電動(dòng)汽電機(jī)控制策略問題研究

王益春

摘 要：為提高電動(dòng)汽車電機(jī)控制器在高轉(zhuǎn)速區(qū)的直流母線電壓利用率，提出一種針對(duì)表貼式永磁同步電機(jī)的電流閉環(huán)相位控制矩形波調(diào)制策略。永磁同步電機(jī)中的永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)不可調(diào)節(jié)，受電動(dòng)汽車車載電壓所限，提高轉(zhuǎn)速，增大調(diào)速范圍，需要進(jìn)行弱磁控制。制定了模式切換控制策略，確定了車輛的目標(biāo)運(yùn)行模式和兩電機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)車;電機(jī);控制

0引言

汽車作為當(dāng)今世界上最普遍的交通工具，給人們的日常生活、工作帶來極大的便利. 但是，傳統(tǒng)的燃油汽車發(fā)展加劇了對(duì)不可再生石油資源的依賴，汽車尾氣的排放造成了環(huán)境的污染，引發(fā)溫室效應(yīng)和全球變暖，近來國(guó)家工信部已啟動(dòng)制定我國(guó)燃油車停產(chǎn)停售時(shí)間表. 在如此背景下，新能源汽車在全球范圍內(nèi)得到了迅速的發(fā)展，尤其是以車載電池為動(dòng)力的電動(dòng)汽車. 在鋰電池以及鋅空氣電池等應(yīng)用，更加速了以特斯拉為首的電動(dòng)汽車的發(fā)展. 電動(dòng)汽車以電池作為動(dòng)力，將電能通過電機(jī)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，從而驅(qū)動(dòng)汽車前進(jìn). 相比較傳統(tǒng)燃油汽車，環(huán)境污染較小，有良好的發(fā)展前景. 其中，電機(jī)的選擇以及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是決定電動(dòng)汽車性能的關(guān)鍵因素之一。

1永磁同步電機(jī)弱磁控制策略

永磁同步電機(jī)（PMSM）不同于傳統(tǒng)的由電流勵(lì)磁產(chǎn)生磁場(chǎng)，而是選用永磁體作為材料產(chǎn)生磁場(chǎng)，從而具有重量輕、體積小、慣性低、響應(yīng)快、電機(jī)功率密度高、能量密度高、低速轉(zhuǎn)矩密度高、效率高、可靠性高等顯著特點(diǎn)，也因此成為電動(dòng)汽車首選的電機(jī). 但是，永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)是固定不能改變的，并且驅(qū)動(dòng)電路輸出最高電壓又受到車載電源電壓限制，電機(jī)轉(zhuǎn)速無法繼續(xù)增加. 為了提高電機(jī)性能，必須進(jìn)一步提高電機(jī)轉(zhuǎn)速，增大其調(diào)速范圍，則需進(jìn)行弱磁 FW（Flux weaking）控制. 永磁同步電機(jī)的勵(lì)磁磁場(chǎng)是由永磁體產(chǎn)生，無法對(duì)其直接減弱以獲取弱磁控制. 永磁同步電機(jī)控制的基本思想是通過利用電機(jī)直軸電流分量形成去磁磁動(dòng)勢(shì)作用，從而減弱電機(jī)的氣隙磁場(chǎng)，起到弱磁控制的作用. 通過弱磁控制可以拓寬調(diào)速范圍，但為了充分發(fā)揮驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能，則有必要合理的設(shè)計(jì)弱磁控制的算法，從而最大限度的滿足未來電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)需求。

