【正文】 能和解決這一關(guān)鍵問題的重要因素。電動汽車這一驅(qū)動功能的實現(xiàn)涉及電機、電力電子、微處理器、蓄電池等多學(xué)科技術(shù)領(lǐng)域，是趕超世界汽車行業(yè)先進水平的關(guān)鍵。 目前，國內(nèi)外電動汽車用電機系統(tǒng)涵蓋了交流感應(yīng)、永磁電機、開關(guān)磁阻等各種類型。因此，開發(fā)與電動汽車整機配套的永磁電機調(diào)速系統(tǒng)具有現(xiàn)實可行的意義。開發(fā)出一系列機電一體化 —集驅(qū)動、制動、測速、轉(zhuǎn)向為一體的高度集成化的驅(qū)動模塊，具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高性能車用永磁電機系統(tǒng)，可以加快我國電動汽車的產(chǎn)業(yè)化進程。從目前世界范圍內(nèi)的整個形勢來看 ，日本是電動汽車技術(shù)發(fā)展速度最快的少數(shù)幾個國家之一，特別是在混合動力汽車的產(chǎn)品發(fā)展方面，日本居世界領(lǐng)先地位。 1997 年 12 月 ，豐田汽車公司首先在日本市場上推出了世界上第一款批量生產(chǎn)的混合動力轎車PRIUS。目前推出的產(chǎn)品已經(jīng)是多次改進后的第二代產(chǎn)品，其生產(chǎn)工藝更為成熟。有關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示 ，豐田汽車公司已占有全球混合動力汽車市場 9 0％的份額。 PRIUS 混合動力轎車將在同年進入中國市場。豐田汽車公司在普及混合動力系統(tǒng)的低燃耗 、 低排放和改進行駛性能方面已經(jīng)走在了世界的前列。 20xx 年 4 月，本田汽車公司在美國市場上投放了 Civic 混合動力汽車。 美國的汽車公司在電動汽車產(chǎn)業(yè)化方面比來自日本的同行遜色不少 ， 三大汽車公司僅僅小批量生產(chǎn) 、 銷售過純電動汽車，而混合動力和燃料電池電動 汽車目前還未能實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，來自日本的混和動力電動汽車在美國市場上占據(jù)了主導(dǎo)地位。 在此基礎(chǔ)上 ， 現(xiàn)已推出三款混合動力概念車GM Precept、 Ford Prodigy、 Daimler Chrysler Dodge ESX3 。 與世界其他國家一樣 ， 電動汽車研發(fā)工作在我國也正在如火如荼的進行著。為此 ， 從 20xx 年 10 月起，國家共計撥款 億元作為這一重大科技專項的經(jīng)費。 燃料電池汽車已經(jīng)成功開發(fā)出性能樣車 ， 燃料電池轎車?yán)塾嬤\行 4000 k m，燃料電池客車?yán)塾嬤\行8000k m；混合動力客車已在武漢等地公交線路上試驗運行超過 14 萬 k m；純電動轎車和純電動客車均已通過國家有關(guān)認(rèn)證試驗。均采用 電 —電混合驅(qū)動方案 ，在整車操控性能 、 行駛性能 、安全性能 、 燃料利用率等方面均已得到較大提高。在 10 月舉行的必比登世界清潔汽車挑戰(zhàn)賽上 ， 我國自主研發(fā)的燃料電池轎車在 7 個單項獎中獲得 5 個 A ( 在高速蛇行障礙賽 、 噪音 、 排放 、 能耗 、 溫室氣體減排 5 個單項指標(biāo)方面的最高等級 )的好成績 ，燃料電池城市客車也以較高的技術(shù)性能和可靠性在挑戰(zhàn)賽中取得了良好的成績。一汽 、 東風(fēng) 、 長安 、 奇瑞等汽車公司對此都投入了較大 的人力 、 物力 。 20xx 年 11 月 8 日，湖北省啟動武漢電動汽車試驗示范運行工作 ， 先后投入 6 輛由東風(fēng)電 動車輛股份有限公司研制的混合動力客車 ， 已累計運行 14 萬 k m，載客 15 萬人次 ；混合動力轎車按 ECE城市工況與基本車型進行的對比試驗顯示 ， 其燃料經(jīng)濟性提高 40％左 右 ，達到了節(jié)油的目的。經(jīng)過國家檢測機構(gòu)測試，動力性能接近參考車的水平 ， 綜合油耗降低接近 17％，排放達到歐 Ⅲ 標(biāo)準(zhǔn) 。目前純電動轎車和純電動客車均已通過國家質(zhì)檢中心的型式認(rèn)證試驗，各項指標(biāo)均滿足有關(guān) 國家標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo) 準(zhǔn)的規(guī)定。