張紅波

電驅(qū)動系統(tǒng)是新能源汽車的心臟，它包括電機和驅(qū)動系統(tǒng)控制器兩大部分。本文研究一種小功率，適用于輕量化的新能源汽車開關(guān)磁阻電機系統(tǒng)匹配問題。

開關(guān)詞組電機是一種典型的單邊單勵機電能量轉(zhuǎn)換裝置，其運行原理是載流繞組產(chǎn)生的磁通要走磁阻最小的路徑，利用雙凸極結(jié)構(gòu)磁導變化而產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩。由于電動汽車攜帶的電池電能有限，電機又是EV的一個固定載荷，因此要求電機驅(qū)動系統(tǒng)效率高，體積小，重量輕，所以要滿足功率和節(jié)能的需要，驅(qū)動電機和整車的匹配尤為重要。本文通過從幾個方面分析研究開關(guān)磁電機與整車性能匹配問題。

開關(guān)磁阻電機的單體系統(tǒng)設(shè)計

整體結(jié)構(gòu)計算

根據(jù)開關(guān)詞組電機輸出方程如下：

其中，D_I標題代表的是轉(zhuǎn)子外徑;L_stk標題代表的是鐵心疊長;B代表的是磁負荷，通常在0.36T至0.62T這一范圍;A代表的是電負荷，通常在15000A/m至30000A/m這一范圍;k_i和k_m代表的是電流系數(shù);Pem代表的是電磁功率，計算公式如下：

需要對電機尺寸詳細計算，將細長比λ進行引入，此時計算公式如下：

λ=Dr/Lstk

能夠?qū)﹄姍C性能、經(jīng)濟指標產(chǎn)生直接影響的因素為λ，若λ值較小，電機細長，無論是啟動還是調(diào)速都更加便捷，但通風條件較差;若λ值較大，電機粗短，此時電機特點與λ值較小相反。

電機控制方案

拋開控制系統(tǒng)的具體特點，單獨討論電機性能是不準確的。優(yōu)秀的電機性能只有通過高可靠性的控制器和先進的控制策略來實現(xiàn)。由于SRD系統(tǒng)整體性能在很大程度上取決于系統(tǒng)各組成部分間的相互配合，因此，為了優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計、提高系統(tǒng)性能，有必要將SR電機、控制器以及控制策略作為一個整體進行研究。

驅(qū)動控制系統(tǒng)綜合駕駛員指令、當前車輛狀況、電池管理單元BMU、電機控制器的狀態(tài)信號發(fā)出電機控制信號。正常“轉(zhuǎn)矩控制”情況下，0—5V的模擬量在電動時為電機轉(zhuǎn)矩（功率）給定信號，停車充電或再生制動時為電機發(fā)電功率（電流）給定信號，“轉(zhuǎn)速控制”情況下，0—5V的模擬量定義為電機速度給定信號。車輛起步加速時，電機“電動”。車輛減速停車時，根據(jù)蓄電池電量狀態(tài)，電機“發(fā)電（制動）”，回收能量。

開關(guān)磁阻電機噪聲對整車NVH影響的抑制

開關(guān)磁阻電機在當前應(yīng)用中，存在噪音、震動的問題，因此，噪聲綜合分析與處理成為當前工作人員的首要工作任務(wù)。

開關(guān)磁阻電機噪聲的現(xiàn)狀

開關(guān)磁阻電機的噪聲問題是它最受爭議的一個問題，盡管通過在電機結(jié)構(gòu)、工藝以及控制方式等方面進行改進而消除噪聲的研究目前大有進展，但開關(guān)磁阻電機的噪聲研究仍未達到一個令人滿意的水平。開關(guān)磁阻電機的噪聲是目前制約開關(guān)詞組電機在新能源汽車上應(yīng)用的最大障礙。

開關(guān)磁阻電機噪聲的抑制

通過合理的設(shè)計EMI濾波器可以有效減少開關(guān)磁阻電機的噪聲。關(guān)磁阻電機可以將傳導電磁干擾噪聲進行等效，等效為一個噪聲阻抗串聯(lián)與一個噪聲源形式，并利用其自身的LISN形式，進行合理的傳輸，傳輸至現(xiàn)有的接收設(shè)備中，最終的目的是將噪聲源產(chǎn)生的噪聲傳輸至測試電阻上，進而實現(xiàn)最大限度的衰減，滿足當前的需求。受此影響，在進行合理的設(shè)計時，應(yīng)保證自身的濾波器充分發(fā)揮出自身的能力。

