《新能源汽車整車控制技術(shù)》教學課件 合集

《新能源汽車整車控制技術(shù)》?精品課件合集1.1新能源和新能源汽車1.2新能源汽車分類1.3新能源汽車關(guān)鍵技術(shù)第1章新能源汽車概述

1.1新能源和新能源汽車什么是新能源？1980年聯(lián)合國召開的“聯(lián)合國新能源和可再生能源會議”對新能源的定義為：以新技術(shù)和新材料為基礎(chǔ)，使傳統(tǒng)的可再生能源得到現(xiàn)代化的開發(fā)和利用，使用取之不盡、周而復始的可再生能源取代資源有限、對環(huán)境有污染的化石能源，重點開發(fā)太陽能、風能、生物質(zhì)能、潮汐能、地熱能和核能。新能源汽車2007年11月我國在《新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品準入管理規(guī)則》中定義：新能源汽車是指采用非常規(guī)的車用燃料作為動力來源（或使用常規(guī)的車用燃料、采用新型車載動力裝置），綜合車輛的動力控制和驅(qū)動方面的先進技術(shù)，形成技術(shù)原理先進，具有新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)的汽車。由此確定了新能源汽車的范圍，即新能源汽車包括混合動力汽車(HEV)、純電動汽車(BEV，包括太陽能汽車)、燃料電池汽車(FCEV)和其他新能源(如超級電容器、飛輪等高效儲能器)汽車等。新能源客車的技術(shù)要求

①非快充類純電動客車單位載質(zhì)量能量消耗量（Ekg）不高于0.19Wh/km·kg，電池系統(tǒng)能量密度不低于135Wh/kg，續(xù)駛里程不低于200km（等速法）。計算Ekg值所需的附加質(zhì)量按照《關(guān)于2016-2020年新能源汽車推廣應(yīng)用財政支持政策的通知》（財建〔2015〕134號）執(zhí)行，能量消耗率按《電動汽車能量消耗率和續(xù)駛里程試驗方法》（GB/T18386-2017）測試（新能源貨車也按此計算）。②快充類純電動客車快充倍率要高于3C。③插電式混合動力客車（含增程式）節(jié)油率水平要高于60%。對于燃用氣體燃料的插電式混合動力客車，以油電混合動力客車為基準按照一定比例進行折算。插電式混合動力客車（含增程式）純電續(xù)駛里程不低于50km（等速法）。④取消新能源客車電池系統(tǒng)總質(zhì)量占整車整備質(zhì)量比例（m/m）不高于20%的門檻要求。新能源貨車的技術(shù)要求①純電動貨車裝載動力電池系統(tǒng)能量密度不低于125Wh/kg。②純電動貨車單位載質(zhì)量能量消耗量（Ekg）不高于0.30Wh/km·kg。作業(yè)類純電動專用車噸百公里電耗（按試驗質(zhì)量）不超過8kWh。③插電式混合動力貨車（含增程式）燃料消耗量（不含電能轉(zhuǎn)化的燃料消耗量）與現(xiàn)行的常規(guī)燃料消耗量國家標準中對應(yīng)限值相比小于60%。④純電動貨車續(xù)駛里程不低于80km。插電式混合動力貨車（含增程式）純電續(xù)駛里程不低于50km1.2新能源汽車分類新能源汽車

包括純電動汽車、混合動力電動汽車和燃料電池電動汽車三種類型。配置大容量電能儲存裝置，行駛的里程中全部或部分由電機驅(qū)動完成的汽車統(tǒng)稱為新能源汽車。1.純電動汽車純電動汽車(BatteryElectricVehicle，BEV)是完全由可充電電池（如鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池或鋰離子電池）提供動力源的汽車。2.混合動力電動汽車混合動力電動汽車是指使用電機和傳統(tǒng)內(nèi)燃機聯(lián)合驅(qū)動的汽車.按動力耦合方式的不同可以分為串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式。混聯(lián)式按驅(qū)動方式又分為混合動力汽車(HEV)和插電式混合動力汽車(PHEV)。3.燃料電池電動汽車燃料電池電動車(FCEV)，燃料電池電動汽車是利用氫氣和空氣中的氧在催化劑的作用下,在燃料電池中經(jīng)電化學反應(yīng)產(chǎn)生的電能驅(qū)動的汽車1.３新能源汽車關(guān)鍵技術(shù)1.電動機技術(shù)2.電池技術(shù)3.電控技術(shù)4.純電動汽車整車技術(shù)5.混合動力電動汽車整車技術(shù)6.燃料電池電動汽車整車技術(shù)1．電機技術(shù)目前，新能源汽車行業(yè)為了滿足混合動力大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的需求，正在開發(fā)混合動力發(fā)動機/電機總成（發(fā)動機+ISG/BSG）和機電耦合傳動總成（電機+變速器），使之形成系列化產(chǎn)品和市場競爭力，為混合動力電動汽車大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化提供技術(shù)支撐；為了滿足純電驅(qū)動大規(guī)模商業(yè)化需求，正在開發(fā)純電動汽車驅(qū)動電機及其傳動系統(tǒng)系列，同步開發(fā)配套的發(fā)動機發(fā)電機組（APU）系列，為實現(xiàn)純電動汽車大規(guī)模商業(yè)化提供技術(shù)支撐；為了滿足下一代純電驅(qū)動系統(tǒng)，從新材料/新結(jié)構(gòu)/自傳感電機、IGBT芯片封裝和驅(qū)動系統(tǒng)混合集成、新型傳動結(jié)構(gòu)等方面著手，正在開發(fā)高效率、高材料利用率、高密度和適應(yīng)極限環(huán)境條件的電力電子、電機與傳動技術(shù)，同時探索下一代車用電機驅(qū)動及其傳動系統(tǒng)解決方案，滿足電動汽車可持續(xù)發(fā)展需求。2．電池技術(shù)

新能源汽車行業(yè)以動力電池模塊為核心，尋求以能量型鋰離子蓄電池為重點的車用動力電池大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化突破。新能源汽車行業(yè)以車用能量型動力電池為主要發(fā)展方向，兼顧功率型動力電池和超級電容器的發(fā)展，全面提高動力電池輸入輸出特性、安全性、一致性、耐久性和性價比等綜合性能；強化動力電池系統(tǒng)集成與熱－電綜合管理技術(shù)，促進動力電池模塊化技術(shù)發(fā)展；實現(xiàn)車用動力電池模塊標準化、系列化、通用化，為支撐純電動汽車的商業(yè)化運營模式提供保障；瞄準國際前沿技術(shù)，深入開展下一代新型車用動力電池自主創(chuàng)新研發(fā)，為電動汽車產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展進行技術(shù)儲備；重點研究新型鋰離子蓄電池，研究新型鋰離子蓄電池設(shè)計、性能預(yù)測、安全評價及安全性新技術(shù)。在新體系動力電池方面，重點研究金屬空氣電池、多電子反應(yīng)電池和自由基聚合物電池等，并通過實驗技術(shù)驗證，建立動力電池創(chuàng)新發(fā)展技術(shù)研發(fā)體系。3．電控技術(shù)

新能源汽車行業(yè)重點開發(fā)混合動力專用發(fā)動機先進控制算法（滿足國VI以上排放法規(guī)）、混合動力系統(tǒng)先進實時控制網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、多部件間的轉(zhuǎn)矩耦合和動態(tài)協(xié)調(diào)控制算法，研制高性能的混合動力系統(tǒng)（整車）控制器，滿足混合動力電動汽車大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化技術(shù)需求。新能源汽車行業(yè)重點開發(fā)先進的純電驅(qū)動汽車分布式、高容錯和強實時控制系統(tǒng)，高效、智能和低噪聲的電動化總成控制系統(tǒng)（電動空調(diào)、電動轉(zhuǎn)向、制動能量回饋控制系統(tǒng)），電動汽車的車載信息、智能充電及其遠程監(jiān)控技術(shù)，滿足純電動汽車大規(guī)模生產(chǎn)需要。

新能源汽車行業(yè)重點開發(fā)基于新型電機集成驅(qū)動的一體化底盤動力學控制系統(tǒng)、高性能的下一代整車控制器及其專用芯片、電動汽車智能交通系統(tǒng)（ITS）與車網(wǎng)融合技術(shù)（V2X包括V2G汽車到電網(wǎng)的鏈接；V2H汽車到家庭的鏈接；V2V汽車到汽車的鏈接等網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)），為下一代純電驅(qū)動汽車開發(fā)提供技術(shù)支撐。4．純電動汽車整車技術(shù)

純電動商用車方面，重點研究整車NVH、輕量化、熱管理、故障診斷、容錯控制與電磁兼容及電安全技術(shù)。插電式混合動力電動汽車方面，掌握插電式混合動力構(gòu)型及專用發(fā)動機系統(tǒng)研發(fā)技術(shù)；突破高效機電耦合技術(shù)、輕量化、熱管理、故障診斷、容錯控制與電磁兼容技術(shù)、電安全技術(shù)；開發(fā)出高性價比、可滿足大規(guī)模商業(yè)化需求的插電式混合動力轎車和商用車系列產(chǎn)品。5．混合動力電動汽車整車技術(shù)

中度混合動力方面，突破混合動力電動汽車關(guān)鍵技術(shù)，深化發(fā)動機控制技術(shù)研究，解決動力源工作狀態(tài)切換和動態(tài)協(xié)調(diào)控制，以及能源優(yōu)化管理，掌握整車故障診斷技術(shù)，進一步提高整車的可靠性、耐久性、性價比，開發(fā)出高性價比、具有市場競爭力、可大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的混合動力電動汽車系列產(chǎn)品。

深度混合動力方面，突破混合動力系統(tǒng)構(gòu)型技術(shù)、能量管理協(xié)調(diào)控制技術(shù)，開發(fā)深度混合動力新構(gòu)型；開發(fā)出高性價比、可大規(guī)模批量生產(chǎn)的深度混合動力轎車和商用車產(chǎn)品。6．燃料電池電動汽車整車技術(shù)

在動力電池方面，要加強新材料的研究與應(yīng)用，如開展高電壓材料，硅碳負極板等多元新材料的研究和電極、電解質(zhì)的研究來提高電池性能；研發(fā)高功率極片、芯結(jié)構(gòu)的電池組，盡早實現(xiàn)專利布局；在正、負極，鋰離子生產(chǎn)方面對提高質(zhì)量、降低成本進行基礎(chǔ)關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)。

