電動(dòng)汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制

電動(dòng)汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制揚(yáng)州大學(xué)機(jī)械學(xué)院蔣錚校正人：郝飛演講人：耿龍偉導(dǎo)師：秦永法副教授內(nèi)容摘要一、電動(dòng)汽車(chē)概述二、電動(dòng)汽車(chē)構(gòu)造布置及驅(qū)動(dòng)方式三、電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制技術(shù)電動(dòng)汽車(chē)概述一、電動(dòng)汽車(chē)概述1、燃油汽車(chē)面臨的問(wèn)題2、電動(dòng)汽車(chē)國(guó)內(nèi)外開(kāi)展概略

燃油汽車(chē)面臨的問(wèn)題城市大氣污染日趨嚴(yán)重?fù)?jù)估計(jì)，美國(guó)大氣污染物中42％來(lái)自汽車(chē)排放，呵斥損失每年達(dá)2290億美圓。在中國(guó)華東、華北的大城市大氣中,70%的污染物來(lái)自汽車(chē)排放;CO88%,NOx80%,HC90%來(lái)自汽車(chē)排放，大氣污染呵斥的損失每年達(dá)500億美圓，全球污染最嚴(yán)重的20個(gè)城市中，10個(gè)在中國(guó)。石油資源面臨枯竭要挾石油資源有限,不可再生,按目前探明的儲(chǔ)量和開(kāi)采的速度還能用40~50年。電動(dòng)汽車(chē)國(guó)內(nèi)外開(kāi)展概略美、德、日、法這幾個(gè)全球汽車(chē)工業(yè)興隆的國(guó)家，到目前為止都已分別研制出各類(lèi)的電動(dòng)汽車(chē)，其中包括大客車(chē)、輕型客車(chē)、轎車(chē)和電動(dòng)摩托車(chē)。美國(guó)是世界上對(duì)污染限制最嚴(yán)厲的國(guó)家，目前在電動(dòng)汽車(chē)研制方面，美國(guó)處于領(lǐng)先位置。美國(guó)采取政府干涉，以能源部為中心在1989~1992年投入1億多美圓，對(duì)電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)展了大量的研討和開(kāi)發(fā)，1995年有1萬(wàn)輛電動(dòng)汽車(chē)投入運(yùn)用；德國(guó)早在1972年就以“電動(dòng)道路交通協(xié)會(huì)〞為中心，在聯(lián)邦政府的支持下開(kāi)展電動(dòng)汽車(chē)的開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)任務(wù)，目前已制造出幾百輛電動(dòng)汽車(chē)投入運(yùn)用；日本于1972年成立“日本電動(dòng)汽車(chē)協(xié)會(huì)〞，日本政府制定了鼓勵(lì)電動(dòng)汽車(chē)開(kāi)發(fā)與運(yùn)用的政策，1978年，為了促進(jìn)電動(dòng)汽車(chē)的推行運(yùn)用，日本電動(dòng)汽車(chē)協(xié)會(huì)制定了“電動(dòng)汽車(chē)試用制度“，每年向運(yùn)用者提供運(yùn)用費(fèi)。試用的電動(dòng)汽車(chē)主要用于公司、政府下屬機(jī)構(gòu)、公園的事物聯(lián)絡(luò)車(chē)、效力車(chē)等，試用地域遍及日本各地；法國(guó)很早就在城市環(huán)衛(wèi)部門(mén)試用電動(dòng)汽車(chē)，目前巴黎已有數(shù)百輛電動(dòng)汽車(chē)在運(yùn)轉(zhuǎn)，全法國(guó)那么有上千輛電動(dòng)汽車(chē)在試運(yùn)轉(zhuǎn)，法國(guó)環(huán)境能源廳對(duì)電池的研討開(kāi)發(fā)及電動(dòng)汽車(chē)的實(shí)驗(yàn)給予了資助，地方政府對(duì)購(gòu)買(mǎi)電動(dòng)汽車(chē)的用戶(hù)提供一定數(shù)量的保證金，以鼓勵(lì)電動(dòng)汽車(chē)的推行。除汽車(chē)工業(yè)興隆國(guó)家外，其他國(guó)家也非常注重電動(dòng)汽車(chē)的開(kāi)發(fā)，并獲得了相應(yīng)效果，加拿大、奧地利、瑞典、韓國(guó)等國(guó)都投入巨資研制新一代電動(dòng)汽車(chē)，以期處理能源和城市環(huán)境情況。上世紀(jì)80年代初，我國(guó)就開(kāi)展了電動(dòng)汽車(chē)研討，曾被列入國(guó)家八五規(guī)劃。目前，我國(guó)政府也極為關(guān)注開(kāi)發(fā)電動(dòng)汽車(chē)的各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，并以產(chǎn)業(yè)化為最終目的，先后將電動(dòng)汽車(chē)列入“九五〞攻關(guān)艱苦工程以及“863〞艱苦專(zhuān)項(xiàng)。