电动汽车驱动系统的性能优化与控制研究

电动汽车电机驱动控制系统的研究

【摘 要】研究电动汽车电机驱动控制系统对电动汽车电力驱动技术具有重要意义。研究对电机驱动控制系统进行了设计。主要包括根据电力汽车对动力源的要求，分析电机的几种主要调速策略，并对电动汽车电机驱动控制策略进行了选择；根据选用电机特性，建立了电机驱动控制系统的控制模型，并确定了该控制系统的结构组成；在完成了增量式PI控制算法的实现的基础上，利用工程正定法选定了系统PI控制主要参数，并设计了控制系统的主控制程序。

【关键词】电动汽车；驱动电机；控制系统；PI控制

1、电动汽车电机驱动控制策略

电压控制策略直流电机系统在调压调速特性为：Te=Cm（Udo-CeN）/R；在限制最大输出电流下，调压调速机械特性，在电压控制方式下，不同电压下的外轮廓斜线是一组相互平行的斜线，其斜线斜率由Te=CmId决定。对于一般电动汽车所用电动机，由于其功率较大，所要求的电枢电流也较大，为了提高电动机效率，其电枢回路的电阻R都很小，而Ce、Cm较大，因此这些斜线的斜率都很大。同时在这种控制方式下，控制系统的工作区域主要在限制最大电流的区域。采用这种控制方式，油门踏板对应不同的控制电压，此时一旦电压高于电机反电动势，控制系统及其容易进入限流控制区，车辆以最大驱动力矩行驶，这显然是跟传统驾驶特性不同的。

转速控制策略是电机转速闭环控制的驾驶感觉与传统内燃机车不同，闭环控制是控制踏板的不同位置决定其不同的行驶速度。

力矩控制策略对永磁直流电机系统，采用积分作用（如PI规律）进行调节的电流负反馈控制实际上属于力矩控制。电流闭环控制，在理想电源条件下，永磁直流电动机得力矩-转速特性为平行于转速轴的直线。其曲线方程为：Te=CmId.

电机驱动控制策略的选择是驱动电机选取调节电机输出力矩的控制策略，驾驶员的控制指令在瞬时对应于电机输出力矩，在稳态对应于输出转速的控制。为了达到驾驶员期望的行驶速度，驾驶员通过对电机电枢电流的相应控制实现的，通过调节电流的大小可以控制汽车的行驶速度，通过驾驶员对车辆行驶速度调节就实现了电机的转速闭环控制，如果把驾驶员也看成一个控制环节，这样就形成了一个外环有驾驶员参与的转速闭环控制，内环为电机电枢电流的双闭环控制系统，这种控制策略适合于人工操纵的车辆的驱动驾驶。

关于纯电动汽车动力传动系统匹配与整体优化

摘要：发展新能源汽车成为未来汽车行业的主要趋势，纯电动汽车已经成为社会关注的重点问题。但是当前纯电动汽车在关键技术等方面还是存在不足，主要集中在续航和充电等两个方面，而如何处理好纯电动汽车动力传动系统匹配，做好系统参数的设置，使汽车在规定电量当中最大限度地提升动力性，保障有效的续航里程成为主要目标。解决纯电动汽车动力传动系统参数匹配与整体优化具有现实意义。

关键词：纯电动汽车；动力传动系统匹配；整体优化

我国汽车尾气排放严重，能源消耗不断地加快，导致传统汽车节能环保问题突出。而纯电动汽车在结构上更为简单，能源选择多样，与传统汽车相比不会产生加大的噪声，能够更好地控制尾气的排放，逐渐的受到了不同汽车企业的关注，加大了对纯电动汽车的研发力度。

1纯电动汽车结构原理

动力系统、电气设备等共同构建成为纯电动汽车的基本结构，并且与内燃机在结构上进行比较，两者最大的差异主要集中在动力系统上，特别是纯动力汽车主要有电力驱动系统、电源管理系统以及辅助系统。在电力驱动系统运行当中将电池化学能之间的转换为汽车动能，同时还能够在汽车减速等状态下降动能转换为电能直接的存储到电池当中。功率转换器、机械传动系统、电子控制器等共同构建成为电力驱动系统，对于纯电动汽车整体动力与经济状况等有着直接的影响。电源系统能够为汽车的行驶提供驱动能源，主要有能量管理系统、充电装置、蓄电池等。并且能够检测电池的运行状态，开展及时的充电管理。纯电动汽车辅助功能主要有照明系统、空调系统等。同时还具有辅助动力源，能够为空调系统等提供及时的电源。 2纯电动汽车动力系统参数匹配设计

2.1电机参数设计

对于驱动电机纯电动汽车有着较高的要求，与传统电机相比在技术规范上更为严格，这是由于驱动电机关系到汽车的频繁起动和停车的过程有效性，将会承受较大的制动力，特别是纯电动汽车在电机使用上要凸显出瞬时功率、过载能力等特点，需要拥有较为突出的加速性能，要保障其使用寿命较长。恒转矩区当中汽车会实施低速运行，这时候就需要保障启动加速等条件能够得到满足，而电机要具有加大的转矩。在恒功率区当中，汽车进入到高速运行的状态，电机实施的低转矩要保障加大的转速，这样才能够使汽车在高速状态下运行的稳定性。在保障车载能量最大化应用时，驱动系统全范围运行效率也就会更高，这样充电续航效果突出。纯电动汽车在恶劣环境中也能够保障可靠性能不受到影响。

