朱靜秋

摘 要：隨著全球能源危機和環(huán)境問題的日益嚴(yán)重，新能源汽車作為一種清潔、高效的替代能源車輛，其驅(qū)動系統(tǒng)是新能源汽車的核心組成部分，直接影響著車輛的性能、效率和安全性。本文首先闡述了驅(qū)動系統(tǒng)在新能源汽車中的重要性，詳細(xì)介紹了新能源汽車驅(qū)動系統(tǒng)的構(gòu)成，接著探討了新能源汽車驅(qū)動系統(tǒng)的控制策略，包括電動驅(qū)動系統(tǒng)控制策略和氫燃料電池驅(qū)動系統(tǒng)的控制策略，還通過特斯拉電動汽車和豐田Mirai氫燃料電池汽車的實際應(yīng)用案例，分析了其驅(qū)動系統(tǒng)控制策略，最后，本文提出了新能源汽車驅(qū)動系統(tǒng)優(yōu)化控制策略的研究方向，以期為相關(guān)研究提供參考。

關(guān)鍵詞：新能源汽車 驅(qū)動系統(tǒng) 控制策略

隨著全球能源危機和環(huán)境問題的日益嚴(yán)峻，新能源汽車作為一種清潔、高效的替代能源車輛，受到了廣泛關(guān)注，與傳統(tǒng)汽車相比，新能源汽車具有零排放、低噪音、高效能等優(yōu)點，使其成為未來可持續(xù)交通的重要選擇，在新能源汽車中，驅(qū)動系統(tǒng)是關(guān)鍵的技術(shù)之一，通過合理的控制策略，可以優(yōu)化電動驅(qū)動系統(tǒng)的能量管理、動力分配、剎車能量回收和轉(zhuǎn)矩控制，從而提高新能源汽車的續(xù)航里程、加速性能和行駛穩(wěn)定性，同時，在氫燃料電池驅(qū)動系統(tǒng)中，控制策略也起著關(guān)鍵作用，涉及到氫氣供應(yīng)、儲存與釋放以及燃料電池系統(tǒng)的控制。通過對新能源汽車驅(qū)動系統(tǒng)控制策略的研究，可以進一步推動新能源汽車技術(shù)的發(fā)展，并為實現(xiàn)可持續(xù)交通做出重要貢獻，促進新能源汽車領(lǐng)域的技術(shù)進步和推廣應(yīng)用。

1 驅(qū)動系統(tǒng)在新能源汽車中的重要性

1.1 節(jié)能環(huán)保

新能源汽車采用電動驅(qū)動系統(tǒng)，相比傳統(tǒng)燃油汽車的內(nèi)燃機驅(qū)動系統(tǒng)，電動驅(qū)動系統(tǒng)具有更高的能源利用率和更低的尾氣排放，電動驅(qū)動系統(tǒng)所使用的電能可以通過再生制動、光伏發(fā)電等方式得到再生，實現(xiàn)能量的循環(huán)利用，與此同時，電動驅(qū)動系統(tǒng)在工作過程中沒有燃燒過程，沒有產(chǎn)生廢氣和尾氣排放，對環(huán)境的污染更小，降低能源消耗，保護生態(tài)環(huán)境。

1.2 安全性和穩(wěn)定性

電動驅(qū)動系統(tǒng)的電池組通常布置在底盤低位置，相比傳統(tǒng)燃油汽車的內(nèi)燃機驅(qū)動系統(tǒng)具有更低的重心和更好的操控性能，提高了車輛的穩(wěn)定性和操控穩(wěn)定性，減少了翻滾和側(cè)翻的風(fēng)險。此外，電動驅(qū)動系統(tǒng)具有電動機的瞬間高扭矩輸出能力，使新能源汽車在遭遇緊急情況時能夠迅速響應(yīng)并提供準(zhǔn)確可靠的動力支持，提高了車輛的安全性能。

1.3 科技創(chuàng)新驅(qū)動

新能源汽車的發(fā)展需要基于先進的驅(qū)動系統(tǒng)技術(shù)實現(xiàn)，電動驅(qū)動系統(tǒng)涉及到電能的轉(zhuǎn)化、儲存和控制等關(guān)鍵技術(shù)，包括電機技術(shù)、電池技術(shù)、充電技術(shù)、動力電子技術(shù)等，為了提高驅(qū)動系統(tǒng)的效率、穩(wěn)定性和安全性，不斷創(chuàng)新和優(yōu)化這些技術(shù)是非常重要的，推動驅(qū)動系統(tǒng)技術(shù)的創(chuàng)新不僅能夠提升新能源汽車的性能和競爭力，還能推動相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和進步，促進整個社會的科技創(chuàng)新。

