驅動電機與控制 專業教學課件

中高職優秀教學課件主講：驅動電機與控制目錄情境一新能源汽車動力系統概述本章所介紹的新能源汽車泛指以電能或電能與化學能(汽油、柴油等)相結合作為能源的車輛；通常，我們把車輛行駛所需的驅動力部分或全部靠電機提供的汽車稱為電動汽車，如沒有特別說明，本章中所提到的新能源汽車都是指電動汽車，以氫燃料電池為動力的汽車不在本書的論述范圍之內。為了便于對本書后續章節的理解，本章將在傳統內燃機汽車系統基礎上簡要介紹新能源汽車分類、動力系統主要零部件和幾類新能源汽車動力系統結構及工作原理，以便讀者能對新能源汽車動力系統有一個大致的了解。第一部分新能源汽車概述一、傳統內燃機汽車系統傳統內燃機汽車主要由兩部分組成：驅動子系統和輔助子系統，其系統概念框圖見圖傳統內燃機汽車的驅動子系統由內燃機、內燃機控制器、傳動裝置和燃油箱組成，其中傳動裝置根據車輛的配置不同，又可搭載手動變速器、半自動變速器和自動變速器等調速裝置。輔助子系統主要由車身電子控制系統、底盤控制系統、車用空調控制系統、發電機和輔助電源組成，在部分高配汽車上還裝配有電液助力轉向()或電助力轉向()控制系統、電真空制動助力、電加熱等。傳統內燃機汽車系統框圖二、新能源汽車系統與傳統內燃機汽車相比，新能源汽車有如下幾個新特點：()引入了一種新的動力源——電動機，電動機將電能轉化為機械能來驅動車輛；()儲存能量的裝置除了傳統車輛的燃油箱外，還增加了儲存電能的動力電池；()純電動汽車和插電式混合動力汽車可用外接充電設備為電源子系統補電；()原來由內燃機直接帶動的輔助子系統改由獨立的電驅動輔助裝置來實現，如電動空調壓縮|機、電動真空助力、電加熱和等；()用直流直流()變壓器替換了傳統低壓發電機；()增加了整車控制器、電機控制器、電池管理控制器，控制的復雜程度大大增加。新能源汽車系統框圖與傳統內燃機汽車系統不同，新能源汽車系統主要由三部分組成：驅動子系統、電源子系統和輔助子系統。三、新能源汽車動力系統關鍵零部件()(二)直流有刷電動機交流感應電動機永磁孫埴流電動機開關磁阻電動機電機控制器包括控制器、功率變換器和傳感器等。（三）化學蓄電池組（）鉛酸電池（）鐐氫電池()鋰電池電池管理單元(四)內燃機是混合動力汽車的重要驅動源。(五)機械式自動變速箱自動變速箱無級變速箱雙離合器變速箱驅動電機電機控制器儲能系統內燃機傳動裝置四、新能源汽車分類根據電能在驅動車輛過程中貢獻的大小，新能源汽車可分為一般混合動力汽車、插電式混合動力汽車和純電動汽車。一般混合動力汽車是指同時裝備兩種動力源——熱動力源(由傳統內燃機產生)與電動力源(電池與電動機產生)的汽車；根據熱動力源和電動力源在車輛驅動中貢獻大小及功能復雜度，混合動力汽車又分為弱混、中混和強混三種混合動力汽車。插電式混合動力汽車是一種新型的強混合動力汽車，其與普通強混合動力汽車最大的區別是它可以通過與電網連接的充電器給電池充電。新能源汽車分類型譜純電動汽車是指僅以電池為儲能單元并以電動機為驅動系統的汽車。情境二混合動力系統結構、控制工作原理及功能傳統內燃機汽車由于在實際運行工況下經常運行在效率不理想區域，加上車輛的頻繁制動以及傳動裝置效率低等因素導致內燃機的燃油經濟性低，同時也伴隨較大環境污染，這些不利條件都要求設計一種油耗低且使環境良好的汽車。