电动机驱动系统DFMEA研究

一、引言

在现代汽车工业中，电动机驱动系统是实现车辆动力传输的关键组成部分。DFMEA（Design Failure Mode and Effect Analysis）即设计失效模式和影响分析，是一种系统性的方法，用于识别和评估设计过程中的潜在失效模式及其影响。本文将对电动机驱动系统的DFMEA研究进行探讨。

二、电动机驱动系统简介

电动机驱动系统由电机、控制器和传动系统三部分组成。电机负责将电能转化为机械能，控制器则负责控制电机的转速和输出功率，传动系统将电机输出的转矩传输到车辆轮胎上。

三、DFMEA步骤分析

1. 确定失效模式

在电动机驱动系统的DFMEA研究中，首先需要确定各个部件可能出现的失效模式。例如，电机可能出现的失效模式包括电机过热、电机短路、电机断路等。

2. 评估失效后果

在确定失效模式后，需要评估各个失效模式对系统性能和安全的影响。例如，电机过热可能导致电机损坏，进而影响整个电动机驱动系统的正常运转。 3. 确定失效原因

为了避免失效的发生，需要分析失效的根本原因。对于电动机驱动系统来说，失效原因可能包括设计不合理、材料质量问题、制造工艺不良等。

4. 提出改进措施

根据失效原因，制定相应的改进措施，以降低失效风险。例如，可以通过改进散热系统来预防电机过热问题，提高电机的散热效果。

5. 重复进行分析

在整个电动机驱动系统设计的过程中，需要不断对各个部件进行DFMEA分析，以确保系统的稳定性和可靠性。

四、案例分析

以某汽车电动机驱动系统为例，进行DFMEA研究。首先确定失效模式，可能包括电机过热、电机短路等。然后评估失效对系统的影响，例如，电机过热可能导致系统性能下降、电机损坏等。接下来，分析失效的原因，例如，电机过热可能由于散热系统设计不合理。最后，制定相应的改进措施，例如，优化散热系统设计，提高散热效果。

五、总结

电动机驱动系统的DFMEA研究是确保系统的可靠性和安全性的重要手段。通过对失效模式、失效后果和失效原因的分析，可以提出相应的改进措施，降低失效风险，提高系统的稳定性和可靠性。在电动汽车的发展中，DFMEA研究将发挥更加重要的作用，为提升电动机驱动系统的性能贡献力量。

电动汽车用开关磁阻电机驱动系统设计及优化

朱曰莹;赵桂范;杨娜

【摘 要】为了达到车用开关磁阻电机驱动系统动态特性优化的目的,建立了其动态仿真模型,分析了负载转矩、开通角、关断角对转矩脉动及电机效率的影响及其规律.以降低转矩脉动,提高电机效率为目标,提出了一种双指标同步优化开关磁阻电机控制参数的方法,建立了基于负载转矩与电机转速的可变开通角、关断角控制参数模型.针对不同优化策略结果的对比分析以及实验结果表明,提出的双指标同步优化策略能很好地降低转矩脉动,提高电机效率,达到了优化开关磁阻电机驱动系统动态特性的目的.

【期刊名称】《电工技术学报》

【年(卷),期】2014(029)011

【总页数】11页(P88-98)

【关键词】电动汽车;开关磁阻电机;动态特性;同步优化

【作 者】朱曰莹;赵桂范;杨娜

【作者单位】哈尔滨工业大学汽车工程学院 威海 264209;天津大学机械工程学院

天津 300072;哈尔滨工业大学汽车工程学院 威海 264209;哈尔滨工业大学汽车工程学院 威海 264209

【正文语种】中 文

【中图分类】TM315

1 引言

开关磁阻电机驱动系统具有结构简单、成本低、可靠性高、性能优越等优点[1]，使其成为电动汽车驱动系统的最优选方案之一[2,3]。然而开关磁阻电机过大的转矩脉动对电机本身及电动车传动机构是非常有害的[4]，另外电机的效率直接决定着电动汽车的续驶里程，因此，在电动车驱动系统中，降低开关磁阻电机脉动、提高输出效率，对电动车获得良好的牵引特性具有至关重要的意义。

由于开关磁阻电机的非线性特性，使得改善其转矩脉动、提升其输出效率的动态特性优化设计方法更加的复杂和困难。现阶段国内外针对开关磁阻电机动态特性改善的研究主要有两种：①对电机定子[5]、转子[6]以及绕组形式[7,8]等各部分结构参数进行电磁设计优化，该方法能从电机结构本体上进行电机动态特性的改善，但是缺点是电机参数组合较多，电机整体性能优化较困难；②从开关磁阻电机驱动系统出发，利用基于现代控制理论的优秀控制算法、最佳的电机结构参数组合实现电机动态特性的提升，如模糊补偿控制[9]、滑模控制[10,11]、自适应控制[2,12]、人工神经网络控制[13,14]等。第二种方法易于实现，而且应用较广泛，但是现阶段研究方法多集中于对转矩脉动的单目标优化与控制，对转矩特性及电机效率的整体改善考虑不足。