摘 要：在新能源汽車領(lǐng)域，以動(dòng)力電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、整車電控作為核心技術(shù)，而電機(jī)控制技術(shù)作為連接電機(jī)、電池的紐帶，其性能通常在很大程度上決定了新能源汽車的動(dòng)力性能、能效水平、駕駛舒適性。基于此，文章首先分析新能源汽車常用電機(jī)控制技術(shù)，其次從改進(jìn)傳統(tǒng)算法、優(yōu)化硬件組件、加強(qiáng)系統(tǒng)集成等方面深入研究新能源汽車電機(jī)控制性能優(yōu)化的可行路徑，以期全方位提升新能源汽車的電機(jī)效率與可靠性，為新能源汽車產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)一份力量。

關(guān)鍵詞：新能源汽車 電機(jī)控制技術(shù) 性能優(yōu)化

當(dāng)前，全球環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重，能源危機(jī)不斷加劇，汽車工業(yè)為了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，開始積極地嘗試轉(zhuǎn)型，并以新能源汽車生產(chǎn)作為主流方向，期望通過以新能源汽車替代傳統(tǒng)燃油汽車，促進(jìn)節(jié)能減排。電機(jī)控制技術(shù)作為新能源汽車其中一項(xiàng)核心技術(shù)，與整車的動(dòng)力性能、經(jīng)濟(jì)性、可靠性等存在密切關(guān)聯(lián)。為了推動(dòng)新能源汽車產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量、可持續(xù)發(fā)展，對新能源汽車電機(jī)控制技術(shù)及性能優(yōu)化路徑進(jìn)行深入研究顯得格外重要。

1 新能源汽車電機(jī)控制技術(shù)

在新能源汽車的“三電”系統(tǒng)中，電機(jī)控制技術(shù)扮演著至關(guān)重要的角色，可以將其視為“神經(jīng)中樞”，對整車的動(dòng)力性、安全性、舒適性都有重要影響。其中，電機(jī)控制器是電機(jī)控制系統(tǒng)中的核心部件，它的工作原理與汽車的變速箱十分相似，主要是通過整車控制器指令，并按照指令對驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而準(zhǔn)確地控制汽車在行駛時(shí)的加速、減速、轉(zhuǎn)向。

1.1 矢量控制

矢量控制也叫作磁場定向控制，是一種高效精確的電機(jī)控制策略，該策略強(qiáng)調(diào)以電機(jī)定子電流為核心，將其分解為兩個(gè)相互垂直的分量，即磁通分量、轉(zhuǎn)矩分量。其中，磁通分量主要負(fù)責(zé)基于電磁學(xué)的基本原理，根據(jù)電機(jī)類型產(chǎn)生相應(yīng)的磁場，并通過磁場的作用將電能高效地轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，以此來驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子高效穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)；轉(zhuǎn)矩分量與電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩息息相關(guān)，通過對電流的幅值、方向進(jìn)行控制，使電動(dòng)機(jī)的額定輸出轉(zhuǎn)矩，進(jìn)而達(dá)到驅(qū)動(dòng)負(fù)載運(yùn)動(dòng)的目的[1]。通過對磁通分量、轉(zhuǎn)矩分量的獨(dú)立控制，有助于提升對電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、功率因數(shù)等性能指標(biāo)的精細(xì)化控制，確保電機(jī)在不同負(fù)載、不同運(yùn)行條件下依舊保持最佳性能，以最大限度滿足新能源汽車對電機(jī)控制系統(tǒng)的嚴(yán)苛要求。

矢量控制技術(shù)不論是動(dòng)態(tài)性能還是靜態(tài)性能，都具有顯著的優(yōu)勢。在靜態(tài)性能方面，可以對電機(jī)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速進(jìn)行精確有效的控制，充分保證了電機(jī)在正常運(yùn)行條件下的穩(wěn)定性，尤其是在低速狀態(tài)下，仍能通過降低電機(jī)轉(zhuǎn)速、提高轉(zhuǎn)矩的方式，進(jìn)一步改善平滑度，促使動(dòng)力輸出的細(xì)膩性、平滑性得到顯著提升，確保行駛時(shí)無明顯的晃動(dòng)；在動(dòng)態(tài)性能方面，矢量控制具有敏捷的響應(yīng)能力，它能基于外部指令對電機(jī)的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，使電機(jī)快速地加速、減速、制動(dòng)，讓新能源汽車在行駛時(shí)，能夠更好地適應(yīng)不同的道路狀況、駕駛需求[2]。上述特性對于新能源汽車的發(fā)展至關(guān)重要，不但顯著提高了車輛的架勢性能，給用戶帶來順暢自如的駕駛體驗(yàn)，更重要的是，通過對電機(jī)的精準(zhǔn)控制，在一定程度上減少了能源消耗，有助于提高電池的續(xù)航能力，增加蓄電池的耐久力。