在電機方面，聚焦驅(qū)動電機，研發(fā)高性能電力電池裝置，開發(fā)出高效質(zhì)輕的電池系統(tǒng)，提升電機系統(tǒng)的核心競爭力。在整車控制和信息系統(tǒng)上面，要適應(yīng)電動汽車與信息化技術(shù)相互融合的新趨勢，鼓勵企業(yè)將互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與新能源汽車技術(shù)結(jié)合，將智能電網(wǎng)、移動互聯(lián)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)深深地融入新能源汽車技術(shù)創(chuàng)新和推廣應(yīng)用上，大力開展智能化電動汽車、充電設(shè)施的研發(fā)。謝謝您的耐心聆聽specialreportandworksummary2.1動力電源2.2燃料電池動力2.3混合動力第2章新能源汽車的動力

2.1動力電源動力電源主要針對電源的儲能方式進行分類的，目前動力電源的儲能技術(shù)主要有化學儲能、物理儲能和電磁儲能三大類?；瘜W儲能通過提升化學材料的應(yīng)用范圍，提高能量密度，主要的電化學儲能電池有鉛酸電池、鎳基電池、鋰離子電池、鈉硫電池、鋅空電池和超級電容器等。物理儲能主要是指抽水蓄能、壓縮空氣儲能和飛輪儲能等。典型的物理儲能的動力電源如飛輪電池。電磁儲能包括超導線圈和超級電容器等。超導儲能采用超導體材料制成線圈，利用電流流過線圈產(chǎn)生的電磁場來儲存電能。1.鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池又稱為鉛酸水電池，其電極由鉛和鉛的氧化物構(gòu)成，電解液為硫酸的水溶液，一個單格鉛酸電池的標稱電壓是2.0V，能放電到1.5V、充電到2.4V。在應(yīng)用中，經(jīng)常用6個單格鉛酸電池串聯(lián)起來組成標稱是12V的鉛酸電池。此外，還有24V、36V和48V等規(guī)格2.鎳基電池

鎳基電池主要包括鎳鎘、鎳鋅和鎳氫三種。鎳鎘電池的比能量可達55Wh／kg，比功率超過190W／kg，可快速充電，循環(huán)使用壽命長(＞2000次)，自放電率低(＜0.5％／天)，但成本高(約為鉛酸電池的2-4倍)，3.鋰離子電池根據(jù)鋰離子電池所用電解質(zhì)材料不同，可以分為液態(tài)鋰離子電池和聚合物鋰離子電池兩大類鋰離子電池工作原理4.鈉硫蓄電池鈉硫電池以鈉和硫分別用作陽極和陰極，Beta-氧化鋁陶瓷同時起隔膜和電解質(zhì)的雙重作用。鈉硫電池結(jié)構(gòu)及工作原理5.鋅空電池鋅空電池靠金屬鋅和空氣在特種電解質(zhì)作用下發(fā)生化學反應(yīng)來獲得電能.6.飛輪電池飛輪電池是20世紀90年代才提出的新概念，其突破了化學電池的局限，采用物理方法的飛輪旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)儲能。7.超級電容器

超級電容器不同于傳統(tǒng)的化學電源，是一種介于傳統(tǒng)電容器與電池之間、具有特殊性能的電源，主要依靠雙電層和氧化還原假電容電荷儲存電能。但在其儲能的過程并不發(fā)生化學反應(yīng)，且這種儲能過程是可逆的2.2燃料電池

燃料電池的原理是一種電化學裝置，組成與一般電池相同。其單體電池是由正負兩個電極(負極即燃料電極，正極即氧化劑電極)以及電解質(zhì)組成。不同的是一般電池的活性物質(zhì)貯存在電池內(nèi)部，因此限制了電池容量。而燃料電池的正、負極本身不包含活性物質(zhì)，只是個催化轉(zhuǎn)換元件。2.2.1主要類型

按工作溫度不同，燃料電池可分為低溫燃料電池和高溫燃料電池（亦稱為面向高質(zhì)量排氣而進行聯(lián)合開發(fā)的燃料電池）兩大類。按燃料的處理方式的不同，可分為直接式、間接式和再生式。2.2.2常見的幾種燃料電池

1.質(zhì)子交換膜燃料電池質(zhì)子交換膜燃料電池的單電池由陽極、陰極和質(zhì)子交換膜組成，陽極為氫燃料發(fā)生氧化的場所，陰極為氧化劑還原的場所，兩極都含有加速電極電化學反應(yīng)的催化劑，質(zhì)子交換膜作為電解質(zhì)。2.固體氧化物燃料電池固體氧化物燃料電池屬于第三代燃料電池，由用氧化釔穩(wěn)定氧化鋯那樣的陶瓷給氧離子通電的電解質(zhì)和由多孔質(zhì)給電子通電的燃料及空氣極構(gòu)成。3.熔融碳酸鹽燃料電池

熔融碳酸鹽燃料電池是由多孔陶瓷陰極、多孔陶瓷電解質(zhì)隔膜、多孔金屬陽極和金屬極板構(gòu)成的燃料電池4.堿性燃料電池

堿性燃料電池以碳為電極,使用氫氧化鉀為電解質(zhì)，操作溫度約為100℃～250℃通過氫和氧之間的氧化還原反應(yīng)生產(chǎn)電力堿性燃料電池工作原理1-氫氣流入；2-產(chǎn)生電子及水；3-電子經(jīng)由外電路流回陰極；4-氧氣流入與水及電子反應(yīng)形成氫氧根離子；5-陰極；6-電解質(zhì)；7-陽極；8-水蒸氣由出口排出；9-氫氧根離子流回陽極四種燃料電池的比較

PEMFCPAFCMCFCSOFC電解質(zhì)電解質(zhì)材料交換膜磷酸鹽碳酸鋰，碳酸鈉，碳酸穩(wěn)定氧化鋯移動離子H+H+CO32-O2-使用模式膜在基質(zhì)中浸漬在基質(zhì)中浸漬或粘貼薄膜、薄板反應(yīng)催化劑鉑鉑無無陽極H2→2H++2e-H2+2OH-→2H2O+e-H2+CO32-→H2O+CO2+2e-H2+O2-→H2O+2e-陰極O2+2H++2e-→H2OO2+2H++2e-→H2OO2+CO2+2e-→CO32-O2+2e-→O2-運行溫度（℃）80-100150-200600-700700-1,000燃料氫氫氫、一氧化碳氫、一氧化碳發(fā)電效率（%）30-4040-4550-6550-70燃料電池城市客車2.3混合動力

混合動力新能源汽車將燃油發(fā)動機、電動機和一定容量的儲能器件（主要是高性能電池或超級電容器）與先進控制系統(tǒng)相組合，用電動機補充提供車輛起步、加速所需轉(zhuǎn)矩，將車輛制動能量回收并返回儲能器件存儲，以此大幅度降低油耗和減少污染物排放?；旌蟿恿ο到y(tǒng)有四種基本構(gòu)型，即串聯(lián)式、并聯(lián)式、混聯(lián)式和插電式混合動力2.3.1串聯(lián)式混合動力

串聯(lián)式混合動力包括發(fā)動機、發(fā)電機和電動機三部分動力總成，它們之間以串聯(lián)的方式組成動力單元系統(tǒng)，工作時由發(fā)動機驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電,電能通過控制器輸送到電池或電動機,由電動機通過變速機構(gòu)驅(qū)動汽車行駛。小負荷時由電池驅(qū)動電動機再驅(qū)動車輪，大負荷時由發(fā)動機帶動發(fā)電機發(fā)電驅(qū)動電動機。2.3.2并聯(lián)式混合動力

并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)根據(jù)結(jié)構(gòu)和電機布置型式的不同，分為雙軸并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)和單軸并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)兩種。1.雙軸并聯(lián)混合動力總成構(gòu)型雙軸并聯(lián)式混合動力總成，根據(jù)動力合成裝置在變速器的前與后，可分為前置式(動力合成裝置在變速器前)雙軸并聯(lián)結(jié)構(gòu)和后置式(動力合成裝置在變速器后)雙軸并聯(lián)結(jié)構(gòu)2.單軸并聯(lián)混合動力總成構(gòu)型單軸并聯(lián)式混合動力傳動系統(tǒng)是指發(fā)動機和電機同軸聯(lián)接和布置的結(jié)構(gòu)，根據(jù)電機在變速器的前與后，可分為前置式(電機在變速器前)單軸并聯(lián)結(jié)構(gòu)和后置式(電機在變速器后)單軸并聯(lián)結(jié)構(gòu).2.3.3混聯(lián)式混合動力

混聯(lián)式混合動力驅(qū)動系統(tǒng)是串聯(lián)式與并聯(lián)式的綜合。其驅(qū)動系統(tǒng)是發(fā)動機與電動機以機械能疊加的方式驅(qū)動汽車行駛，但驅(qū)動電動機的發(fā)電機串聯(lián)于發(fā)動機與電動機之間。2.3.4插電式混合動力

插電式混合動力串聯(lián)式系統(tǒng)由發(fā)動機、發(fā)電機和電動機三部分動力總成組成，它們之間用串聯(lián)的方式構(gòu)成SHEV的動力單元系統(tǒng)，發(fā)動機驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電，電能通過控制器輸送到電池或電動機，由電動機通過變速機構(gòu)驅(qū)動汽車行駛。插電式混合動力混聯(lián)式系統(tǒng)包含了串聯(lián)式和并聯(lián)式的特點。動力系統(tǒng)包括發(fā)動機、發(fā)電機和電動機，根據(jù)助力裝置不同，它又分為發(fā)動機為主和電機為主兩種。謝謝您的耐心聆聽specialreportandworksummary3.1

純電動汽車控制3.2混合動力汽車動力控制第3章

新能源汽車的動力系統(tǒng)及控制新能源汽車整車動力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)決定了整車控制系統(tǒng)電結(jié)構(gòu)，整車控制主要由整車控制系統(tǒng)、電機控制系統(tǒng)和管理監(jiān)控系統(tǒng)等組成。新能源汽車控制器（VCU）是整車控制系統(tǒng)的核心部件，通過分析整車動力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)得出控制器的需求功能。根據(jù)這些需求功能設(shè)計和研究整車控制策略及其控制器，保障汽車安全性與可靠性，保證控制器間的正常通信。3.1