開關(guān)磁阻電與整車動力性匹配分析

影響整車動力性的因素

汽車是有各個總成及零部件構(gòu)成的復(fù)雜系統(tǒng)，整個車輛在工組時，需要各個模塊協(xié)同工作。對于動力系統(tǒng)而言，如果沒有很好的進行匹配，車輛不僅能耗高，而且會出現(xiàn)動力不足、動力不均勻等情況發(fā)生。對于傳統(tǒng)內(nèi)燃機車輛，影響整車動力的主要因素包括發(fā)動機特性、變速器速比、整車質(zhì)量等，尤其是發(fā)動機與變速器的匹配會直接影響整車動力性能。發(fā)動機的工作特性決定了低速和告訴時不能輸出很大的扭矩，最大扭矩的轉(zhuǎn)速區(qū)間非常小，所以為能配合好發(fā)動機的工作特性，要選擇合適的變速速比，以保證發(fā)動機能隨時有良好的扭矩輸出。相對于內(nèi)燃機車輛，電動汽車的動力源來于電動機，而電動機的工作特性與發(fā)動機區(qū)別很大，它能夠在非常寬泛的轉(zhuǎn)速區(qū)間輸出很大的扭矩。甚至在起步階段就可以輸出足夠大的扭矩以保證車輛的加速性能。這也是為什么很多電動汽車上面只安裝有減速器，而沒有變速器的原因。對于開關(guān)磁阻電機而言，雖然啟動轉(zhuǎn)矩較大，但是功率密度相對較低，所以應(yīng)用于電動汽車上，主要存在車輛的爬坡動力不足、能量利用率不高等問題。

整車動力系統(tǒng)匹配解決方案

①優(yōu)化電控系統(tǒng)。通過優(yōu)化電機控制系統(tǒng)和整車控制系統(tǒng)，電機控制系統(tǒng)通過算法優(yōu)化、PWM斬波調(diào)壓等措施，實現(xiàn)讓電動機扭矩輸出與車速更協(xié)調(diào)，保證車輛起動扭矩的前提下，均衡個工況的扭矩輸出，保證能量利用更充分，形式更加平穩(wěn)。適當增加爬坡時的扭矩輸出，增強大負荷工況下的動力，彌補電動汽車動力輸出短板。

②增加變速系統(tǒng)。雖然增加變速器會增加整車重量，但是改變速比會有效改善動力系統(tǒng)性能。目前電動汽車上一般以二級減速器代替燃油車的變速器，如果用一個二速或三速變速器替換減速器，可以在基本不增加整車重量的基礎(chǔ)上有效改變傳動比，會大大提高整車在不同工況下的動力輸出。

③優(yōu)化電機功率與整車質(zhì)量匹配。理論上電機額定功率越大，動力輸出越充足，但是如果和整車質(zhì)量匹配不適當，就會出現(xiàn)“大馬拉小車”或“小馬拉大車”的情況，這都不利于整車動力輸出和能量的充分利用。設(shè)計時可以通過仿真分析提高這兩個參數(shù)的擬合度，這樣既節(jié)省成本，又可以節(jié)省時間。也可以通過整車試驗，通過大量試驗數(shù)據(jù)的分析，提煉出不同車輛重量和電動機功率的關(guān)系，選擇最合適功率的電動機。

通過對上文所敘述的內(nèi)容，由于開關(guān)磁阻電機在新能源汽車應(yīng)用還不太成熟，無論從電機整體設(shè)計上還是整車系統(tǒng)匹配優(yōu)化上都有很大的研究空間，文中通過對電機單體的設(shè)計、控制方案的設(shè)計及電機噪聲抑制方法的探究，以及對開關(guān)磁阻電與整車動力性匹配分析，可以在一定程度上滿足開關(guān)磁阻電機在輕量新能源汽車上的匹配優(yōu)化。