2 新能源汽車驅(qū)動系統(tǒng)的構(gòu)成

2.1 電機

電機是新能源汽車驅(qū)動系統(tǒng)的核心組成部分之一，電機將電能轉(zhuǎn)換為機械能，為車輛提供動力。新能源汽車常見的電機類型包括交流無刷電機（PMSM）、永磁同步電機（PSM）和異步電機：交流無刷電機具有高效率、高功率密度和高轉(zhuǎn)矩密度等特點，廣泛應(yīng)用于電動車輛中；永磁同步電機因其高性能和高能量利用率而備受關(guān)注；異步電機雖然成本較低，但在高速和高功率情況下的效率較低，適用于低功率和低速的應(yīng)用。不同類型的電機在驅(qū)動系統(tǒng)中具有各自的優(yōu)勢和適用場景，選型應(yīng)根據(jù)車輛的需求和應(yīng)用場景進行。

2.2 電池

電池是新能源汽車驅(qū)動系統(tǒng)的另一個關(guān)鍵組成部分，電池存儲并提供電能，供電給電機驅(qū)動汽車運行。目前新能源汽車中常用的電池類型包括鋰離子電池、鎳氫電池和固態(tài)電池等，鋰離子電池因其高能量密度、長循環(huán)壽命和較低的自放電率而成為主流選擇。電池的性能和參數(shù)，如能量密度、功率密度、循環(huán)壽命等，直接影響新能源汽車的續(xù)航里程、加速性能和可靠性等，電池管理系統(tǒng)（BMS）用于監(jiān)控和管理電池的狀態(tài)，負(fù)責(zé)電池的充放電保護、數(shù)據(jù)采集和故障診斷等，對于確保電池的安全性和穩(wěn)定性至關(guān)重要。

2.3 控制器

控制器是新能源汽車驅(qū)動系統(tǒng)的重要組成部分之一。控制器通過控制電機的工作狀態(tài)和轉(zhuǎn)矩輸出，調(diào)節(jié)車輛的動力和轉(zhuǎn)向，具體來說，控制器通過控制電機的相序和電流大小來實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的控制，以滿足不同駕駛需求，控制器還需要實現(xiàn)對電池的管理，包括電流、電壓、溫度等參數(shù)的監(jiān)測和控制。因此，控制器需要具備高精度的電氣控制和信號處理能力，以確保驅(qū)動系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

2.4 傳感器

傳感器在新能源汽車驅(qū)動系統(tǒng)中起著關(guān)鍵作用。傳感器用于檢測和測量車輛的各種參數(shù)和狀態(tài)，為控制器提供反饋信號，實現(xiàn)對驅(qū)動系統(tǒng)的精確控制。常見的傳感器包括轉(zhuǎn)速傳感器、溫度傳感器、電流傳感器、電壓傳感器等。轉(zhuǎn)速傳感器用于監(jiān)測電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，溫度傳感器用于監(jiān)測電機和電池的溫度，電流和電壓傳感器用于監(jiān)測電機和電池的電流和電壓。傳感器的準(zhǔn)確度和可靠性直接影響驅(qū)動系統(tǒng)的控制精度和安全性能。

3 新能源汽車驅(qū)動系統(tǒng)的控制策略

3.1 電動驅(qū)動系統(tǒng)控制策略

3.1.1 能量管理策略

能量管理策略的目標(biāo)是合理利用電池儲存的電能，實現(xiàn)驅(qū)動系統(tǒng)的高效能量轉(zhuǎn)換和盡可能長的續(xù)航里程，能量管理策略通過對電池狀態(tài)、充電和放電過程的監(jiān)測和控制，調(diào)節(jié)電機的輸出功率和電池的充放電策略，優(yōu)化電能的使用效率。常見的能量管理策略包括最大化功率點跟蹤（MPPT）策略、SOC控制策略、中斷充電策略等，通過對驅(qū)動系統(tǒng)的電池、電機和控制器等進行協(xié)調(diào)控制，使能量管理更加智能和高效。