1.2 直接轉(zhuǎn)矩控制

在新能源汽車的電機(jī)控制領(lǐng)域，雖然各種類型的電機(jī)控制技術(shù)相繼涌現(xiàn)，但是最值得關(guān)注就是直接轉(zhuǎn)矩控制，因控制策略獨(dú)特、性能表現(xiàn)優(yōu)異，逐步成為該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。直接轉(zhuǎn)矩控制是一種全新控制策略，與傳統(tǒng)矢量控制技術(shù)有所不同，此項(xiàng)技術(shù)強(qiáng)調(diào)以定子磁鏈軌跡跟蹤為核心，通過對電機(jī)的磁通、轉(zhuǎn)矩等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，得出實(shí)際值與定值間存在的偏差，在此基礎(chǔ)上對逆變器的工作狀態(tài)進(jìn)行切換，從而達(dá)到調(diào)整電機(jī)的電流、電壓的目的。

直接轉(zhuǎn)矩控制在許多方面表現(xiàn)出明顯的優(yōu)越性。首先，直接轉(zhuǎn)矩控制策略的控制結(jié)構(gòu)較為簡單，省略了繁瑣的矢量坐標(biāo)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，因此電機(jī)轉(zhuǎn)矩、磁鏈的調(diào)節(jié)速度大幅度提升，響應(yīng)速度非?？?；其次，此種控制策略對電機(jī)的參數(shù)變化有很好的自適應(yīng)能力，顯示了良好的魯棒性能，讓電機(jī)控制系統(tǒng)在任何工況下始終保持穩(wěn)定可靠運(yùn)行；最后，直接轉(zhuǎn)矩控制具有良好的動(dòng)力學(xué)性能，具備快速適應(yīng)外部環(huán)境變化的關(guān)鍵能力，尤其適用于對電機(jī)控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度、控制精度具有嚴(yán)格要求的場景[3]。當(dāng)此種控制策略應(yīng)用于新能源汽車時(shí)，能夠充分滿足加速、減速、爬坡等多樣化駕駛需求，進(jìn)一步優(yōu)化整車性能，讓用戶輕松實(shí)現(xiàn)良好的駕駛體驗(yàn)。當(dāng)然，直接轉(zhuǎn)矩控制雖具備獨(dú)特優(yōu)勢，但也存在一定局限，比如電機(jī)參數(shù)設(shè)置準(zhǔn)確度要求高、磁通量與轉(zhuǎn)矩的誤差計(jì)算量大、電壓與電流波動(dòng)易發(fā)生畸變等，因此，在針對新能源汽車選擇電機(jī)控制技術(shù)時(shí)，必須綜合考量直接轉(zhuǎn)矩控制的優(yōu)勢與局限，從實(shí)際情況出發(fā)做出恰當(dāng)選擇。

1.3 智能控制

智能控制是一種新型控制策略，以人工智能、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等先進(jìn)控制理論為支撐，通過模擬人類感知和決策過程，讓電機(jī)控制系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、分析、調(diào)節(jié)成為可能，從而達(dá)到對整個(gè)控制系統(tǒng)的自適應(yīng)控制、智能控制、最優(yōu)控制。智能控制策略既把電機(jī)系統(tǒng)當(dāng)下的運(yùn)行狀況充分納入考量，又可以根據(jù)系統(tǒng)的過去及現(xiàn)在的狀態(tài)，科學(xué)推測其在未來某一時(shí)點(diǎn)的狀態(tài)，切實(shí)保障了控制決策的科學(xué)性、高效性。