純電動汽車動力系統(tǒng)及控制3.1

.1純電動汽車動力系統(tǒng)純電動汽車動力系統(tǒng)主要有單電機直驅(qū)式動力系統(tǒng)、單電機+AMT動力系統(tǒng)，雙電機耦合動力系統(tǒng)以及輪轂電機動力系統(tǒng)。1.單電機直驅(qū)動力系統(tǒng)這種驅(qū)動形式的特點是無離合器、變速箱的直驅(qū)式電驅(qū)動系統(tǒng)，可采用大功率高轉(zhuǎn)矩低速永磁同步電機或交流異步電機。2.單電機+AMT動力系統(tǒng)這種驅(qū)動形式的特點是無離合器，采用三擋機械自動變速器電驅(qū)動系統(tǒng)，電機為大功率中速永磁同步電機。3.雙電機耦合減速系統(tǒng)這種驅(qū)動形式的特點是體積小、重量輕、便于底盤布置和有效利用空間，有利于低地板結(jié)構(gòu)；噪音小、雙電機驅(qū)動運轉(zhuǎn)平滑；雙電機協(xié)調(diào)工作，單電機失效仍能運行。4.輪轂電機驅(qū)動系統(tǒng)這種驅(qū)動形式的特點是無主減速器和差速器，利于低地板汽車布置；電機直接驅(qū)動車輪，制動時吸收車輪制動能量，效率更高；雙電機分別驅(qū)動兩個后輪，可實現(xiàn)精確差速控制和轉(zhuǎn)向控制。3.1

.2驅(qū)動電機系統(tǒng)驅(qū)動電機系統(tǒng)是新能源汽車的三大核心部件（電機、電池和電控）之一，是行駛中的主要執(zhí)行機構(gòu)，在純電動汽車和燃料電池汽車上，它是唯一的驅(qū)動部件；在混合動力汽車上，它是實現(xiàn)各種工作模式的關(guān)鍵。1.對驅(qū)動電機系統(tǒng)的要求由于驅(qū)動電機系統(tǒng)工況復雜。需隨時面對車輛啟動、加速、制動、停車、上坡、下坡、轉(zhuǎn)彎和變道等隨機工況，而在混合動力汽車中，又存在多種工作模式如電機啟動發(fā)動機、電機驅(qū)動、電機發(fā)電、電機制動能量回饋等，且電機具體工作于何種模式也是隨機的。基本要求：（1）轉(zhuǎn)矩、功率密度大（2）工作速域?qū)挘?）系統(tǒng)效率高（4）系統(tǒng)適應(yīng)環(huán)境能力強（5）電磁兼容性好（6）性價比高2.驅(qū)動電機系統(tǒng)組成新能源汽車的驅(qū)動系統(tǒng)一般包括電機驅(qū)動系統(tǒng)及機械傳動機構(gòu)兩大部分，其中電機驅(qū)動系統(tǒng)主要由電動機、功率轉(zhuǎn)換器、控制器、各種檢測傳感器以及電源等部分構(gòu)成。對于電動機，一般要求具有電動、發(fā)電兩項功能，按類型常用的有直流、交流、永磁無刷或開關(guān)磁阻等幾種機型；功率轉(zhuǎn)換器按所配電機類型的不同，有DC/DC功率變換器和DC/AC功率變換器等型式，3.電機本體結(jié)構(gòu)以采用較多的三相異步電動機為例，電機本體結(jié)構(gòu)主要由前后端蓋、定子部分、轉(zhuǎn)子部分、機座、風扇和風罩等組成4.電動機類型

新能源汽車電機主要使用的是異步電動機、永磁同步電動機和開關(guān)磁阻電動機。電動機的分類驅(qū)動電機電磁型電機直流電機電磁鐵型直流電機永磁直流電機帶電刷直流電機無刷直流電機交直流兩用電機交流整流式電機交流電機感應(yīng)電機三相感應(yīng)電機鼠籠式繞組式兩項感應(yīng)電機單項感應(yīng)電機同步電機繞組磁場型電機永磁磁鐵型電機磁阻電機磁滯電機步進電機可變磁阻型永磁型混合型非電磁型電機超聲波電機雅典執(zhí)行器磁致伸縮執(zhí)行器靜電執(zhí)行器異步電機主要應(yīng)用在純電動汽車（包括轎車及汽車），永磁同步電機主要應(yīng)用在混合動力汽車，開關(guān)磁阻電機則主要應(yīng)用于大中型汽車。直流電機及其控制系統(tǒng)一般由定子、轉(zhuǎn)子、換向器和電刷等組成。直流電機結(jié)構(gòu)1-軸；2-軸承；3-后端蓋；4-風扇；5-電樞鐵心；6-主極繞組；7-主極鐵心；8-幾座；9-換向極鐵心；10-換向極繞組；11-電樞繞組；12-換向器；13-電刷；14-刷架；15-前端蓋；16-出線盒；17-軸承蓋直流電機的控制

直流電機控制系統(tǒng)主要由斬波器和中央控制器構(gòu)成，根據(jù)輸出轉(zhuǎn)矩的需要，通過斬波器來控制電機的輸入電壓、電流，以此控制和驅(qū)動直流電機運行。交流三相感應(yīng)電機及其控制系統(tǒng)交流三相感應(yīng)電機主要由轉(zhuǎn)子和定子構(gòu)成，在轉(zhuǎn)子與定子之前沒有相互接觸的滑環(huán)、換向器等部件。交流三相感應(yīng)電機的控制由于交流三相感應(yīng)電機不能直接使用直流電，因此需要逆變裝置進行轉(zhuǎn)換控制。應(yīng)用于感應(yīng)電機的控制技術(shù)主要有三種：V/F控制（即壓頻控制，通過電源電壓和額定頻率的比率控制，維持電機恒定磁通，使電機保持較高效率）、轉(zhuǎn)差頻率控制和矢量控制。永磁同步電機及其控制系統(tǒng)永磁同步電機主要由轉(zhuǎn)子、定子、位置傳感器、電子換向開關(guān)及端蓋等部件組成，永磁同步電機的控制

/lemma/ShowInnerLink.htm?lemmaId=694442&ss_c=ssc.citiao.link的控制技術(shù)已從最初的基于穩(wěn)態(tài)模型的標量控制發(fā)展到矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制、非線性控制、自適應(yīng)控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制和智能控制，其中智能控制包括專家系統(tǒng)智能控制、模糊邏輯智能控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能控制等。

對于內(nèi)嵌式永磁同步電機的無位置傳感器矢量控制系統(tǒng)，通過將滑模觀測器和高頻電壓信號注入法相結(jié)合，在無位置傳感器的內(nèi)嵌式永磁同步電機閉環(huán)矢量控制方式下平穩(wěn)啟動運行，并能在低速和高速運行場合獲得較準確的轉(zhuǎn)子位置觀察信息。這種控制方法最本質(zhì)的特征，是通過坐標變換將交流電機內(nèi)部復雜耦合的非線性變量變換為相對坐標系為靜止的直流變量（如電流，磁鏈，電壓等），從中找到約束條件，獲得某一目標的最佳控制策略。開關(guān)磁阻電機及其控制系統(tǒng)開關(guān)磁阻電動機驅(qū)動系統(tǒng)是高性能機電一體化系統(tǒng)，主要由開關(guān)磁阻電動機、功率變換器、傳感器和控制器四部分組成。開關(guān)磁組電機結(jié)構(gòu)1-外殼；2-定子；3-轉(zhuǎn)子關(guān)磁阻電機的控制開關(guān)磁阻電機具有明顯的非線性特性，系統(tǒng)難于建模，一般的線性控制方式不適于采用開關(guān)磁阻電機的驅(qū)動系統(tǒng)。主要控制方式有模糊邏輯控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等。3.1.3功率變換器

新能源汽車的電子設(shè)備是極為復雜的電子系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅包含許多作用不同的功能模塊，而且每個功能模塊對電源的要求以及所需的功率等級、電壓高低、電流大小、安全可靠性和電磁兼容性等指標也不盡相同。為了滿足不同模塊的不同要求，新能源汽車常使用AC/DC（或AC-DC）、DC/DC（或DC-DC）和DC/AC（或DC-AC）三種類型的功率變換器，以適用各種不同的需求，其中使用最多的是前兩種。新能源汽車(包括混合動力汽車和燃料電池汽車)上使用的各種電能變換器的示例1.DC/DC功率變換器

DC/DC（直流-直流變換器）變換模塊的直流輸入電源可來自系統(tǒng)中的電池，也可來自直流總線，這些電源通常有48V、24V、5V或者其他數(shù)值。由于電壓的穩(wěn)定性能差，且會有較高的噪聲分量，要使電子設(shè)備正常工作，必須使用一個DC/DC功率變換模塊，將寬范圍變化的直流電壓變換成一種穩(wěn)定性能良好的直流電壓。2.DC/AC功率變換器DC/AC功率變換器（直流-交流變換器）亦稱DC/AC逆變器，是一種應(yīng)用功率半導體器件將直流電能轉(zhuǎn)換成恒壓恒頻交流電能的靜止裝置，主要供交流負荷用電或交流電網(wǎng)并網(wǎng)發(fā)電。一般可分為有源逆變與無源逆變兩種，其中有源逆變是指把直流逆變成與交流電源同頻率的交流電饋送到電網(wǎng)中區(qū)的逆變器；在逆變狀態(tài)下，變換電路的交流側(cè)如果不與交流電網(wǎng)連接而直接與負荷連接，將直流電逆變成某一頻率或可調(diào)頻率的交流電直接供給負荷，則稱之為無源逆變。3.2混合動力汽車動力控制

國外混合動力汽車的開發(fā)起步較早，其中最具代表性的有日野公司的HIMR系統(tǒng)，美國通用公司的混聯(lián)系統(tǒng)，BAE公司的串聯(lián)、混聯(lián)系統(tǒng)，EATON公司系統(tǒng)、采埃孚和福伊特系統(tǒng)等。1.并聯(lián)系統(tǒng)日野（HinoMotors，Ltd）的HIMR系統(tǒng)為并聯(lián)方案，電機動力與發(fā)動機動力通過齒輪減速機構(gòu)實現(xiàn)在變速器-軸的耦合。2.串聯(lián)系統(tǒng)

發(fā)動機發(fā)出的能量通過發(fā)電機和電動機傳到驅(qū)動橋，發(fā)動機和驅(qū)動橋之間沒有直接的機械連接?；炻?lián)方案采用行星齒輪耦合器，發(fā)動機動力通過離合器與行星機構(gòu)的行星架連接，兩個電動機與中心齒輪連接，環(huán)形齒輪作為耦合器的動力輸出機構(gòu)與驅(qū)動橋連接。通過控制離合器、兩個電動機及與行星架相連的制動器工作狀態(tài)，可以實現(xiàn)多種工作模式。3.混聯(lián)系統(tǒng)采用兩個行星齒輪和兩個電機，發(fā)動機動力通過左邊的行星齒輪實現(xiàn)輸入分流，通過右邊的行星齒輪實現(xiàn)發(fā)動機與電機動力的輸出耦合；通過濕式離合器和電機控制實現(xiàn)混合動力的多種工作狀態(tài)和狀態(tài)切換及換檔。3.2.2混合動力系統(tǒng)的控制方法