另一方面，純電動汽車具有一些優于傳統內燃機汽車的優點如能量效率高及對環境的零排放等優點，但由于目前技術的限制，還沒有找到足夠高能量密度的儲能技術使得純電動汽車在每次充電后的續駛里程與傳統內燃機汽車相當?；旌蟿恿ζ囌美昧藗鹘y內燃機汽車和純電動汽車的優點，克服了它們的缺點。第一部分新能源汽車概述一、混合動力系統概述混合動力系統是指由兩個或兩個以上不同工作原理的動力源組成，可以將不同動力源組合在一起用于驅動車輛的系統?；旌蟿恿ζ嚨哪康氖抢酶鱾€動力源的各自長處，彌補單一動力源所無法達到的經濟性和續駛里程等指標要求?；旌蟿恿ζ噭恿ο到y概念圖混合動力汽車動力系統優點具體體現在:①實現了能源的直接再生，在同樣的動力需求下內燃機排量減小，因而燃油經濟性好，排放減少；②采用具有高功率水平的電機電池，甚至可以改善整車動力性能；③部分混合動力系統小負荷工況下可采用電機單獨驅動，避免了內燃機在低效率區間工作④怠速時可停止內燃機工作，減少不必要的油耗。二、混合動力系統結構(一)串聯式混合動力系統結構（二）并聯式混合動力系統結構(三)混聯式混合動力系統結構（四）雙模式混合動力系統結構純電動驅動模式串聯驅動模式并聯驅動模式內燃機單獨驅動模式內燃機驅動行車發電模式能量回收模式全油門加速驅動模式混合動力汽車動力系統中通常存在兩類能量流：一類是機械能量流；另一類是電能量流。每個交匯點都是兩部分能量相加或將一部分能量分解成兩部分能量。（五）混合動力系統功能模式切換功能內燃機啟停功能（）電機助力()動力電池智能充電控制()減速斷油()純電動爬行駕駛員意圖識別智能熱管理系統扭矩建監控僦智能充電控制整車上下電管理故障診斷情境三純電動汽車動力系統結構、控制工作原理及基本功能純電動汽車（）是采用電動機作為牽引裝置，并應用化學蓄電池組、超級電容器等蓄能裝置給電動機提供電能。純電動汽車與傳統內燃機汽車相比有明顯的優點，如低能耗、零排放、高效率、低噪聲、運行平穩等。但是由于蓄能裝置能量密度的限制，導致整車續駛里程較短再加上充電基礎設施建設不健全，因此純電動車適合行駛于路線相對固定、配套設施較完善的城市區域。本節簡要介紹純電動汽車動力系統結構、電控工作原理及基本功能三方面的內容。第一部分新能源汽車概述一、純電動汽車動力系統結構將內燃機、燃油箱、內燃機控制器和機械耦合裝置去掉就形成了純電動汽車系統框圖，由此可以看出，純電動汽車系統是一個相對比較簡單的系統。純電動汽車動力系統結構與傳統內燃機汽車動力系統結構上的主要區別有兩個方面：一是用電動機、電機控制器代替內燃機及內燃機控制器；二是用動力電池及電池管理系統代替傳統內燃機汽車的燃油箱及供油系統。純電動汽車動力系統框圖二、純電動汽車動力系統控制工作原理在驅動車輛時，當加速踏板需求信息進入整車控制器后，整車控制器將駕駛員的駕駛意圖轉換成對電機的扭矩請求發給電機控制器，電機控制器將控制逆變器的功率輸出來控制電機的扭矩或轉速輸出，電機的輸出扭矩通過車輛傳動系統驅動車輛行駛，滿足駕駛員驅動車輛的需求。在車輛制動時，整車控制器通過采集制動踏板信號獲取到駕駛員的制動需求，根據整車制動分配控制策略，將部分或全部制動需求轉化為對電機的發電請求，電機控制器將根據整車控制器發出的發電請求，控制電機運行在發電狀態，將車輛的部分動能轉化為電能存到動力電池中，從而實現車輛制動和能量回收的目的。