新能源汽车用电机控制器的设计与测试

新能源汽车用电机控制器的设计与测试摘要：在当前汽车行业，新能源汽车已然成为主要发展趋势。与传统燃油型汽车明显不同的是，新能源汽车不仅仅能够降低汽车为其对环境造成的污染，而且还能够有效保证汽车自身行驶的距离及其速度。通过进一步推进新能源汽车的不断发展以及产业化，能够有效实现节能减排这一发展目标，同时还能够有效推进其创新能力提升，进一步推动汽车产业自身结构的进一步调整，这是培养新的经济增长点以及振兴中国汽车工业的一个重大举措。由此可见，新能源汽车维修问题开始得到重视。关键词：新能源汽车；用电机控制器；设计；测试引言随着环保概念的提出，各个领域都在倡导绿色环保，因此针对人类不可或缺的出行也将逐步推广绿色能源的电动车辆，其中电动车辆除了当前燃油车辆具备的各项功能之外，还可以针对车辆运行场景的不同，实现不同电源模式的跳转。现有的电动车辆的电源模式的跳转需要先通过当前电源模式下电之后，才可以开始新的电源模式的上电操作，并且随着车辆运行场景的不断丰富，多次的下电-上电的操作使用户操作繁杂，且将在一定程度上影响车辆的使用年限，因此提出一种新的电源模式跳转的方式用以应对当前多种电源模式跳转的需要。1新能源汽车的工作原理目前常见的新能源汽车有纯电动汽车、混合动力汽车和燃料电池电动汽车，其中纯电动汽车和混合动力汽车技术较成熟，市场保有量较大。纯电动汽车利用动力电池存储的电能驱动电动机运转，让汽车连续行驶。混合动力汽车有两个或多个能同时工作的驱动系统，车辆的行驶功率依据车辆实际的行驶状态由单个或多个驱动系统提供。燃料电池电动汽车实际上是纯电动汽车的一种，只是电池的工作原理不同，燃料电池通过电化学反应将化学能转化为电能，一般利用氢气充当电化学反应的还原剂，用空气中的氧气充当氧化剂。下面以纯电动汽车为例简要说明其工作原理。纯电动汽车主要由驱动电机、动力电池组和电控系统组成。电动机取代传统汽车的发动机驱动汽车行驶，其动力性可轻松超越普通内燃机，动力输出的快速响应能力也远高于发动机，反应更灵敏。电动机是电动汽车的心脏，在纯电动汽车中承担着发电和电动双重功能，在正常行驶时发挥电动功能，将动力电池的电能转化成机械能供给整车，而在降速或者长下坡滑行时发挥发电功能，将车轮的动能转化成电能，存储在动力电池中进行能量回馈。纯电动汽车中的驱动电机应根据其特性选择调速范围宽、调速特性稳定的电机，使其可以在一个较大的速度范围内稳定高效的产生转矩，纯电动汽车不需要复杂的变速器和传动机构就可以驱动车辆，能大大降低能量损耗。2驱动电机特性驱动电机是新能源汽车的核心部件。在当前技术条件下，汽车厂商应用的驱动电机类型主要有开关磁阻电机、异步电机、永磁同步电机和直流电机等类型。不同类型电机在功率密度、质量、体积、转速范围、可靠性等参数性能上有着较为明显的差异。其中，永磁同步电机应用较为广泛，其次是异步电机，其余2种电机类型应用较少。永磁同步电机运行原理是基于逆变器将电流转变为三相交流电，在流过定子绕组结构时，感应出一定强度的空间磁场。受磁场作用影响，转子输出电磁转矩并开始旋转，直至达到与旋转磁极转速同步状态。基于永磁同步电机转速与输出转矩的正向和反向的各自不同状态叠加，车辆可呈现出正常行驶、制动、倒车等运行状态。当车辆由正常行驶模式转变为制动模式时，电机转子依然保持旋转状态，电动势能变换为向车载电池充电，从而实现能量回收。3新能源汽车用电机控制器的设计3.1直流电机驱动技术在新能源汽车中直流电机驱动系统有着重要的作用，它使用时间较早，也是使用频率比较高的驱动系统。这种电机驱动技术主要是利用一些机械方面的开关来进行驱动的实现，能够通过对电机中蓄电池的串联个数来改变电压，这样能调整速度。