新能源汽車電機(jī)控制技術(shù)優(yōu)化策略及發(fā)展趨勢(shì)研究

關(guān)鍵詞：新能源汽車；電機(jī)控制技術(shù)；性能分析

0引言

對(duì)于新能源汽車而言，在當(dāng)下最需要解決的問題就是電力傳輸系統(tǒng)問題，也就是我們常說的電機(jī)控制技術(shù)。根據(jù)筆者調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前國內(nèi)各新能源車企在電機(jī)控制方面雖然已經(jīng)投入了大量的資金與技術(shù)，但總體發(fā)展水平仍然相對(duì)滯后，其中也存在著各種問題。

1汽車電機(jī)概述

從類型方面來看，我國新能源汽車的電機(jī)可分為兩類，即直流電動(dòng)機(jī)以及交流電動(dòng)機(jī)。其中直流電動(dòng)機(jī)在造價(jià)方面更低，結(jié)構(gòu)更簡單，并且擁有不錯(cuò)的效率；相比之下交流電動(dòng)機(jī)則結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高但是在效率方面則更具優(yōu)勢(shì)。也正因如此，導(dǎo)致如今的新能源汽車之中往往會(huì)根據(jù)車輛自身的定位來選擇不同種類的電動(dòng)機(jī)，如永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)等。當(dāng)然，隨著技術(shù)能力的提升，其他形式的電動(dòng)機(jī)也陸續(xù)推出[1]。至于電機(jī)控制技術(shù)方面，目前則主要采取了驅(qū)動(dòng)電機(jī)、控制電機(jī)和其他輔助電機(jī)三種模式進(jìn)行控制，此外，還需要采用不同的方法對(duì)各類控制電機(jī)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2新能源汽車電機(jī)控制技術(shù)的優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)

2.1新能源汽車電機(jī)控制技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

在我國新能源領(lǐng)域，負(fù)責(zé)提供動(dòng)能的電機(jī)可以分為直流電機(jī)與交流電機(jī)兩種。其中正如上文所言，直流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單且造價(jià)便宜，但總體能量輸送方面稍遜一籌，因此只能應(yīng)用于電動(dòng)自行車和電動(dòng)三輪車等領(lǐng)域。不過近兩年隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，直流電機(jī)在使用領(lǐng)域方面也有了進(jìn)一步的拓寬[2]。比如逐漸在新能源汽車領(lǐng)域嶄露頭角的無刷直流電機(jī)技術(shù)，它采用三相交流電作為電源驅(qū)動(dòng)交流旋轉(zhuǎn)磁場，并且自身具有良好的電磁兼容性，可以進(jìn)行無級(jí)調(diào)速。至于交流電機(jī)，其特點(diǎn)是擁有更好的動(dòng)能輸送能力，因此可以用于汽車、機(jī)器人等領(lǐng)域。并且交流電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中可以有效地減少電磁干擾對(duì)周邊環(huán)境所造成的影響。

2.2新能源汽車電機(jī)控制技術(shù)的劣勢(shì)

目前，我國在新能源汽車電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域雖然取得了長足進(jìn)步，但這些成績均屬于實(shí)驗(yàn)階段，換言之當(dāng)前國內(nèi)電機(jī)控制領(lǐng)域真正的劣勢(shì)，主要集中在實(shí)際運(yùn)行過程中所遇到的各類問題。比如在實(shí)際的車輛試驗(yàn)中，會(huì)出現(xiàn)電機(jī)噪聲過大的情況，以往為了解決該問題會(huì)采用隔音材料或者降噪減震裝置來降低電機(jī)噪音，但這一操作流程會(huì)造成電機(jī)的局部發(fā)熱而導(dǎo)致部分失靈。因此需要采取一定的措施對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制。根據(jù)科學(xué)研究，日常生活中電磁噪音往往與交流電頻率有關(guān)，而交流電頻率與電壓有關(guān)。特別是在使用了交流電機(jī)的新能源汽車當(dāng)中，由于交流電頻率本身與電壓有關(guān)，汽車中的電磁設(shè)備在運(yùn)行過程中會(huì)向外發(fā)射一些高頻磁場和低頻磁場，從而導(dǎo)致電磁噪聲的產(chǎn)生[3]。除了噪聲之外，如果對(duì)電機(jī)的使用過程不施加控制，還會(huì)造成電機(jī)的表面振動(dòng)，進(jìn)而聲波向外輻射，即電動(dòng)機(jī)表面輻射噪聲。