三、常見純電動汽車動力系統結構舉例()無離合器單擋驅動()傳統驅動()傳動裝置與差速器集成固定擋驅動；()雙電動機帶軸固定擋驅動()雙電動機固定擋直接驅動()雙輪轂電動機驅動—離合器；—差速器；—固定速比減速器；—變速器；—電動機外接智能充電功能故障診斷功能輔助功能（）車載充電（慢充）功能。(）快充功能。在純電動汽車工作的整個過程中，都將對動力系統的各種故障進行診斷，如電機故障、電池故障、高壓安全故障、—故障等，且根據故障狀態確定動力系統的合理響應行為，以保證動力系統合理、安全地運行。純電動汽車動力系統還支持整車其他與動力系統相關的輔助子系統，如根據動力系統狀態輸出對空調系統電動壓縮機（）和電加熱器的限制，向儀表提供動力系統狀態信息，響應電子穩定系統（）扭矩干涉請求，給電子駐車制動（）和電子穩定系統（）提供動力系統狀態信息，等等。四、純電動汽車動力系統基本功能情境四插電式混合動力汽車系統結構及工作原理插電式混合動力電動汽車（）是指可外接充電的新型混合動力汽車，它兼有一般混合動力汽車與純電動汽車的功能特征。這類車上裝備有一臺可為動力電池充電的充電器。它在很多工況下可以當作一臺純電動車來使用，只要單次使用不超過電池可提供的續駛里程，它就可以做到零排放和零油耗。第一部分新能源汽車概述情境四插電式混合動力汽車系統結構及工作原理插電式混合動力汽車動力系統結構圖與普通混合動力系統相比，插電式混合動力系統最大的特點是可利用外部公用電網（主要是晚間低谷電力）對車載動力電池進行充電，這樣可改善電廠發電機組效率，節約能源；顯著減少燃油的使用量，大大降低對石油的依賴；同時行駛相同里程所需電費只有傳統內燃機汽車所需燃油費的幾分之一，這樣也大大降低了車輛使用成本。情境一新能源汽車的動力性和能量經濟性汽車的動力性是指汽車在良好路面上直線行駛時由汽車受到的縱向外力決定的和所能達到的平均行駛速度。汽車的動力性是人們對汽車最基本也是最重要的性能需求。動力性的改善可減少汽車對于交通資源的占用，提高整個交通系統的效率。新能源汽車的動力性在原理上與傳統汽車基本相同，不過由于新能源汽車在動力系統上的一些新特性，使得新能源汽車的動力性與傳統汽車存在一定的區別。第二部分新能源汽車的動力性和能量經濟性時間線模板新能源汽車的動力性指標新能源汽車的驅動力汽車的行駛阻力新能源汽車的動力性能輪胎與路面的附著條件和最大驅動力最高車速加速時間最大爬坡度汽車的行駛方程(—)滾動阻力(二)坡度阻力(三)空氣阻力（四）加速阻力（）電動機的轉速特性（二）發動機的轉速特性（三）變速箱的特性情境二新能源汽車的能量經濟性汽車的動力性是指汽車在良好路面上直線行駛時由汽車受到的縱向外力決定的和所能達到的平均行駛速度。汽車的動力性是人們對汽車最基本也是最重要的性能需求。動力性的改善可減少汽車對于交通資源的占用，提高整個交通系統的效率。新能源汽車的動力性在原理上與傳統汽車基本相同，不過由于新能源汽車在動力系統上的一些新特性，使得新能源汽車的動力性與傳統汽車存在一定的區別。第二部分新能源汽車的動力性和能量經濟性情境二新能源汽車的能量經濟性一、新能源汽車的能量經濟性評價方法和指標汽車的能量經濟性常用一定運行工況下汽車行駛一定距離的能量消耗量或一定能量能使汽車行駛的里程來衡量。