混合動力汽車的整車控制系統(tǒng)即動力總成控制器，是整個車輛的核心控制部件，它采集加速踏板信號、制動踏板信號及其他部件信號并做出相應(yīng)判斷后，控制下層各部件控制器的動作，驅(qū)動整車控制器采集駕駛信號和車輛狀態(tài)，通過CAN總線對網(wǎng)絡(luò)信息進行管理、調(diào)度、分析和運算，針對車型的不同配置，進行相應(yīng)的能量管理，實現(xiàn)整車驅(qū)動控制、能量優(yōu)化控制、制動回饋控制和網(wǎng)絡(luò)管理等功能，這就是混合動力系統(tǒng)的控制策略。對于不同的混合動力結(jié)構(gòu)，其控制策略也有較大區(qū)別。1.串聯(lián)混合動力系統(tǒng)控制策略

（1）“恒溫器”式控制策略該控制策略較為簡單，主要針對純電動車輛續(xù)駛里程短的特點，因此在普通電動車輛上增加一個輔助動力單元(AuxiliaryPowerUnit，縮寫APU)，由其為蓄電池及時補充電能或承擔車輛的部分行駛功率，從而減少蓄電池能量消耗，延長整車行駛里程。與沒有APU的情況相比，電池放電速度減慢。（2）“功率跟隨”式控制策略

“功率跟隨”式控制與行駛里程延伸型控制模式相比，在該控制策略下，發(fā)動機的功率緊隨車輪功率的變化而變化，這與傳統(tǒng)的汽車運行相似2.并聯(lián)混合動力系統(tǒng)控制策略

通常情況下并聯(lián)式混合動力的工作模式主要包括以下幾種：怠速時，發(fā)動機關(guān)閉，實現(xiàn)零排放，同時也消除了無效的能量消耗；低速時，由電機工作，發(fā)動機關(guān)閉，以實現(xiàn)降低油耗和排放的目的。這是因為在低速時，發(fā)動機的負荷率通常比較低，效率較差；中高速時，由發(fā)動機工作，同時根據(jù)電池和電機的效率以及電池的SOC，可對電池進行充電，該過程可有效提高發(fā)動機的負荷率，另一方面也可以保證電池的電量平衡；加速或上坡時，如果阻力功率大于發(fā)動機所能提供的功率，則發(fā)動機和電機同時工作，電機起助力作用，通過該措施可減小發(fā)動機的額定功率，同時獲得相應(yīng)的動力性能；減速時，發(fā)動機關(guān)閉，并強制電機對電池進行充電，回收部分制動能量。常用的控制策略包括電動助力控制策略、實時控制策略和模糊控制策略三種。（1）電動助力控制策略

在電動助力控制策略中，主要輸入?yún)?shù)包括變速器的請求扭矩、請求轉(zhuǎn)速、電池SOC以及車輛的速度等?？刂撇呗砸诟鱾€部件狀態(tài)允許的情況下盡可能地滿足變速器的扭矩請求和轉(zhuǎn)速請求。電池的SOC和車輛的速度主要用來確定在不同工況下，分配給電機的工作扭矩，這包括為了提高負荷率而對電池充電、電池單獨工作以及制動能量的回收等最小車速的設(shè)定主要考慮電機最大功率和電池能夠長時間工作的最大電流，同時將最小車速設(shè)定為電池的SOC的函數(shù)，以保持使用過程中電池的SOC的平衡，其定義公式為：（2）實時控制策略

實時控制策略就是在已知各部件特性的基礎(chǔ)上，實時比較各工作模式的整體效率來決定各部件的工作狀態(tài)，以使整個系統(tǒng)的能量流動損失最小。在已知各部件特性的情況下，為了考察電池的充放電效率ηc，實時控制策略中的一個重要參數(shù)就是電池中儲存能量的比油耗（亦稱為“能量當量”），要求在需要選擇的情況下，比較發(fā)動機的燃油消耗率和電池的能量當量，選擇經(jīng)濟性較好的部件以實現(xiàn)整個系統(tǒng)效率最高。電池中的能量主要來自兩個部分，一是由發(fā)動機通過電機對電池的充電，二是來自回收的制動能量，而能量當量則根據(jù)車輛的行駛情況不同而變化。為了使電池的電量維持在要求的區(qū)域內(nèi)，能量當量應(yīng)是電池SOC的函數(shù)。（3）模糊控制策略

模糊邏輯控制策略的出發(fā)點是通過綜合考慮發(fā)動機、電機和電池的工作效率來實現(xiàn)混合動力系統(tǒng)的整體效率最高。雖然其目標與實時控制策略較為相似，但與實時控制策略相比，模糊邏輯控制策略具有魯棒性好的優(yōu)點3.混聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)的控制策略

混聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)的控制策略（1）起動時,由電池組分別向車輛前驅(qū)動軸、后驅(qū)動軸電機供電，直到發(fā)動機可以較高效率工作時,起動發(fā)動機并用于驅(qū)動車輛前進；（2）輕載時,發(fā)動機關(guān)閉,車輛前驅(qū)動軸由電池組、電動機系統(tǒng)驅(qū)動；（3）正常行駛時,由發(fā)動機直接驅(qū)動車輛前驅(qū)動軸；（4）全節(jié)氣門開度加速時,發(fā)動機和兩個電動機同時工作用于提供車輛驅(qū)動行駛功率；（5）減速制動時,電動機以發(fā)電機模式工作,實現(xiàn)再生制動；（6）電池組充電模式,在車輛正常行駛過程中,當電池組電量偏低時,應(yīng)對電池組進行補充充電。謝謝您的耐心聆聽specialreportandworksummary4.1CAN總線概述4.2CAN技術(shù)規(guī)范4.3CAN的基本組成和數(shù)據(jù)傳輸原理4.4汽車CAN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及其特點第4章新能源汽車總線通訊協(xié)議

及應(yīng)用4.1CAN總線概述

CAN總線即控制器局域網(wǎng)總線，由德國Bosch公司于1986年提出。1991年9月，飛利浦公司制定并發(fā)布了CAN技術(shù)規(guī)范V2.0，包括A、B兩部分，其中2.0A給出了CAN報文標準格式，2.0B給出了標準和擴展兩種格式。后經(jīng)修改，在1993年成為國際標準（ISO11898）。CAN總線具有良好的功能特性和極高的可靠性，廣泛應(yīng)用在交通工具、工業(yè)自動化、航空航天及醫(yī)療器械等領(lǐng)域。CAN2.0B協(xié)議數(shù)據(jù)傳輸速率可達1Mbit/s，相當于SAE的C級高級數(shù)據(jù)通信協(xié)議，目前汽車中采用的SAE1939通信標準的核心就是CAN2.0B。4.2CAN技術(shù)規(guī)范

CAN總線是計算機網(wǎng)絡(luò)與控制系統(tǒng)結(jié)合的產(chǎn)物，其本質(zhì)上就是一種計算機控制網(wǎng)絡(luò)。在國際標準化組織（ISO）提出的“開放系統(tǒng)互聯(lián)（OSI）”參考模型中，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)劃分為七層模式，即應(yīng)用層、表示層、會話層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。4.2.1物理層

CAN2.0B物理層定義了CAN總線的電氣接口和物理介質(zhì)，規(guī)定了使用的接插件形狀、尺寸等機械特性，總線線纜上各條線的電壓范圍及電平的邏輯含義，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中電控單元（ECU）之間的電氣連接。物理層分為用于實現(xiàn)與位表示、定時和同步關(guān)系功能的物理層信號（PLS），以及用于耦合節(jié)點至發(fā)送媒體物理層的訪問單元（MAU）。4.2.2數(shù)據(jù)鏈路層

1.CAN總線通信機制當節(jié)點要往CAN總線上發(fā)送數(shù)據(jù)時，先檢測總線的狀態(tài)，只有當總線處于空閑時，節(jié)點才能往總線上發(fā)送數(shù)據(jù)；并且，在發(fā)送過程中要進行總線“回讀”，判斷是否與其他節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)有沖突；若有沖突發(fā)送，則進行總線仲裁?？偩€仲裁根據(jù)CAN報文ID進行，ID值越小，報文的優(yōu)先級越高，發(fā)生仲裁時優(yōu)先級高的報文正常發(fā)送，優(yōu)先級低的報文會停止發(fā)送，但在總線空閑時會自動重發(fā)。2.幀格式

在CAN2.0B的版本協(xié)議中有兩種不同的幀格式，即標準幀和擴展幀。二者不同之處為標志符域的長度不同，含有11位標志符的幀稱為標準幀；含有29位標志符的幀稱為擴展幀，是CAN2.0B協(xié)議新增加的特性。為使控制器設(shè)計相對簡單，并不要求執(zhí)行完全的擴展格式；對于新型控制器而言，必須不加任何限制地支持標準格式3.協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU）J1939使用擴展幀格式定義了標準化通信策略，即為每個節(jié)點規(guī)定了唯一的源地址，并將源地址映射到CAN標識符中。此外，J1939通過協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU）定義了一個框架，用來組織J1939協(xié)議中定義的相關(guān)信息。PDU由CAN擴展幀中的ID和數(shù)據(jù)場組成，并將其分為七個部分，分別是優(yōu)先級、保留位、數(shù)據(jù)頁、PDU格式、PDU特定域（可作為目標地址、組擴展或?qū)Ｓ茫?、源地址和?shù)據(jù)域。PDU被封裝在一個或多個CAN數(shù)據(jù)幀中，而每個CAN數(shù)據(jù)幀只能有一個PDU。4.多幀傳輸機制長度大于8字節(jié)的報文無法用單個CAN數(shù)據(jù)幀來裝載。因此，它們必須被拆分為若干個小的數(shù)據(jù)包，然后使用單個的數(shù)據(jù)幀對其逐一傳送。而接收方必須能夠接收這些單個的數(shù)據(jù)幀，然后解析各個數(shù)據(jù)包并重組成原始的信息。4.2.3網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層定義了網(wǎng)段之間的連接協(xié)議，當同時存在不同傳輸速度或使用不同傳輸介質(zhì)的多個網(wǎng)段時，必須有至少一個網(wǎng)絡(luò)互連電控單元提供從一個網(wǎng)段到另一個網(wǎng)段的報文傳遞功能，具體包括報文轉(zhuǎn)發(fā)、報文過濾、波特率轉(zhuǎn)換、地址翻譯和協(xié)議轉(zhuǎn)換等。4.2.4應(yīng)用層