3新能源汽車電機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用過程中所遇問題

3.1控制算法極為復(fù)雜

目前新能源汽車在電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域面臨著諸多挑戰(zhàn)，其中最大的挑戰(zhàn)來自控制算法的復(fù)雜性。眾所周知，新能源電機(jī)需要在不同的工作環(huán)境下做出各種操作指令，如加速、充電和制動(dòng)等。而這些指令要求電機(jī)控制的算法要具備較強(qiáng)的靈活度與適應(yīng)性。正因如此，相關(guān)設(shè)計(jì)人員在開發(fā)控制算法時(shí)就需要將電機(jī)的各種特性考慮在內(nèi)。而隨著考慮電機(jī)特性的增多，電機(jī)控制的算法變得愈發(fā)復(fù)雜。這不僅增加了電機(jī)控制技術(shù)的設(shè)計(jì)難度，而且對(duì)于電機(jī)控制器本身也提出了更高要求，從而使得生產(chǎn)成本明顯提高。因此，控制算法越復(fù)雜，相關(guān)電機(jī)控制產(chǎn)品推出的時(shí)間就越晚，也越影響用戶的使用體驗(yàn)。

3.2系統(tǒng)集成難度較大

系統(tǒng)集成難度大也是新能源汽車電機(jī)控制的主要難點(diǎn)之一。由于新能源汽車電機(jī)控制是由多個(gè)子系統(tǒng)共同完成，這些子系統(tǒng)各自具有不同的軟硬件架構(gòu)，因此想要子系統(tǒng)之間充分協(xié)調(diào)并且平穩(wěn)運(yùn)營，需要多種控制策略相結(jié)合[4]。一般來說，控制系統(tǒng)涉及的策略越多，其結(jié)構(gòu)就越復(fù)雜，也就意味著有更多的數(shù)據(jù)互通以及接口適配等問題需要調(diào)整和協(xié)調(diào)，而這些手段的調(diào)整不僅需要理論方面的不斷研究，而且還需要在實(shí)際的測(cè)試之中收集反饋結(jié)果，因此會(huì)耗費(fèi)相當(dāng)大的時(shí)間與精力，也是目前需要攻克的技術(shù)難點(diǎn)之一。

3.3實(shí)車路試周期較長

新能源汽車電機(jī)控制技術(shù)的應(yīng)用，需要經(jīng)歷大量的實(shí)車路試。其目的在于可以收集數(shù)據(jù)并對(duì)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行后期優(yōu)化，以保證真車上路時(shí)能夠?yàn)轳{乘人員提供更好的使用體驗(yàn)。目前新能源電機(jī)控制的實(shí)車路試時(shí)間周期較長，嚴(yán)重影響了相關(guān)工作的進(jìn)度。造成這種情況發(fā)生的原因有兩點(diǎn)，其一是因?yàn)殡姍C(jī)控制技術(shù)的算法優(yōu)化過程漫長且極為復(fù)雜，需要針對(duì)不同場景進(jìn)行全面的測(cè)試與評(píng)估，這就需要投入大量的時(shí)間和人力資源，從而導(dǎo)致實(shí)車路試周期較長。其二是因?yàn)樾履茉雌嚨碾姍C(jī)控制系統(tǒng)并非單一存在，而是要與車輛的其他系統(tǒng)共同集成，因此在實(shí)驗(yàn)的過程中還需要同步貫徹其他系統(tǒng)的反饋數(shù)據(jù)，確保整車的各個(gè)系統(tǒng)都能順利運(yùn)轉(zhuǎn)，這類實(shí)驗(yàn)與觀察也非常耗時(shí)。

3.4車企技術(shù)研發(fā)力度==不夠

相比起國外擁有豐富經(jīng)驗(yàn)的龍頭級(jí)車企而言，目前我國新能源汽車制造企業(yè)在核心技術(shù)與硬實(shí)力方面仍然存在不足，對(duì)于專利技術(shù)的把控能力不強(qiáng)，特別是新能源純電驅(qū)動(dòng)汽車領(lǐng)域的不少核心部件仍然存在“卡脖子”的情況，應(yīng)當(dāng)心這類核心部件遭遇西方管制。細(xì)分到電機(jī)領(lǐng)域，如何延長電機(jī)使用壽命，如何提高使用效率也是當(dāng)前很多新能源車企頭疼的問題。因此在后續(xù)的發(fā)展當(dāng)中，突破核心技術(shù)壁壘，提高電機(jī)使用率將成為國內(nèi)新能源車企技術(shù)攻克的重點(diǎn)與難點(diǎn)。