2雙電機(jī)型純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)工作效率分析

在傳統(tǒng)純電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，加設(shè)了一個(gè)小功率輔助電機(jī)MG2，動(dòng)力系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為一雙電機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)，得到了一種雙電機(jī)型純電動(dòng)汽車。結(jié)構(gòu)如圖1所示。本節(jié)將對(duì)車輛動(dòng)力系統(tǒng)的能量平衡和各驅(qū)動(dòng)生制動(dòng)模式下系統(tǒng)的工作效率（電能利用率或能量回收效率）進(jìn)行分析。電機(jī)型純電動(dòng)汽車通過控制兩電機(jī)的工作狀態(tài)，可以形成3種驅(qū)動(dòng)和3種再生制動(dòng)模式，即MGl單獨(dú)驅(qū)動(dòng)再生制動(dòng)、MG2單獨(dú)驅(qū)動(dòng)再生制動(dòng)，MGl與MG2共同驅(qū)動(dòng)：g生制動(dòng)。各驅(qū)動(dòng)和再生制動(dòng)模式下，電功率耦合器兩側(cè)轉(zhuǎn)矩關(guān)系如下，并計(jì)算各模式下動(dòng)力系統(tǒng)的工作效率。給定循環(huán)工況下，當(dāng)整車工作在不同驅(qū)動(dòng)再生制動(dòng)模式時(shí)，動(dòng)力系統(tǒng)所獲得的工作效率不同。使動(dòng)力系統(tǒng)工作效率最大為原則，來制定模式切換控制策略，具體為：在驅(qū)動(dòng)狀態(tài)下，實(shí)時(shí)計(jì)算3種驅(qū)動(dòng)模式下動(dòng)力系統(tǒng)的最大工作效率，

并將其進(jìn)行比較，規(guī)定其中的最大者對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)模式為車輛的目標(biāo)驅(qū)動(dòng)模式，對(duì)應(yīng)的兩電機(jī)需求轉(zhuǎn)矩為目標(biāo)需求轉(zhuǎn)矩;同理，在再生制動(dòng)狀態(tài)下，可確定車輛的目標(biāo)再生制動(dòng)模式，以及兩電機(jī)的目標(biāo)制動(dòng)需求轉(zhuǎn)矩。本節(jié)以下內(nèi)容將詳細(xì)介紹模式切換策略的具體設(shè)計(jì)過程，即首先分析雙電機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)在各模式下的最大工作效率，然后比較相關(guān)模式間系統(tǒng)工作效率，制定模式切換條件，確定車輛目標(biāo)模式和目標(biāo)模式下兩電機(jī)的轉(zhuǎn)矩。

3電動(dòng)汽車動(dòng)力耦合機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及其控制

電動(dòng)汽車為對(duì)象，將其單電機(jī)改為雙電機(jī)，結(jié)構(gòu)上采用雙行星排將兩個(gè)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力進(jìn)行耦合，在單電機(jī)運(yùn)行時(shí)，該結(jié)構(gòu)利用大傳動(dòng)比起到降速增扭的作用;在雙電機(jī)運(yùn)行時(shí)，低速耦合得到大轉(zhuǎn)矩，高速耦合得到大功率，起到轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速耦合的作用。通過用雙行星排機(jī)構(gòu)代替原車的減速機(jī)構(gòu)，兩個(gè)電動(dòng)機(jī)相互配合丁作，旨在提高車輛動(dòng)力性的同時(shí)，優(yōu)化電機(jī)的狀態(tài)，從而改善整車的經(jīng)濟(jì)性。電機(jī)耦合機(jī)構(gòu)的分析，行星排耦合機(jī)構(gòu)和原理圖：

4結(jié)論

雙電機(jī)電力系統(tǒng)控制策略主要是通過理論分析，通過仿真驗(yàn)證雙電機(jī)電力系統(tǒng)控制策略的可靠性。原型分析沒有進(jìn)行進(jìn)一步的分析和驗(yàn)證。因此，對(duì)雙電機(jī)電力系統(tǒng)的樣機(jī)試驗(yàn)和加載實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證實(shí)踐是下一步工作的重點(diǎn)。雙行星排動(dòng)力耦合結(jié)構(gòu)，充分利用行星排大減速比特性，耦合機(jī)構(gòu)起到降速增扭和轉(zhuǎn)速耦合的作用，根據(jù)車輛的不同工況要求，雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)或多電機(jī)驅(qū)動(dòng)是一種電動(dòng)車設(shè)計(jì)的可選方式。