中國和歐洲習慣采用一定運行工況下的百公里燃油或電量消耗量來衡量汽車的能量經濟性，單位分別為和?。其數值越大，汽車的能量經濟性越差。美國則采用一定運行工況下一定量燃油或電量所能行駛的里程衡量汽車的能量經濟性，單位分別為和()該數值越大，則汽車的能量經濟性越好?；旌蟿恿ζ囉捎谕瑫r消耗電能和燃油兩種類型的能源，因此進行能耗指標評價時不僅需要考慮燃油消耗，還需要考慮電能消耗。普通的混合動力汽車無法通過外部充電，運行過程中雖然也會有電能量消耗，但所占比例一般較小，而且消耗的電池電能最終還是來源于發動機燃油消耗，電池在一個較小的范圍內波動。()汽車的小型化和輕量化(二)動力系統技術(三)降低空氣阻力(四)降低輪胎滾動阻力(五)制動能量回饋（六）減小附件消耗()行駛工況的離散化(二)發動機工況點的確定和燃油消耗量的計算(二)發動機工況點的確定和燃油消耗量的計算（四）電池工況點的確定及電量消耗的計算（五）整個循環工況的能量消耗計算情境二新能源汽車的能量經濟性情境三新能源汽車的動力性、能量經濟性試驗規范和方法我國分別為純電動汽車和混合動力汽車制定了動力性能試驗方法的國家標準。其中純電動汽車的動力性能試驗標準為《電動汽車動力性能試驗方法》，該標準參照了國際標準《電動道路車輛道路行駛特性》；混合動力電動汽車的動力性能試驗標準為]《混合動力電動汽車動力性能試驗方法》，該標準參照了歐洲標準《電動車輛道路性能試驗方法第二部分一熱力、電力混合動力汽車》和美國行業推薦標準—《混合動力電動汽車加速、爬坡性能和減速試驗規程》。第二部分新能源汽車的動力性和能量經濟性實驗流程最高車速試驗直線跑道環形跑道試驗坡道單一方向實驗情境三新能源汽車的動力性、能量經濟性試驗規范和方法情境一車用電機基礎知識電機泛指能使機械能轉化為電能、電能轉化為機械能的一切機器。特指發電機、電能機、電動機。第三部分電動汽車用電機情境一車用電機基礎知識一、電動機電動機俗稱馬達，是一種將電能轉化成機械能，并可再使機械能產生動能，用來驅動其他裝置的電氣設備。電動機情境一車用電機基礎知識二、電機分類按工作電源分類按結構及工作原理分類按啟動與運行方式分類按用途分類按轉子的結構分類按運轉速度分類按防護型式分類按通風冷卻方式分類按安裝結構型式分類按絕緣等級分類按額位作制分類三、電機型號四、電動機銘牌數據及額定值型號功率電壓電流頻率轉速工作定額絕緣等級標準編號勵磁電壓勵磁電流（）要有較大的啟動轉矩來保證電動汽車的良好的啟動和加速性能爬坡、頻繁啟停的要求通常電機的過載系數應達?；（）要有較寬的恒功率范圍，保證電動汽車具有高速行駛的能力，電動機的過載系數應達到?倍；（）要有較大范圍的調速功能，在低速時具有較大的轉矩，在高速時具有高功率，能夠根據駕駛員對加速踏板的控制，隨即地調整電動汽車的行駛速度和相應的驅動力；（）具有良好的效率特性，在較寬的轉速轉矩范圍內，獲得最優的效率，提高一次充電后的持續行駛里程，一般要求在典型的駕駛循環區，獲得%?%的效率；（）再生制動時的能量回收率高；（）電動機的外形尺寸要求盡可能小，質量盡可能輕；（）電動機的可靠性好，耐溫和耐潮性能強，能夠在較惡劣的環境下長期工作，運行時噪音低維修方便；（）價格低。情境一車用電機基礎知識（）要有較大的啟動轉矩來保證電動汽車的良好的啟動和加速性能爬坡、頻繁啟停的要求通常電機的過載系數應達?