值得指出的是，我國(guó)的電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)與其他國(guó)家相比較，差距不甚明顯，有些技術(shù)還有優(yōu)勢(shì)，如在運(yùn)用于電動(dòng)汽車(chē)的多種類(lèi)型的驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制技術(shù)方面即有某些特定優(yōu)勢(shì)。電動(dòng)汽車(chē)構(gòu)造布置及驅(qū)動(dòng)方式二、電動(dòng)汽車(chē)構(gòu)造布置及驅(qū)動(dòng)方式1、電動(dòng)汽車(chē)根本構(gòu)造2、電驅(qū)動(dòng)的構(gòu)造方式3、單電動(dòng)機(jī)和多電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方式4、輪轂電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方式

電動(dòng)汽車(chē)根本構(gòu)造1.電動(dòng)汽車(chē)根本構(gòu)造電動(dòng)汽車(chē)系統(tǒng)三大子系統(tǒng)：電力驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)、主能源子系統(tǒng)和輔助控制子系統(tǒng)典型電動(dòng)車(chē)的根本構(gòu)造雙線表示機(jī)械銜接，粗實(shí)線表示電氣銜接，細(xì)實(shí)線表示控制信號(hào)銜接，箭頭表示電功率和控制信號(hào)流動(dòng)的方向電動(dòng)汽車(chē)根本構(gòu)造電力驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)：由電控單元、功率轉(zhuǎn)換器、電動(dòng)機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)安裝和驅(qū)動(dòng)車(chē)輪組成主能源子系統(tǒng)：由主電源、能量管理系統(tǒng)和充電系統(tǒng)構(gòu)成輔助控制子系統(tǒng)：具有動(dòng)力轉(zhuǎn)向、溫度控制和輔助動(dòng)力供應(yīng)等功能根據(jù)從制動(dòng)踏板和加速踏板輸入的信號(hào)，電子控制器發(fā)出相應(yīng)的控制指令來(lái)控制功率轉(zhuǎn)換器的功率安裝的通斷，功率轉(zhuǎn)換器的功能是調(diào)理電動(dòng)機(jī)和電源之間的功率流。當(dāng)電動(dòng)汽車(chē)制動(dòng)時(shí)，再生制動(dòng)的動(dòng)能被電源吸收i，此時(shí)功率流的方向要反向。能量管理系統(tǒng)和電控系一致同控制再生制動(dòng)及其能量的回收，能量管理系統(tǒng)和充電器一同控制充電并監(jiān)測(cè)電源的運(yùn)用情況。輔助動(dòng)力供應(yīng)系統(tǒng)供應(yīng)電動(dòng)汽車(chē)輔助系統(tǒng)不同等級(jí)電壓并提供必要的動(dòng)力，它主要給動(dòng)力轉(zhuǎn)向、空調(diào)、制動(dòng)及其它輔助安裝提供動(dòng)力。除了從制動(dòng)踏板和加速踏板給電動(dòng)汽車(chē)輸入信號(hào)外，轉(zhuǎn)向盤(pán)輸入也是一個(gè)很重要的輸入信號(hào)，動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)根據(jù)轉(zhuǎn)向盤(pán)的角位置來(lái)決議汽車(chē)靈敏地轉(zhuǎn)向。電驅(qū)動(dòng)的構(gòu)造方式2.電驅(qū)動(dòng)的構(gòu)造方式采用不同的電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可構(gòu)成不同構(gòu)造方式的電動(dòng)汽車(chē)。根據(jù)電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的不同，電動(dòng)汽車(chē)分為以下六種情況C-離合器；D-差速器；FC-固定器；CB-變速器；M-電動(dòng)機(jī)電驅(qū)動(dòng)的構(gòu)造方式電驅(qū)動(dòng)的構(gòu)造方式〔a)由發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)的燃油車(chē)開(kāi)展而來(lái)，他由電動(dòng)機(jī)、離合器、齒輪箱和差速器組成，離合器用來(lái)切斷或接通電動(dòng)機(jī)到車(chē)輪之間傳送動(dòng)力的機(jī)械安裝，變速器是一套具有不同速比的齒輪機(jī)構(gòu)，駕駛員可選擇不同的變速比，把力矩傳給車(chē)輪。在低速擋時(shí)，車(chē)輪獲得大力矩低轉(zhuǎn)速；在高速擋時(shí)，車(chē)輪獲得小力矩高轉(zhuǎn)速。