这种调节形式也有一些缺点，如调节的效率较低、可靠性非常差等。采用直流电机来进行驱动控制，会让系能源汽车在进行驾驶时会产生一种错顿感，使乘车人感到不舒服。不过当可控硅整流器研制成功后，这种电机驱动实现了技术升级，使用效率得到很大改观，能够通过PWM（PulseWidthModulation，脉冲宽度调制）进行调制工作，使控制更高效。此外，还具有一些用于驱动控制的元件，虽然能在一定程度上提升使用效果，但是维护成本比较高、耗能也比较大。3.2永磁同步电机矢量控制永磁同步电机运行具有强耦合且非线性时变属性，在该运行状态下的数学模型构建较为复杂。在矢量控制解耦过程中，首先需建立矢量磁场控制模型，建立三相静止坐标状态方程，再利用相应的坐标系转化，分解为两相同步旋转坐标系状态方程。在进行坐标系的转化分解时，需利用空间矢量脉宽调制技术（SVPWM），对单个开关周期的3个基本电压矢量进行等效调整，在最终矢量平均值与目标电压矢量平均值达到相等的情形下，实现电机运行状态的精确控制。实现SVPWM算法，需对扇区进行计算和判断，将每个扇区分成6个扇区，根据计算结果得出每一扇区的对应关系。之后，对开关时间和驱动开关管切换时间点进行计算，利用Matlab和Simulink软件进行控制器的模型搭建与仿真计算。基于仿真结果分析，可以根据负载转矩幅值在不同时间段内的变化情况，获得电机转速随之变化的情况，相应调整电机的运行状态，以保持车辆的平稳行驶。3.3交流异步电机驱动技术交流异步电机是新能源汽车中非常重要的一种驱动系统，其能够很好地将汽车电池中的电能转化为机械能，能够很好地为汽车提供动力。这种装置的构成主要包括3个部分，分别为定子、转子和气隙。当交流异步电机内部的定子进行绕组后通过三相交流电源之后，能产生很好的旋转磁场，并利用这种磁场来进行转子的切割，获得更好的转矩，从而为汽车提供一定的动能。这种电机系统的结构组成非常简单，使用成本比较低，能够快速进行安装和使用，性价比非常高。同时，这种电机驱动具有很长的使用寿命，可以降低维护成本。此外，还具有一定的抗腐蚀性，能够在比较复杂的环境中进行应用。4控制策略应用要点基于本研究课题所设计的控制器模型，结合车辆动力学模型，初步验证了设计方案，并在符合我国实际道路工况的条件下进行了联合仿真试验，进一步验证了模糊控制器在充电次数、电池保护等方面的效果。在后续研究中，还需综合考虑系统运行中温度变化对电池的影响，并考虑制动能量回收时制动距离变化等方面的因素。在综合考虑更多因素的情形下，构建更为复杂的模型，更好地提升模型的精准度，在各种工况下确保模型精准度都能达到最优化状态，并进行了后续试验验证。结束语综上所述，新能源汽车是全世界都在进行研究和发展的目标，同时也能取得了一定的成效，这样有利于新能源的开发和使用，方便进行生态环境的保护。同时，新能源汽车还应该通过一定的电机驱动控制技术，更好地提高新能源汽车使用的可靠性。总之，新能源汽车具有非常广阔的发展前景，需要相关人员不断进行研究，进而推进新能源汽车的不断发展和进步。参考文献翟东风，李济禄,张旱年，渠敬.新能源BMS控制策略探讨[J].汽车实用技术，2020,45(24):6-7+18.苏超杰.新能源汽车电控系统电磁干扰故障分析与检修方法[J].汽车实用技术，2020,45(24):182-184.肖丽，高峰，侯淑萍，余璐，张慧芳,刘步新.新能源汽车驱动系统速度传感器故障检测与容错控制法[J].电工技术学报,2020,35(24):5075-5086.陈志鹏，孙兴，杨俊伟.插电混合动力汽车整车控制器热管理控制分析[J].汽车电器,2020(12):32