J1939針對車輛應(yīng)用定義了一系列信號（參數(shù)）和報文（參數(shù)組），并用可疑參數(shù)SPN來描述信號，將相關(guān)的參數(shù)組合成可疑參數(shù)組PGN。協(xié)議中規(guī)定了每個SPN的名稱、功能描述、類型、數(shù)據(jù)長度、分辨率、偏移值和有效數(shù)值范圍，以及在CAN數(shù)據(jù)場中的起始位置及所屬的PGN。參數(shù)字節(jié)序采用Intel型，即當某個參數(shù)長度超過1個字節(jié)時，傳輸時先傳輸?shù)妥止?jié)。每個參數(shù)至少采用2Bits來表示，當參數(shù)的每Bit為1時為無效值4.2.5表示層

數(shù)據(jù)的表示、安全、壓縮?？纱_保一個系統(tǒng)的應(yīng)用層所發(fā)送的信息可以被另一個系統(tǒng)的應(yīng)用層讀取。格式有：JPEG、ASCll、DECOIC、加密格式等。應(yīng)用程序和網(wǎng)絡(luò)之間的翻譯官，在表示層，數(shù)據(jù)將按照網(wǎng)絡(luò)能理解的方案進行格式化；這種格式化也因所使用網(wǎng)絡(luò)的類型不同而不同。4.2.6會話層

建立、管理、終止會話，對應(yīng)主機進程，指本地主機與遠程主機正在進行的會話。通過傳輸層（端口號：傳輸端口與接收端口）建立數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐贰Ｖ饕谀愕南到y(tǒng)之間發(fā)起會話或者接受會話請求（設(shè)備之間需要互相認識可以是IP也可以是MAC或者是主機名）。4.2.7傳輸層

定義傳輸數(shù)據(jù)的協(xié)議端口號，以及流控和差錯校驗。協(xié)議有：TCPUDP等，數(shù)據(jù)包一旦離開網(wǎng)卡即進入網(wǎng)絡(luò)傳輸層。定義了一些傳輸數(shù)據(jù)的協(xié)議和端口號（WWW端口80等），如：TCP（傳輸控制協(xié)議，傳輸效率低，可靠性強，用于傳輸可靠性要求高，數(shù)據(jù)量大的數(shù)據(jù)），UDP（用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議，與TCP特性恰恰相反，用于傳輸可靠性要求不高，數(shù)據(jù)量小的數(shù)據(jù)，如QQ聊天數(shù)據(jù)就是通過這種方式傳輸?shù)模?。主要是將從下層接收的?shù)據(jù)進行分段和傳輸，到達目的地址后再進行重組。常常把這一層數(shù)據(jù)叫做段。4.3CAN的基本組成和數(shù)據(jù)傳輸原理

CAN由每個ECU內(nèi)部的CAN控制器和收發(fā)器、每個ECU外部連接的兩條CAN總線和整個系統(tǒng)中的兩個終端組成。4.3.1基本組成4.3.2數(shù)據(jù)傳輸原理

汽車一般裝有多個ECU，ECU之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕顒e在于數(shù)據(jù)傳輸頻率。如發(fā)動機高速運轉(zhuǎn)時，進行的是高頻數(shù)據(jù)傳輸，每隔幾毫秒就傳輸一次；而在低轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)時，進行的是低頻數(shù)據(jù)傳輸，每隔幾十毫秒甚至幾百毫秒才傳輸一次。CAN總線上的每個節(jié)點（ECU）都有自己的地址，連續(xù)監(jiān)視著總線上發(fā)出的各種數(shù)據(jù)，當所收到的數(shù)據(jù)地址值與自身地址吻合時，該節(jié)點就獲得令牌（一種通信規(guī)約，只允許唯一獲得令牌的一個節(jié)點有權(quán)發(fā)送數(shù)據(jù)，以防止兩個或兩個以上的節(jié)點同時傳輸數(shù)據(jù)引起混亂），每一個節(jié)點都有機會獲得令牌，完成數(shù)據(jù)傳輸。4.4汽車CAN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及其特點

4.4.1總線架構(gòu)按照J1939的要求，CAN線纜可以采用屏蔽雙絞線，干線長度L應(yīng)不超過40m，在干線的兩端各有一個120Ω的終端電阻；節(jié)點支線的長度I應(yīng)盡可能短，允許的最大長度為1m；兩個節(jié)點間的距離D應(yīng)該大于0.1m，且節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)中的布置不能相同，即D和I的值應(yīng)不同，以減小信號傳輸過程中的駐波。4.4.2汽車CAN網(wǎng)絡(luò)的組成

汽車CAN總線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)按功能區(qū)分由基本CAN總線系統(tǒng)和網(wǎng)關(guān)組成?；綜AN總線系統(tǒng)有以下5點。1.動力和傳動控制系統(tǒng)

常見的動力和傳動控制系統(tǒng)包括：發(fā)動機控制系統(tǒng)（EMS）、自動變速控制系統(tǒng)（TCU）、制動防抱死系統(tǒng)（ABS）、緩速器控制系統(tǒng)（Retarder）；新能源汽車包括整車控制系統(tǒng)（VCU/HCU）、電機控制系統(tǒng)（MCU）和電池管理系統(tǒng)（BMS）等。2.底盤和安全控制系統(tǒng)常見的汽車底盤和智能主動安全控制系統(tǒng)有電子控制制動系統(tǒng)（EBS）、電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)（ESC/ESP）、空氣懸架電子控制系統(tǒng)（ECAS）、車道偏離預(yù)警系統(tǒng)（LDWS）、360°全景影像環(huán)視系統(tǒng)（360環(huán)視）、夜視系統(tǒng)（NVS）、前向防撞預(yù)警系統(tǒng)（FCWS）、胎壓測監(jiān)測系統(tǒng)（TPMS）、電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）、儀表（Cluster）和行駛記錄儀等。3.車身和舒適控制系統(tǒng)

汽車的車身和舒適控制系統(tǒng)包括雨刮系統(tǒng)（Wiper）、自適應(yīng)前照燈系統(tǒng)（AFS）、遙控鑰匙（RKE）、車身控制模塊（BCM）和空調(diào)控制系統(tǒng)（ACS）等4.通訊和信息娛樂系統(tǒng)

通訊和信息娛樂系統(tǒng)包括智能導航系統(tǒng)（NAV）、車聯(lián)網(wǎng)車載終端、汽車影音系統(tǒng)、實時交通信息咨詢系統(tǒng)、車輛定位系統(tǒng)和信息化服務(wù)系統(tǒng)等。5.診斷系統(tǒng)

診斷系統(tǒng)指車載診斷設(shè)備VDU、外部診斷設(shè)備及OBD-II車載診斷接口。OBD-II車載診斷接口是內(nèi)部總線與外部診斷設(shè)備通訊的接口

4.4.3CAN節(jié)點規(guī)范由于每個節(jié)點都會對網(wǎng)絡(luò)造成影響，可能導致網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點通信異常。因此，對于接入整車CAN網(wǎng)絡(luò)的每個節(jié)點，都應(yīng)規(guī)范節(jié)點的CAN物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的相關(guān)參數(shù)4.4.3幾種常見的汽車網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)1.單路網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)單路網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是指汽車上只有一路CAN總線系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，由儀表直接連入動力和傳動CAN總線形成2.多路網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)多路網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是實現(xiàn)全車負載由ECU控制的一種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。根據(jù)應(yīng)用不同，可以拓展形成不同類型的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。（1）基本多路網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在單路網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中接入車身和舒適總線系統(tǒng)就形成基本多路網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。（2）基于車聯(lián)網(wǎng)的多路網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)基于車聯(lián)網(wǎng)的多路網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是在基本多路網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)基礎(chǔ)上增加了車聯(lián)網(wǎng)終端，從而使車輛具備遠程通信、遠程運營管理和遠程診斷等功能。（3）新能源汽車多路網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)（4）集成客運管理系統(tǒng)的多路網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)4.4.5典型汽車的CAN網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)

整車網(wǎng)絡(luò)分為動力CAN和車身CAN兩大網(wǎng)絡(luò)。其中，底盤動力CAN網(wǎng)絡(luò)包括：發(fā)動機ECU、后處理ECU、變速器、ABS/ASR、緩速器、限速控制器、發(fā)動機智能驅(qū)動控制模塊、汽車電子控制的空氣懸架系統(tǒng)（ECAS）、電子風扇控制系統(tǒng)、輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)(TPMS)、儀表動力CAN和信息服務(wù)系統(tǒng)動力CAN等；車身CAN網(wǎng)絡(luò)包括：車身前控模塊、中控模塊、后控制模塊、空調(diào)控制器、總電源管理模塊、車道偏離報警系統(tǒng)、自動大燈控制系統(tǒng)、全景環(huán)視系統(tǒng)、多功能轉(zhuǎn)向盤、儀表車身CAN和信息服務(wù)系統(tǒng)車身CAN等。對于儀表系統(tǒng)和信息服務(wù)系統(tǒng)，還常常帶有兩路CAN，可分別接入整車CAN和車身CAN，以實現(xiàn)兩路CAN數(shù)據(jù)的顯示和遠程診斷等功能。4.4.6汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點

新能源系統(tǒng)包括電池管理系統(tǒng)、驅(qū)動電機控制器、轉(zhuǎn)向控制器、充電控制器等。其作為連接新能源總成和傳統(tǒng)總成之間的網(wǎng)關(guān)，一般選取檔位面板或整車控制器。整車電控節(jié)點包括發(fā)動機電控單元、發(fā)電機控制單元、驅(qū)動電機控制器、動力電池管理系統(tǒng)、DC/DC控制器、自動變速器控制裝置等。國產(chǎn)大型電動車的CAN總線結(jié)構(gòu)圖。從整車的電子電氣架構(gòu)平臺角度考慮，整車CAN網(wǎng)絡(luò)包含兩大主干網(wǎng)絡(luò)，驅(qū)動及高壓動力網(wǎng)絡(luò)、信息傳遞及監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)；以及電池內(nèi)部模塊之間的管理子網(wǎng)絡(luò)、儀表和車身及組合按鍵之間的子網(wǎng)絡(luò)等子網(wǎng)絡(luò)。以中央控制器ECU統(tǒng)一管理電機控制器等動力管理單元控制器的同時，兼顧網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)功能。4.5CAN總線控制單元