汽車(chē)在轉(zhuǎn)彎時(shí)，內(nèi)側(cè)車(chē)輪的轉(zhuǎn)彎半徑小，外側(cè)車(chē)輪的轉(zhuǎn)彎半徑大，差速器使內(nèi)外車(chē)輪以不同轉(zhuǎn)速行駛。電驅(qū)動(dòng)的構(gòu)造方式〔b)由電動(dòng)機(jī)、固定速比的減速器和差速器組成電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。這種構(gòu)造的電動(dòng)汽車(chē)由于沒(méi)有離合器和可選的變速擋位，不能提供理想的轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速特性，因此不適宜于運(yùn)用發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油汽車(chē)。電驅(qū)動(dòng)的構(gòu)造方式(c)這種構(gòu)造與發(fā)動(dòng)機(jī)橫向前置、前輪驅(qū)動(dòng)的燃油汽車(chē)的布置方式類(lèi)似，它把電動(dòng)機(jī)、固定速比減速器和差速器集成為一個(gè)集體，兩根半軸銜接驅(qū)動(dòng)車(chē)輪，這種構(gòu)造在小型電動(dòng)汽車(chē)上運(yùn)用最普遍。電驅(qū)動(dòng)的構(gòu)造方式〔d〕圖示的電動(dòng)機(jī)構(gòu)培育是采用兩個(gè)電動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)固定速比的減速器分別驅(qū)動(dòng)兩個(gè)車(chē)輪，每個(gè)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以獨(dú)立地調(diào)理控制，便于實(shí)現(xiàn)電子差速，因此，電動(dòng)汽車(chē)不用選用機(jī)械差速器。電驅(qū)動(dòng)的構(gòu)造方式〔e〕電動(dòng)機(jī)也可以裝在車(chē)輪里面，稱(chēng)為輪轂電動(dòng)機(jī)，可進(jìn)一步縮短從電動(dòng)機(jī)到驅(qū)動(dòng)輪的傳送途徑，為了將電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低到理想的車(chē)輪轉(zhuǎn)速，可采用固定減速比的行星齒輪變速器，它能提供大的減速比，而且輸入和輸出軸可布置在同一條軸線上。電驅(qū)動(dòng)的構(gòu)造方式〔f〕與超大容量電容器類(lèi)似，飛輪是另外一種新興的具有高比功率和高效制動(dòng)能量回收才干的儲(chǔ)能器。用于電動(dòng)汽車(chē)的飛輪與傳統(tǒng)低速笨重的飛輪是不同的，這種飛輪質(zhì)量輕，且在真空下高速動(dòng)轉(zhuǎn)，超高速飛輪與具有兩種任務(wù)方式〔電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)〕的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子相結(jié)合，可以將電能和機(jī)械能進(jìn)展雙向轉(zhuǎn)換。以下圖顯示了這種飛輪和蓄電池作混合動(dòng)力的構(gòu)造，所選用的蓄電池應(yīng)能提供高比能量。飛輪最好與無(wú)刷交流電動(dòng)機(jī)結(jié)合運(yùn)用，由于這種電動(dòng)機(jī)的效率比直流電動(dòng)機(jī)高，因此在蓄電池和飛輪之間加一個(gè)AC-DC轉(zhuǎn)換器。單電動(dòng)機(jī)和多電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方式3.單電動(dòng)機(jī)和多電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方式差速器是傳統(tǒng)車(chē)輛的規(guī)范組件，電動(dòng)汽車(chē)也采用這項(xiàng)技術(shù)。汽車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)，外側(cè)車(chē)輪的轉(zhuǎn)彎半徑比內(nèi)側(cè)車(chē)輪大，必需利用差速器來(lái)調(diào)整兩側(cè)車(chē)輪的轉(zhuǎn)速，否那么，車(chē)輪會(huì)產(chǎn)生滑移從而引起輪胎磨損加劇、轉(zhuǎn)向困難、道路附著性能變差等。對(duì)于傳統(tǒng)的燃油汽車(chē)，無(wú)論是前輪驅(qū)動(dòng)還是后輪驅(qū)動(dòng)，機(jī)械式差速器都是必備的。以下圖所示為典型的機(jī)械差速器的構(gòu)造，差速器的行星齒輪繞各自的軸旋轉(zhuǎn)，從而使兩個(gè)半軸齒輪能以不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。