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第二章 电动汽车的控制技术 第一节 电动汽车的驱动系统及分类比较 1．电动汽车驱动系统的基本构成 驱动系统是电动汽车中最关键的系统，电动汽车运行性能主要决定于驱动系统的类型和性能。电动汽车驱动系统由牵引电动机、控制系统(包括电动机驱动器、控制器及各种传感器)，机械减速及传动装置、车轮等构成，如图2-1所示。控制系统主要是控制电能转化为机械能的速度、大小以及机械装置中车轮运动的轨迹，也就是说，控制系统从接收 加速踏板(相当于燃油车的油门)、刹车和 PDRN(停车、前进、倒车、空挡)、转向 盘的输出信号，经过信号处理，输入到电 动机驱动器，控制功率电路的功率输出量， 实现控制驱动电动机转速和扭矩，再通过 机械传动装置，驱动车轮。 2．电动汽车驱动系统的分类及比较 驱动系统按驱动电机类型来分类； (1)直流驱动系统 以直流电动机为驱动电机构成的驱动 系统称直流电动机驱动系统，通常简称为 直流驱动系统。直流驱动系统中的驱动器的功率电路，通常采用斩波器控制方式，它具有控制较简单、效率较高、成本低、技术成熟等优点。但直流电动机具有电刷、换向器等易损件，需定期维护，同时直流电动机的效率低于交流电动机、价格高、质量及体积大等缺点，造成了使用不便。 (2)交流驱动系统 以交流感应电机为驱动电机构成的驱动系统称交流感应电动机驱动系统，简称交流驱动系统。 交流电动机与直流电动机相比，具有效率高、体积小、质量轻、免维护、坚实可靠、易冷却、寿命长等优点，但控制电动机的逆变器较复杂。一是控制用的大功率管数量要求比直流驱动系统中的多，且容易损坏；另一方面要实现交流电机的良好调速性能必须采用矢量控制方法。对普通的三相感应电动机进行矢量控制，其逆变器中除用数字信号微处理器(DSP)外，控制软件也较复杂，但是随着电子技术的发展，这些问题都可得到解决。 交流驱动系统和直流驱动系统比较而言，交流电动机本身比直流电动机成本低，而逆变器比直流电动机控制系统成本高。随着电力电子技术的不断发展，两个系统的成本差距将越来越接近。从目前来看，，、交流驱动系统总的成本高于直流驱动系统的成本，但是，由，于交流驱动系统效率高，质量轻，能更有效地实现再生制动，因此交流驱动的优点将使其成为电动汽车最佳驱动系统方案的选择。 (3)永磁同步电机交流驱动系统 以永磁同步电机包括无刷直流电动机(BDCM)和三相永磁同步电动机(PMSM)为驱动电动机驱动系统称为永磁交流驱动系统。它与前二种驱动系统比较，是效率最高，体积最小，质量最轻，也无需维护，在电动汽车中也得到了一定使用。但该类驱动系统目前尚存在着成本太高的缺点，而在可靠性和使用寿命等指标上也比交流电动机差。同时，对于大功率的PMSM和BDCM要做到体积小、质量轻尚存在一定的技术难度。从发展角度看，我国是盛产永磁材料的国家，特别是稀土永磁材料，如钕铁硼等资源非常丰富，随着永磁电动机制造技术不断发展、进步，成本不断下降，永磁同步电机驱动系统在电动汽车上的应用将最具有前途。 (4)开关磁阻电动机(SRM)驱动系统 开关磁阻电动机驱动系统，具有电动机结构比感应电动机更简单可靠，特别适用于高速、低速转矩大，电流小的系统，且效率高，特别是转子无绕组，适合于频繁正反转及冲击负载等工况条件。驱动功率电路采用的功率开关元件较少，电路较简单。功率元件与电动机绕组相串联，不易发生直通短路。利用较简单的控制电路能够实现较宽的调速范围，低速大转矩和制动能量反馈等特性，因此该驱动系统特别适合电动汽车，当然，该驱动系统亦有不足之处，即振动较大，噪声亦较大。 从目前世界各国的电动汽车所用电机来看，欧美等国多用交流感应电动机，而日本等国多采用直流电动机。从发展趋势看，交流感应电动机是有前途的，因在电力电子器件日趋成熟的情况下，用交流感应电动机优点特别突出。 电动汽车常规线性控制系统 电动汽车的驱动系统的控制方案决定于电动汽车的性能，因此采用何种调速控制技术是十分重要的。 众所周知，控制系统若采用开环控制有很多不利方面，如精度只能依赖于执行部件电动机本身和负载转矩，且转矩特性较弱，动态响应慢等。只有那些速度低、功率小的浴场三轮车等可能采用，以求简便。相应高性能的电动汽车采用闭环控制并使用先进的控制算法。目前更应值得注意的是采用普通的硬件和复杂的软件相结合，以求得到电动汽车不同的应用要求，实现高性能的电动汽车。 在电动汽车的驱动控制系统中，通常希望能利用调整电动机磁通来保证电动机完成特定的运行，但需考虑电动机的工作效率，通常电动机处在其额定磁通状态下效率最高，交流感应电动机