純電動汽車驅(qū)動電機及控制系統(tǒng)的研究

遲華軍

摘要：針對純電動類汽車，驅(qū)動電機與控制系統(tǒng)屬于其核心構(gòu)成部分，全車配置當(dāng)中重要作用往往不言而喻，與全車質(zhì)量與各項性能有著緊密的聯(lián)系。本次課題研究可謂是橫跨了電動汽車、控制技術(shù)等各個領(lǐng)域，需運用到各種學(xué)科方法、基礎(chǔ)理論及成果，并從整體入手綜合研究本課題，以保證本次課題研究的客觀性及精準(zhǔn)性，望能夠為今后各項關(guān)鍵技術(shù)的深入研究及有效應(yīng)用提供指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：純電動;汽車;驅(qū)動電機;控制系統(tǒng)

0 ?引言

純電動類汽車，屬于人們實現(xiàn)出行的一種交通工具，現(xiàn)階段，對于人們來說，這種純電動類汽車交通工具并不陌生，它具備著較多的應(yīng)用優(yōu)勢，如節(jié)能環(huán)保、大功率、良好加速性等等，與現(xiàn)代交通方式變革方面的要求及標(biāo)準(zhǔn)相吻合。驅(qū)動電機與控制系統(tǒng)，屬于純電動類汽車內(nèi)部重要的構(gòu)成部分，往往會直接影響到純電動類汽車整車的質(zhì)量及性能，重要作用較為突出。鑒于此，本文主要圍繞著純電動汽車內(nèi)部驅(qū)動電機與控制系統(tǒng)開展深入研究及探討，望能夠為今后相關(guān)實踐工作有序開展提供指導(dǎo)性的建議或者參考。

1 ?驅(qū)動電機概述

純電動類汽車內(nèi)部驅(qū)動電機以各項現(xiàn)代化的科學(xué)技術(shù)為依托，其基本構(gòu)成包括驅(qū)動電機、控制器、功率的電子裝置，經(jīng)整車系統(tǒng)、冷卻管路、高低壓的線束實現(xiàn)有效連接。全車內(nèi)部控制裝置，內(nèi)含加速式踏板、相應(yīng)檔位及其制動的踏板各項信號，經(jīng)由CAN該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)模塊，及時向所在電機內(nèi)部的控制裝置MCU來發(fā)送相應(yīng)的命令，針對于該驅(qū)動電機實際扭矩的傳輸實施實時化的調(diào)節(jié)，確保整車能夠?qū)崿F(xiàn)加速、急速及回收能量各項功能。電力的控制器，它能夠?qū)崟r化監(jiān)測轉(zhuǎn)子位置、電機實際運行的溫度、自身溫度變化等，把所有信息及時傳輸至整車的控制器，對冷卻風(fēng)速與水泵實時化調(diào)節(jié)，確保電力維持理想的溫度運行狀態(tài)。

1.1 驅(qū)動電機

永磁同步式電機，屬于純電動類汽車內(nèi)部典型驅(qū)動電機，具體優(yōu)勢包括較高可靠性、小體積、高效率等，屬于動力執(zhí)行的系統(tǒng)機構(gòu)，是電機裝置逐漸轉(zhuǎn)換為相應(yīng)機械能系統(tǒng)載體部分，以內(nèi)部所設(shè)置的旋轉(zhuǎn)類型變壓裝置與其溫度方面?zhèn)鞲醒b置，可提供的是電機具體運行的信息數(shù)據(jù)，將該電機裝置具體運行狀態(tài)的信息數(shù)據(jù)實現(xiàn)實時化地傳輸至MCU當(dāng)中。旋轉(zhuǎn)式變壓器對電機轉(zhuǎn)子具體位置實施檢測，經(jīng)電機的控制器當(dāng)中選編解碼裝置實現(xiàn)解碼處理后，該電機的控制器便能夠獲取到電機具體轉(zhuǎn)子的位置，高效化地操控該GBI所在相應(yīng)功率管內(nèi)部導(dǎo)通，按照相應(yīng)順序來制定其全部線圈通電，且缺洞該電機裝置逐步旋轉(zhuǎn)運行，該溫度式傳感裝置主要的運行原理即為：對該電機裝置的繞組溫度實施有效檢測，為MCU提供信息數(shù)據(jù)，由MCU經(jīng)CAN線及時傳輸至VCU，對水泵運行實施有效控制，并對冷卻的電子扇與水路循環(huán)起到良好控制作用，對電機運行溫度予以合理化調(diào)節(jié)。驅(qū)動電機的上面有高壓線3根、低壓接口1個。電機的控制裝置經(jīng)低壓端口來獲取電機的溫度信息及電子轉(zhuǎn)子具體位置信息。