4.5.1動力CAN網(wǎng)絡(luò)單元1.發(fā)動機ECU2.驅(qū)動電機ECU

驅(qū)動電機ECU的總體結(jié)構(gòu)由外殼及冷卻系統(tǒng)、功率電子電源、控制電路、底層軟件和控制算法組成。

驅(qū)動電機ECU兩大組成部分為硬件電路和軟件算法。驅(qū)動電機ECU的硬件主要包括中央控制器模塊、功率變換器模塊、驅(qū)動器及相應(yīng)傳感器組成。控制軟件部分可以分為狀態(tài)控制、矢量算法、需求轉(zhuǎn)矩和診斷模塊。3.電子風扇控制系統(tǒng)（智能冷卻控制系統(tǒng)）電子風扇控制系統(tǒng)亦稱“智能冷卻控制系統(tǒng)”，是在對大型汽車發(fā)動機溫度精確控制方面進行大量研究工作的基礎(chǔ)上，結(jié)合發(fā)動機熱平衡、散熱器熱傳遞等關(guān)鍵特性，通過驅(qū)動電子風扇等部件實現(xiàn)對發(fā)動機冷卻液水溫及中冷后氣溫的精準控制，從而確保發(fā)動機能夠工作在高效節(jié)能的溫度范圍內(nèi)。4.發(fā)動機智能驅(qū)動控制模塊5.變速器電控單元汽車上常用的變速器有機械變速器（ManualTransmissions，MT）、機械式自動變速器（AutomatedManualTransmissions,AMT）和自動變速器（AutomaticTransmissions，AT）。其中，前者沒有電控單元，無相應(yīng)通信接口；而機械式自動變速器和自動變速器則有電控單元，其電控單元通過CAN總線與發(fā)動機等的電控單元通信，根據(jù)車輛行駛工況（車速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、發(fā)動機扭矩等）和駕駛員的駕駛意圖（加速踏板、換擋控制桿操作等），按照設(shè)定的換擋規(guī)律，選擇合適的檔位和換擋時機，控制換擋執(zhí)行機構(gòu)的換擋動作。6.汽車電子控制空氣懸架系統(tǒng)（ECAS）汽車電子控制空氣懸架系統(tǒng)（ECAS）由ECAS電控單元、電磁閥、高度傳感器和氣囊等部件組成。ECAS的基本工作原理是：高度傳感器負責檢測車輛高度（車架和車橋間的距離）的變化，并把這一信息傳遞給ECU，除高度信息外，ECU還接受其他的輸入信息，如車速、制動、車門和供氣壓力等信息，然后綜合所有的輸入信息，判斷當前車輛狀態(tài)并按照其內(nèi)部的控制邏輯，激發(fā)電磁閥工作，由電磁閥實現(xiàn)對各個氣囊的充、放氣調(diào)節(jié)

ECAS基本系統(tǒng)組成示意圖1-電子控制器（ECU）；2-電磁閥；3-高度傳感器；4-氣囊；5-遙控器4.5.2.車身CAN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點

1.新型車身控制模塊

儀表主要負責信息顯示，包括轉(zhuǎn)速、車速和水溫等；主控模塊主要負責各從控制模塊的邏輯功能分配與管理；前從控模塊主要驅(qū)動車輛前部的燈光、車門和開關(guān)采集等；頂從控模塊主要驅(qū)動汽車頂部燈光、換氣扇、顯示器等及門開關(guān)信息的采集；后從控模塊主要驅(qū)動汽車后部燈光、電磁閥、啟動、后面開關(guān)及傳感器等信號的采集。2.車道偏離報警系統(tǒng)（LDWS）

車道偏離報警系統(tǒng)通過安裝在車輛前擋風玻璃內(nèi)側(cè)的攝像頭實時檢測道路環(huán)境，實現(xiàn)對前方可見道路交通標線的準確識別。同時，車內(nèi)LDWS控制器結(jié)合CAN總線上獲取的車輛運行數(shù)據(jù)，預(yù)估出車輛前輪與道路交通標線間的距離、偏離速度并做出車道偏離決策，當偏離量接近危險值時，報警信息將通過視覺（翹板開關(guān)）、聽覺（喇叭）及觸覺（振動靠墊）等形式告知駕駛員。3.自動大燈控制系統(tǒng)

自動大燈控制系統(tǒng)通過在擋風玻璃位置安裝的感光傳感器，感知光線強弱，實時判斷外界環(huán)境的明暗變化，自動開啟或者關(guān)閉大燈。采用該控制系統(tǒng)降低了駕駛強度，提高了行車安全。系統(tǒng)由光感應(yīng)探頭、切換開關(guān)和控制器等組成.4.5.3全數(shù)字儀表

CAN總線全數(shù)字式電動車儀表解決了目前廣泛使用的模擬電子式電動車儀表存在的不足，徹底放棄了“動圈式”和“動磁式”模擬電子式電動車儀表通過線包與磁鋼間產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩驅(qū)動指針的工作方式，基于步進電機和CAN總線控制技術(shù)，以微控制器為核心，通過CAN總線實現(xiàn)整車網(wǎng)絡(luò)的實時數(shù)據(jù)通信，完成車輛運行工況的數(shù)據(jù)采集，經(jīng)運算處理后由步進電機驅(qū)動指針，在儀表盤內(nèi)以指針方式和LCD/LED數(shù)字顯示被測物理量謝謝您的耐心聆聽specialreportandworksummary5.1整車控制器功能定義5.2

整車控制策略5.3請求電機轉(zhuǎn)矩算法5.4

整車控制器硬件5.5整車控制器的硬件設(shè)計第5章

整車控制器

5.1整車控制器功能定義

新能源汽車在運行過程中，應(yīng)用層控制軟件通過判斷底層信號的輸入需求，來進入相應(yīng)的工作模式。加速踏板位置、制動踏板位置、電機狀態(tài)、電池狀態(tài)、車速、溫度等信號是軟件控制運行的基礎(chǔ)，依此來進行高壓上下電管理、擋位判斷、駕駛需求扭矩的計算、電機工作指令設(shè)置、電動附件的控制、能量管理、儀表顯示、外接充電等。實時性要求較高的任務(wù)則由相應(yīng)的中斷程序執(zhí)行，主要包括數(shù)字及模擬信號采集、脈沖捕捉、CAN信息發(fā)送、故障存儲。高層功能模塊與底層功能模塊通過RAM交換信息。數(shù)字及模擬信號采集，CAN定時發(fā)送，CAN中斷接受和應(yīng)用層控制管理等不同任務(wù)均按各自的執(zhí)行頻率獨立運行。純電動汽車整車控制系統(tǒng)純電動汽車整車控制系統(tǒng)可分為三層。整車控制的最底層是執(zhí)行層，執(zhí)行層里包含有電池系統(tǒng)、電機系統(tǒng)以及其他部件控制器和執(zhí)行單元。他們的作用就是準確響應(yīng)中間層發(fā)來的指令。中間層是協(xié)調(diào)層，是電動車的“大腦”，也就是電動車的核心層。這一層主要有電動車的整車控制器VCU，它的作用一方面是獲得駕駛員的操作意圖，另一方面是根據(jù)駕駛員和執(zhí)行層當前狀態(tài)，協(xié)調(diào)控制將命令輸出給執(zhí)行層。最高層就是組織層，包括一些駕駛員操作信息，儀表信息等純電動汽車分層結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)5.1.1整車控制器結(jié)構(gòu)

新能源汽車整車控制器結(jié)構(gòu)包括微控制器、模擬量調(diào)理、開關(guān)量調(diào)理、繼電器驅(qū)動、高速CAN總線接口和電源等模塊。整車控制器對新能源汽車動力鏈的各個環(huán)節(jié)進行管理、協(xié)調(diào)和監(jiān)控，以提高整車能量利用效率，確保安全性和可靠性。整車控制器結(jié)構(gòu)原理圖5.1.2整車控制器功能說明整車控制器基本上有以下幾項功能。1.對汽車行駛控制的功能2.整車的網(wǎng)絡(luò)化管理3.制動能量回饋控制4.整車能量管理和優(yōu)化5.車輛狀態(tài)的監(jiān)測和顯示6.故障診斷與處理7.外接充電管理8.診斷設(shè)備的在線診斷和下線檢測5.1.3整車控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)電動汽車由動力電池系統(tǒng)、電機驅(qū)動系統(tǒng)組成的高壓驅(qū)動系統(tǒng)取代原車的發(fā)動機系統(tǒng)，并増加了DC/DC直流變換器、車載充電機和高壓配電盒等高壓器件。電動汽車動力系統(tǒng)由VCU、MCU、BMS、CC、ABS等電子控制單元組成。這些電子控制單元以CAN總線網(wǎng)絡(luò)作為主通信網(wǎng)絡(luò)進行相互之間的通信，組合儀表也連接到動力CAN總線上接收和顯示車輛狀態(tài)信息。整車分布式控制示意圖整車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以CAN總線作為動力系統(tǒng)總線，通信速率為250Kbps，供動力系統(tǒng)內(nèi)部的各電子控制單元之間相互進行通信；輔助系統(tǒng)總線采用LIN線，通信速率為10Kbps，供安全氣囊SRS、車身控制器（BodyControlUnit，BCU）、防盜ECU等輔助電子設(shè)備和VCU相互之間通信。整車總線網(wǎng)絡(luò)拓撲圖5.1.4電動機控制器

電動機控制器是驅(qū)動電動機系統(tǒng)的控制中心，又稱智能功率模塊，以IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)模塊為核心，輔以驅(qū)動集成電路和主控集成電路。通過把微電子器件和功率器件集成到同一芯片上，形成了智能功率模塊5.2

整車控制策略

驅(qū)動控制策略是整車控制器最重要的部分，如何使得車輛在任何時刻獲得最佳的轉(zhuǎn)矩控制，是整車控制策略的重點，同時也是整車控制的難點。由于駕駛員的駕駛指令在短時間內(nèi)是隨機的，不可預(yù)測的，并且駕駛員有可能會出現(xiàn)誤操作，比如在面臨危險時有可能會將加速踏板誤認為制動踏板而快速的踩下去，這時整車控制器需要及時的判斷駕駛員的駕駛意圖，對駕駛員的誤操作做出盡可能快的反應(yīng)。駕駛員正常操作時，整車控制器需要做出最適合的轉(zhuǎn)矩分配，既能滿足車輛的動力性，同時從整體來講保持純電動汽車的經(jīng)濟性，這是十分重要的。5.2.1控制系統(tǒng)主流程