單電動(dòng)機(jī)和多電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方式對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)，假設(shè)采用雙電動(dòng)機(jī)或者四個(gè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，由于每個(gè)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以有效地獨(dú)立調(diào)理控制，實(shí)現(xiàn)電子差速，在這種情況下，電動(dòng)汽車(chē)可以不用機(jī)械差速器。以下圖所示的是帶電子差速器的雙電動(dòng)驅(qū)動(dòng)的構(gòu)造。電子差速器比接卸差速器體積小、質(zhì)量輕。單電動(dòng)機(jī)和多電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方式人們對(duì)能否選用機(jī)械差速器不像是對(duì)能否選擇可變速比或固定變速比變速器的意見(jiàn)一致，假設(shè)電動(dòng)汽車(chē)采用單電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)就必需裝機(jī)械差速器，而多電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)就采用電子差速。電子差速器的優(yōu)點(diǎn)是體積小、質(zhì)量輕，在汽車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的電子控制，提高電動(dòng)汽車(chē)的性能；其缺陷是由于添加了電動(dòng)機(jī)和功率轉(zhuǎn)換器，添加了初始本錢(qián)，而且在不同條件下對(duì)兩個(gè)電動(dòng)機(jī)進(jìn)展準(zhǔn)確控制的可靠性需求進(jìn)一步的開(kāi)展。輪轂電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方式4.輪轂電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方式假設(shè)將驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)直接安裝在車(chē)輪上，可以縮短甚至可以去掉電動(dòng)機(jī)與車(chē)輪之間的機(jī)械傳送安裝，這取決于是采用高速內(nèi)轉(zhuǎn)子還是低速外轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)。假設(shè)采用高速內(nèi)轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)，那么必需裝固定速比的減速器來(lái)降低車(chē)速。普通采用高減速比的行星車(chē)輪減速安裝，安裝在電動(dòng)機(jī)輸出軸和車(chē)輪輪緣之間，這種電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的任務(wù)轉(zhuǎn)速約為1000r/min,目的是為了獲得更高的功率密度。電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速主要受線圈損失、摩擦損失以及變速機(jī)構(gòu)的接受才干等要素的限制，所選用的行星齒輪變速機(jī)構(gòu)的速比為10:1，而車(chē)輪的轉(zhuǎn)速范圍那么降為0~1000r/min。假設(shè)采用低速外轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)，那么可以完全去掉變速安裝，外轉(zhuǎn)子就安裝在車(chē)輪輪緣上，而且電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和車(chē)輪轉(zhuǎn)速相等，因此就不需求減速安裝。輪轂電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方式以下圖所示這兩種內(nèi)置輪式電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造，采用的都是永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)，由于其具有顯著的高功率密度的特點(diǎn)，因此比其它電動(dòng)機(jī)性能更高些。內(nèi)轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)外轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)成電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)兩部分。其中，機(jī)械傳動(dòng)部分因電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)布置方式不同而不同。各種布置凡是之間最大的區(qū)別就在于對(duì)傳統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)部件保管的多少。