車輛運(yùn)行狀態(tài)、道路路況還是駕駛者需求，都是時(shí)刻在變化的，傳統(tǒng)電機(jī)控制策略主要以固定的模型、參數(shù)為基礎(chǔ)，很難充分適應(yīng)這一系列復(fù)雜變化，進(jìn)而嚴(yán)重削弱了車輛性能。此時(shí)，智能控制的優(yōu)勢便充分彰顯出來，因具備自適應(yīng)強(qiáng)、魯棒性佳、復(fù)雜問題處理等多重優(yōu)勢，將其應(yīng)用于新能源汽車電機(jī)控制系統(tǒng)中，可以實(shí)現(xiàn)車輛運(yùn)行狀態(tài)、道路路況的實(shí)時(shí)監(jiān)測，并根據(jù)駕駛者需求對電機(jī)的控制策略進(jìn)行靈活調(diào)整，確保電機(jī)扭矩輸出與車輛變化高度匹配，進(jìn)而使車輛始終保持最佳性能[4]。智能控制在新能源汽車電機(jī)控制領(lǐng)域的應(yīng)用方法有很多，比較常用的兩種是模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制，其中，前者主要是基于模糊邏輯、模糊推理，從電機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況出發(fā)，對各項(xiàng)控制參數(shù)進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)，從而有效應(yīng)對駕駛員需求、道路路況變化之類的模糊信息，使整體電機(jī)控制系統(tǒng)一直處于最優(yōu)運(yùn)行狀態(tài)；后者則強(qiáng)調(diào)以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練為核心，實(shí)現(xiàn)對電機(jī)控制動(dòng)態(tài)性能的自適應(yīng)學(xué)習(xí)[5]。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有強(qiáng)大的自適應(yīng)、自組織、自學(xué)習(xí)的能力，使其能夠在很大程度上提高電機(jī)控制的精準(zhǔn)度，通過對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)施深度訓(xùn)練，有助于對電機(jī)控制系統(tǒng)未來的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行精確預(yù)測，并在此基礎(chǔ)上制定與之適配的控制策略，如此就能顯著提高電機(jī)控制系統(tǒng)的能效。

2 新能源汽車電機(jī)控制性能優(yōu)化的可行路徑

2.1 改進(jìn)傳統(tǒng)算法

在新能源汽車領(lǐng)域，雖然傳統(tǒng)電機(jī)控制算法的應(yīng)用十分廣泛，但隨著用戶駕駛需求增加、道路工況復(fù)雜多變、節(jié)能需求提高，傳統(tǒng)控制算法因存在諸多局限，適用性越來越低。基于此，如何改進(jìn)傳統(tǒng)電機(jī)控制算法，成為一項(xiàng)亟待解決的問題，是進(jìn)一步提高控制精度、響應(yīng)速度以及自適應(yīng)能力，有效優(yōu)化新能源汽車電機(jī)控制性能的重要舉措。

傳統(tǒng)電機(jī)控制算法一般是基于經(jīng)驗(yàn)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)來確定控制參數(shù)，主觀性和局限性較強(qiáng)。為了有效克服這種局限，建議技術(shù)人員依托先進(jìn)仿真軟件，分別模擬不同車速、不同負(fù)載、不同路況等條件下，電機(jī)控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，從而充分收集相關(guān)的性能數(shù)據(jù)。接著，技術(shù)人員需要多維度分析數(shù)據(jù)，以分析結(jié)果為導(dǎo)向，根據(jù)不同工況下電機(jī)特性，針對性地調(diào)整控制參數(shù)，如此就能達(dá)到提高控制精度、減少能源消耗的目的，以確保新能源汽車在各種駕駛條件下都能達(dá)到最優(yōu)性能[6]。合理優(yōu)化控制邏輯，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)基于新能源汽車現(xiàn)有的電機(jī)控制系統(tǒng)，在其中額外增設(shè)傳感器，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)、環(huán)境溫度、電池電量等情況，并采集相關(guān)數(shù)據(jù)，把這部分?jǐn)?shù)據(jù)反饋至控制算法中，就能把電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)客觀反映出來，進(jìn)而為控制策略調(diào)整提供強(qiáng)有力依據(jù)。當(dāng)然，也可以將自適應(yīng)機(jī)制引入電機(jī)控制系統(tǒng)中，用于根據(jù)實(shí)際情況，對電機(jī)控制的各項(xiàng)參數(shù)、控制策略進(jìn)行動(dòng)態(tài)化調(diào)整，以促進(jìn)響應(yīng)速度、控制精度的協(xié)同提高。

2.2 優(yōu)化硬件組件

當(dāng)前，我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)出快速發(fā)展趨勢，為了提升車輛整體性能，在激烈市場競爭中占據(jù)優(yōu)勢，越來越多的新能源汽車企業(yè)開始積極地進(jìn)行電機(jī)性能優(yōu)化。而硬件作為電機(jī)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)架構(gòu)，其中包含諸多關(guān)鍵組件，對這些硬件組件進(jìn)行優(yōu)化，通過這些硬件組件的協(xié)同工作，促使電機(jī)能夠根據(jù)預(yù)設(shè)的控制算法、指令進(jìn)行精確運(yùn)動(dòng)控制，進(jìn)而達(dá)到提升電機(jī)控制性能的目的。