電動汽車有兩種工作狀態(tài)。一種是電動車的充電工作狀態(tài)。另一種是電動車的駕駛工作狀態(tài)。為整車控制器主流程，從控制流程圖中，我們看到在接入充電后，首先進行的是整車控制器自檢。通過自檢后，整車控制器開始工作，進入充電模式整車駕駛過程中的工作流程。圖中我們可以知道，當汽車鑰匙打開時，收到鑰匙信號，整車進入自檢程序。當完成自檢程序后，通過汽車進入預(yù)充電，整車的上電完成。5.2.2驅(qū)動控制策略驅(qū)動控制策略實際就是計算電機的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩。在駕駛過程中轉(zhuǎn)矩的計算是復雜的、多樣化的。驅(qū)動轉(zhuǎn)矩需求是根據(jù)整車當前的行駛狀態(tài)、駕駛員踩下加速踏板及制動踏板的開度、電機工作模式、電機的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩特性及動力電池的情況而對電機提出的轉(zhuǎn)矩需求.5.2.3油門踏板信號處理油門踏板的開度以及變化率將反應(yīng)駕駛員的駕駛意圖。通常設(shè)計采用兩個電位計式傳感器的油門踏板。兩組油門踏板傳感器的設(shè)計，是為了增加油門系統(tǒng)的可靠性。油門踏板工作原理及信號輸出示意圖5.2.4工作模式劃分根據(jù)純電動車駕駛外界路況的不同，大致分以下幾個工作模式。（１）起步控制模式（２）正?？刂颇Ｊ?/p>

（３）經(jīng)濟驅(qū)動模式（４）動力驅(qū)動模式（５）倒車驅(qū)動模式5.2.5電機過載管理電機具有一定的過載運行能力，但是過載只是一小段時間，不能長時間過載運行。電機過載的時候，由于輸出功率大，流經(jīng)電機本體的電流相應(yīng)增大，導致內(nèi)部線圈產(chǎn)生的熱量大，電機溫度迅速升高，這樣一來容易造成定子線圈燒毀和永磁退磁等現(xiàn)象。所以在整車控制器請求電機轉(zhuǎn)矩過程中，一定要考慮電機過載問題。5.2.6電池保護純電動車將電池作為汽車驅(qū)動的唯一能源，電池能量的耗盡也就意味著汽車無法行駛。當電池SOC下降一定程度時，純電動車將對電池采取一定保護措施，避免電池再在大功率下工作。如果在SOC小到一定值后，還存在大功率輸出，會使加速電池電壓數(shù)值下降，當降到臨界電壓后，繼續(xù)大功率工作，電池容易造成不可恢復損傷，極度影響電池壽命。5.3請求電機轉(zhuǎn)矩算法（１）電機轉(zhuǎn)矩補償方法電機轉(zhuǎn)矩補償方法，是國內(nèi)外現(xiàn)階段常采用的一種方法，但此方法也有不同的補償方式和補償算法?，F(xiàn)階段廣泛研究和使用的兩個算法，一個是模糊轉(zhuǎn)矩補償，另一個是利用ＭＡＰ圖進行轉(zhuǎn)矩補償。（２）電機控制器與路況結(jié)合方法在駕駛過程中，通過傳感器采集駕駛員駕駛意圖，然后通過當前汽車電機轉(zhuǎn)速以及過載倍數(shù)，改變電機控制器的閥值大小，最終再輸出電機轉(zhuǎn)矩請求值，達到控制電動車在不同路況下，平穩(wěn)運行的目的（３）歸一化處理方法在加速過程中，如該方法選取曲線ａ，因為ａ曲線滿足加速特征，然后進行試驗，再對曲線ａ進行修改。該方法的缺點是先定性的選擇加速過程中電機轉(zhuǎn)矩的請求曲線，然后再進行大量試驗來完善。踏板加速曲線5.4

整車控制器硬件

通常整車控制器采用單片機設(shè)計的嵌入式系統(tǒng)整車通信網(wǎng)絡(luò)管理CAN總線是有兩根信號線，即CAN＿Ｈ和CAN＿Ｌ兩根信號線，工作時，利用這兩根線的差分電壓進行傳輸數(shù)據(jù)。為了有更高的信息通訊的實時性，CAN總線采用兩層模型結(jié)構(gòu)，即物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。5.5整車控制器的硬件設(shè)計5.5.1單片機最小系統(tǒng)設(shè)計單片機最小系統(tǒng)主要包括電源電路、WATCHDOG電路、時鐘電路、復位電路、鐵電存儲器電路，BDM電路等電路。（１）電源電路（２）時鐘電路（３）復位電路（４）WATCHDOG電路（５）FRAM存儲器電路（６）BDM電路圖5.5.2電氣件驅(qū)動電路設(shè)計通常也將對器件以及電路的保護設(shè)計放在驅(qū)動電路中，或者通過驅(qū)動電路來完成對器件以及電路的保護?？梢园研畔㈦娮与娐穫鱽淼男盘?，按照控制目標的要求，把信號轉(zhuǎn)化作為加在電子器件控制端和公共端之間的其他信號，即可以使其關(guān)斷或幵通的信號。驅(qū)動電路還有一個作用就是提供控制電路與主電路之間的保護環(huán)節(jié)，即我們常用的電氣隔離環(huán)節(jié)，常用的隔離環(huán)節(jié)包括光隔離或磁隔離。5.5.3數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計數(shù)據(jù)采集主要分為開關(guān)量數(shù)據(jù)采集和模擬量數(shù)據(jù)采集。開關(guān)量數(shù)據(jù)采集主要是采集那些簡單開關(guān)信號，例如鑰匙開關(guān)、檔位開關(guān)、空調(diào)開關(guān)等信號。模擬量數(shù)據(jù)采集主要采集各個傳感器采集的信號，例如加速踏板傳感器信號、制動踏板傳感器信號等。5.5.4通訊接口電路設(shè)計整車控制器在調(diào)試過程中，需要與上位機進行通訊，而整車控制器與上位機通信需要串口，通常采用RS232串口進行通信。整車控制器還需要和其他控制系統(tǒng)進行通信，例如電機控制器。有些設(shè)計整車控制器與其他控制系統(tǒng)節(jié)點的通信方式采用RS485串口進行通信。5.6整車控制儀表顯示在純電動車中，重要的系統(tǒng)有電池系統(tǒng)，電機系統(tǒng)等等。在設(shè)計過程中，要充分考慮對影響這幾部分性能的參數(shù)進行顯示。電動車的儀表需要顯示的必要內(nèi)容要遠遠多于普通汽車儀表。電動車儀表能時時刻刻直觀的顯示出當前汽車的狀態(tài)情況，駕駛員通過儀表對電動車當前狀態(tài)進行了解，然后做出合理決策。另一方面，儀表的存在幫助快速查找汽車故障。汽車儀表通過CAN總線網(wǎng)絡(luò)，與車中的系統(tǒng)進行通信。謝謝您的耐心聆聽specialreportandworksummary6.1電動機及其控制6.2直流電動機及其驅(qū)動控制系統(tǒng)6.3交流感應(yīng)電動機及其驅(qū)動系統(tǒng)6.4永磁同步電動機及其驅(qū)動系統(tǒng)6.5開關(guān)磁阻電動機及其驅(qū)動系統(tǒng)第6章

驅(qū)動電機控制

新能源汽車驅(qū)動電機及控制技術(shù)主要包括：直流電機及控制技術(shù)、直流無刷電機及控制技術(shù)、交流異步電機及控制技術(shù)和永磁同步電機及控制技術(shù)。電動汽車運行過程中遇到各種工況，比如頻繁啟動，低速平穩(wěn)運行，高速高效率運行，制動能量回收等，而且運行環(huán)境苛刻，這樣對電機的要求很高，驅(qū)動電機作為電動汽車的動力來源，驅(qū)動電機的控制至關(guān)重要。驅(qū)動電機的控制器體現(xiàn)了多功能的集合，不僅可以完成電機基本性能，比如轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和位置控制等；還可以接收上位機給的命令獨立完成轉(zhuǎn)動任務(wù)，比如按照指定的轉(zhuǎn)動軌跡運行；實時的向上位機反饋驅(qū)動系統(tǒng)的運行狀態(tài)，比如電壓、電流、力矩、轉(zhuǎn)速、溫度、振動等信息；還具有一定的故障診斷和排除的能力，比如當過溫、過流和過壓等情況發(fā)生事，可以自行采取相應(yīng)措施進行排除等6.1驅(qū)動電動機及其控制

電動機驅(qū)動系統(tǒng)是新能源汽車的關(guān)鍵技術(shù)之一，電動機的特性與發(fā)動機有著很大的不同。而不同種類的電動機之間，同種電動機采用不同的控制方法，其輸出特性也有著較大的差異。新能源汽車上使用的驅(qū)動電動機種類主要為直流電動機、交流感應(yīng)電動機(異步電動機)、永磁同步電動機、開關(guān)磁阻電動機等。6.2直流電動機及其驅(qū)動控制系統(tǒng)

6.2.1直流電動機的工作原理與分類上下是兩個固定的磁鐵，上面為N極，下面是S極。在兩極之間安裝一個可以轉(zhuǎn)動的圓柱體稱為電樞。電樞表面的槽里安裝著兩段導體ab和cd，兩段導體的一端(b端與c端)相互連接成一個線圈，稱之為電樞繞組。電樞繞組的兩端(a端與b端)分別與一個可以旋轉(zhuǎn)的半圓形導體相互連接，兩個半圓形導體稱為換向片，兩個換向片相互絕緣，與電樞繞組同軸旋轉(zhuǎn)。換向器上面壓緊兩個固定不動的電刷A、B，它們分別連接一個直流電源的正極和負極。直流電動機勵磁繞組的供電方式稱為勵磁方式，按照直流電動機勱磁方式不同，直流電動機又可劃分為他勵式和自勵式兩種。他勵式直流電動機勵磁繞組的勵磁電流由其他的獨立直流電源供給，勵磁繞組與電樞繞組在電路上互相獨立.圖6-2直流電動機的勵磁方式(a)他勵；(b)并勵；(c)串勵；(d)復勵6.2.2直流電動機的動態(tài)方程與特性分析為了對電動機運行時的狀態(tài)進行分析，可以通過建模的方法把電動機運行時的電氣關(guān)系進行電路等效。直流電動機在穩(wěn)態(tài)運行時(穩(wěn)態(tài)運行指電動機的電壓、電流、轉(zhuǎn)速不再發(fā)生變化).直流電動機穩(wěn)態(tài)運行等效電路他勵直流電動機的機械特性串勵直流電動機的機械特性6.2.3直流電動機的調(diào)速方法