越高級(jí)的布置方式，對(duì)傳統(tǒng)燃油汽車(chē)的機(jī)械傳動(dòng)部件保管得就越少，而且更能發(fā)揚(yáng)電動(dòng)汽車(chē)的優(yōu)勢(shì)。不論電動(dòng)汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用哪種布置方式，其電氣系統(tǒng)的構(gòu)造根本上都一樣，主要由三個(gè)部分組成，如以下圖所示電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制技術(shù)電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制技術(shù)電動(dòng)器車(chē)與其它的電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相比較，有其本身的特點(diǎn)。它對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相應(yīng)有其特殊的要求：〔1〕可以頻繁地起動(dòng)、停車(chē)，加、減速，對(duì)轉(zhuǎn)矩控制的動(dòng)態(tài)性能要求高；〔2〕電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)的速度、轉(zhuǎn)矩變化范圍大，既要任務(wù)在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，又要運(yùn)轉(zhuǎn)在恒功率區(qū)，同時(shí)還要求堅(jiān)持較高的運(yùn)轉(zhuǎn)效率;〔3〕能在惡劣任務(wù)環(huán)境下可靠地任務(wù)。正由于電動(dòng)汽車(chē)對(duì)其電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有這些特殊要求，所以在電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇及其變流器、控制器的設(shè)計(jì)，都必需思索到這些特殊的要求。電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制技術(shù)電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)分類(lèi)直流電機(jī)控制系統(tǒng)；無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)；異步電機(jī)控制系統(tǒng)；開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)控制系統(tǒng)表1各種電機(jī)的特性比較

〔摘自日本電氣學(xué)會(huì)技術(shù)報(bào)告〕電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制技術(shù)電機(jī)性能直流電機(jī)永磁同步電機(jī)異步電機(jī)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)最大效率（％）85～8995～9794～95<90效率（10％負(fù)載）80～8790～9279～8578～86最高轉(zhuǎn)速（rpm)4000~60004000~100009000~1500015000電機(jī)費(fèi)用/kW($)1010~158~126~10控制器成本12.53.54.5堅(jiān)固性良良優(yōu)良信賴(lài)性普通良優(yōu)良表2永磁同步電機(jī)與異步電機(jī)的特性比較電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制技術(shù)永磁同步電機(jī)異步電機(jī)適性容量數(shù)十W～數(shù)十kW數(shù)百W以上尺寸、重量小☆中～小◎結(jié)構(gòu)相當(dāng)簡(jiǎn)單◎非常簡(jiǎn)單☆環(huán)境適應(yīng)性相當(dāng)好◎非常好☆維護(hù)有點(diǎn)必要△不要☆生產(chǎn)性好△非常好◎位置傳感器要△不要◎速度傳感器不要◎要△表3永磁同步電機(jī)與異步電機(jī)的特性比較電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制技術(shù)永磁同步電機(jī)異步電機(jī)壽命軸壽命軸壽命弱磁高速困難△可能◎回饋制動(dòng)容易◎可以△永久失磁有△無(wú)◎溫度特性無(wú)◎有△控制器控制一臺(tái)△控制多臺(tái)◎電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制技術(shù)直流電機(jī)及其控制系統(tǒng)直流電機(jī)的構(gòu)造和原理〔并聯(lián)〕特點(diǎn)：1、勵(lì)磁電流和電樞電流可分別控制，轉(zhuǎn)矩控制性能好。2、控制簡(jiǎn)單。

