新能源汽車電機控制技術及性能優化路徑分析

摘 要：在新能源汽車領域，以動力電池、驅動電機、整車電控作為核心技術，而電機控制技術作為連接電機、電池的紐帶，其性能通常在很大程度上決定了新能源汽車的動力性能、能效水平、駕駛舒適性。基于此，文章首先分析新能源汽車常用電機控制技術，其次從改進傳統算法、優化硬件組件、加強系統集成等方面深入研究新能源汽車電機控制性能優化的可行路徑，以期全方位提升新能源汽車的電機效率與可靠性，為新能源汽車產業的可持續發展貢獻一份力量。

關鍵詞：新能源汽車 電機控制技術 性能優化

當前，全球環境污染問題日益嚴重，能源危機不斷加劇，汽車工業為了實現可持續發展，開始積極地嘗試轉型，并以新能源汽車生產作為主流方向，期望通過以新能源汽車替代傳統燃油汽車，促進節能減排。電機控制技術作為新能源汽車其中一項核心技術，與整車的動力性能、經濟性、可靠性等存在密切關聯。為了推動新能源汽車產業高質量、可持續發展，對新能源汽車電機控制技術及性能優化路徑進行深入研究顯得格外重要。

1 新能源汽車電機控制技術

在新能源汽車的“三電”系統中，電機控制技術扮演著至關重要的角色，可以將其視為“神經中樞”，對整車的動力性、安全性、舒適性都有重要影響。其中，電機控制器是電機控制系統中的核心部件，它的工作原理與汽車的變速箱十分相似，主要是通過整車控制器指令，并按照指令對驅動電機的轉速、轉矩進行調節，從而準確地控制汽車在行駛時的加速、減速、轉向。

1.1 矢量控制

矢量控制也叫作磁場定向控制，是一種高效精確的電機控制策略，該策略強調以電機定子電流為核心，將其分解為兩個相互垂直的分量，即磁通分量、轉矩分量。其中，磁通分量主要負責基于電磁學的基本原理，根據電機類型產生相應的磁場，并通過磁場的作用將電能高效地轉換為機械能，以此來驅動電機轉子高效穩定的旋轉；轉矩分量與電機的輸出轉矩息息相關，通過對電流的幅值、方向進行控制，使電動機的額定輸出轉矩，進而達到驅動負載運動的目的[1]。通過對磁通分量、轉矩分量的獨立控制，有助于提升對電機的轉速、轉矩、功率因數等性能指標的精細化控制，確保電機在不同負載、不同運行條件下依舊保持最佳性能，以最大限度滿足新能源汽車對電機控制系統的嚴苛要求。

矢量控制技術不論是動態性能還是靜態性能，都具有顯著的優勢。在靜態性能方面，可以對電機的轉矩、轉速進行精確有效的控制，充分保證了電機在正常運行條件下的穩定性，尤其是在低速狀態下，仍能通過降低電機轉速、提高轉矩的方式，進一步改善平滑度，促使動力輸出的細膩性、平滑性得到顯著提升，確保行駛時無明顯的晃動；在動態性能方面，矢量控制具有敏捷的響應能力，它能基于外部指令對電機的動態特性進行實時調節，使電機快速地加速、減速、制動，讓新能源汽車在行駛時，能夠更好地適應不同的道路狀況、駕駛需求[2]。上述特性對于新能源汽車的發展至關重要，不但顯著提高了車輛的架勢性能，給用戶帶來順暢自如的駕駛體驗，更重要的是，通過對電機的精準控制，在一定程度上減少了能源消耗，有助于提高電池的續航能力，增加蓄電池的耐久力。

1.2 直接轉矩控制

在新能源汽車的電機控制領域，雖然各種類型的電機控制技術相繼涌現，但是最值得關注就是直接轉矩控制，因控制策略獨特、性能表現優異，逐步成為該領域的研究熱點。直接轉矩控制是一種全新控制策略，與傳統矢量控制技術有所不同，此項技術強調以定子磁鏈軌跡跟蹤為核心，通過對電機的磁通、轉矩等參數進行實時監控，得出實際值與定值間存在的偏差，在此基礎上對逆變器的工作狀態進行切換，從而達到調整電機的電流、電壓的目的。