3.5動(dòng)力電池技術(shù)相對(duì)落后

與國外先進(jìn)的動(dòng)力電池技術(shù)相比，國內(nèi)同類型技術(shù)目前仍處于弱勢(shì)位置，大部分國內(nèi)電池生產(chǎn)商的產(chǎn)品在質(zhì)量與性能方面還有待提高。考慮在傳統(tǒng)燃油汽車時(shí)代，由于技術(shù)方面存在著先天缺陷和不足，導(dǎo)致我國汽車長期受制于外國先進(jìn)的技術(shù)和零部件，因此在新能源汽車領(lǐng)域，必須打破國外公司的壟斷，特別是在動(dòng)力電池方面，要敢為人先，走出一條遠(yuǎn)超國外的道路。

4新能源汽車電機(jī)控制技術(shù)的優(yōu)化策略

4.1在設(shè)計(jì)方面采取模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化

在對(duì)新能源汽車電機(jī)控制技術(shù)的優(yōu)化升級(jí)過程中，模塊化與標(biāo)準(zhǔn)化是更為有效的方法。所謂模塊化就是將電機(jī)控制的整個(gè)系統(tǒng)分解成若干個(gè)相對(duì)獨(dú)立且分工明確的小型模塊，然后通過明確的接口連接其他相關(guān)模塊。采用模塊化對(duì)現(xiàn)有電機(jī)控制技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，可以大幅提升系統(tǒng)的靈活性與擴(kuò)展性，同時(shí)相互獨(dú)立的小型系統(tǒng)也方便日后維修與保養(yǎng)，這將大幅降低后續(xù)購車人員的操作成本。而標(biāo)準(zhǔn)化則主要強(qiáng)調(diào)連接各模塊的接口與算法應(yīng)當(dāng)采用同一套定制化標(biāo)準(zhǔn)，使不同的硬件設(shè)備在同一系統(tǒng)中互相替換和協(xié)同，提高系統(tǒng)的擴(kuò)展性和兼容性。模塊化與標(biāo)準(zhǔn)化在電機(jī)控制技術(shù)優(yōu)化方面的使用，能夠大幅提高電機(jī)控制系統(tǒng)的使用效率，并且在穩(wěn)定性方面也有所保證。

4.2加強(qiáng)測(cè)試平臺(tái)的建設(shè)

測(cè)試數(shù)據(jù)是新能源汽車電機(jī)控制技術(shù)優(yōu)化的關(guān)鍵，因此為了達(dá)到更滿意的測(cè)試效果，需要對(duì)當(dāng)前車輛的測(cè)試平臺(tái)進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，目前針對(duì)測(cè)試平臺(tái)的建設(shè)方案主要可以分為兩種，即打造虛擬仿真測(cè)試平臺(tái)以及加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試平臺(tái)建設(shè)。其中前者可以模擬不同環(huán)境下車輛電機(jī)控制的具體情況，并且由于全部數(shù)據(jù)由模擬產(chǎn)生，減少了對(duì)于實(shí)際道路測(cè)試的依賴性，在一定程度上降低了測(cè)試的成本與時(shí)間[5]。而加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試臺(tái)架的建設(shè)，則可以通過搭建能夠反復(fù)使用且可控的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，對(duì)電機(jī)控制系統(tǒng)的性能和功能進(jìn)行深入測(cè)試和評(píng)估。通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試臺(tái)架進(jìn)行實(shí)驗(yàn)更為精準(zhǔn)且直觀，同時(shí)在獲取性能數(shù)據(jù)方面也更為精準(zhǔn)。另外實(shí)驗(yàn)室測(cè)試臺(tái)架還能模擬不同路況，并根據(jù)具體路況評(píng)估電機(jī)控制系統(tǒng)的安全性與可靠性，可以更好地掌握電機(jī)控制系統(tǒng)的行為和性能，為優(yōu)化策略提供可靠的試驗(yàn)基礎(chǔ)。

4.3選用高性能車載計(jì)算平臺(tái)

積極選用高性能的車載計(jì)算平臺(tái)也是實(shí)現(xiàn)新能源汽車電機(jī)控制技術(shù)優(yōu)化的重要途徑?？紤]到性能越高的計(jì)算平臺(tái)，其能夠提供的車輛駕駛參數(shù)就越豐富，并且可以憑借著強(qiáng)大的運(yùn)算能力來得出實(shí)驗(yàn)想要的數(shù)據(jù)，進(jìn)而為提高電機(jī)控制的精度提供便利條件[6]。同時(shí)，車載計(jì)算平臺(tái)質(zhì)量越好，就越能夠起到過濾信號(hào)等作用，也更符合當(dāng)前車輛駕乘人員的實(shí)際需求，具有極低的故障率與較高的可靠性，對(duì)便捷駕車而言幫助巨大。