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電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制技術(shù)直流電機(jī)及其控制系統(tǒng)的優(yōu)缺陷優(yōu)點(diǎn)：1.直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制性能優(yōu)良。2.控制簡(jiǎn)單，回饋控制容易。3.功率變換器構(gòu)造簡(jiǎn)單，運(yùn)用功率器件少。4.控制器效率高；功率密度高。5.控制器體積小，分量輕。6.控制器價(jià)錢(qián)廉價(jià)。缺陷：1.由于機(jī)械換向器和電刷的存在導(dǎo)致的缺陷：電機(jī)轉(zhuǎn)速低、體積大；需求維護(hù)；本錢(qián)高。電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制技術(shù)交流電機(jī)1.同步電機(jī)2.異步電機(jī)〔感應(yīng)電機(jī)〕轉(zhuǎn)子永磁轉(zhuǎn)子勵(lì)磁永磁同步電機(jī)(自控式〕無(wú)刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子繞線式轉(zhuǎn)子籠型1.交流電機(jī)的主要類(lèi)型交流電機(jī)及其控制系統(tǒng)電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制技術(shù)交流電機(jī)控制器控制電路主電路電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制技術(shù)電動(dòng)機(jī)控制器電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制技術(shù)控制器中的CPU主控制板電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制技術(shù)交流電機(jī)的定子構(gòu)造三相電樞繞組電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制技術(shù)無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)子位置傳感器

三相功率變換器控制電路無(wú)刷直流電機(jī)控制器1.系統(tǒng)構(gòu)成電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制技術(shù)2.無(wú)刷直流電機(jī)與永磁同步電機(jī)差別ωt2π0B0(e0)永磁同步電機(jī)無(wú)刷直流電機(jī)一對(duì)極下不同的氣隙磁密分布圖電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制技術(shù)3.無(wú)刷直流電機(jī)任務(wù)原理有6個(gè)定子空間磁勢(shì)。根據(jù)轉(zhuǎn)子位置傳感器檢測(cè)到的轉(zhuǎn)子位置和要求轉(zhuǎn)向來(lái)決議產(chǎn)生哪一個(gè)磁勢(shì)。產(chǎn)生的平均轉(zhuǎn)矩最大。iAABiBCiCSNFABFACFBCFBAFCAFCBXYZF0電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制技術(shù)定子磁勢(shì)拉轉(zhuǎn)子磁勢(shì)旋轉(zhuǎn)，為了使平均轉(zhuǎn)矩最大。兩者的平均空間電角度為900。SNF0nFABFAC60o60o電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制技術(shù)4.無(wú)刷直流電機(jī)控制框圖-A+÷2∑iaibiciaibicIREFPIPWM邏輯變換PS+A+B+C-B-CIFPositionSensor三相反響電流輸出6路驅(qū)動(dòng)信號(hào)電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制技術(shù)電動(dòng)形狀：＋A管導(dǎo)通，－B管PWM。－B管導(dǎo)通時(shí)電流上升，－B管關(guān)斷時(shí)電流下降。Ud++A-AC+B-B+C-C轉(zhuǎn)子位置傳感器形狀：+A、－B相導(dǎo)通?；仞佇螤睿恨D(zhuǎn)子位置傳感器形狀：+A、－B相導(dǎo)通。+A管、－B管均關(guān)斷，＋B管子PWM。Ud++A-AC+B-B+C-C電流產(chǎn)生拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩電流產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制技術(shù)5.