首先是功能器件，功能器件作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng)的核心，主要是通過連接電機(jī)、電池，在車輛行駛時(shí)有效調(diào)節(jié)整車各項(xiàng)性能，切實(shí)保障車輛的基本安全、精準(zhǔn)操控。在選擇功能器件時(shí)，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)以低損耗、可靠性強(qiáng)、開關(guān)速度快的功率半導(dǎo)體器件作為首選，諸如碳化硅、絕緣柵雙極型晶體管等都十分適用，如此就能合理地減少電機(jī)控制系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的能源消耗。對電路設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，除了使用級多功能元件、集成元件之外，還需要把電路中不必要的元件剔除，通過減少元件數(shù)量、連接點(diǎn)的方式，打造高集成的驅(qū)動(dòng)電路，把電路運(yùn)行時(shí)的故障率控制到最低，隨著電路布局的優(yōu)化，有助于降低電磁干擾風(fēng)險(xiǎn)，使電路響應(yīng)速度更快、穩(wěn)定性更高[7]。其次是傳感器，傳感器的功能是監(jiān)測電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)采集運(yùn)行數(shù)據(jù)。技術(shù)人員在選擇傳感器時(shí)，應(yīng)當(dāng)把精度指標(biāo)、穩(wěn)定性性能納入考量，選擇與電機(jī)控制系統(tǒng)要求相適應(yīng)的優(yōu)質(zhì)傳感器，并將其布置在遠(yuǎn)離電磁干擾源的位置，或者利用屏蔽技術(shù)，將外部電磁場有效隔離，利用這種額外屏蔽措施促使傳感器的抗干擾能力得到顯著增強(qiáng)。在布局傳感器時(shí)，技術(shù)人員需要根據(jù)測量范圍、測量角度，嚴(yán)格按照安裝要求，將傳感器布置在適宜位置，把控好各個(gè)傳感器之間的距離，特別是動(dòng)力學(xué)傳感器和光電傳感器，配線必須分開敷設(shè)，以防止相互干擾，確保其具備實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、全面的監(jiān)測能力。

2.3 加強(qiáng)系統(tǒng)集成

加強(qiáng)系統(tǒng)集成，是優(yōu)化電機(jī)控制性能的有效舉措，提供電機(jī)與控制器集成、多物理場耦合優(yōu)化，能簡化電機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，減少成本投入，更重要的是有助于顯著提升電機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性以及響應(yīng)速度。

傳統(tǒng)電動(dòng)汽車，電機(jī)和控制器是相互獨(dú)立的兩個(gè)部件，此種設(shè)計(jì)方式極大地增加了電機(jī)控制系統(tǒng)的復(fù)雜性，而且由于布線繁瑣，因此信號傳輸延遲的情況時(shí)有發(fā)生，能源消耗量也相對較大。為了有效改善這一現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)人員需要對電機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)施模塊設(shè)計(jì)，把電機(jī)、控制器、減速器集成到一個(gè)模塊中，構(gòu)建“三合一系統(tǒng)”，如此就能進(jìn)一步提升系統(tǒng)的可拓展性，減少電機(jī)、控制器之間不必要的接口和接線，以大幅度增強(qiáng)系統(tǒng)的緊湊性[8]。由于信號傳輸路徑變短，能夠很好地規(guī)避信號延遲風(fēng)險(xiǎn)，顯著提高了車輛的性能和效率。與此同時(shí)，在多物理場耦合優(yōu)化方面多下功夫，根源在于新能源汽車電機(jī)控制系統(tǒng)存在一定的復(fù)雜性，其中涉及諸多物理場，包括電磁場、機(jī)械場、熱場等，這些物理場相輔相成、相互影響，對電機(jī)控制系統(tǒng)的性能、行為往往起到直接影響。技術(shù)人員在優(yōu)化電機(jī)性能的過程中，需要把多物理場之間的耦合效應(yīng)納入考量范疇，比如電磁場對熱場的影響、機(jī)械場對電磁場的影響等，積極引入有限元分析、多目標(biāo)優(yōu)化等先進(jìn)設(shè)計(jì)方法，進(jìn)一步提高電機(jī)的可靠性，促使整車性能得到顯著提升。

3 結(jié)語

綜上所述，在新能源汽車領(lǐng)域，電機(jī)控制技術(shù)是推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的引擎，其性能優(yōu)化直接關(guān)系到整車性能。常用的電機(jī)控制技術(shù)包括矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制、智能控制等，為了進(jìn)一步優(yōu)化電機(jī)控制性能，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)充分了解上述控制技術(shù)的核心原理，在此基礎(chǔ)上堅(jiān)持目標(biāo)導(dǎo)向原則，積極地采取改進(jìn)傳統(tǒng)算法、優(yōu)化硬件組件、加強(qiáng)系統(tǒng)集成等策略，有效簡化電機(jī)控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提升電機(jī)的動(dòng)態(tài)性能，確保其具備適應(yīng)各種復(fù)雜工況的關(guān)鍵能力，最大限度滿足用戶對整車性能、安全性、舒適性的實(shí)際需求，從而獲得順暢自如的駕駛體驗(yàn)。

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