【正文】 技術(shù)領域和世界電動汽車產(chǎn)業(yè)化的領軍企業(yè)。（2）電動汽車在國內(nèi)的發(fā)展概況中國是當今世界上最大的發(fā)展中國家，中國擁有世界上最大的生產(chǎn)力，被稱為“世界工廠”，由于工業(yè)的發(fā)展日益加快，環(huán)保問題也因此突顯，所以我國對綠色環(huán)保的純電動汽車的發(fā)展也是相當?shù)闹匾暋Ｆ渲?，在上海燃料電池汽車動力系統(tǒng)有限公司和同濟大學的合作下，燃料電池驕車研發(fā)在上海落下帷幕；依托清華大學和北京客車廠，燃料電池大客車的工作開展在北京；依靠東風電動汽車公司的發(fā)展，奇瑞和長安公司的加入，混合動力電動汽車在武漢正式開展了一系列的研發(fā)；由一汽集團和東風電動汽車公司利用各自的底盤技術(shù)進行開發(fā)作為依托，把混合動力電動汽車地盤設計研發(fā)任務安排在武漢和長春；北京電動車輛股份有限公司和天津清遠發(fā)電有限公司在北京和天津聯(lián)合開發(fā)純電動汽車。同時，中國正在建設中的專利戰(zhàn)略和技術(shù)標準，使具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新能源汽車產(chǎn)業(yè)有了更加可靠地支持。因此，純電動汽車的加速性、最高車速、行駛里程長度、爬坡性能、能量轉(zhuǎn)換性能取決于其驅(qū)動系統(tǒng)的控制方案。國外幾大著名的汽車制造商都在開展對純電動汽車驅(qū)動控制系統(tǒng)的研究工作，如永磁同步電動機驅(qū)動控制系統(tǒng)（豐田）、EV1車型直流電機驅(qū)動控制系統(tǒng)（通用公司）。其產(chǎn)品的實際性能經(jīng)受了市場的考驗，研究和開發(fā)的驅(qū)動控制策略比較完善，其節(jié)能性好、駕駛性能優(yōu)越。在良好且具有極大潛力的純電動車市場背景下，各個汽車企業(yè)都在投入研發(fā)、積極制造或者購買和純電動車相關(guān)的汽車驅(qū)動控制系統(tǒng)。 第三方面，驅(qū)動控制器設計的標準化。逐漸制定標準，可以使全球汽車制造商不斷的整合交流，如通用全球汽車制造商、半導體和軟件系統(tǒng)公司、零部件供應商等共同建立了“汽車開放系統(tǒng)架構(gòu)聯(lián)盟”，形成了AUTOSAR標準。目前，國內(nèi)整體發(fā)展水平與國外相比差距很大，尤其是創(chuàng)新水平不高和生產(chǎn)能力不足，國外驅(qū)動控制器相對國內(nèi)成熟度高，國內(nèi)企業(yè)在實際生產(chǎn)中大多喜歡國外公司生產(chǎn)的產(chǎn)品驅(qū)動控制器。 驅(qū)動控制系統(tǒng)的工作原理及存在的問題在車輛行駛過程中，駕駛員獲取環(huán)境信息、車輛狀況信息后，根據(jù)自己的駕駛經(jīng)驗，通過操縱系統(tǒng)，對車輛輸入自己的駕駛指令，使車輛按照自己的意圖行駛。和傳統(tǒng)燃油汽車一樣，在電動汽車的行駛過程中，其動力輸出也是通過加速踏板來控制的，從人的感官出發(fā)，駕駛員直觀的控制對象并不是驅(qū)動系統(tǒng)輸出的動力，而是車輛行駛速度，如果車速不能達到駕駛員的預期車速，駕駛員就會繼續(xù)改變加速踏板位置，直至達到控制標為止。因此，建立了如圖12模型，以此作為電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)的控制模型即以實際車速與目標車速之間的偏差，作為輸入量，其輸出為轉(zhuǎn)矩給定值T g，矢量控制模塊按照這個轉(zhuǎn)矩給定值控制驅(qū)動電機的動力輸出。目前，國內(nèi)企業(yè)和研發(fā)機構(gòu)的純電動汽車在小批量生產(chǎn)科研和調(diào)試階段，由于實驗參數(shù)和基礎數(shù)據(jù)庫不完善，直接影響了純電動汽車驅(qū)動控制器的設計水平，總體水平相對國外較低。第一，基于數(shù)據(jù)庫不完善。第二，產(chǎn)品依賴國外技術(shù)，不利于工業(yè)化生產(chǎn)。