電動汽電機控制策略問題研究

王益春

摘 要：為提高電動汽車電機控制器在高轉速區的直流母線電壓利用率，提出一種針對表貼式永磁同步電機的電流閉環相位控制矩形波調制策略。永磁同步電機中的永磁體產生的磁場不可調節，受電動汽車車載電壓所限，提高轉速，增大調速范圍，需要進行弱磁控制。制定了模式切換控制策略，確定了車輛的目標運行模式和兩電機的目標轉矩。

關鍵詞：電動車;電機;控制

0引言

汽車作為當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，傳統的燃油汽車發展加劇了對不可再生石油資源的依賴，汽車尾氣的排放造成了環境的污染，引發溫室效應和全球變暖，近來國家工信部已啟動制定我國燃油車停產停售時間表. 在如此背景下，新能源汽車在全球范圍內得到了迅速的發展，尤其是以車載電池為動力的電動汽車. 在鋰電池以及鋅空氣電池等應用，更加速了以特斯拉為首的電動汽車的發展. 電動汽車以電池作為動力，將電能通過電機轉化為機械能，從而驅動汽車前進. 相比較傳統燃油汽車，環境污染較小，有良好的發展前景. 其中，電機的選擇以及驅動系統的設計是決定電動汽車性能的關鍵因素之一。

1永磁同步電機弱磁控制策略

永磁同步電機（PMSM）不同于傳統的由電流勵磁產生磁場，而是選用永磁體作為材料產生磁場，從而具有重量輕、體積小、慣性低、響應快、電機功率密度高、能量密度高、低速轉矩密度高、效率高、可靠性高等顯著特點，也因此成為電動汽車首選的電機. 但是，永磁體產生的磁場是固定不能改變的，并且驅動電路輸出最高電壓又受到車載電源電壓限制，電機轉速無法繼續增加. 為了提高電機性能，必須進一步提高電機轉速，增大其調速范圍，則需進行弱磁 FW（Flux weaking）控制. 永磁同步電機的勵磁磁場是由永磁體產生，無法對其直接減弱以獲取弱磁控制. 永磁同步電機控制的基本思想是通過利用電機直軸電流分量形成去磁磁動勢作用，從而減弱電機的氣隙磁場，起到弱磁控制的作用. 通過弱磁控制可以拓寬調速范圍，但為了充分發揮驅動系統的性能，則有必要合理的設計弱磁控制的算法，從而最大限度的滿足未來電動汽車的驅動需求。

2雙電機型純電動汽車動力系統工作效率分析

在傳統純電動汽車結構基礎上，加設了一個小功率輔助電機MG2，動力系統轉換為一雙電機動力系統，得到了一種雙電機型純電動汽車。結構如圖1所示。本節將對車輛動力系統的能量平衡和各驅動生制動模式下系統的工作效率（電能利用率或能量回收效率）進行分析。電機型純電動汽車通過控制兩電機的工作狀態，可以形成3種驅動和3種再生制動模式，即MGl單獨驅動再生制動、MG2單獨驅動再生制動，MGl與MG2共同驅動：g生制動。各驅動和再生制動模式下，電功率耦合器兩側轉矩關系如下，并計算各模式下動力系統的工作效率。給定循環工況下，當整車工作在不同驅動再生制動模式時，動力系統所獲得的工作效率不同。使動力系統工作效率最大為原則，來制定模式切換控制策略，具體為：在驅動狀態下，實時計算3種驅動模式下動力系統的最大工作效率，

并將其進行比較，規定其中的最大者對應的驅動模式為車輛的目標驅動模式，對應的兩電機需求轉矩為目標需求轉矩;同理，在再生制動狀態下，可確定車輛的目標再生制動模式，以及兩電機的目標制動需求轉矩。本節以下內容將詳細介紹模式切換策略的具體設計過程，即首先分析雙電機動力系統在各模式下的最大工作效率，然后比較相關模式間系統工作效率，制定模式切換條件，確定車輛目標模式和目標模式下兩電機的轉矩。

3電動汽車動力耦合機構的設計及其控制

電動汽車為對象，將其單電機改為雙電機，結構上采用雙行星排將兩個電動機的動力進行耦合，在單電機運行時，該結構利用大傳動比起到降速增扭的作用;在雙電機運行時，低速耦合得到大轉矩，高速耦合得到大功率，起到轉矩轉速耦合的作用。通過用雙行星排機構代替原車的減速機構，兩個電動機相互配合丁作，旨在提高車輛動力性的同時，優化電機的狀態，從而改善整車的經濟性。電機耦合機構的分析，行星排耦合機構和原理圖：

4結論

雙電機電力系統控制策略主要是通過理論分析，通過仿真驗證雙電機電力系統控制策略的可靠性。原型分析沒有進行進一步的分析和驗證。因此，對雙電機電力系統的樣機試驗和加載實驗的驗證實踐是下一步工作的重點。雙行星排動力耦合結構，充分利用行星排大減速比特性，耦合機構起到降速增扭和轉速耦合的作用，根據車輛的不同工況要求，雙電機驅動或多電機驅動是一種電動車設計的可選方式。