關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車；驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；智能控制

0 前言

隨著全球碳排放問題的日益嚴(yán)重，電動(dòng)汽車作為環(huán)保交通工具，已成為一種重要的出行方式。然而，在電動(dòng)汽車的推廣過程中仍面臨一些挑戰(zhàn)，其中關(guān)鍵之一就是電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能和效率。為了解決這個(gè)問題，主要研究電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的智能控制及其應(yīng)用。探討4 種主要電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制技術(shù)，分別是直流電機(jī)、交流異步電機(jī)、永磁同步電機(jī)和開關(guān)磁阻電機(jī)，并應(yīng)用人工智能與機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)將其進(jìn)行優(yōu)化。目標(biāo)是通過智能控制提升電動(dòng)汽車的能源利用效率和駕駛穩(wěn)定性，推進(jìn)電動(dòng)汽車的廣泛應(yīng)用。

1 電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)分析

1. 1 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

直流電機(jī)的控制原理有其自身的特點(diǎn)。要使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，首先控制部件必須根據(jù)霍爾傳感器感應(yīng)到電機(jī)轉(zhuǎn)子所在位置，以定子繞組為依據(jù)，確定換流器中功率晶體管的開啟（或關(guān)閉）順序。換流器中的上臂功率晶體管和下臂功率晶體管使電流按照一定順序在電機(jī)線圈中流過，產(chǎn)生順向（或逆向）的旋轉(zhuǎn)磁場。該磁場與轉(zhuǎn)子磁鐵相互作用，使電機(jī)發(fā)生順時(shí)針或逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。在電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，當(dāng)轉(zhuǎn)子與霍爾傳感器感應(yīng)到的另一組信號(hào)相遇時(shí)，控制部件將控制下一組功率晶體管有序開啟，之后按照這樣的流程循環(huán)，電機(jī)就會(huì)始終向著一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，直到控制部分要求電機(jī)停轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子停止運(yùn)動(dòng)時(shí)，則將功率晶體管全部關(guān)閉（或者僅開啟下臂功率晶體管）；以相反的順序開啟功率晶體管，就能控制電機(jī)轉(zhuǎn)子反向運(yùn)動(dòng)［1］。

在電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，控制部件會(huì)再次按照驅(qū)動(dòng)器預(yù)先設(shè)定的速度及其變化要求，在對(duì)比霍爾傳感器信號(hào)變化的速度（或由軟件運(yùn)算）后再?zèng)Q定下一組功率晶體管開關(guān)導(dǎo)通及導(dǎo)通時(shí)間長短。如果速度不足，則開長；如果速度過快，則減短。此部分工作就由多種脈沖寬度調(diào)制（PWM）來完成。

1. 2 交流異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

當(dāng)電動(dòng)汽車在行駛中制動(dòng)或減速時(shí)，電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能并供應(yīng)到汽車的儲(chǔ)能系統(tǒng)中。在電動(dòng)汽車中，蓄電池供應(yīng)的直流電通過PWM 功率逆變器（由功率半導(dǎo)體器件構(gòu)成）轉(zhuǎn)變成可以調(diào)節(jié)幅值與頻率的交流電。異步電機(jī)PWM 功率逆變器主要應(yīng)用的4 種控制方法為U/f 恒定控制法、直接轉(zhuǎn)矩控制法（DTC）、矢量控制法、轉(zhuǎn)差率控制法。其中，主流使用的是矢量控制法與DTC。

1. 2. 1 矢量控制法

矢量控制法即磁場定向控制，依據(jù)同步旋轉(zhuǎn)參考坐標(biāo)系定向的方式，可將該控制法劃分為定子、氣隙、轉(zhuǎn)子3 類磁場定向控制方式。其中，轉(zhuǎn)子磁場定向控制能自然解耦控制，因此廣泛應(yīng)用于實(shí)際系統(tǒng)中；而其他2 種定向控制法會(huì)產(chǎn)生耦合效應(yīng)，需要通過解耦的補(bǔ)償電流進(jìn)行補(bǔ)償。

1. 2. 2 直接轉(zhuǎn)矩控制法

直接轉(zhuǎn)矩控制法是一種圍繞中心轉(zhuǎn)矩，對(duì)轉(zhuǎn)矩、磁鏈進(jìn)行綜合控制的方法。相比于矢量控制法，直接轉(zhuǎn)矩控制法不需要通過解耦，可以直接進(jìn)行轉(zhuǎn)矩控制，其算法也因此不存在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換這一流程。對(duì)電機(jī)定子的電流與電壓進(jìn)行簡單的監(jiān)測，計(jì)算瞬時(shí)空間矢量理論對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩與磁鏈，再依據(jù)計(jì)算結(jié)果與給定值的差值，就能直接控制轉(zhuǎn)矩與磁鏈。