第三，系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性有待提高。所以即使國內(nèi)各研發(fā)機構(gòu)和企業(yè)可以完成驅(qū)動控制器的設計與組裝，但控制器的驅(qū)動程序的還需要改進，方向為提高可靠性和穩(wěn)定性。目前，國內(nèi)研發(fā)機構(gòu)和企業(yè)在驅(qū)動控制器的設計制造中，各個標準的定義和規(guī)范都不相同的，導致產(chǎn)品的通用性、連續(xù)性、和復用性較差，只能自己小批量生產(chǎn)，無法大批量生產(chǎn)。一般來說，純電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)，主要按電動車驅(qū)動電動機分類，目前驅(qū)動電動機系統(tǒng)主要有幾大類：直流型電動機（無刷直流，Brushless DC Motor 和有刷直流，Brush DC motor）、異步電動機（Asynchronous motor）、磁阻開關(guān)電動機（Switched reluctance motor）和永磁同步電動機（Permanent magnet synchronous motor）等。電動汽車在行駛過程中，對于不同的道路工況，經(jīng)常性的啟動、加速和減速、爬坡和急停等，這就要求驅(qū)動系統(tǒng)能很好的響應這些要求。電樞調(diào)壓控制是改變他勵電動機電樞端的電壓來實現(xiàn)控制功能，可實現(xiàn)在寬廣范圍內(nèi)的連續(xù)平滑速度控制，調(diào)速比可達 1:30。電樞回路控制通過改變電樞回路的電阻來實現(xiàn)調(diào)速，該方法調(diào)速的機械特性較軟，且電機運行不穩(wěn)定，適用于要求不高的小型電機。異步電動機由于其實際可操作性較高一般在電動汽車上使用較多。矢量控制是基于矢量控制理論建立的交流電動機動態(tài)控制數(shù)學模型的控制方法，需要解耦定子電流成獨立的磁鏈分量和轉(zhuǎn)矩分量，對動態(tài)數(shù)模的準確度和算法精度要求高。直接轉(zhuǎn)矩控制是將電機輸出轉(zhuǎn)矩作為控制對象，通過控制定子磁場向量來控制電機轉(zhuǎn)速，不需要復雜準確的數(shù)學模型和矢量分解的坐標變換。(3) 開關(guān)磁阻電動機（Switched Reluctance Motor）開關(guān)磁阻電動機[6]是一種讓磁阻隨轉(zhuǎn)子磁極與定子磁極的中心線而變化，從而使定子繞組按一定的順序通斷，才會使保持電動機在控制狀態(tài)下連續(xù)運行。這種類型的電機的電動汽車驅(qū)動，在目前很少使用電動汽車。(4) 永磁式同步電動機（Permanent magnet synchronous motor）永磁同步電動機[6]由電樞鐵芯和電樞繞組組成定子，轉(zhuǎn)子由永磁體、轉(zhuǎn)子鐵芯和轉(zhuǎn)軸構(gòu)成，永磁體磁動勢和電樞磁動勢構(gòu)成高磁通密度磁場驅(qū)動轉(zhuǎn)子連續(xù)運行。然而，它是運行在高速異步電動機相對比較復雜，還需要研究轉(zhuǎn)子磁極位置。通過對以上電機的比較得出：三相異步電動機具有體積小，價格低，維修方便，操作簡單等優(yōu)點，已成為首選，因此本文的純電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)是使用三相異步電動機。綜上所示，本章對國內(nèi)外電動汽車的發(fā)展，驅(qū)動控制系統(tǒng)研究現(xiàn)狀進行了介紹和概述，并對純電動汽車的電機驅(qū)動系統(tǒng)的工作原理進行了分析。