；（）要有較寬的恒功率范圍，保證電動汽車具有高速行駛的能力，電動機的過載系數應達到?倍；（）要有較大范圍的調速功能，在低速時具有較大的轉矩，在高速時具有高功率，能夠根據駕駛員對加速踏板的控制，隨即地調整電動汽車的行駛速度和相應的驅動力；（）具有良好的效率特性，在較寬的轉速轉矩范圍內，獲得最優的效率，提高一次充電后的持續行駛里程，一般要求在典型的駕駛循環區，獲得%?%的效率；（）再生制動時的能量回收率高；（）電動機的外形尺寸要求盡可能小，質量盡可能輕；（）電動機的可靠性好，耐溫和耐潮性能強，能夠在較惡劣的環境下長期工作，運行時噪音低維修方便；（）價格低。五、電動汽車用電動機的基本要求情境二直流電機直流電機（）是指能將直流電能轉換成機械能（直流電動機）或將機械能轉換成直流電能（直流發電機）的旋轉電機。它是能實現直流電能和機械能互相轉換的電機。當它作電動機運行時是直流電動機，將電能轉換為機械能；作發電機運行時是直流發電機，將機械能轉換為電能。第三部分電動汽車用電機情境一車用電機基礎知識一、直流電機的基本結構定子部分（）主磁極（）換向極（）機座（）電刷裝置轉子部分（）電樞鐵芯（）電樞繞組（）換向器直流電機的銘牌數據()額定功率“()()額定電壓()；()額定電流()()額定轉速)()勵磁方式和額定勵磁電流()有些物理量雖然不標在銘牌上，但它們也是額定值，例如在額定運行狀態的轉矩、效率分別稱為額定轉矩、額定效率等。情境一車用電機基礎知識直流發電機的工作原理就是把電樞線圈中感應的交變電動勢，靠換向器配合電刷的換向作用使之從電刷端引出時變為直流電動勢的原理。二、直流電機的基本工作原理一臺直流電機原則上既可以作為發電機運行，也可以作為電動機運行，只是其輸入輸出的條件不同而已。情境一車用電機基礎知識四、直流電機的換向三、直流電機的勵磁方式他勵直流電機并勵直流電機串勵直流電機復勵直流電機一條支路中的某個元件在經過電刷后就成為另一條支路的元件，并且在電刷的兩側，元件中的電流方向是相反的，因此直流電機在工作時，繞組元件連續不斷地從一條支路退出而進入相鄰的支路。在元件從一條支路轉入另一條支路這個過程中，元件中的電流就要改變方向，這就是所謂直流電機的換向問題。情境三無刷直流電動機一、無例直流電動機概述項公自動化、計算郴卜部設備及音像處理設舔域家電領域電動交虹具第三部分電動汽車用電機情境三無刷直流電動機二、無刷直流電動機的基本結構基本結構傳感器（）電磁式（）光電式（）霍爾元件三、無刷直流電動機工作原理三相非橋式星形接法三相星形橋式接法三相封閉形橋式接法情境四異步電動機異步電機在年由意加物理學家和電氣工程師費拉里斯發明。異步電動機又稱感應電動機是由氣隙旋轉磁場與轉子繞組感應電流相互作用產生電磁轉矩，從而實現機電能量轉換為機械能量的一種交流電機。異步電動機按照轉子結構分為兩種形式：有鼠籠式（異步電機鼠籠式異步電機）、繞線式異步電動機。作電動機運行的異步電機，因其轉子繞組電流是感應產生的，故又稱感應電動機。異步電動機是各類電動機中應用最廣并且需要量最大的一種。