4.4積極開展產(chǎn)學(xué)研合作

國內(nèi)新能源車企加大在產(chǎn)學(xué)研方面的深度合作，能夠以最快的速度將最尖端的科學(xué)技術(shù)應(yīng)用到新能源汽車方面，從而加速對(duì)電機(jī)控制技術(shù)的優(yōu)化，同時(shí)積極參與產(chǎn)學(xué)研合作對(duì)于相關(guān)企業(yè)本身的技術(shù)能力提升也非常有幫助，最終企業(yè)的部分盈利還將以助學(xué)基金的形式反哺相關(guān)研究所，最終形成積極的良性循環(huán)。

4.5對(duì)直流電機(jī)技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化

在新能源汽車電機(jī)控制系統(tǒng)當(dāng)中，還需要注意對(duì)現(xiàn)有的對(duì)直流電機(jī)技術(shù)進(jìn)行不斷的升級(jí)與優(yōu)化?？紤]到此項(xiàng)技術(shù)是對(duì)新能源汽車的重要性，因此對(duì)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化勢(shì)必會(huì)提高車輛電機(jī)控制的效率與能力，最終提高我國新能源汽車的科技含量與操作體驗(yàn)。

5未來新能源汽車在電機(jī)控制方面的發(fā)展趨勢(shì)

5.1向高精度控制方向發(fā)展

隨著新能源汽車使用場景的日益廣泛，人們對(duì)于這種全新交通工具的要求也越來越高。因此，新一輪的新能源汽車發(fā)展大潮已經(jīng)到來。在新一輪的發(fā)展趨勢(shì)當(dāng)中，對(duì)于新能源汽車而言，電機(jī)控制精密度的提高肯定是眾望所歸，它不僅直接影響著駕乘人員的使用體驗(yàn)甚至是人身安全，而且對(duì)我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有極強(qiáng)的推動(dòng)力。因此在未來的新能源汽車領(lǐng)域，除了對(duì)現(xiàn)有電機(jī)控制技術(shù)進(jìn)行調(diào)整與優(yōu)化之外，勢(shì)必還將有更符合科技水平的全新控制技術(shù)出現(xiàn)，讓我們拭目以待。

5.2控制策略向智能化方向發(fā)展

除了在精度方面的提升之外，為了滿足更多駕乘人員的使用體驗(yàn)，未來的新能源汽車在電機(jī)控制技術(shù)方面，必定會(huì)向控制策略的智能化方面逐步發(fā)展。相比起傳統(tǒng)控制策略機(jī)械、生硬的操作體驗(yàn)，智能化的電控設(shè)計(jì)必然會(huì)增強(qiáng)駕車與乘車的體驗(yàn)感與舒適度，提高車輛的行駛效率，并且可以根據(jù)車輛的實(shí)際駕駛情況做出智能判斷。

當(dāng)然，越是智能化的控制策略，越需要技術(shù)力方面的提升以及大量的數(shù)據(jù)分析，這也是接下來我國新能源汽車領(lǐng)域需要重點(diǎn)布局的項(xiàng)目之一。據(jù)相關(guān)媒體報(bào)道，目前我國已經(jīng)開發(fā)出了一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電機(jī)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)就是能夠在保證駕駛安全的同時(shí)，為駕乘人員帶來更多的智能化操作體驗(yàn)。

6結(jié)束語

在新能源汽車領(lǐng)域，電機(jī)控制技術(shù)的優(yōu)化與研究對(duì)于提高整車操作感與舒適度方面具有非常重要的意義。就目前形式來看，我國新能源汽車電機(jī)控制技術(shù)在研發(fā)與實(shí)際應(yīng)用階段還存在著諸多問題，這些問題想要得到解決還需要全行業(yè)投入大量的人力物力與財(cái)力，特別是需要持續(xù)推進(jìn)新能源汽車電機(jī)控制技術(shù)相關(guān)理論、設(shè)備、集成技術(shù)等方面的協(xié)同創(chuàng)新，以進(jìn)一步提升新能源汽車的性能。與此同時(shí)，在了解到新能源汽車電機(jī)控制系統(tǒng)的重要性之后，我們還需根據(jù)當(dāng)前的形勢(shì)判斷出未來新技術(shù)發(fā)展的主要趨勢(shì)，并以此為契機(jī)進(jìn)一步提升行業(yè)理論知識(shí)，以求能夠盡快適應(yīng)新技術(shù)的發(fā)展要求。