第二章 純電動汽車驅(qū)動電機模型的建立驅(qū)動電機及其控制技術(shù)是純電動汽車的關(guān)鍵技術(shù)之一，純電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)與其它的電力驅(qū)動系統(tǒng)不同，它有其特殊的要求：(1)要求能頻繁的啟動、停車、加速、減速，以及良好的扭矩控制動態(tài)性能；(2)運行速度在一個更廣泛的范圍，純電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)應該在恒轉(zhuǎn)矩和功率區(qū)內(nèi)工作，在同一時間內(nèi)也要有更高的效率；(3)在壞的工作環(huán)境時，要求工作可靠。目前純電動汽車按照電機種類劃分，常用驅(qū)動系統(tǒng)可分為：交流感應電動機系統(tǒng)、永磁同步電機、直流電機和開關(guān)磁阻電動機系統(tǒng)四類。 異步電機的物理模型異步電機是一個高階、非線性、強耦合的多變量系統(tǒng)，在研究其數(shù)學模型時所做的假設分別為：第一，忽略空間諧波，認為三相繞組對稱，所產(chǎn)生的磁動勢沿氣隙圓周按正弦規(guī)律分布；第二，忽略磁路飽和影響，認為各繞組的自感和互感都是恒定的；第三，忽略鐵芯損耗；第四，不考慮頻率和溫度變化對繞組電阻的影響。其中，定子三相繞組軸線A, B, C在空間是固定的，以A軸為參考坐標軸，轉(zhuǎn)子繞組a，b，c隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子a軸和定子A軸之間的電角度為空間角位移變量[1]。由電機學可知，在兩相、三相、四相等多相對稱繞組中通以多相對稱電流時，都能夠產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動勢，其中以兩相最為簡單，兩相靜止繞組α和β，它們在空間互差90度，通以時間上互差90度的兩相平衡交流電流、也可以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動勢F，該磁動勢與三相對稱的靜止繞組A，B，C所產(chǎn)生的磁動勢的大小和轉(zhuǎn)速都相等時，即認為二者是等效的。讓包含兩個繞組在內(nèi)的整個鐵心以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，則磁動勢F自然也隨之旋轉(zhuǎn)起來，成為旋轉(zhuǎn)磁動勢。 根據(jù)旋轉(zhuǎn)磁場等效的原則，經(jīng)過三相兩相變換和旋轉(zhuǎn)變換等矢量變換，使三相交流電機的三相繞組和直流電機的直流繞組等效，從而能模擬直流電機控制轉(zhuǎn)矩的方法對交流電機的轉(zhuǎn)矩進行控制，這就是矢量變換控制。這樣，通過坐標變換，可以找到與交流三相繞組等效的直流電機模型[2]。圖中F為勵磁繞組，A為電樞繞組，C為補償繞組。把F的軸線稱為直軸或d軸，主磁通的方向就在d軸上，A和C的軸線則稱為交軸或q軸。如果能將異步電動機的物理模型等效地變換成類似直流電機的模式，分析和控制問題就可以大為簡化。 異步電機的數(shù)學模型.由機電能量轉(zhuǎn)換原理，在線性電感的條件下的多繞組電機中，磁共能和磁場的儲能為： (21) 電磁轉(zhuǎn)矩等于磁共能的變化率（電流不變），機械角位移，則： (22)根據(jù)上述兩式可得： (23)將和、的代入上式并整理得： (24)電動機的機械運動方程為： (26)其中，分別為電機的額定輸出轉(zhuǎn)矩、負載轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)軸上總的轉(zhuǎn)動慣量和極對數(shù)。把上面兩個式子寫成矩陣形式，并用代替微分算子得到： (213)向量表示為：。假設兩相平行的繞組的互感為,而設為繞組的漏感。由于系統(tǒng)的強耦合非線性特性可利用、的余弦函數(shù)矩陣進行表達，因此異步電機可控制非線性。根據(jù)推導得出三相異步電機的數(shù)學模型[3]，由式（27）、（28）、（211）組成的數(shù)學模型。電機的定、轉(zhuǎn)子繞組相互耦合，定、轉(zhuǎn)子電流相互耦合，其根源在于電感的影響。在此給出變換到兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的數(shù)學模型[4]。由