3.1.2 動力分配策略

動力分配策略是指如何根據(jù)駕駛需求和路況，合理分配電機輸出的功率和轉(zhuǎn)矩，動力分配策略旨在平衡駕駛性能、舒適性和能量效率。根據(jù)不同駕駛模式和駕駛環(huán)境，動力分配策略可以根據(jù)電機的輸出能力和電池系統(tǒng)的狀態(tài)來調(diào)整電機輸出的功率和轉(zhuǎn)矩分配，例如，在加速過程中，可以優(yōu)先分配更多的功率和轉(zhuǎn)矩給電機，以實現(xiàn)快速的加速性能；在行駛過程中，可以根據(jù)路況和限制條件來調(diào)整電機輸出的功率和轉(zhuǎn)矩，以實現(xiàn)更穩(wěn)定的駕駛和更高的能量利用率。

3.1.3 剎車能量回收策略

剎車能量回收策略是指利用電動汽車在剎車或減速過程中產(chǎn)生的動能轉(zhuǎn)化成電能并儲存于電池中，通過合理設(shè)置剎車能量回收策略，可以最大化地回收并利用剎車能量，提高驅(qū)動系統(tǒng)的能量效率。剎車能量回收策略通常采用制動能量回收系統(tǒng)和能量管理系統(tǒng)共同實現(xiàn)，當(dāng)車輛剎車或減速時，制動能量回收系統(tǒng)將動能轉(zhuǎn)化為電能，并通過能量管理系統(tǒng)將電能儲存到電池中，與傳統(tǒng)的燃油汽車相比，剎車能量回收策略可以顯著提高能量利用率，降低能量浪費，增加續(xù)航里程。

3.1.4 驅(qū)動力分配策略

驅(qū)動力分配策略是指在不同駕駛條件下如何合理分配電機輸出的驅(qū)動力，驅(qū)動力分配策略的目標(biāo)是保證車輛的穩(wěn)定性和安全性。根據(jù)車輛的轉(zhuǎn)向需求和動力需求，驅(qū)動力分配策略可以分配合適的驅(qū)動力給每個車輪，以提供更好的行駛和操控性能，例如，在轉(zhuǎn)彎時，可以將更多的驅(qū)動力分配給內(nèi)側(cè)車輪，以提高車輛的操控性和穩(wěn)定性；在低附著性路面上，可以根據(jù)車輪的抓地力分配合適的驅(qū)動力，以防止車輛打滑，驅(qū)動力分配策略的合理設(shè)置可以提高車輛的操控性和穩(wěn)定性，提升駕駛體驗。

3.1.5 轉(zhuǎn)矩控制策略

轉(zhuǎn)矩控制策略是電動驅(qū)動系統(tǒng)中的關(guān)鍵策略之一，用于控制和調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)矩輸出，通過轉(zhuǎn)矩控制策略，可以實現(xiàn)電機的精確控制，滿足車輛駕駛需求和性能要求，轉(zhuǎn)矩控制策略的關(guān)鍵是根據(jù)駕駛需求和路況，合理調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)矩輸出，以實現(xiàn)合理的加速和減速性能。在轉(zhuǎn)矩控制策略中，通常采用閉環(huán)控制和開環(huán)控制相結(jié)合的方式，通過實時監(jiān)測和反饋轉(zhuǎn)矩值，對電機的轉(zhuǎn)矩輸出進行精確控制，轉(zhuǎn)矩控制策略的優(yōu)化可以提高電機的動力性能、節(jié)能性能和駕駛舒適性，并最大化地發(fā)揮電動驅(qū)動系統(tǒng)的優(yōu)勢。

3.2 氫燃料電池驅(qū)動系統(tǒng)的控制策略

3.2.1 氫氣供應(yīng)策略

氫氣供應(yīng)策略是氫燃料電池驅(qū)動系統(tǒng)中至關(guān)重要的組成部分，目標(biāo)是確保燃料電池汽車在行駛過程中有足夠的氫氣供應(yīng)，以滿足動力需求。氫氣供應(yīng)策略包括氫氣的生產(chǎn)、儲存、運輸和加注等環(huán)節(jié)：首先，氫氣的生產(chǎn)方式有多種，包括電解水制氫、天然氣重整制、生物制氫等，不同生產(chǎn)方式的生產(chǎn)效率、成本和環(huán)境影響各不相同，需要根據(jù)實際情況選擇合適的方法；其次，氫氣的儲存和運輸也是氫燃料電池汽車推廣應(yīng)用的關(guān)鍵挑戰(zhàn)之一，氫氣具有高能量密度、低沸點和易泄漏等特性，需要采用合適的儲存和運輸方式，如高壓氣瓶、液氫儲存和運輸?shù)?；最后，氫氣加注設(shè)施的建設(shè)和運營也是氫燃料電池汽車發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施。加注設(shè)施的布局、設(shè)計和運營管理需要考慮安全性、便捷性和效率等因素。