無(wú)刷直流電機(jī)的電動(dòng)、回饋制動(dòng)控制邏輯控制PS邏輯變換PWM輸入+a-a+b-b+c-c轉(zhuǎn)子位置傳感器+++A-A+B-B++C-C驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出電動(dòng)“1〞回饋制動(dòng)“0〞電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制技術(shù)6.無(wú)刷直流電機(jī)及其控制系統(tǒng)的優(yōu)缺陷優(yōu)點(diǎn)：1.具有直流電機(jī)的控制特性。2.控制相對(duì)簡(jiǎn)單。3.電機(jī)效率高，體積小。缺陷：1.由于永磁資料貴，電機(jī)價(jià)錢(qián)較貴。2.過(guò)熱容易導(dǎo)致永久性失磁。3.弱磁運(yùn)轉(zhuǎn)較困難。4.需求轉(zhuǎn)子位置傳感器。電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制技術(shù)異步電機(jī)及其控制系統(tǒng)1.異步電機(jī)變頻調(diào)速原理轉(zhuǎn)子繞組中的電壓、電流靠感應(yīng)產(chǎn)生。正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速接近旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速。0

AB不同頻率下的異步電機(jī)機(jī)械特性電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制技術(shù)2.變頻調(diào)速的主要控制方法基于穩(wěn)態(tài)的控制變壓變頻控制〔VariableVoltageVariableFrequency)簡(jiǎn)稱(chēng)VVVF控制；脈寬調(diào)理控制〔PulseWidthModulation)簡(jiǎn)稱(chēng)PWM控制。1.SPWM;2.電壓空間矢量PWM；3.優(yōu)化PWM;4.隨機(jī)PWM;電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制技術(shù)基于動(dòng)態(tài)的控制：高性能的控制方法轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向矢量控制〔等效直流電機(jī)控制〕〔20世紀(jì)70年代，由德國(guó)西門(mén)子公司的F.Blaschke提出?！?.直接矢量控制；2.間接矢量控制。直接轉(zhuǎn)矩控制直接對(duì)轉(zhuǎn)矩和磁鏈閉環(huán)控制?！?985年德國(guó)學(xué)者M(jìn).Depenbrock初次提出?！?/p>

電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制技術(shù)3.異步電機(jī)滑差頻率控制框圖ωs*ωr*PIFG+ωrωs*ωr++ω1I1*cosω1tcos(ω1t-120o)cos(ω1t-240o)乘法器ia*iaib*icic*ib+PIPWMPIPWMPIPWM三角波驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生a-ab-bc-cI1

=f(ωs)++根本原理：在機(jī)械特性的線性段，電磁轉(zhuǎn)矩正比于滑差頻率。函數(shù)發(fā)生器電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制技術(shù)4.異步電機(jī)矢量控制矢量控制原理經(jīng)3/2變化、旋轉(zhuǎn)變換后，異步電機(jī)變成了直流電機(jī)模型。將M-T坐標(biāo)的M軸定在異步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁鏈的方向上，可得到最簡(jiǎn)單的方程方式。TMψ2++++

I1TI1MI2TI2Mω1(a)直流電機(jī)模型ψ2I1MI1TI2TI1βF0F2F1(b)電流、磁勢(shì)向量圖電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制技術(shù)等效直流機(jī)模型的方程轉(zhuǎn)子磁鏈方程轉(zhuǎn)子電壓方程穩(wěn)態(tài)時(shí)所以電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制技術(shù)矢量控制思緒轉(zhuǎn)矩控制如何實(shí)現(xiàn)？和和和其中最終控制定子磁場(chǎng)的幅值與空間位置來(lái)實(shí)現(xiàn)。電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制技術(shù)磁鏈觀測(cè)算法轉(zhuǎn)速檢測(cè)驅(qū)動(dòng)電路三相逆變器IM蓄電池PG電容3/2變換轉(zhuǎn)矩計(jì)算Isyqrw控制算法(PI,空間電壓矢量計(jì)算等)轉(zhuǎn)矩和磁鏈設(shè)定算法*1ti*ryry1ti1mi1mi1tiTrwIs*Va*Vbrw給定異步電機(jī)直接矢量控制框圖電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制技術(shù)轉(zhuǎn)子磁鏈準(zhǔn)確定向方法控制框圖uua,b,cia,b,cn轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)R

