電動汽車電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)設(shè)計研究

張正旭

甘肅機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 甘肅省天水市 741001

1 引言

目前市面中的電動汽車越來越多，具備能耗低、效率高以及污染低等優(yōu)勢，在節(jié)能環(huán)保理念下，未來汽車行業(yè)的發(fā)展方向也會朝著電動汽車的方向發(fā)展?，F(xiàn)在電動汽車也已經(jīng)步入到快速發(fā)展的階段，但是現(xiàn)在電動汽車在設(shè)計的以及推廣的過程中也存在有一些問題，其中最為明顯的是高能蓄電池技術(shù)水平有限、驅(qū)動系統(tǒng)的效率有待提升。汽車中電動驅(qū)動控制系統(tǒng)一般是分為兩種，分別是直流驅(qū)動以及交流驅(qū)動，電動驅(qū)動控制系統(tǒng)在控制中的效果對電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有著一定的影響。

2 電動汽車研發(fā)中的技術(shù)難點(diǎn)

近年來我國電動汽車的已經(jīng)得到了快速的發(fā)展，其電動汽車中的技術(shù)也在不斷的研發(fā)與創(chuàng)新，現(xiàn)在其技術(shù)水平雖然得到了明顯的提升，但是還存在有一些未被解決的問題。

目前所研發(fā)出已經(jīng)應(yīng)用的電動汽車的使用年限較短，汽車的更換頻率較大。電動汽車的充電時間較長，每次充電的時長都在六至十小時不等，會限制電動汽車的出行。電動汽車的充電時間長的同時，續(xù)航里程較短，這種現(xiàn)象的形成原因是因為電動汽車所使用到的能量比電池低。我國現(xiàn)有的電動汽車在研發(fā)的過程中，動力效果與理想效果還存在有一定的差距，因為我國現(xiàn)有的電動汽車技術(shù)水平較差導(dǎo)致的?，F(xiàn)有的技術(shù)并不成熟，因此需要我國技術(shù)人員應(yīng)加大對電動汽車電機(jī)技術(shù)以及電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)的研究力度。

根據(jù)目前我國市面中的電動汽車可以發(fā)現(xiàn)，電動汽車的電機(jī)技術(shù)、電池續(xù)航能力以及中的電力驅(qū)動系統(tǒng)都會阻礙電動汽車長久的發(fā)展。動力傳動系統(tǒng)在電動汽車中的應(yīng)用可以對電動汽車的動力性、安全性以及續(xù)航里程起到保障的作用。電動汽車中的電池問題影響著用戶的出行體驗，現(xiàn)在也開始對電池技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新，使其技術(shù)水平可以有所突破。電動汽車電池里程數(shù)若想提升，加強(qiáng)對電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)的研究工作，對系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，使其可以促進(jìn)電動汽車在應(yīng)用時將其實用價值體現(xiàn)出來。

3 電動汽車驅(qū)動控制系統(tǒng)基本組成及其原理分析

電動汽車中電能是電動汽車中的動力電池通過控制系統(tǒng)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，在傳輸?shù)津?qū)動電機(jī)中，電能流入驅(qū)動電機(jī)中還會通過電動機(jī)控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，減速增力矩傳動系統(tǒng)在將機(jī)械能進(jìn)行轉(zhuǎn)化，最終成為電動汽車的行駛動能，使其電動汽車可以正常駕駛。電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)是電動汽車在運(yùn)行的核心的環(huán)節(jié)，包含有三個組成部分，分別是：機(jī)械傳動系統(tǒng)、能源供給系統(tǒng)以及電力驅(qū)動系統(tǒng)。其中驅(qū)動控制系統(tǒng)中的核心是電力驅(qū)動系統(tǒng)，電動汽車行駛中驅(qū)動控制系統(tǒng)的性能與電動機(jī)有著直接的關(guān)系。電力驅(qū)動系統(tǒng)對電動機(jī)有著嚴(yán)格的要求，其目的是為了保證電動汽車可以正常的運(yùn)行。

在電動汽車研發(fā)初期階段，電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)中主要以直流電動機(jī)為主，這種電動機(jī)由于結(jié)構(gòu)簡單，使用方便同時也具有一定的可靠性，因此在電動汽車中得到了廣泛的應(yīng)用。目前電動汽車中的驅(qū)動電機(jī)主要分為四大類，分別是交流感應(yīng)電動機(jī)、直流電動機(jī)、開關(guān)磁阻電動機(jī)以及永磁無刷直流電動機(jī)。這四種驅(qū)動電機(jī)在應(yīng)用的過程中需要根據(jù)電動汽車中的性能進(jìn)行選擇，在電動汽車驅(qū)動控制系統(tǒng)中應(yīng)選擇合適的交流感應(yīng)電動機(jī)進(jìn)行應(yīng)用。