3.2.2 燃料電池系統(tǒng)控制策略

燃料電池系統(tǒng)控制策略是氫燃料電池驅(qū)動系統(tǒng)的核心之一，用于控制和調(diào)節(jié)燃料電池的運行狀態(tài)，以滿足車輛的動力需求和性能要求，燃料電池系統(tǒng)控制策略包括燃料電池的啟動和關(guān)閉、燃料電池的功率輸出控制、燃料電池的溫度控制和氫氣供應(yīng)控制等。首先，燃料電池的啟動和關(guān)閉策略需要確保燃料電池在適當(dāng)?shù)臏囟群蜌錃夤?yīng)條件下啟動，并在不需要運行時及時關(guān)閉，以提高燃料電池的壽命和效率；其次，燃料電池的功率輸出控制策略用于調(diào)節(jié)燃料電池的輸出功率，以滿足車輛的加速、爬坡和行駛等動力需求；此外，燃料電池的溫度控制策略也非常重要，需要保持燃料電池在適當(dāng)?shù)臏囟确秶鷥?nèi)運行，以保證其性能和壽命；最后，氫氣供應(yīng)控制策略用于調(diào)節(jié)氫氣的供應(yīng)量和供應(yīng)速率，以滿足燃料電池的運行需求，同時避免氫氣泄漏和安全風(fēng)險。

4 實際應(yīng)用案例

4.1 特斯拉電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)控制策略

特斯拉電動汽車被公認(rèn)為是目前市場上最具創(chuàng)新和顛覆性的汽車品牌之一，其成功的關(guān)鍵之一就是其先進的電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)控制策略，特斯拉電動汽車采用了一種綜合的電池管理系統(tǒng)，涵蓋了電池控制、電機控制和車輛動力分配等方面。首先，特斯拉電動汽車的電池管理系統(tǒng)采用了先進的鋰離子電池技術(shù)，特斯拉自主研發(fā)的電池包采用了高能量密度的鋰離子電池，利用復(fù)雜的電池管理算法對電池充放電過程進行精確控制，使特斯拉電動汽車在續(xù)航里程和充電效率方面具備顯著優(yōu)勢。其次，特斯拉電動汽車的電機控制系統(tǒng)也是其成功的關(guān)鍵所在，特斯拉采用了獨特的無刷直流電機技術(shù)，這種電機具有高效率、高轉(zhuǎn)矩特性和寬工作范圍，通過先進的電機控制算法，特斯拉能夠?qū)崟r調(diào)整電機的輸出功率和扭矩，提供出色的加速性能和駕駛體驗。最后，特斯拉電動汽車的車輛動力分配系統(tǒng)也是其驅(qū)動系統(tǒng)控制策略的重要組成部分，特斯拉的車輛配備了多個電機，分別布置在車輛的前后軸上，這種布置方式使得特斯拉電動汽車擁有獨特的電子四驅(qū)系統(tǒng)，能夠根據(jù)實時路況和駕駛者的需求智能地分配扭矩給每個電機，達到最佳的動力輸出和操控性能。