北京理工大學(xué)等單位初步完成了北京理工科凌電動車輛股份有限公司密云電動車輛產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)基地的建設(shè) ，并于 20xx 年 12 月 30 日順利通過北京市公共交通總公司組織的示范運行車組驗收。 電動汽車的發(fā)展趨勢 1) 純蓄電池驅(qū)動的超微型汽車 這種汽車降低 了汽車的動力性和續(xù)駛里程的要求 ，充電過程比較簡單 ，車速不高 ，較適合于市內(nèi)或社區(qū)小范圍內(nèi)使用。比如 ， 日本的 Hypermini 采用了高性能鋰離子電池 ， 最高時速為 90km，一 次充電可行駛 115km，是一款適合未來城市道路行駛的家庭轎車。 目前我國也研制成了稀土永磁無刷直流電機和開關(guān)磁阻電機 。 3) 混合動力汽車 由于受到蓄電池性能的嚴(yán)重制約 ， 使純蓄電池型電動汽車的產(chǎn)業(yè)化進程舉步維艱 ， 于是混合動力汽車成了內(nèi)燃機汽車和電動汽車之間的過渡產(chǎn)品，既充分發(fā)揮了現(xiàn)有內(nèi)燃機技術(shù)優(yōu)勢 ， 又盡可能發(fā)揮電機驅(qū)動無污染的優(yōu)勢。 4) 燃料電池汽車 燃料電池汽車在成本和整體性能上 ， 特別是行程和補充燃料時間上明顯優(yōu)于其他電池的電動汽車 ， 并且燃料電池所用的燃料 (甲醇 、 汽油 、 柴油 、 天然氣等 )來源廣泛 ， 可實現(xiàn)無污染 、零排放等環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。 永磁同步電動機弱磁控制研究現(xiàn)狀 隨著電機調(diào)速控制理論、電力電子和微電子技術(shù)的迅速發(fā)展以及永磁材料性能價格比的不斷提高，永磁同步電動機的變頻調(diào)速進入了深入研究 和廣泛應(yīng)用的階段。隨著永磁同步電動機轉(zhuǎn)速的增加，電機定子繞組的反電動勢必然升高，當(dāng)反電動勢達到電機的額定電壓或是逆變器的直流側(cè)電壓時，電機的輸入電流將不能跟蹤控制器的輸出給定電流，電流調(diào)節(jié)器處于飽和狀態(tài)。由于永磁同步電動機的主磁場是由永磁體產(chǎn)生，不能像直流電機或感應(yīng)電機那樣弱磁，給永磁同步電動 機的高速恒功率運行帶來了新的 問題 。較強的弱磁性能能夠在逆變器容量不變的情況下提高系統(tǒng)性能 ； 或者說在保持系統(tǒng)性能不變的前提下降低電機的最大功率，從而降低逆變器的容量。 永磁同步電動機的轉(zhuǎn)子磁場由永磁體產(chǎn)生，因此，不可能直接被減弱。針對以上基本思想，許多學(xué)者致力于這方面的研究，提出了眾多方案。其主要思想是 ： 當(dāng)電機弱磁運行時，通過控制電機的功率因數(shù)角，調(diào)整電機的輸出轉(zhuǎn)矩和減弱電機的磁場。 基于虛擬瞬時功率的弱磁控制方法。通過尋找 S/ωe 的最優(yōu)值實現(xiàn)永磁同步電動機的弱磁控制。 采 用電流調(diào)節(jié)器實現(xiàn)永磁同步電動機的弱磁控制。定子交軸電流由電機角頻率給定值與實際值之間的偏差決定，定子直軸電流由每安培最大轉(zhuǎn)矩控制方案決定。控制外環(huán)的電壓可以確保電流調(diào)節(jié)器在任何工況下不至于飽和，從而取得較滿意的控制效果。 主要 是 用復(fù)合轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的永磁同步電動機 和 漏磁路電機設(shè)計法 來提高弱磁能力 。 （ 2） 研究永磁同步電動機矢量控制的幾種電流控制策略，對比其工作特性。 （ 3） 采用 TI 公司專用于電機控制的 TMS320LF24O7A 型數(shù)字信號處理器(DSP)作為核心，開發(fā)了全數(shù)字化的 PMSM 矢量控制調(diào)速系統(tǒng)，并完成相應(yīng)的系統(tǒng)軟硬件設(shè)計。 2 電動汽車永磁同步電動機弱磁調(diào)速控制策略分析 永磁同步電動及數(shù)學(xué)模型 永磁同步電動機的定子與傳統(tǒng)的感應(yīng)電動機定子結(jié)構(gòu)基本相同，有空間對稱分布的 A、 B、 C 三相繞組，轉(zhuǎn)子上安裝有永磁體，永磁體的勵磁磁場與定子繞組中電流產(chǎn)生電磁藕合作用，使電動機轉(zhuǎn)動。 將定子繞組中 A 相繞組的軸線作為空間坐標(biāo)的參考軸線 as。 