電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)是電動汽車在駕駛中最為重要的核心部分，在對電動汽車進(jìn)行駕駛時，駕駛員的作用就是對驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)行操縱，其目的是為了將電動汽車中的電能的轉(zhuǎn)化為促進(jìn)汽車運(yùn)行的動能，使其可以對電動汽車在行駛中對中道路摩擦力進(jìn)行克服，實現(xiàn)電動汽車正常行駛。對控制系統(tǒng)中的功能進(jìn)行分析，可以看出電氣系統(tǒng)與機(jī)械系統(tǒng)都屬于電動汽車中的電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)，同時電氣系統(tǒng)在控制系統(tǒng)中還占據(jù)有重要的環(huán)節(jié)。

4 電動汽車電機(jī)驅(qū)動控制策略

在電動汽車的研發(fā)中，電動汽車電機(jī)調(diào)速與傳統(tǒng)的閉環(huán)內(nèi)燃機(jī)車控制兩者之間有著較大的差異，其中內(nèi)燃機(jī)車在行駛的過程中其摩擦阻力是不同的，在對機(jī)車進(jìn)行操控時，若開啟不同的節(jié)氣門，可以將機(jī)車的中速度達(dá)到最高的檔位，通過閉環(huán)控制對機(jī)車踏板的位置進(jìn)行的調(diào)節(jié)，可以對行駛速度進(jìn)行控制。

電動汽車屬于大型的慣性系統(tǒng)，在運(yùn)行的過程中，若想對速度進(jìn)行控制，需要重點(diǎn)研究電機(jī)驅(qū)動控制技術(shù)，指令節(jié)奏若想對電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速的快慢進(jìn)行控制時，應(yīng)注意最大力矩是電機(jī)輸出力和力臂的乘積。駕駛員在駕駛電動汽車時，對調(diào)控命令進(jìn)行輸入，使其可以有效的對踏板的變化形式進(jìn)行轉(zhuǎn)變。電動汽車實際道路中行駛時，很容易會因為路面狀況出現(xiàn)輕微錯位現(xiàn)象，這種情況會影響電動汽車的行駛速度，也會影響駕駛員以及乘坐人員乘車的舒適度。在窄小的道路中進(jìn)行形式時，駕駛員需要將電動機(jī)速度降到最低才可以實現(xiàn)通行，這對駕駛員的操縱技術(shù)是一種考驗，在運(yùn)行中也很難對閉環(huán)速度進(jìn)行控制。

5 電動汽車電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)的發(fā)展

5.1 直流驅(qū)動系統(tǒng)

直流驅(qū)動系統(tǒng)有著的結(jié)構(gòu)簡單以及可靠性高等優(yōu)勢特點(diǎn)，目前電動汽車中驅(qū)動系統(tǒng)中最為常見的就是直流驅(qū)動系統(tǒng)，其系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用還有一點(diǎn)的是因為具有良好中的電磁轉(zhuǎn)矩控制特點(diǎn)。雖然直流驅(qū)動系統(tǒng)的應(yīng)用較為廣泛，但是其技術(shù)在應(yīng)用的過程中，機(jī)械轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)時容易出現(xiàn)電火花，導(dǎo)致其系統(tǒng)不能在易燃易爆的環(huán)境中進(jìn)行使用。技術(shù)人員應(yīng)對其系統(tǒng)進(jìn)行完善，將系統(tǒng)出現(xiàn)電火花的問題進(jìn)行改善，這是提升電動汽車中電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)質(zhì)量時需要重視的問題。

現(xiàn)在科學(xué)技術(shù)在不斷內(nèi)的創(chuàng)新與發(fā)展，加強(qiáng)直流驅(qū)動系統(tǒng)中科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用，打破系統(tǒng)現(xiàn)有的局限性，有效的提升電動汽車電機(jī)驅(qū)動控制的效率，使其控制系統(tǒng)可以促進(jìn)電動汽車的正常駕駛，推動電動汽車行業(yè)長久的發(fā)展。

5.2 永磁無刷電動機(jī)