由直流電動機的自然機械特性曲線可知，電動機的轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩存在著單值關(guān)系，而電動機在穩(wěn)態(tài)時的電磁轉(zhuǎn)矩是由負載轉(zhuǎn)矩所決定的，故直流電動機工作在自然機械特性時的轉(zhuǎn)速是無法控制的。降低電樞電壓時的機械特性如果直流電動機電樞電壓不變，改變電動機的磁通，也可以改變電動機的機械特性。由于電動機的磁通不能超過其磁路飽和狀態(tài)時的磁通，故只能減小磁通進行調(diào)速，他勵直流電動杋弱磁調(diào)速機械特性恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速與恒功率調(diào)速的配合方式。在基速以下時，采用降低電源電壓的恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式，這時勵磁磁通為額定狀態(tài)；基速以上時采用降低磁場磁通的恒功率調(diào)速方式，這時電樞電壓為額定值。需要指出的是，恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式與恒功率調(diào)速方式，都是用來表征電動機采取某種調(diào)速方式時帶負載的能力，并不是指電動機的實際輸出。在電動機實際運行時，電磁轉(zhuǎn)矩的大小取決于負載轉(zhuǎn)矩的大小。6.2.4直流電動機的脈寬調(diào)制控制

當需要對電動機的電樞電壓大小進行控制時，脈寬調(diào)制(Pulsewidthmodulation，PWM)控制方法已經(jīng)成為主流控制方法。新能源汽車的驅(qū)動電動機通常需要進行四象限運行，通過采取如圖6-11所示的H橋電路即可實現(xiàn)對直流電動機的四象限運行控制及制動方式的控制。其中V1~Ⅴ4為開關(guān)管，D1~D4為續(xù)流二極管。(1)電動狀態(tài)。當V1、V4導通，V2、V3關(guān)斷時，電動機電樞繞組通過正向電流，電動機工作在正向電動運行狀態(tài)。(2)電動續(xù)流狀態(tài)。當處于電動狀態(tài)時，若V1的PWM信號變?yōu)榈碗娖綍r，V1管將關(guān)斷，Ⅴ4繼續(xù)導通。此時電動機電樞的電壓為零，由于電樞繞組存在感性，其電流不能突變，電樞繞組的自感電動勢將克服反電動勢Ea通過V4與D2進行續(xù)流，電動機消耗存儲在電感中的能量進入電動續(xù)流狀態(tài)，此時電流將持續(xù)衰減。(3)能耗制動狀態(tài)。如果電動機續(xù)流結(jié)束時，將V2管打開，V4管關(guān)斷，此時因為電動機繼續(xù)正向旋轉(zhuǎn)，反電動勢Ea方向不變，電動機在反電動勢的作用下將通過V2、D4產(chǎn)生一個反向的電流，電動機相當于工作在能耗制動的狀態(tài)。(4)再生制動狀態(tài)。在能耗制動時，如果使Ⅴ2關(guān)斷，電流失去續(xù)流通路將會迅速減小，電流的減小會感生出與電源電動勢方向相反的感生電動勢，通過二極管D1、D4對電源饋電，實現(xiàn)再生制動。6.2.5直流電動機的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速控制

如果想對電動機的運行進行精確的控制，那么必須能夠?qū)﹄妱訖C的電磁轉(zhuǎn)矩進行控制。因為作用在電動機上的合轉(zhuǎn)矩為電動機電磁轉(zhuǎn)矩與負載轉(zhuǎn)矩之差，而轉(zhuǎn)速為轉(zhuǎn)矩的積分，位置為速度的積分，只要控制了電動機的電磁轉(zhuǎn)矩，就可以控制電動機的速度或是位置，實現(xiàn)對電動機動態(tài)特性的控制。直流電動機的轉(zhuǎn)矩在主磁極勱磁磁通保持恒定的情況下與電樞電流呈線性關(guān)系，通過對電樞電流閉環(huán)控制就可以實現(xiàn)快速而準確的轉(zhuǎn)矩控制6.3交流感應(yīng)電動機及其驅(qū)動系統(tǒng)

6.3.1交流感應(yīng)電動機的工作原理交流感應(yīng)電動機也是由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成，定子主要由定子鐵芯、定子繞組和機座3部分組成。定子鐵芯為主磁路的一部分，由硅鋼片疊壓而成，在其內(nèi)圓周上沖滿槽，槽內(nèi)安放三相對稱繞組，三相繞組常按星形方式連接。轉(zhuǎn)子是由轉(zhuǎn)子鐵芯、轉(zhuǎn)子繞組和軸承組成。轉(zhuǎn)子鐵芯也是主磁路的一部分，也由硅鋼片疊壓而成。感應(yīng)電動機的額定值也有額定功率PN(kW)、額定電壓UN(V)、額定電流IN(A)、額定轉(zhuǎn)速nN(r/min)和額定頻率(Hz)等參數(shù)。其中額定功率指電動機的輸出功率，額定電壓、額定電流是指額定運行時定子的線電壓和線電流額定轉(zhuǎn)速指額定運行時的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，額定頻率指通入定子三相交流電的頻率。6.3.2交流感應(yīng)電動機的特性分析

A點為同步運行點，該點T=0，n=n1，此時電動機不能進行能量轉(zhuǎn)換。B點為額定運行點，此時電動機為額定運行狀態(tài)。C點為最大轉(zhuǎn)矩點，該點時轉(zhuǎn)矩達到最大值。此時所對應(yīng)的轉(zhuǎn)差率sm為額定轉(zhuǎn)差率。在0<s<sm時，轉(zhuǎn)矩隨著轉(zhuǎn)速的增加而減?。籹>sm時，轉(zhuǎn)矩隨著轉(zhuǎn)速的減小而減小，如果電動機在此區(qū)域內(nèi)工作，那么負載稍有擾動，就會造成電動機運行狀態(tài)的不穩(wěn)定，故電動機只能工作在區(qū)域0<s<sm區(qū)域內(nèi)。D點為起動點，所對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩為起動轉(zhuǎn)矩。可知該點的轉(zhuǎn)矩小于電動機的最大轉(zhuǎn)矩，這不符合汽車低速大轉(zhuǎn)矩的要求。6.3.3交流感應(yīng)電動機的矢量控制

矢量控制思想可得出交流感應(yīng)電動機的矢量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖由測得的交流感應(yīng)電動機定子三相電流和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，通過磁通觀測器(內(nèi)含坐標變換)得出定子電流，再得M-T坐標系下的分量im，iT，轉(zhuǎn)子磁通ψ

和ψ

與α軸的夾角θ。給定轉(zhuǎn)速和反饋的電動機轉(zhuǎn)速通過轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器后得出給定轉(zhuǎn)矩Te*，由Te*和ψ

計算出給定的定子T軸電流iT*，它和反饋的iT進行閉環(huán)控制。磁鏈發(fā)生器給岀轉(zhuǎn)子磁鏈的額定值，和反饋的ψ

閉環(huán)后得岀給定的定子M軸電流，i和反饋的i進行閉環(huán)控制。由電流調(diào)節(jié)器輸出的M-T軸定子給定電流，通過定子電壓解耦得出給定的M-T軸定子給定電壓uM*、uT*。在通過旋轉(zhuǎn)變換和2/3(二相/三相)變換得出三相靜止坐標系A(chǔ)-B-C下定子電壓的期望值uA*、uB*、uC*。根據(jù)定子電壓的期望值，控制逆變器向交流感應(yīng)電動機進行輸電。圖中的四種調(diào)節(jié)器多為PI控制器。6.4永磁同步電動機及其驅(qū)動系統(tǒng)

6.4.1永磁無刷直流電動機及其驅(qū)動系統(tǒng)永磁無刷直流電動機主要由電動機本體、位置傳感器和電子開關(guān)電路三部分組成。永磁無刷直流電動機的驅(qū)動電路可分為半橋式和全橋式兩種。每種方式又分為星形連接和三角形連接兩種。3.永磁無刷直流電動機的PWM控制

永磁無刷直流電動機的工作原理與有刷直流電動機不同，但其機械特性曲線和有刷直流電動機非常相似，也可以采用PWM控制方法對其進行調(diào)壓控制當三相全橋驅(qū)動星形連接的永磁無刷直流電動機采用二二導通方式時，每個時刻有兩只開關(guān)管導通，并且一只在上橋臂，一只在下橋臂，其控制方式分為以下5種：(1)PWMON方式：每只開關(guān)管導通的120

電角度區(qū)間內(nèi)，前60°進行PWM控制，后60

保持常開。(2)ONPWM方式：每只開關(guān)管導通的120°電角度區(qū)間內(nèi)，前60°保持常開，后60°進行PWM控制。(3)H_PWM-LON方式：任一導通區(qū)間內(nèi)，上橋開關(guān)管始終進行PWM控制，下橋開關(guān)管保持常開。(4)L_PWM-HN方式：任一導通區(qū)間內(nèi)，下橋開關(guān)管始終進行PWM控制，上橋開關(guān)管保持常開。(5)H_PWM-LPWM方式：任一導通區(qū)間內(nèi)，上橋開關(guān)管和下橋開關(guān)管始終進行PWM控制。6.4.2.永磁同步電動機及其驅(qū)動系統(tǒng)

永磁同步電動機(PermanentMagnetSynchronousMotor，PMSM)由于其效率高、控制精度高、轉(zhuǎn)矩密度大等特點被廣泛地應(yīng)用為新能源汽車的驅(qū)動電動機。1.永磁同步電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理永磁同步電動機也是由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。定子由鐵芯、電樞繞組機座、端蓋等幾部分組成，鐵芯由硅鋼片疊制而成，電樞繞組也為三相對稱繞組，其結(jié)構(gòu)與交流感應(yīng)電動機定子結(jié)構(gòu)基本相同。轉(zhuǎn)子為永久磁體，多采用稀土材料制作而成。2.永磁同步電動機的矢量控制

通過光電編碼器或分解器檢測出電動機轉(zhuǎn)子位置θ

，由電流傳感器檢測出定子三相電流(由于電動機沒有零序電流，實際檢測兩項就夠了)。通過Clarke變換和Park變換