浅析纯电动汽车驱动电机控制系统的控制过程

摘要：纯电动汽车的使用已经走进我们的生活，它已成为当前这一时期汽车的典型转型。纯电动汽车从结构上来说主要体现在动力总成控制系统、电机控制系统和电池及其管理系统三个方面。从工作原理上来讲，纯电动汽车主要是通过高压蓄电池直接供电，再由驱动电机控制模塊控制汽车驱动电机起动运转。本文主要对纯电动汽车电机的结构、电机控制系统过程进行分析。

关键词：纯电动汽车;驱动电机;电机控制系统

燃油汽车在使用过程中燃烧排放出热量，同时废气排放也在同步增加，这就让我们的环境持续受到污染，空气指数也受到严重影响，随着我们对燃油的使用，燃油能源也在逐渐的减少，人类将会面对能源危机所带来的影响。为了我们的生存环境不再受到污染，为了让生态资源与人类需求保持平衡，纯电动汽车的发展逐渐取代现在使用的燃油汽车，将成为我们的迫切需要。

纯电汽车与传统汽车相比，主要是用蓄电池取代传统汽车的发动机。电动汽车电动机驱动系统所需要的电能由车载蓄电池提供，并将车载蓄电池输出的电能转化为电动汽车所需要的机械能，而驱动电机的输出轴便连接至该电动汽车的驱动系统，经过驱动系统基本结构的传动装置，传动装置把驱动电机传来的力转化为驱动力，从而驱动汽车驱动轮，完成行驶。

纯电动汽车的核心部件主要由驱动电机和电机的控制模块组成，驱动电机模块主要是根据驾驶员的操作，把电动汽车动力电池所产生的电能最大化的转化为车轮旋转所需要的动能，或者是在制动时，车轮上所产生的动能反馈给电动车电池。电动汽车的动力性、经济性和舒适性直接受驱动电机的特性影响，驱动电机的特性也就成为评价汽车性能的主要指标。

汽车驱动电机系统主要通过驱动电机、各种传感器、驱动电机控制模块、高压线束、低压线束、冷却系统与电动汽车的其它系统连在一起。

纯电动汽车电机广泛采用三相交流永磁电动机。三相交流永磁电动机的特点是效率高、控制精度高、转矩密度高、转动平稳性好和振动噪声低。永磁同步电动机根据驱动电流的不同分为正弦波驱动和方波驱动的两类电动机。

三相交流永磁电动机由定子、转子、机座、风扇、前后端盖等组成，如图1所示。

永磁同步电机的定子与普通电动机基本一样，由电枢铁心和电枢绕组组成，如图2所示。电枢铁心一般采用0.5mm硅钢冲片叠压而成，电枢绕组采用分布、短距绕组。

三相交流永磁同步电动机的转子和发电机转子组成基本一样，由永磁体和转子铁心、转子绕组等组成。其中永磁体主要采用铁氧体永磁材料，转子铁心选用实心钢或采用钢板或硅钢片冲制后叠压。和普通电机不同的地方是永磁同步电机要装有转子永磁体位置检测器。

永磁体位置检测器起到传感器的作用，装在三相交流永磁同步驱动电机当中，是用来检测转子的N极、S极的位置的，主要给电机转向改变提供信号。永磁体位置检测器的类型有光电编码式、磁敏式、电磁式等，无论哪种测量方式，只是安装的体积、方便程度、成本及可靠性不同而已。

永磁同步电机的工作时，电机的转子就是一个永磁体，N极、S极延圆周方向交替排列，定子就相当于一个旋转的磁场。当驱动电机工作时，在定子当中就感应出磁动势，转子就受到磁场中磁力的影响开始和定子一起旋转。

驱动电机转子N极S极的位置通过位置检测器传给驱动电机控制模块，控制模块内部元件进行分析后，确定当前转子N极S极的所在位置，触发控制信号，控制所对应的功率三极管的导通与否，按一定的顺序给驱动电机中定子的三个线圈进行通电，从而驱动电机开始运转工作。

驱动电机系统的控制核心是驱动电机控制模块，驱动电机控制模块主要采用三相两电平电压源型逆变器。驱动电机控制系统中的各种传感器将信号反馈给控制模块，控制模块根据检测测出的电流信号、电压信号、温度信号对电机当前运行状态进行监测并调整相应的参数，完成控制。驱动电机控制模块根据温度传感器反馈的信息，再通过CAN线反馈给整车控制器整车控制模块，来控制冷却风扇的开启与否、冷却系统循环的路线，确保电机保持在理想温度下工作。

驱动电机控制系统工作过程见图3。

驱动电机控制器主要功能有：

①驱动时：逆变器将蓄电池提供的直流电逆变为电压频率可调的三相交流电，供电动机使用，驱动汽车运行。

②制动时：电动机做发电机运行将动能变为电能产生三相交流电，经逆变器变为直流电反馈回蓄电池，进行再生制动。

③运行速度控制：采用脉宽调制控制改变逆变器输出的三相交流电的电压和频率就可以改变电机的转速，从而对汽车进行调速。

④运行方向控制：通过改变逆变器中控制模块的导通顺序就可以改变输出三相交流电的相序，即改变了三相异步电动机定子三相绕组所接交流电的相序，三相异步电动机反转，从而改变汽车的运行方向。

⑤驱动与制动控制：通过改变逆变器输出三相交流电的频率，改变三相异步电动机的转差频率的正负，控制三相异步电动机是处于电动机状态还是发电机状态，从而控制汽车的驱动和制动。

驱动电机控制系统的所有传感器将信号反馈给驱动电机控制模块，控制模块对采集到的信号进行分析处理后，将电机运行状况信息通过数据CAN线反馈到整车的控制模块。整车控制模块根据电机的运行状况及相关传感器信号分析处理后发出指令给驱动电机控制模块，对驱动电机的工作进行实时控制，从而完成驱动电机的各种功能。驱动电机控制模块和汽车其它系统控制模块一样，含有故障诊断功能，当电机工作出现异常时，电机控制模块会将故障代码信息发送给整车控制模块进行存储。

参考文献：

[1]何忆斌.新能源汽车驱动电机技术[M].机械工业出版社，2017.

[2]刘强.浅析纯电动汽车驱动电机及控制系统[J].南方农机，2019.

[3]焦建刚.纯电动汽车结构与原理介绍[J].汽车维修与保养， 2017.

作者简介：田振芳（1980-），女，山西洪洞人，本科，讲师，研究方向为汽车维修。