1.2 控制器

驅(qū)動電機內(nèi)部的控制器，其內(nèi)部主要以三相兩電型式為基礎(chǔ)平電壓源類型逆變裝置，為驅(qū)動電機實施系統(tǒng)化控制操作的核心部分，屬于智能化功率系統(tǒng)模塊，核心為GGBT，輔助著驅(qū)動集成化電路及主控制的集成化電路。該MCU可處理所輸入全部信號，驅(qū)動電機裝置控制系統(tǒng)具體運行狀況的信息數(shù)據(jù)，可經(jīng)由CAN2.0的網(wǎng)絡(luò)化傳輸器全車內(nèi)部控制裝置VCU。驅(qū)動電機內(nèi)的控制裝置，內(nèi)設(shè)故障問題診斷相應(yīng)電路，若該電機裝置存在了異常問題，達相應(yīng)條件后，一個錯誤的代碼會被激活，并快速傳輸至VCU整車的控制器當(dāng)中，存儲此故障問題代碼各種信息。此驅(qū)動電機所在控制裝置，基于電流及溫度傳感裝置，還有電壓式傳感裝置，對于電機裝置具體運行情況落實檢測工作，與相應(yīng)參數(shù)數(shù)據(jù)相結(jié)合，實現(xiàn)實時化調(diào)控電流及其電壓，將所有控制操作順利有效地完成。電流傳感裝置，其主要檢測電機處于運行狀態(tài)之下電流情況，包含著三相式交流電流及母線的電流。電壓傳感裝置，是檢測供給的電機內(nèi)部控制裝置具體運行期間的電壓狀況，包含12V的蓄電池及動力電池實際電壓情況;溫度傳感裝置，其是準(zhǔn)確檢測此電機裝置控制的系統(tǒng)具體運行進程中溫度變化，以IGBT系統(tǒng)模塊溫度變化狀況檢測為主。

1.3 功率的電子裝置

現(xiàn)階段，純電動類汽車內(nèi)部驅(qū)動電機整個控制系統(tǒng)常用元器件以MCT、IGBT、MOSFET、BJT、GTO等為主。IGBT，其屬于驅(qū)動控制整個系統(tǒng)當(dāng)中理想化的一個元器件，有著MOSFET、BJT二者共用優(yōu)勢，具有著較高的運行頻率，在10-20kHz范圍。電壓實際阻斷峰值、門極驅(qū)動等有著一定功耗率優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于純電動類汽車內(nèi)部驅(qū)動電機當(dāng)中。IGBT低壓變頻式裝置，其極限容量一般可達380V級，該系統(tǒng)屬于現(xiàn)階段純電動類型汽車內(nèi)置的變頻驅(qū)動綜系統(tǒng)內(nèi)最佳的開關(guān)類器件。

1.4 系統(tǒng)控制

電機裝置各個操控技術(shù)的實現(xiàn)條件，均以直接性轉(zhuǎn)矩操作、磁鏈及標(biāo)準(zhǔn)量操控、磁場定向化操控、矢量控制等為主。矢量控制，屬于理想化的一種操控技術(shù)，在理論方面發(fā)展的十分成熟、完善，可準(zhǔn)確地、高效化地辨認(rèn)該電機裝置全部的參數(shù)數(shù)據(jù)?，F(xiàn)階段，VSC變結(jié)構(gòu)化控制技術(shù)也被有效運營至純電動類汽車內(nèi)部驅(qū)動電機的控制領(lǐng)域當(dāng)中，后發(fā)優(yōu)勢較為突出，在確定系統(tǒng)各項參數(shù)、噪聲、外部擾動等各方面優(yōu)勢十分顯著，可規(guī)避掉磁鏈較大脈動、轉(zhuǎn)矩與抖振等問題;此外，還包含著神經(jīng)網(wǎng)民及模糊邏輯各項現(xiàn)代化的科學(xué)技術(shù)，通過各項控制技術(shù)科學(xué)合理地引入至純電動類汽車內(nèi)部驅(qū)動電機的控制系統(tǒng)當(dāng)中，可促使有效彌補及優(yōu)化傳統(tǒng)的控制方法及模式，促進電機實際運行效率的有效提升，自動化測量電機各項餐胡，整點定時化調(diào)整系統(tǒng)運行功率。

2 ?系統(tǒng)功能分析

從純電動類汽車內(nèi)部驅(qū)動電機整個控制系統(tǒng)運行狀態(tài)中可知曉，此純電動類型汽車，其驅(qū)動電機裝置控制系統(tǒng)的各項功能，往往嫩結(jié)合該駕駛員的真實想法實現(xiàn)電機驅(qū)動各種運行，如掛D擋以實現(xiàn)加速式的行駛，還有減速制動，也可通過掛R擋以事實倒車或者減速的制動及E擋行駛等等。