第三部分電動汽車用電機情境四異步電動機一、三相交流異步電動機基礎知識（）三相交流異步電動機結構對稱三相定子繞組特點三相異步電動機轉子繞組（二）三相異步電動機定子繞組接法和定子旋轉磁場三相異步電動機的定子繞組接法三相異步電動機定子旋轉磁場(三)三相異步電動機轉動原理（四）三相異步電動機機械特性三相籠型異步電動機機械特性三相繞線式異步電動機機械特性電磁轉矩額定轉矩最大轉矩％和過載系數啟動轉矩幾和啟動系數（五）三相異步電動機的銘牌和代號及漢字含義電動機額定電壓（）電動機額定電流（）電動機額定功率（)情境四異步電動機二、三相電動機調速概述變頻調速改變轉差率調速()調壓調速()繞線式異步電動機轉子繞組串電阻調速變極調速三、單相交流電動機基礎知識()單相異步電動機分類（二）單相電動機在脈振磁場作用的工作狀態分析轉子靜止不動狀態下正轉和反轉電磁力矩大小關系轉子正轉（順時針方向轉動）狀態下正轉和反轉電磁力矩大小關系轉子反轉（逆時針方向轉動）狀態下正轉和反轉電磁力矩大小關系（三）單相電動機在橢圓磁場作用的工作狀態分析（四）單相電動機啟動電阻啟動單繞組運行方式電感啟動單繞行方式電容啟動單繞醯行方式電容啟動和電容運行方式(五)單相電動機調速單相電動機串電抗器調速單相電動機串接調速繞組調速單相電動機變頻調速情境五永磁同步電動機永磁同步電動機的運行原理與電勵磁同步電動機相同，但它以永磁體提供的磁通替代后者的勵磁繞組勵磁，使電動機結構較為簡單，降低了加工和裝配費用，且省去了容易出問題的集電環和電刷，提高了電動機運行的可靠性；又因無須勵磁電流，省去了勵磁損耗，提高了電動機的效率和功率密度。因而它是近年來研究得較多并在各個領域中得到越來越廣泛應用的一種電動機。第三部分電動汽車用電機情境五永磁同步電動機一、永磁同步電動機的基本組成電動機轉子位置傳感器逆變器二、永磁同步電動機的工作原理無刷直流（）電機的基本旋轉需依靠轉子位置傳感器檢測的位置信息，然后經過電子換相電路來驅動控制同電樞繞組相連接的各個功率開關器件的關斷或導通，從而起到控制繞組的通電狀態，并在定子上產生一個連續的旋轉磁場，以拖動轉子跟著旋轉。隨著轉子的不斷旋轉，傳感器信號被不斷地反饋給芯片，主芯片據此來改變電樞繞組的通電狀態，使得在每對磁極下繞組中的電流方向相同。因此可以產生恒定轉矩，并使電機連續旋轉運行起來。情境六開關磁阻電動機開關磁阻電動機調速系統（簡稱）是世紀年代中期發展起來的新型交流調速系統，它由開關磁阻電動機（）、功率變換器、位置檢測器及控制器所構成，其系統構成與永磁無刷直流電動機幾乎一樣。第三部分電動汽車用電機情境六開關磁阻電動機一、開關磁阻電動機的結構及其動作原理開關磁阻電動機的結構開關磁阻電動機的動作原理二、開關磁阻電動機的工作原理情境六開關磁阻電動機三、開關磁阻電動機的控制原理電流控制方式功率平衡方程情境四異步電動機四、開關磁阻電動機的主電路及系統原理圖主電路系統原理圖情境七輪轂電機一、輪轂電機系統的概念與應用領域通常，人們稱其為輪轂電機，也有的研究者稱其為輪式電機、車輪電機或者電動輪，英文名稱以“居多，也有稱和“的。實際上，以上稱謂嚴格來說都是不準確的。二、輪轂電機系統的發展歷史輪轂電機系統的誕生可以一直追溯到電動汽車誕生的初期，而輪轂電機在電動汽車上的廣泛應用主要集中在近幾年的概念車上。第三部分電動汽車用電機情境七輪轂電機三、輪轂電機的結構型式、電機應用類型及特點分析臆電機的球形式電機應用類型與特點分析輪轂電機的電機類型分為永磁、感應、開關磁阻式。