對(duì)電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率控制優(yōu)化的探討

賀彪 張青原 趙學(xué)廣

摘要：自從汽車(chē)行業(yè)的興起，對(duì)石油的需求量逐漸增大，然而面對(duì)環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)和石油資源的有限，電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展已經(jīng)成為未來(lái)汽車(chē)市場(chǎng)的主流，受到越來(lái)越多的重視。但是由于目前的科技技術(shù)的限制，有很多因素在制約著電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展，其中最重要的一個(gè)原因就是電動(dòng)汽車(chē)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。電機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以直接影響電動(dòng)汽車(chē)的性能，因此對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)性能的研究非常重要。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車(chē)；電機(jī)驅(qū)動(dòng)；優(yōu)化設(shè)計(jì)；控制策略

Discussiononefficiencycontroloptimizationofelectricvehiclemotordrivesystem

HeBiaoZhangQingyuanZhaoXueguang

GreatWallMotorCompany，AutomotiveEngineeringTechnicalCenterofHeBei，baoding071000

Abstract：sincetheriseoftheautomobileindustry，thedemandforoilhasbeenincreasinggradually.However，inthefaceoftheincreasingawarenessofenvironmentalprotectionandthelimitedpetroleumresources，thedevelopmentofelectricvehicleshasbecomethemainstreamofthefutureautomobilemarketandreceivedmoreandmoreattention.However，duetothelimitationsofcurrenttechnology，therearemanyfactorsrestrictingthedevelopmentofelectricvehicles，amongwhichthemostimportantoneisthemotordrivingsystemofelectricvehicles.Thedrivingsystemofthemotorcandirectlyaffecttheperformanceoftheelectricvehicle.

Keywords：electricvehicles；Motordrive；Optimumdesign；Thecontrolstrategy

1電動(dòng)汽車(chē)對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求

1.1在成本方面，要求電動(dòng)汽車(chē)的整體系統(tǒng)的性價(jià)比上與它的

內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)在一樣的水平內(nèi)。

1.2性能方面要求汽車(chē)的恒定功率大，瞬時(shí)功率大，加速度快，

啟動(dòng)快。

1.3調(diào)速的范圍必須要大。調(diào)速的操作區(qū)域有恒轉(zhuǎn)矩區(qū)和恒功率區(qū)。如果恒轉(zhuǎn)矩區(qū)要求低速，大轉(zhuǎn)矩具有啟動(dòng)和爬坡的要求；恒功率區(qū)要求低轉(zhuǎn)矩是具有高速來(lái)滿足車(chē)子在平緩的路面可以告訴形式的要求。這樣可以在一次充電的行駛路程里具有很高的效率。

1.4在最輕質(zhì)量的同時(shí)擁有電氣和機(jī)械的雙重優(yōu)勢(shì)，還應(yīng)具有

充分利用再生制動(dòng)的能力提高能力的最優(yōu)利用率。

1.5電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)該滿足不論高低溫度和劇烈震動(dòng)都可以安

全可靠的工作。

1.6要輕重量和小尺寸，以滿足各種型號(hào)車(chē)輛的安裝要求。

2電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制策略

2.1電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制策略的選擇

目前，內(nèi)燃機(jī)在主要轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，輸出為近似的恒力矩特性，通過(guò)駕駛員的操縱，使車(chē)輛的原動(dòng)機(jī)基本保持在高效率工作區(qū)。采用電流控制策略的電動(dòng)汽車(chē)具有與內(nèi)燃機(jī)車(chē)輛一樣的驅(qū)動(dòng)特性。因此本文研究驅(qū)動(dòng)電機(jī)選取調(diào)節(jié)電機(jī)輸出力矩的控制策略，駕駛員的控制指令在瞬時(shí)對(duì)應(yīng)于電機(jī)輸出力矩，在穩(wěn)態(tài)對(duì)應(yīng)于輸出轉(zhuǎn)速的控制，并通過(guò)電流反饋實(shí)現(xiàn)電流閉環(huán)，從而使得電機(jī)始終工作在最大限流區(qū)內(nèi)，從而獲得較高的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和驅(qū)動(dòng)效率。駕駛員可通過(guò)對(duì)電機(jī)電樞電流的相應(yīng)控制，通過(guò)調(diào)節(jié)電流的大小調(diào)節(jié)電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，從而可以控制汽車(chē)的行駛速度，實(shí)現(xiàn)駕駛員期望的行駛速度。通過(guò)駕駛員對(duì)車(chē)輛行駛速度調(diào)節(jié)就實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制，如果把駕駛員也看成一個(gè)控制環(huán)節(jié)，這樣就形成了一個(gè)外環(huán)有駕駛員參與的轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制，內(nèi)環(huán)為電機(jī)電樞電流閉環(huán)控制的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，這種控制策略適合于人工操縱的車(chē)輛的驅(qū)動(dòng)駕駛。

2.2力矩控制策略

對(duì)永磁直流電機(jī)系統(tǒng)，可采用比例積分微分控制系統(tǒng)（如PID）

進(jìn)行調(diào)節(jié)的電流負(fù)反饋控制實(shí)現(xiàn)力矩控制。驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)可采用由

控制踏板直接輸入電流（力矩）指令的方式，通過(guò)電流傳感器實(shí)時(shí)檢

測(cè)電樞電流構(gòu)成電流閉環(huán)控制。在理想條件下，永磁直流電動(dòng)機(jī)的

力矩—轉(zhuǎn)速特性為平行于轉(zhuǎn)速軸的直線。

3電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的控制模型

3.1電流PID控制器的傳遞函數(shù)

電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)串聯(lián)校正的方案有比例微分（PD）、比例積分（PI）和比例積分微分（PID）三種調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)。PID控制器是控制系統(tǒng)中技術(shù)比較成熟的，而且應(yīng)用是最廣泛的一種控制器，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，參數(shù)容易調(diào)整。一般的調(diào)速系統(tǒng)要求以穩(wěn)核準(zhǔn)為主，所以常用PID調(diào)節(jié)校正。

3.2增量式PID控制算法的流程

電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)控制器PID算法模塊的程序流程。系統(tǒng)在運(yùn)

行中，首先從CAN總線讀取PI控制器的參數(shù)，通過(guò)定時(shí)器每間隔中斷一次，完成一次PID控制計(jì)算，從而不斷調(diào)整被控參數(shù)，LPC2119中的PWM單元根據(jù)控制參數(shù)的變化，調(diào)整PWM輸出波形的占空比，完成實(shí)時(shí)控制任務(wù)。在一般序況下，輸出控制增量會(huì)在一個(gè)相對(duì)較小的范圍內(nèi)波動(dòng)最后達(dá)到平滑控制，所以在程序中對(duì)輸出增量大小規(guī)定了上限值和下限值。

結(jié)語(yǔ)：

通過(guò)對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制方案的比較，本著減少電機(jī)損耗的原則，為實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率優(yōu)化的目的，采用調(diào)節(jié)電機(jī)輸出力矩的控制策略，建立了電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，文中提出的方法能夠顯著提高電機(jī)運(yùn)行效率，降低系統(tǒng)損耗，滿足電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)高效運(yùn)作的要求。電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)控制方法，將影響到電動(dòng)汽車(chē)運(yùn)行各項(xiàng)性能指標(biāo)。研究對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括對(duì)電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制策略的選擇，建立了電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的控制模型，并在確定系統(tǒng)PI控制參數(shù)的基礎(chǔ)上，以增量式PI控制算法對(duì)控制功能得以實(shí)現(xiàn)，并設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng)的主控制程序。

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