2.1 行駛加速

駕駛員們在掛完D擋、瞬時踩下了該加速踏板之后，檔位與加速方面的信息便經(jīng)相應(yīng)信號線快速傳輸至全車控制裝置VCU，VCU通過相應(yīng)CAN線把該家屬院的操作意愿快速傳輸?shù)搅思冸妱宇惼囁隍?qū)動電機內(nèi)部控制裝置MCU中，再由此驅(qū)動電機內(nèi)部控制裝置MCU與內(nèi)部旋變傳感裝置信息數(shù)據(jù)，也就是轉(zhuǎn)子實際位置信息結(jié)合到一起，向著永磁同步式電動鋸的定子經(jīng)過相應(yīng)三相式交流點，此三相式電纜、電子紹祖的電阻便會形成一種電壓降。三相式交流電，其能夠讓旋變式電樞有磁力勢現(xiàn)象出現(xiàn)，建立相應(yīng)電樞磁場，并對定子繞組有切割方面的作用產(chǎn)生，以至于定子繞組內(nèi)有感應(yīng)的電動勢形成;基于電磁力可有效拖動著轉(zhuǎn)子，能同步實施轉(zhuǎn)速，以確保能維持住正向一種旋轉(zhuǎn)的運行狀態(tài)。該加速式踏板具體行程增加后，該電機的控制裝置內(nèi)IGBT該六個導(dǎo)通式頻率均會持續(xù)提升，電動鋸轉(zhuǎn)矩會伴隨電流持續(xù)增長而增加。對此，起步時需有著較大轉(zhuǎn)矩。伴隨電動鋸持續(xù)增加轉(zhuǎn)速，該電動鋸實際功率及電壓均會持續(xù)增長。純電動類汽車當(dāng)中，通常要求了電動機所輸出功率應(yīng)當(dāng)處于恒定狀態(tài)，并深入了解與把握永磁同步式電機實際輸出的特性曲線;電機控制裝置，會經(jīng)相應(yīng)電流傳感裝置、電壓傳感裝置，漸漸感知現(xiàn)行的電機功率、實際電壓、電流消耗等實際情況，將所有數(shù)據(jù)信息經(jīng)CAN網(wǎng)絡(luò)及時傳輸至儀表及整車的控制器。

2.2 R擋倒車

駕駛員在掛R擋期間，駕駛員的請求信號會快速傳輸至VCU，經(jīng)CAN線傳輸至MUC，MUC依據(jù)現(xiàn)行轉(zhuǎn)子的位置數(shù)據(jù)信息（也就是旋變式傳感裝置轉(zhuǎn)子的位置數(shù)據(jù)信息），ICBT模塊、WVU的通電順序改變后，該電機便能夠?qū)崿F(xiàn)控制形式下反轉(zhuǎn)性操作運行。

2.3 回收能量

駕駛員，其松開了此加速式踏板，內(nèi)部的電機裝置能因慣性這一影響因素，持續(xù)旋轉(zhuǎn)，若設(shè)車輪具體轉(zhuǎn)速是輪V，則此電機裝置與車輛之間的固定傳動實際比例即為K、電機轉(zhuǎn)速即為V電機。車輛處于減速狀態(tài)下，V輪的KV電機裝置的運行狀態(tài)，此電機裝置受車輛的拖動方面因素所影響而實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運行，驅(qū)動電機會逐漸轉(zhuǎn)變成發(fā)動機。BMS能夠結(jié)合純電動類汽車的電池充電基本特性標(biāo)準(zhǔn)曲線（即為電機充電的電壓、實際電流變化及電池容量的一種關(guān)系曲線）、電池溫度采集等相關(guān)參數(shù)，將限定范圍當(dāng)中充電最大電流計算并分析出。MCU，它需要依照著電池實際限定的充電電流參值，經(jīng)IGBT的控制，把其電子內(nèi)定子的線圈相應(yīng)旋轉(zhuǎn)磁場具體角速度值、電機轉(zhuǎn)子具體的角速度值，均控制于此發(fā)電機實際電流限定的充電電流值內(nèi)，針對于此發(fā)電機來向蓄電池部分充電實際電流值加以調(diào)整處理，對車輛減速度予以有效控制。

3 ?結(jié)語

從總體上來說，純電動類汽車現(xiàn)階段可以說已經(jīng)逐步走進了各家各戶，已經(jīng)逐漸成為了人們出行所必備的一種交通工具，而該純電動類汽車內(nèi)部驅(qū)動電機與控制系統(tǒng)，逐漸成為現(xiàn)階段電動汽車相關(guān)領(lǐng)域關(guān)注及研究的重點內(nèi)容，并且，希望可以在該領(lǐng)域內(nèi)，促使純電動類的汽車可實現(xiàn)其內(nèi)部的驅(qū)動電機及其控制系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠的運行這一目標(biāo)，雖然，經(jīng)過近幾年相關(guān)技術(shù)專家與學(xué)者對這一方面的大量實踐研究，已初步形成整套理論基礎(chǔ)體系，但是，仍有需完善及改進之處，還需今后增加對這一方面的實踐研究，積累更多研究資料及實踐經(jīng)驗，持續(xù)完善及提升純電動類汽車內(nèi)部驅(qū)動電機與控制系統(tǒng)運行效率，為純電動類汽車今后的有效使用與發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

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