其特點如下：（）感應（異步）電機結構簡單、堅固耐用、成本低廉、運行可靠，轉矩脈動小，噪聲低，不需要位置傳感器，轉速極限高；缺點是驅動電路復雜，成本高，相對永磁電機而言，異步電機效率和功率密度偏低；（）無刷永磁同步電機可采用圓柱形徑向磁場結構或盤式軸向磁場結構，具有較高的功率密度和效率以及寬廣的調速范圍，發展前景十分廣闊，已在國內外多種電動車輛中獲得應用；（）開關磁阻式電機具有結構簡單、制造成本低廉、轉速轉矩特性好等特點，適用于電動汽車驅動；缺點是設計和控制非常困難和精細，運行噪聲大。情境七輪轂電機四、國內外典型輪轂電機驅動系統情境七輪轂電機五、輪轂電機系統特點分析通常，電動汽車采用集中電機驅動的動力系統結構型式。這種結構型式具有以下優點：（）可以沿用內燃機動力車的部分傳動裝置，布置在原發動機艙中，繼承性好；（）可以采用電機和減速機構，乃至控制器的集成結構型式，結構緊湊，便于處理電機冷卻、振動隔振以及電磁干擾等問題；（）整車總布置型式與內燃機接近，前艙熱管理、隔聲處理以及碰撞安全性與原車接近或者容易處理。缺點是：（）傳動鏈長，傳動效率低；（）通常要求使用高轉速大功率電機，對電機性能要求高。分散電機驅動相對于集中電機驅動具有以下優點:（）以電子差速控制技術實現轉彎時內外車輪不同轉速運動，而且精度更高；（）取消機械差速裝置有利于動力系統減輕質量，提高傳動效率，降低傳動噪聲；（）有利于整車總布置的優化和整車動力學性能的匹配優化；（）降低對電機的性能指標要求，且具有冗余可靠性高的特點。但是，分散電機驅動方式具有以下缺點：（）為滿足各輪運動協調，對多個電機的同步協調控制要求高；（）電機的分散安裝布置提出了結構布置、熱管理、電磁兼容以及振動控制等多方面的技術難題。情境七輪轂電機六、輪轂電機系統研究關鍵技術問題輪轂電機帶來新的技術挑戰，主要包括：（）輪轂電機系統集驅動、制動、承載等多種功能于一體，優化設計難度大（）車輪內部空間有限，對電機功率密度性能要求高，設計難度大；（）電機與車輪集成導致非簧載質量較大，惡化懸架隔振性能，影響不平路面行駛條件下的車輛操控性和安全性。同時，輪轂電機將承受很大的路面沖擊載荷，電機抗振要求苛刻；（）車輛大負荷低速爬長坡工況下容易出現冷卻不足導致的輪轂電機過熱燒毀問題，電機的散熱和強制冷卻問題需要重視（）車輪部位水和污物等容易集存，導致電機的腐蝕破壞，壽命可靠性受影響；（）輪轂電機運行轉矩的波動可能會引起汽車輪胎、懸架以及轉向系統的振動和噪聲，以及其他整車聲振問題。情境一車用電機控制技術一、概述傳統燃油汽車的核心是內燃機，它將燃油的化學能通過燃燒轉換成機械能，從而為汽車的行使提供動力。純電驅動汽車的動力源則是電動機，由車載電池提供電能，電動機將電能與動能進行相互轉換，驅動汽車行駛，圖所示為純電驅動汽車系統構成。第四部分車用電機控制技術情境一車用電機控制技術情境二直流電動機控制技術一、典型直流電動機調速系統情境二直流電動機控制技術二、應用舉例情境三交流異步電動機控制技術一、基于轉子磁鏈定向的異步電動機矢量控制技術(一)矢量控制基本概念交流異步電動機的控制通常是通過調節定子三相端電壓來實現的。但實際上，施加定子電壓后定子繞組的電流不僅包含電樞電流，同時還包含勵磁電流分量。