对电动汽车电机驱动系统效率控制优化的探讨

贺彪 张青原 赵学广

摘要：自从汽车行业的兴起，对石油的需求量逐渐增大，然而面对环境保护意识的增强和石油资源的有限，电动汽车的发展已经成为未来汽车市场的主流，受到越来越多的重视。但是由于目前的科技技术的限制，有很多因素在制约着电动汽车的发展，其中最重要的一个原因就是电动汽车的电机驱动系统。电机的驱动系统可以直接影响电动汽车的性能，因此对电机驱动系统性能的研究非常重要。

关键词：电动汽车；电机驱动；优化设计；控制策略

Discussiononefficiencycontroloptimizationofelectricvehiclemotordrivesystem

HeBiaoZhangQingyuanZhaoXueguang

GreatWallMotorCompany，AutomotiveEngineeringTechnicalCenterofHeBei，baoding071000

Abstract：sincetheriseoftheautomobileindustry，thedemandforoilhasbeenincreasinggradually.However，inthefaceoftheincreasingawarenessofenvironmentalprotectionandthelimitedpetroleumresources，thedevelopmentofelectricvehicleshasbecomethemainstreamofthefutureautomobilemarketandreceivedmoreandmoreattention.However，duetothelimitationsofcurrenttechnology，therearemanyfactorsrestrictingthedevelopmentofelectricvehicles，amongwhichthemostimportantoneisthemotordrivingsystemofelectricvehicles.Thedrivingsystemofthemotorcandirectlyaffecttheperformanceoftheelectricvehicle.

Keywords：electricvehicles；Motordrive；Optimumdesign；Thecontrolstrategy

1电动汽车对电机驱动系统的要求

1.1在成本方面，要求电动汽车的整体系统的性价比上与它的

内燃机系统在一样的水平内。

1.2性能方面要求汽车的恒定功率大，瞬时功率大，加速度快，

启动快。

1.3调速的范围必须要大。调速的操作区域有恒转矩区和恒功率区。如果恒转矩区要求低速，大转矩具有启动和爬坡的要求；恒功率区要求低转矩是具有高速来满足车子在平缓的路面可以告诉形式的要求。这样可以在一次充电的行驶路程里具有很高的效率。

1.4在最轻质量的同时拥有电气和机械的双重优势，还应具有

充分利用再生制动的能力提高能力的最优利用率。

1.5电机驱动系统应该满足不论高低温度和剧烈震动都可以安

全可靠的工作。

1.6要轻重量和小尺寸，以满足各种型号车辆的安装要求。

2电动汽车电机驱动控制策略

2.1电机驱动控制策略的选择

目前，内燃机在主要转速范围内，输出为近似的恒力矩特性，通过驾驶员的操纵，使车辆的原动机基本保持在高效率工作区。采用电流控制策略的电动汽车具有与内燃机车辆一样的驱动特性。因此本文研究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，并通过电流反馈实现电流闭环，从而使得电机始终工作在最大限流区内，从而获得较高的动态响应和驱动效率。驾驶员可通过对电机电枢电流的相应控制，通过调节电流的大小调节电机驱动转矩，从而可以控制汽车的行驶速度，实现驾驶员期望的行驶速度。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闭环控制的双闭环控制系统，这种控制策略适合于人工操纵的车辆的驱动驾驶。

2.2力矩控制策略

对永磁直流电机系统，可采用比例积分微分控制系统（如PID）

进行调节的电流负反馈控制实现力矩控制。驱动电机系统可采用由

控制踏板直接输入电流（力矩）指令的方式，通过电流传感器实时检

测电枢电流构成电流闭环控制。在理想条件下，永磁直流电动机的

力矩—转速特性为平行于转速轴的直线。

3电机驱动控制系统的控制模型

3.1电流PID控制器的传递函数

电机驱动控制系统实现串联校正的方案有比例微分（PD）、比例积分（PI）和比例积分微分（PID）三种调节环节。PID控制器是控制系统中技术比较成熟的，而且应用是最广泛的一种控制器，它结构简单，参数容易调整。一般的调速系统要求以稳核准为主，所以常用PID调节校正。

3.2增量式PID控制算法的流程

电机驱动控制系统控制器PID算法模块的程序流程。系统在运

行中，首先从CAN总线读取PI控制器的参数，通过定时器每间隔中断一次，完成一次PID控制计算，从而不断调整被控参数，LPC2119中的PWM单元根据控制参数的变化，调整PWM输出波形的占空比，完成实时控制任务。在一般序况下，输出控制增量会在一个相对较小的范围内波动最后达到平滑控制，所以在程序中对输出增量大小规定了上限值和下限值。

结语：

通过对电机驱动控制方案的比较，本着减少电机损耗的原则，为实现电动汽车电机驱动系统效率优化的目的，采用调节电机输出力矩的控制策略，建立了电机驱动控制系统的数学模型。实验结果表明，文中提出的方法能够显著提高电机运行效率，降低系统损耗，满足电机驱动系统高效运作的要求。电机驱动系统及其设计控制方法，将影响到电动汽车运行各项性能指标。研究对电机驱动控制器控制系统的设计主要包括对电动汽车电机驱动控制策略的选择，建立了电机驱动控制系统的控制模型，并在确定系统PI控制参数的基础上，以增量式PI控制算法对控制功能得以实现，并设计了控制系统的主控制程序。

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