淺析純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)的控制過(guò)程

摘要：純電動(dòng)汽車的使用已經(jīng)走進(jìn)我們的生活，它已成為當(dāng)前這一時(shí)期汽車的典型轉(zhuǎn)型。純電動(dòng)汽車從結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō)主要體現(xiàn)在動(dòng)力總成控制系統(tǒng)、電機(jī)控制系統(tǒng)和電池及其管理系統(tǒng)三個(gè)方面。從工作原理上來(lái)講，純電動(dòng)汽車主要是通過(guò)高壓蓄電池直接供電，再由驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制模塊控制汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。本文主要對(duì)純電動(dòng)汽車電機(jī)的結(jié)構(gòu)、電機(jī)控制系統(tǒng)過(guò)程進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：純電動(dòng)汽車;驅(qū)動(dòng)電機(jī);電機(jī)控制系統(tǒng)

燃油汽車在使用過(guò)程中燃燒排放出熱量，同時(shí)廢氣排放也在同步增加，這就讓我們的環(huán)境持續(xù)受到污染，空氣指數(shù)也受到嚴(yán)重影響，隨著我們對(duì)燃油的使用，燃油能源也在逐漸的減少，人類將會(huì)面對(duì)能源危機(jī)所帶來(lái)的影響。為了我們的生存環(huán)境不再受到污染，為了讓生態(tài)資源與人類需求保持平衡，純電動(dòng)汽車的發(fā)展逐漸取代現(xiàn)在使用的燃油汽車，將成為我們的迫切需要。

純電汽車與傳統(tǒng)汽車相比，主要是用蓄電池取代傳統(tǒng)汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)。電動(dòng)汽車電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)所需要的電能由車載蓄電池提供，并將車載蓄電池輸出的電能轉(zhuǎn)化為電動(dòng)汽車所需要的機(jī)械能，而驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸便連接至該電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)裝置，傳動(dòng)裝置把驅(qū)動(dòng)電機(jī)傳來(lái)的力轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)力，從而驅(qū)動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)輪，完成行駛。

純電動(dòng)汽車的核心部件主要由驅(qū)動(dòng)電機(jī)和電機(jī)的控制模塊組成，驅(qū)動(dòng)電機(jī)模塊主要是根據(jù)駕駛員的操作，把電動(dòng)汽車動(dòng)力電池所產(chǎn)生的電能最大化的轉(zhuǎn)化為車輪旋轉(zhuǎn)所需要的動(dòng)能，或者是在制動(dòng)時(shí)，車輪上所產(chǎn)生的動(dòng)能反饋給電動(dòng)車電池。電動(dòng)汽車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和舒適性直接受驅(qū)動(dòng)電機(jī)的特性影響，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的特性也就成為評(píng)價(jià)汽車性能的主要指標(biāo)。

汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)主要通過(guò)驅(qū)動(dòng)電機(jī)、各種傳感器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制模塊、高壓線束、低壓線束、冷卻系統(tǒng)與電動(dòng)汽車的其它系統(tǒng)連在一起。

純電動(dòng)汽車電機(jī)廣泛采用三相交流永磁電動(dòng)機(jī)。三相交流永磁電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)是效率高、控制精度高、轉(zhuǎn)矩密度高、轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)性好和振動(dòng)噪聲低。永磁同步電動(dòng)機(jī)根據(jù)驅(qū)動(dòng)電流的不同分為正弦波驅(qū)動(dòng)和方波驅(qū)動(dòng)的兩類電動(dòng)機(jī)。

三相交流永磁電動(dòng)機(jī)由定子、轉(zhuǎn)子、機(jī)座、風(fēng)扇、前后端蓋等組成，如圖1所示。

永磁同步電機(jī)的定子與普通電動(dòng)機(jī)基本一樣，由電樞鐵心和電樞繞組組成，如圖2所示。電樞鐵心一般采用0.5mm硅鋼沖片疊壓而成，電樞繞組采用分布、短距繞組。

三相交流永磁同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子組成基本一樣，由永磁體和轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組等組成。其中永磁體主要采用鐵氧體永磁材料，轉(zhuǎn)子鐵心選用實(shí)心鋼或采用鋼板或硅鋼片沖制后疊壓。和普通電機(jī)不同的地方是永磁同步電機(jī)要裝有轉(zhuǎn)子永磁體位置檢測(cè)器。

永磁體位置檢測(cè)器起到傳感器的作用，裝在三相交流永磁同步驅(qū)動(dòng)電機(jī)當(dāng)中，是用來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)子的N極、S極的位置的，主要給電機(jī)轉(zhuǎn)向改變提供信號(hào)。永磁體位置檢測(cè)器的類型有光電編碼式、磁敏式、電磁式等，無(wú)論哪種測(cè)量方式，只是安裝的體積、方便程度、成本及可靠性不同而已。