4.2 豐田Mirai氫燃料電池汽車驅(qū)動系統(tǒng)控制策略

豐田Mirai氫燃料電池汽車是豐田公司在可持續(xù)交通領(lǐng)域的重要創(chuàng)新成果，其驅(qū)動系統(tǒng)控制策略是實現(xiàn)高效能量利用和優(yōu)化駕駛性能的關(guān)鍵。首先，豐田Mirai采用了先進的氫燃料電池技術(shù)作為其能源來源，氫燃料電池系統(tǒng)通過將氫氣與氧氣反應(yīng)產(chǎn)生電力，從而驅(qū)動電動機運轉(zhuǎn)，豐田Mirai的氫燃料電池系統(tǒng)通過精確控制氫氣的供給和氧氣的流量，以實現(xiàn)高效的電力轉(zhuǎn)換，同時，豐田還采用了先進的儲氫材料，提高了氫氣的儲存密度和穩(wěn)定性，進一步提升了整個系統(tǒng)的效率和可靠性。其次，豐田Mirai的驅(qū)動系統(tǒng)還配備了高效的電動機，豐田采用了無刷直流電動機技術(shù)，并通過精確的電機控制算法來調(diào)節(jié)電機的輸出功率和扭矩，使豐田Mirai在動力響應(yīng)和駕駛品質(zhì)方面表現(xiàn)出色，同時也提高了能量利用效率。最后，豐田Mirai還配備了智能的駕駛模式選擇系統(tǒng)，駕駛者可以根據(jù)自己的偏好和需求選擇不同的駕駛模式，如普通模式、節(jié)能模式和運動模式等，不同的駕駛模式會對驅(qū)動系統(tǒng)的控制策略進行相應(yīng)的調(diào)整，以實現(xiàn)最佳的能量利用和駕駛性能，為駕駛者提供個性化的駕駛體驗。

5 新能源汽車驅(qū)動系統(tǒng)優(yōu)化控制策略研究方向

5.1 利用先進傳感器技術(shù)

結(jié)合現(xiàn)代電子技術(shù)和數(shù)據(jù)處理技術(shù)，可以研發(fā)出新型的傳感器系統(tǒng)，如集成輪速傳感器、基于機器學(xué)習(xí)的溫度和電流/電壓傳感系統(tǒng)等，新型傳感器不僅能夠?qū)崟r監(jiān)測和控制車輛運動狀態(tài)，還能對電池管理系統(tǒng)（BMS）和電機驅(qū)動器進行優(yōu)化，以提高能源效率和行駛里程。同時，通過改進信號處理算法和通信協(xié)議，可以減少傳感器的干擾和誤報，提高傳感器的可靠性。

5.2 結(jié)合智能交通系統(tǒng)

智能交通系統(tǒng)（ITS）是未來交通發(fā)展的重要方向，可以提高道路安全、減少擁堵和提高交通效率。在新能源汽車領(lǐng)域，利用智能交通系統(tǒng)中的實時路況信息，調(diào)整車輛的行駛速度和路線，以減少能源消耗和提高行駛效率。其次，通過與智能交通系統(tǒng)中的車輛管理系統(tǒng)（VMS）的結(jié)合，可以對新能源汽車的電池管理系統(tǒng)和電機驅(qū)動器進行實時監(jiān)控和管理，以提高電池壽命和電機效率。此外，智能交通系統(tǒng)還可以提供遠程通信和數(shù)據(jù)交換平臺，使得新能源汽車可以與其他車輛和基礎(chǔ)設(shè)施進行信息共享和協(xié)作，從而實現(xiàn)更高效的能源管理和優(yōu)化控制。

5.3 開發(fā)智能車輛控制算法

通過開發(fā)智能車輛控制算法，可以實現(xiàn)對新能源汽車的精確控制和優(yōu)化管理，可以開發(fā)基于機器學(xué)習(xí)的控制算法，通過學(xué)習(xí)和分析大量的駕駛數(shù)據(jù)和車輛運行數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對新能源汽車驅(qū)動系統(tǒng)的自適應(yīng)控制和優(yōu)化調(diào)整。其次，可以開發(fā)基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制算法，通過模擬人類的決策過程和駕駛行為，實現(xiàn)對新能源汽車的智能決策和控制。此外，還可以利用現(xiàn)代控制理論和方法，開發(fā)出更精確、更高效的控制系統(tǒng)和算法，以提高新能源汽車的性能和效率，有助于實現(xiàn)新能源汽車的智能化、網(wǎng)絡(luò)化和自主化，為未來的智能交通和綠色出行提供有力支持。

6 結(jié)語

通過合理的控制策略，可以提高新能源汽車的續(xù)航里程、降低能耗和排放，并提升用戶體驗?；诒疚牡难芯砍晒磥砜赡苓€可以進一步優(yōu)化控制策略，以適應(yīng)新能源汽車的不斷發(fā)展和改進。

參考文獻：

[1]沈峘，周福亮，毛建國，等.純電動汽車驅(qū)動控制策略快速集成研究[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)，2023，37（5）：12-18.

[2]李文淵，楊文靜.新能源商用車電驅(qū)動系統(tǒng)應(yīng)用研究[J].汽車測試報告，2022（11）：94-96.

[3] 殷松.電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)優(yōu)化控制策略研究[D].安徽工程大學(xué)，2016.