直接轉矩控制在許多方面表現出明顯的優越性。首先，直接轉矩控制策略的控制結構較為簡單，省略了繁瑣的矢量坐標轉換環節，因此電機轉矩、磁鏈的調節速度大幅度提升，響應速度非常快；其次，此種控制策略對電機的參數變化有很好的自適應能力，顯示了良好的魯棒性能，讓電機控制系統在任何工況下始終保持穩定可靠運行；最后，直接轉矩控制具有良好的動力學性能，具備快速適應外部環境變化的關鍵能力，尤其適用于對電機控制系統轉矩響應速度、控制精度具有嚴格要求的場景[3]。當此種控制策略應用于新能源汽車時，能夠充分滿足加速、減速、爬坡等多樣化駕駛需求，進一步優化整車性能，讓用戶輕松實現良好的駕駛體驗。當然，直接轉矩控制雖具備獨特優勢，但也存在一定局限，比如電機參數設置準確度要求高、磁通量與轉矩的誤差計算量大、電壓與電流波動易發生畸變等，因此，在針對新能源汽車選擇電機控制技術時，必須綜合考量直接轉矩控制的優勢與局限，從實際情況出發做出恰當選擇。

1.3 智能控制

智能控制是一種新型控制策略，以人工智能、模糊控制、神經網絡等先進控制理論為支撐，通過模擬人類感知和決策過程，讓電機控制系統運行狀態的實時監控、分析、調節成為可能，從而達到對整個控制系統的自適應控制、智能控制、最優控制。智能控制策略既把電機系統當下的運行狀況充分納入考量，又可以根據系統的過去及現在的狀態，科學推測其在未來某一時點的狀態，切實保障了控制決策的科學性、高效性。

車輛運行狀態、道路路況還是駕駛者需求，都是時刻在變化的，傳統電機控制策略主要以固定的模型、參數為基礎，很難充分適應這一系列復雜變化，進而嚴重削弱了車輛性能。此時，智能控制的優勢便充分彰顯出來，因具備自適應強、魯棒性佳、復雜問題處理等多重優勢，將其應用于新能源汽車電機控制系統中，可以實現車輛運行狀態、道路路況的實時監測，并根據駕駛者需求對電機的控制策略進行靈活調整，確保電機扭矩輸出與車輛變化高度匹配，進而使車輛始終保持最佳性能[4]。智能控制在新能源汽車電機控制領域的應用方法有很多，比較常用的兩種是模糊控制和神經網絡控制，其中，前者主要是基于模糊邏輯、模糊推理，從電機控制系統的實際運行情況出發，對各項控制參數進行自適應調節，從而有效應對駕駛員需求、道路路況變化之類的模糊信息，使整體電機控制系統一直處于最優運行狀態；后者則強調以神經網絡訓練為核心，實現對電機控制動態性能的自適應學習[5]。神經網絡具有強大的自適應、自組織、自學習的能力，使其能夠在很大程度上提高電機控制的精準度，通過對神經網絡實施深度訓練，有助于對電機控制系統未來的運行狀態進行精確預測，并在此基礎上制定與之適配的控制策略，如此就能顯著提高電機控制系統的能效。

2 新能源汽車電機控制性能優化的可行路徑

2.1 改進傳統算法

在新能源汽車領域，雖然傳統電機控制算法的應用十分廣泛，但隨著用戶駕駛需求增加、道路工況復雜多變、節能需求提高，傳統控制算法因存在諸多局限，適用性越來越低。基于此，如何改進傳統電機控制算法，成為一項亟待解決的問題，是進一步提高控制精度、響應速度以及自適應能力，有效優化新能源汽車電機控制性能的重要舉措。

傳統電機控制算法一般是基于經驗、試驗數據來確定控制參數，主觀性和局限性較強。為了有效克服這種局限，建議技術人員依托先進仿真軟件，分別模擬不同車速、不同負載、不同路況等條件下，電機控制系統的運行狀態，從而充分收集相關的性能數據。接著，技術人員需要多維度分析數據，以分析結果為導向，根據不同工況下電機特性，針對性地調整控制參數，如此就能達到提高控制精度、減少能源消耗的目的，以確保新能源汽車在各種駕駛條件下都能達到最優性能[6]。合理優化控制邏輯，技術人員應當基于新能源汽車現有的電機控制系統，在其中額外增設傳感器，用于實時監測電機的運行狀態、環境溫度、電池電量等情況，并采集相關數據，把這部分數據反饋至控制算法中，就能把電機的運行狀態客觀反映出來，進而為控制策略調整提供強有力依據。當然，也可以將自適應機制引入電機控制系統中，用于根據實際情況，對電機控制的各項參數、控制策略進行動態化調整，以促進響應速度、控制精度的協同提高。

2.2 優化硬件組件

當前，我國新能源汽車產業呈現出快速發展趨勢，為了提升車輛整體性能，在激烈市場競爭中占據優勢，越來越多的新能源汽車企業開始積極地進行電機性能優化。而硬件作為電機控制系統的基礎架構，其中包含諸多關鍵組件，對這些硬件組件進行優化，通過這些硬件組件的協同工作，促使電機能夠根據預設的控制算法、指令進行精確運動控制，進而達到提升電機控制性能的目的。