CBA uuu 、 ——A、 B、 C 三相繞組電壓 。 LA、 LB、 LC ——電機定子繞組自感系數(shù) 。 f? ——轉(zhuǎn)子永磁體磁極的勵磁磁鏈 。 從以上的公式中，可見在 A、 B、 C 坐標(biāo)系中，永磁同步電動機的 模型方程不僅復(fù)雜，而且電耦 合程度還與轉(zhuǎn)子位置有關(guān)，即方程是非常定的。 經(jīng)過坐標(biāo)變換得到 永磁同步電動機在 dq 坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型 如下： 電壓方程 ???????????????????????????qqqdddqddqdqddiRdtdiRdtdiRdtduiRdtdu2222221100?? () 磁鏈方程 ?????????????????????qmqqqqfmddmddddqmqqqqfmddmddddiLiLiLiLiLiLiLiLiLiL22222222 () 電磁轉(zhuǎn)矩方程 )( qqddem iipT ???? () 機械運動方程 ????? ?RTTdtdJ Lem () 式中 ， u ——電壓 ； i ——電流 ； ψ ——磁鏈 ； d、 q ——下標(biāo)，分別表示定子的 d、 q 軸分量 ； 2d、 2q ——下標(biāo)，分別表示轉(zhuǎn)子的 d、 q 軸分量 ； Lmd、 Lmq ——定、轉(zhuǎn)子間 d、 q 軸互感 ； Ld、 Lq ——定子繞組 d、 q 軸電感， Ld=Lmd+L1， Lq=Lmq+L1； L2d、 L2q ——轉(zhuǎn)子繞組 d、 q 軸電感， L2d=Lmd+L2， L2q=Lmq+L2； Ll、 L2 ——定、轉(zhuǎn)子漏電感 ； if ——永磁體的等效勵磁電流 (A)，當(dāng)不考慮溫度對永磁體的影響時，其值為一常數(shù)， mdff Li ?? ； f? ——永磁體產(chǎn)生的磁鏈 ，可由 ?0ef ?? 求取， e0 為空載反電動勢，其值為每相繞組反電動勢有效值的 3 倍，即 00 3Ee ? ； J ——轉(zhuǎn)動慣量 (包括轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量和負(fù)載機械折算過來的轉(zhuǎn)動慣量 )； RΩ ——阻力系數(shù) ； TL ——負(fù)載轉(zhuǎn)矩 ； P =d/dt—— 微分算子。從圖中可以看出，定子電流空間矢量與磁鏈空間矢量同相，而定子磁鏈與永磁體產(chǎn)生的磁鏈的空間電角度為 β，且 ???????s inc o ssqsdiiii () 將上式代入式 ()的電磁 轉(zhuǎn)矩公式中 ])([]2s i n)(21s i n[ 2qdqdqfsqdsfmdemiiLLipiLLiiLpT??????? ?? () 由上式可以看出，永磁同步電動機的輸出轉(zhuǎn)矩中含有兩個分量，第 1 項是永磁轉(zhuǎn)矩 Tm，第 2 項是由轉(zhuǎn)子不對稱所造成的磁阻轉(zhuǎn)矩 Tr。 電機穩(wěn)態(tài)運行時，電磁轉(zhuǎn)矩可表示為 as d q ? ? ? di si s? qi fi f? ? ? qi ? d q 0E di si sU dq Lji? ssRi dd Lji? ])([])([]2s i n)(21s i n[02qdqdqqdqdqfsqdsfmdiiXXiepiiLLipiLLiiLpT e m????????????? () 電壓可表示為 ??????????qfddqdqqdiRiLuiRiLu11??? () 相應(yīng)的輸入功率 12201 2s i n)(21s i n RiiXXieiuiuP ssqdsqqdd ?????? ?? () 電磁功率 qdqdqsqdsfmdememiiXXieiLLiiLppTP)(]2s i n)(21s i n[02???????? ??? () 為了推導(dǎo)方便，對 dq 坐標(biāo)系下的永磁同步電動機的方程標(biāo)么化，上標(biāo) *表示 標(biāo)么化以后的物理量。 經(jīng)過標(biāo)么化處理后的轉(zhuǎn)矩方程為 **** )1( qdqem iiiT ??? ? （ ） 式中 ， 凸極率 dq LL?? ，其直接決定磁阻轉(zhuǎn)矩的大小 。在內(nèi)置式永磁同步電動機的矢量控制系統(tǒng)中，根據(jù)不同運行區(qū)域，靈活有效地利用這個磁阻轉(zhuǎn)矩可以增加電動機的電