永磁無刷電動機(jī)也是的電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)中常見中常見的電動機(jī)，在電動汽車中的應(yīng)用也是較為廣泛的。永磁無刷電動機(jī)系統(tǒng)在實際的應(yīng)用中，一般分為兩種，分別是方波驅(qū)動的無刷直流電動機(jī)系統(tǒng)和永磁同步電動機(jī)系統(tǒng)，這兩種電動機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)是不同的。在研究電動汽車電工驅(qū)動控制系統(tǒng)的過程中，先對兩種電動機(jī)系統(tǒng)中的優(yōu)勢進(jìn)行分析，然后在對兩種電動機(jī)系統(tǒng)中存在的問題進(jìn)行研究分析，然后對其應(yīng)用措施進(jìn)行完善。在電動汽車研發(fā)中應(yīng)用永磁無刷電動機(jī)系統(tǒng)時，電動汽車電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)的運(yùn)行效率會有明顯的提升，電動汽車研發(fā)人員應(yīng)對電動汽車進(jìn)行深入研究，使其電動汽車中的技術(shù)水平得到提升，電動汽車的研發(fā)工作可以推動電動汽車行業(yè)的發(fā)展。根據(jù)電動汽車電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)目前的發(fā)展趨勢可以看出，技術(shù)人員應(yīng)重視永磁無刷電動機(jī)在電動汽車中的應(yīng)用，將電動機(jī)的應(yīng)用作為電動汽車研發(fā)中的重要問題。

5.3 開關(guān)磁阻電動機(jī)

目前我國電動汽車的研發(fā)力度越來越大，開始重視電動汽車電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)的應(yīng)用，在控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢中可以看出，控制系統(tǒng)在對電動機(jī)進(jìn)行選擇時，開關(guān)磁阻電動機(jī)的應(yīng)用也是較為不錯的選擇。電動汽車電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)中的開關(guān)磁阻電動機(jī)的應(yīng)用，可以有效的降低電機(jī)的成本，同時還能夠提升電機(jī)響應(yīng)的速度。開關(guān)磁阻電動機(jī)在較寬轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的范圍內(nèi)，高效的實現(xiàn)電機(jī)控制的運(yùn)行，使其電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)中的運(yùn)行效率可以有效的提升。

為了保證電動汽車可以適應(yīng)各種氣候環(huán)境，汽車研發(fā)人員也開始對電動汽車的適應(yīng)性進(jìn)行重視，以此來推動電動汽車行業(yè)的發(fā)展。電動汽車電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)在發(fā)展中，需要對電耦合設(shè)計以及一體化集成水平進(jìn)行提升，使其汽車的適應(yīng)性可以得到提升。在電動汽車的研發(fā)中，對關(guān)鍵共性技術(shù)的研究工作進(jìn)行重視，對技術(shù)指標(biāo)以及評價體系進(jìn)行合理的建立，提升電動汽車研發(fā)的質(zhì)量。在對電動汽車電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)進(jìn)行研究時，需要對開關(guān)磁阻電動機(jī)的應(yīng)用問題進(jìn)行重要關(guān)注，技術(shù)人員應(yīng)對其問題進(jìn)行深入研究，使其可以促進(jìn)電動汽車行業(yè)持續(xù)的發(fā)展。

5.4 驅(qū)動電機(jī)

在驅(qū)動電機(jī)的多種類型中，其中最為典型的是永磁同步電機(jī)，這種電機(jī)的優(yōu)勢十分明顯，主要體現(xiàn)在效率高、可靠性高以及體積小等方面。永磁同步電機(jī)在動力系統(tǒng)中是將電能向機(jī)械能轉(zhuǎn)化的載體，在動力系統(tǒng)中屬于一種執(zhí)行機(jī)構(gòu)。永磁同步電機(jī)應(yīng)用時需要對內(nèi)置旋轉(zhuǎn)變壓器以及溫度傳感器進(jìn)行依賴，以此來實現(xiàn)對電機(jī)工作狀態(tài)信息的實時傳輸，將信息及時的傳輸?shù)轿⒖刂破髦?，使其控制系統(tǒng)可以實時了解電機(jī)的工作狀態(tài)。電機(jī)轉(zhuǎn)子位置還需要旋轉(zhuǎn)變壓器進(jìn)行檢測，電機(jī)控制器在對內(nèi)旋變解碼器進(jìn)行解碼后，電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置就能夠檢測到，以此來對IGBT 功率管導(dǎo)通進(jìn)行合理的控制，其IGBT是電機(jī)驅(qū)動中最為核心的元件。

6 結(jié)語

綜上所述，在對電動汽車研發(fā)時，需要對電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)進(jìn)行重視，其驅(qū)動系統(tǒng)也是電動汽車研發(fā)中的核心部件，決定著電動汽車的性能。文中對電動汽車電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)進(jìn)行了深入的研究，也對電動汽車研發(fā)中的技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行了分析，使其可以對電動汽車研發(fā)有所幫助，促進(jìn)電動汽車行業(yè)實現(xiàn)快速的發(fā)展。