yōu)化。同時，要設計先進的能量管理系統(tǒng)，實現(xiàn)能量的有效消耗，強化能量回收效率。此外，要將人工智能技術引入其中，對電動機實施自適應控制和智能化管理，為未來智能化新能源汽車的發(fā)展奠定良好基礎。

參考文獻：

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[2] 黃睿德，盧盈佑.新能源汽車驅(qū)動電機控制技術故障與處理策略分析[J].汽車測試報告，2024（4）：44-46.

[3] 白棟，蔣丹璐，阮儀.新能源汽車電機節(jié)能直接橫擺力矩控制研究[J].機械設計與制造，2024（5）：84-87，91.

[4] 馬爾旦·吐爾遜，百合提努爾，巴圖爾·卡吾力.新能源汽車電機驅(qū)動控制系統(tǒng)設計及仿真分析[J].科學技術創(chuàng)新，2024（11）：213-216.

[5] 韓雪峰.新能源汽車中的驅(qū)動電動機種類及未來發(fā)展趨勢[J].防爆電機，2024，59（4）：98-102.