相比于那些需要進(jìn)行坐標(biāo)變換和計(jì)算、需要PWM 脈寬調(diào)制信號(hào)發(fā)生器、為解耦而簡化異步電機(jī)數(shù)學(xué)模型的矢量控制方式，直接轉(zhuǎn)矩控制法具有更簡單的控制結(jié)構(gòu)、更迅速且不會(huì)超調(diào)的系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩響應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)，能夠控制信號(hào)對(duì)明確的物理概念進(jìn)行處理，是一種具有比較優(yōu)越的動(dòng)靜態(tài)性能的交流調(diào)速控制方式。

1. 3 永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

目前所使用的可調(diào)速的永磁同步電機(jī)，大部分都屬于自控式電機(jī)，即通過位置反饋信息使逆變器始終與電機(jī)系統(tǒng)處于同步狀態(tài)。在自控式電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，可通過霍爾位置傳感器對(duì)磁極的具體位置進(jìn)行檢測。在控制策略上，可將直接轉(zhuǎn)矩控制、矢量控制（磁場定向控制）等先進(jìn)的控制策略應(yīng)用于永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)中。在采取矢量控制策略時(shí)，可通過轉(zhuǎn)速閉環(huán)、磁極位置閉環(huán)、三閉環(huán)電流閉環(huán)的方式控制電機(jī)。

1. 4 開關(guān)磁阻電機(jī)（SRM）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

SRM 的可控參數(shù)包括開通角、定子繞組電壓、關(guān)斷角，其控制思路是通過對(duì)這些控制參數(shù)進(jìn)行合理改變，達(dá)到運(yùn)行要求。以不同的控制參數(shù)調(diào)整方式為依據(jù)，SRM 控制可分為角度位置控制（APC）、電流斬波控制（CCC）、電壓斬波控制（VCC）3 種模式。APC 模式是一種在保持電壓不變的基礎(chǔ)上，通過調(diào)整另外2 項(xiàng)可控參數(shù)達(dá)到控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的方式。這種方式適合在較高速區(qū)中應(yīng)用。但由于每個(gè)由轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速確定的運(yùn)行點(diǎn)，都對(duì)應(yīng)著多種開通角和關(guān)斷角的組合形式，不同組合具有不同的性能表現(xiàn)，在實(shí)際操作時(shí)比較復(fù)雜，通常難以達(dá)到令人滿意的效果。CCC 模式一般在低速區(qū)中應(yīng)用，該方式的使用是為了限制電流超過電機(jī)及其功率開關(guān)元件允許的最大電流，這種方式在實(shí)際中能對(duì)電壓的有效利用值進(jìn)行調(diào)節(jié)。與APC 模式相同的是，CCC 模式也能依據(jù)負(fù)載與轉(zhuǎn)速的要求對(duì)開關(guān)角進(jìn)行調(diào)節(jié)。VCC 模式是一種在開關(guān)角固定的情況下，通過對(duì)繞組電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的方式，這種方式分為無斬波調(diào)壓、相開關(guān)斬波調(diào)壓、直流側(cè)PWM 斬波調(diào)壓3 種類型。其中，無斬波調(diào)壓通過對(duì)整流電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)以對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速要求作出響應(yīng)，在整個(gè)速度范圍內(nèi)，僅實(shí)行單脈沖的運(yùn)行模式。

2 電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)智能控制與應(yīng)用

電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的智能控制主要涉及電機(jī)控制器對(duì)電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的管理和控制。它負(fù)責(zé)控制電動(dòng)汽車的加速、減速、停車等基本功能，直接影響電動(dòng)汽車的動(dòng)力性能和駕駛舒適性［2］。

傳統(tǒng)的電機(jī)控制策略主要依賴于預(yù)設(shè)的控制參數(shù)和精確的數(shù)學(xué)模型。它需要根據(jù)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的物理特性和運(yùn)行狀態(tài)，設(shè)定合適的控制參數(shù)，然后通過特定的算法調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速和扭矩，達(dá)到期望的駕駛性能。然而，這種控制策略無法自適應(yīng)地調(diào)整控制參數(shù)來應(yīng)對(duì)路況、氣候、駕駛者駕駛習(xí)慣等因素的變化，所以通常在面對(duì)復(fù)雜、多變的駕駛環(huán)境時(shí)表現(xiàn)不佳。此外，預(yù)設(shè)的控制參數(shù)和算法也無法完全符合所有駕駛者的駕駛習(xí)慣和需求，因此傳統(tǒng)控制策略可能無法提供最優(yōu)的車輛性能和舒適的駕駛體驗(yàn)。