坐標(biāo)變換iq*iq+-PIUq*id*id+-PIUd*坐標(biāo)變換ua,b,cu*+PI-+--電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制技術(shù)轉(zhuǎn)子磁鏈準(zhǔn)確定向方法觀測(cè)磁鏈領(lǐng)先實(shí)踐磁鏈時(shí)dqi1R0idid實(shí)踐勵(lì)磁分量id要比觀測(cè)值id小。實(shí)踐電壓小于觀測(cè)電壓。觀測(cè)磁鏈落后實(shí)踐磁鏈時(shí)dqi1R0ididid大于id實(shí)踐電壓大于觀測(cè)電壓。電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制技術(shù)5.異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制控制原理：經(jīng)過(guò)檢測(cè)電機(jī)定子電壓、電流，借助瞬時(shí)空間矢量實(shí)際來(lái)計(jì)算電機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。給定的磁鏈和轉(zhuǎn)矩分別與計(jì)算值比較，對(duì)差值進(jìn)展滯環(huán)調(diào)理〔也稱(chēng)砰砰控制〕。再根據(jù)定子磁鏈的空間位置、磁鏈與轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)結(jié)果，來(lái)確定逆變器的開(kāi)關(guān)信號(hào)。電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制技術(shù)直接轉(zhuǎn)矩控制框圖電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制技術(shù)由上圖可知，直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的根本組成主要有以下幾個(gè)部分:(l)磁鏈自控制:它的義務(wù)是選擇正確的區(qū)段，以構(gòu)成六邊形磁鏈。(2)轉(zhuǎn)矩調(diào)理:轉(zhuǎn)矩調(diào)理環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩直接自控制。(3)磁鏈調(diào)理:磁鏈調(diào)理環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)對(duì)磁鏈幅值的直接自控制。由于定子電阻壓降增大時(shí)會(huì)引起磁幅值減少。引入該環(huán)節(jié)，是為了實(shí)現(xiàn)對(duì)磁鏈幅值的閉環(huán)控制，維持外在允許的范圍內(nèi)動(dòng)搖。(4)開(kāi)關(guān)信號(hào)選擇:開(kāi)關(guān)信號(hào)選擇單元綜合來(lái)自磁鏈自控制環(huán)節(jié)、轉(zhuǎn)矩調(diào)理環(huán)節(jié)和磁鏈調(diào)理環(huán)節(jié)的三個(gè)開(kāi)關(guān)控制信號(hào)，構(gòu)成正確的電壓開(kāi)關(guān)信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓空間矢量的正確選擇。(5)開(kāi)關(guān)頻率調(diào)理:該環(huán)節(jié)控制逆變器的開(kāi)關(guān)頻率及轉(zhuǎn)矩容差的大小。(6)異步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型:異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型包括磁鏈模型和轉(zhuǎn)矩模型。其中磁鏈模型可以選用低速時(shí)i一n模型和高速時(shí)u一i模型相結(jié)合的方案，也可以選用在全速度范圍內(nèi)采用u一n模型的方案。直接轉(zhuǎn)矩控制經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)矩兩點(diǎn)式調(diào)理器直接調(diào)理轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)矩兩點(diǎn)式調(diào)理器將轉(zhuǎn)矩檢測(cè)值和轉(zhuǎn)矩設(shè)定值進(jìn)展比較，將轉(zhuǎn)矩動(dòng)搖控制在一定容差范圍內(nèi)，即在直接轉(zhuǎn)矩控制下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩總是圍繞轉(zhuǎn)矩設(shè)