第四部分車用電機控制技術情境三交流異步電動機控制技術（二）交流異步電動機動態數學模型三相靜止坐標系中異步電動機數學模型（三）轉子磁場定向異步電動機轉矩控制規律轉子磁場坐標系（坐標系）中交流異步電機的數學模型磁場定向矢量控制規律分析典型異步電動機矢量控制系統情境三交流異步電動機控制技術二、基于定子磁鏈定向的異步電動機直接轉矩控制技術（一）直接轉矩控制基本概念（二）異步電動機直接轉矩控制規律（三）改進的控制系統）基于擴充電壓矢量表的改進方案）基于調節電壓空間矢量占空比的改進方案（四）與的對比情境三交流異步電動機控制技術三、異步電動機無速度傳感器控制技術（一）基于電機數學模型的轉子速度估算（二）基于模型參考自適應的轉子速度估算情境三交流異步電動機控制技術四、應用舉例交流異步電動機在電動汽車等領域應用廣泛，如日本三菱汽車工業公司的小型乘用車采用了的異步電動機，采用晶體管逆變器和矢量控制；日野汽車工業公司的混合動力大客車采用了的異步電動機，采用了變壓變頻控制的逆變器供電等。我國電動公交客車采用了型相極交流異步電機驅動系統。電機額定功率為峰值功率為額定電壓額定效率%質量。電機控制器額定輸入電壓為（電壓范圍）額定效率%控制系統供電電壓為質量。電機及控制器的冷卻方式都是水冷。情境四交流永磁電動機控制技術一、無刷直速電動機控制技術第四部分車用電機控制技術（）無刷宣流電動機調速系統（二）無刷直流電動機無傳感器控制技術情境四交流永磁電動機控制技術二、永磁同步電動機控制技術（）永磁同步電動機動態數學模型與矢量圖(二)永磁同步電動機矢量控制技術情境四交流永磁電動機控制技術二、永磁同步電動機控制技術（三）永磁同步電動機直接轉矩控制技術)電壓矢量對定子磁鏈幅值的控制作用）定子電壓矢量對電機轉矩的控制作用）直接轉矩控制系統中轉矩增量分析）常見永磁同步電機直接轉矩控制系統情境四交流永磁電動機控制技術三、永磁同步電動機無傳感器控制技術)模型參考自適應法())擴展卡爾曼濾波()）無置傳感密制芯情境四交流永磁電動機控制技術四、應用舉例使用交流永磁電機可以實現較高的功率因數和效率；可以得到較高的磁感應強度，因而可以制作小型高速的電動機；容易實現多極化，所以適于制作輪轂式電機。目前痛能源汽車領域，交流永磁電機應用較多，如日本豐田汽車公司的普銳斯混合動力汽車采用了的交流永磁電機采用逆變器和車載鐐氫蓄電池。上海電驅動有限公司為燃料電池汽車研制了永磁無刷直流電機驅動系統，電機持續功率峰值功率為額定轉矩峰值轉矩額定轉速最高轉速電機質量最高效率達到%冷卻方式為水冷，電機驅動功率變換器冷卻方式也為水冷。情境五開關磁阻電動機控制技術電動機的轉子為反應式，無須額外勵磁，電機結構非常簡單，定子繞組所需電流僅由簡單開關構成的功率變換器即可提供，所以電動機調速系統日益得到人們重視，在包括新能源汽車等多種場合中得到越來越多的應用。第四部分車用電機控制技術情境五開關磁阻電動機控制技術一、開關磁阻電動機控制原理二、典型開關磁阻電動機調速系統(一)開關磁阻電動機的機械特性(二)電流斬波控制（三）角度位置控制三、應用舉例相對于交流異步電動機和交流永磁電機，目前電動機在新能源汽車領域應用較少，但仍是一種非常有應用前景的電機。英國某公司研制的開關磁阻電機已于世紀年代用于城市有軌電車。日本東京理科大學開發了用于豐田普銳斯的開關磁阻電機，最大轉矩?效率達到%北京中紡銳力機電有限公司開發了的最高轉速的混合動力轎車用開關磁阻電機系統、的純電動公交車用開關磁阻電機系統。延時符謝謝觀賞