永磁同步電機(jī)的工作時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)子就是一個(gè)永磁體，N極、S極延圓周方向交替排列，定子就相當(dāng)于一個(gè)旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作時(shí)，在定子當(dāng)中就感應(yīng)出磁動(dòng)勢(shì)，轉(zhuǎn)子就受到磁場(chǎng)中磁力的影響開始和定子一起旋轉(zhuǎn)。

驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子N極S極的位置通過(guò)位置檢測(cè)器傳給驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制模塊，控制模塊內(nèi)部元件進(jìn)行分析后，確定當(dāng)前轉(zhuǎn)子N極S極的所在位置，觸發(fā)控制信號(hào)，控制所對(duì)應(yīng)的功率三極管的導(dǎo)通與否，按一定的順序給驅(qū)動(dòng)電機(jī)中定子的三個(gè)線圈進(jìn)行通電，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)工作。

驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)的控制核心是驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制模塊，驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制模塊主要采用三相兩電平電壓源型逆變器。驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)中的各種傳感器將信號(hào)反饋給控制模塊，控制模塊根據(jù)檢測(cè)測(cè)出的電流信號(hào)、電壓信號(hào)、溫度信號(hào)對(duì)電機(jī)當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)并調(diào)整相應(yīng)的參數(shù)，完成控制。驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制模塊根據(jù)溫度傳感器反饋的信息，再通過(guò)CAN線反饋給整車控制器整車控制模塊，來(lái)控制冷卻風(fēng)扇的開啟與否、冷卻系統(tǒng)循環(huán)的路線，確保電機(jī)保持在理想溫度下工作。

驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)工作過(guò)程見圖3。

驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器主要功能有：

①驅(qū)動(dòng)時(shí)：逆變器將蓄電池提供的直流電逆變?yōu)殡妷侯l率可調(diào)的三相交流電，供電動(dòng)機(jī)使用，驅(qū)動(dòng)汽車運(yùn)行。

②制動(dòng)時(shí)：電動(dòng)機(jī)做發(fā)電機(jī)運(yùn)行將動(dòng)能變?yōu)殡娔墚a(chǎn)生三相交流電，經(jīng)逆變器變?yōu)橹绷麟姺答伝匦铍姵兀M(jìn)行再生制動(dòng)。

③運(yùn)行速度控制：采用脈寬調(diào)制控制改變逆變器輸出的三相交流電的電壓和頻率就可以改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而對(duì)汽車進(jìn)行調(diào)速。

④運(yùn)行方向控制：通過(guò)改變逆變器中控制模塊的導(dǎo)通順序就可以改變輸出三相交流電的相序，即改變了三相異步電動(dòng)機(jī)定子三相繞組所接交流電的相序，三相異步電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，從而改變汽車的運(yùn)行方向。

⑤驅(qū)動(dòng)與制動(dòng)控制：通過(guò)改變逆變器輸出三相交流電的頻率，改變?nèi)喈惒诫妱?dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差頻率的正負(fù)，控制三相異步電動(dòng)機(jī)是處于電動(dòng)機(jī)狀態(tài)還是發(fā)電機(jī)狀態(tài)，從而控制汽車的驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)。

驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)的所有傳感器將信號(hào)反饋給驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制模塊，控制模塊對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行分析處理后，將電機(jī)運(yùn)行狀況信息通過(guò)數(shù)據(jù)CAN線反饋到整車的控制模塊。整車控制模塊根據(jù)電機(jī)的運(yùn)行狀況及相關(guān)傳感器信號(hào)分析處理后發(fā)出指令給驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制模塊，對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的工作進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，從而完成驅(qū)動(dòng)電機(jī)的各種功能。驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制模塊和汽車其它系統(tǒng)控制模塊一樣，含有故障診斷功能，當(dāng)電機(jī)工作出現(xiàn)異常時(shí)，電機(jī)控制模塊會(huì)將故障代碼信息發(fā)送給整車控制模塊進(jìn)行存儲(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]何憶斌.新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)技術(shù)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2017.

[2]劉強(qiáng).淺析純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制系統(tǒng)[J].南方農(nóng)機(jī)，2019.

[3]焦建剛.純電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu)與原理介紹[J].汽車維修與保養(yǎng)， 2017.

作者簡(jiǎn)介：田振芳（1980-），女，山西洪洞人，本科，講師，研究方向?yàn)槠嚲S修。