與此相反，智能控制策略通過引入人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)，克服了上述的問題，提高了電動(dòng)汽車性能和舒適性。智能控制策略通過收集和分析大量的駕駛數(shù)據(jù)，學(xué)習(xí)駕駛環(huán)境和駕駛行為的特征，從而理解駕駛環(huán)境的變化和駕駛者的駕駛習(xí)慣。根據(jù)這些特征，智能控制策略自適應(yīng)地調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速和扭矩，以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的車輛性能。例如，當(dāng)駕駛環(huán)境變得復(fù)雜時(shí)，智能控制策略可以自動(dòng)提高電機(jī)的響應(yīng)速度，提高汽車的行駛穩(wěn)定性；當(dāng)駕駛者偏好平穩(wěn)駕駛時(shí)，智能控制策略可以自動(dòng)降低電機(jī)的響應(yīng)速度，提供更舒適的駕駛體驗(yàn)。這將有利于電動(dòng)汽車的普及和發(fā)展，使得更多的消費(fèi)者能夠享受到電動(dòng)汽車帶來的便利和樂趣［3］。

電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的智能控制不僅可以提高電動(dòng)汽車性能和舒適性，還可以提高其能源利用效率，進(jìn)一步提高電動(dòng)汽車的市場競爭力。未來，隨著人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的發(fā)展，電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的智能控制將有更大的發(fā)展空間。

3 電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)智能控制與未來應(yīng)用趨勢

未來電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)智能控制與應(yīng)用的趨勢可以總結(jié)為以下4 點(diǎn)：

（1） 深度學(xué)習(xí)與人工智能的應(yīng)用加強(qiáng)。隨著深度學(xué)習(xí)和人工智能技術(shù)的不斷成熟，智能控制能更準(zhǔn)確理解駕駛者行為和駕駛環(huán)境，做出更精準(zhǔn)的控制決策，在電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制中的作用也將日益增強(qiáng)。

（2） 物聯(lián)網(wǎng)與車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的集成。未來電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)將更深度融合物聯(lián)網(wǎng)和車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)時(shí)獲取并響應(yīng)交通狀況和路面信息，實(shí)現(xiàn)更智能的行駛決策。這樣的發(fā)展使電動(dòng)汽車能更有效地應(yīng)對(duì)不同路況，提高行駛安全性和能源利用效率，為未來出行帶來更便捷、環(huán)保的選擇。

（3） 與自動(dòng)駕駛技術(shù)的深度集成。隨著自動(dòng)駕駛技術(shù)的不斷發(fā)展，電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的智能控制將與自動(dòng)駕駛系統(tǒng)更深度融合，實(shí)現(xiàn)高度智能的全自動(dòng)駕駛。這將為駕駛者、乘車者提供更舒適、安全的出行體驗(yàn)，減少交通事故風(fēng)險(xiǎn)，降低能源消耗，同時(shí)還有望緩解交通擁堵問題，推動(dòng)城市出行和交通系統(tǒng)的全面升級(jí)。隨著這一技術(shù)的逐步成熟，未來的出行方式將煥然一新，出行體驗(yàn)也會(huì)更便捷、高效、環(huán)保。

（4） 能源使用優(yōu)化。智能控制將進(jìn)一步優(yōu)化電動(dòng)汽車的能源管理，有效提高能源利用效率，延長電池的使用壽命。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測電池狀態(tài)、路況和駕駛模式，系統(tǒng)能夠智能調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的功率輸出，最大限度地減少能量損耗［4］。同時(shí)，智能控制還將協(xié)助車輛選擇最優(yōu)路徑和駕駛策略，降低能耗，進(jìn)一步延長電池的循環(huán)壽命。這樣的優(yōu)化將使電動(dòng)汽車擁有更持久的續(xù)航能力，提升用戶體驗(yàn)，同時(shí)也有助于推動(dòng)綠色出行的普及和可持續(xù)交通的發(fā)展。

這些應(yīng)用趨勢將共同推動(dòng)電動(dòng)汽車的發(fā)展進(jìn)入一個(gè)更為自動(dòng)化和智能化的新時(shí)代。

4 結(jié)語

在電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)智能控制與應(yīng)用的探究中，科技的飛速發(fā)展為未來出行帶來了更加智能、環(huán)保、舒適的選擇。隨著技術(shù)的不斷演進(jìn)，電動(dòng)汽車將成為交通領(lǐng)域的引領(lǐng)者，推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展和碳減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。未來的智能驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)將為人類創(chuàng)造更美好、綠色的出行生活。