首先是功能器件，功能器件作為電機驅動及控制系統的核心，主要是通過連接電機、電池，在車輛行駛時有效調節整車各項性能，切實保障車輛的基本安全、精準操控。在選擇功能器件時，技術人員應當以低損耗、可靠性強、開關速度快的功率半導體器件作為首選，諸如碳化硅、絕緣柵雙極型晶體管等都十分適用，如此就能合理地減少電機控制系統運行時的能源消耗。對電路設計進行優化，除了使用級多功能元件、集成元件之外，還需要把電路中不必要的元件剔除，通過減少元件數量、連接點的方式，打造高集成的驅動電路，把電路運行時的故障率控制到最低，隨著電路布局的優化，有助于降低電磁干擾風險，使電路響應速度更快、穩定性更高[7]。其次是傳感器，傳感器的功能是監測電機運行狀態，實時采集運行數據。技術人員在選擇傳感器時，應當把精度指標、穩定性性能納入考量，選擇與電機控制系統要求相適應的優質傳感器，并將其布置在遠離電磁干擾源的位置，或者利用屏蔽技術，將外部電磁場有效隔離，利用這種額外屏蔽措施促使傳感器的抗干擾能力得到顯著增強。在布局傳感器時，技術人員需要根據測量范圍、測量角度，嚴格按照安裝要求，將傳感器布置在適宜位置，把控好各個傳感器之間的距離，特別是動力學傳感器和光電傳感器，配線必須分開敷設，以防止相互干擾，確保其具備實時、準確、全面的監測能力。

2.3 加強系統集成

加強系統集成，是優化電機控制性能的有效舉措，提供電機與控制器集成、多物理場耦合優化，能簡化電機控制系統的結構，減少成本投入，更重要的是有助于顯著提升電機控制系統的可靠性以及響應速度。

傳統電動汽車，電機和控制器是相互獨立的兩個部件，此種設計方式極大地增加了電機控制系統的復雜性，而且由于布線繁瑣，因此信號傳輸延遲的情況時有發生，能源消耗量也相對較大。為了有效改善這一現狀，設計人員需要對電機控制系統實施模塊設計，把電機、控制器、減速器集成到一個模塊中，構建“三合一系統”，如此就能進一步提升系統的可拓展性，減少電機、控制器之間不必要的接口和接線，以大幅度增強系統的緊湊性[8]。由于信號傳輸路徑變短，能夠很好地規避信號延遲風險，顯著提高了車輛的性能和效率。與此同時，在多物理場耦合優化方面多下功夫，根源在于新能源汽車電機控制系統存在一定的復雜性，其中涉及諸多物理場，包括電磁場、機械場、熱場等，這些物理場相輔相成、相互影響，對電機控制系統的性能、行為往往起到直接影響。技術人員在優化電機性能的過程中，需要把多物理場之間的耦合效應納入考量范疇，比如電磁場對熱場的影響、機械場對電磁場的影響等，積極引入有限元分析、多目標優化等先進設計方法，進一步提高電機的可靠性，促使整車性能得到顯著提升。

3 結語

綜上所述，在新能源汽車領域，電機控制技術是推動產業發展的引擎，其性能優化直接關系到整車性能。常用的電機控制技術包括矢量控制、直接轉矩控制、智能控制等，為了進一步優化電機控制性能，技術人員應當充分了解上述控制技術的核心原理，在此基礎上堅持目標導向原則，積極地采取改進傳統算法、優化硬件組件、加強系統集成等策略，有效簡化電機控制系統的整體結構，進一步提升電機的動態性能，確保其具備適應各種復雜工況的關鍵能力，最大限度滿足用戶對整車性能、安全性、舒適性的實際需求，從而獲得順暢自如的駕駛體驗。

參考文獻：

[1]頡浩浩，吳杞康，鮑久圣，等.新能源汽車驅動電機技術現狀及混合勵磁研究進展[J].電機與控制應用，2025，52（01）：36-51.

[2]武巖.新能源汽車電氣系統的設計與能效優化研究[J].中國汽車市場，2024（06）：68-69.

[3]周少璇.基于自適應控制算法的新能源汽車驅動電機能耗優化研究[J].專用汽車，2024（12）：62-64.

[4]趙偉.新能源汽車電機驅動系統效率提升方法研究[J].汽車測試報告，2024（20）：47-49.

[5]任子安.新能源汽車動力系統自動化控制技術的創新與應用[J].人民公交，2024（18）：159-161.

[6]吳海軍.新能源汽車電動驅動系統的性能優化與故障診斷[J].汽車維護與修理，2024（18）：78-79.

[7]高一帆.新能源汽車電機控制技術優化策略及發展趨勢研究[J].汽車與駕駛維修（維修版），2024（08）：38-40.

[8]呂龍.綠色發展理念下新能源汽車電機控制技術及其性能優化策略[J].內燃機與配件，2024（14）：109-111.