技术创新
电动汽车分布式电机驱动测试系统研究与应用
ＴｈｅＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＭｅａｓｕｒｅＳｙｓｔｅｍｏｆＭｏｔｏｒＤｒｉｖｉｎｇｉｎＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ
（１．中国科学院电工研究所；２．中国科学院研究生院）王
丽
１，２
温旭辉１曾莉莉１韩利
１，２
Ｗａｎｇ，ＬｉＷｅｎ，Ｘｕｈｕｉ
Ｚｅｎｇ，Ｌｉｌｉ
Ｈａｎ，Ｌｉ
摘要：提出了一种基于ＣＡＮ总线、ＧＰＩＢ总线和以太网的分布式电机驱动测试系统，并给出了系统网络拓扑图，详细说明其硬件构建和Ｌａｂｖｉｅｗ下的软件实现，给出了系统误差分析结果。关键词：电动汽车；测试系统；ＧＰＩＢ；ＣＡＮ；以太网
中图分类号：ＴＰ２７４＋．２；ＴＭ９３０．１
文献标识码：ＡＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｄｅｖｅｌｏｐｓａｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｍｅａｓｕｒｅｓｙｓｔｅｍｏｆｍｏｔｏｒｄｒｉｖｉｎｇｉｎｅｌｅｃｔｒｉｃｖｅｈｉｃｌｅｄｒｉｖｉｎｇ．Ｔｈｉｓｍｅａｓｕｒｅｓｙｓｔｅｍｉｓｂａｓｅｄ
ｏｎＣＡＮｂｕｓ，ＧＰＩＢｂｕｓａｎｄＥｔｈｅｒｎｅｔ．Ｔｈｅｔｏｐｏｌｏｇｙｏｆｓｙｓｔｅｍｎｅｔｗｏｒｋｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ａｎｄｔｈｅｈａｒｄｗａｒｅｂｕｉｌｄａｎｄｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅｄｅｓｉｇｎｂｙＬａｂｖｉｅｗａｒｅｄｅｓｃｒｉｂｅｄｉｎｄｅｔａｉｌ．Ｔｈｅａｎａｌｙｚｅｄｒｅｓｕｌｔｏｆｓｙｓｔｅｍｅｒｒｏｒｌｉｍｉｔｓｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃｖｅｈｉｃｌｅ；ＭｅａｓｕｒｅＳｙｓｔｅｍ；ＧＰＩＢ；ＣＡＮ；Ｅｔｈｅｒｎｅｔ
文章编号：１００８－０５７０（２００６）０４－２－０１８３－０３
１引言
随着能源和环境问题日益受到重视，电动汽车以其清洁无污染、能量效率高、低噪声、能源多样化等优点研究发展迅速。电动汽车作为一种交通工具，工作环境复杂多变，其电机驱动系统需要满足可靠性高、效率高、调速性能好、造价低等性能要求。因此电动汽车的电机驱动系统测试是一项重要研究内容。
电机驱动系统包括电机及其控制器，系统测试中需较长时间采集驱动系统内部和外部的信号，用到多个测量仪器，输出大量数据。电动汽车电机驱动系统研究的深入对其测试的效率和精度有了更高的要求，传统的手工测试方法已无法满足试验需求。随着计算机技术、通信技术和自动控制技术的发展，以ＰＣ机和工作站为基础的虚拟仪器和分布式网络化测试技术为主的现代化开放式测试系统已成为目前的发展趋势。
因此，本文提出了一种基于ＣＡＮ总线、ＧＰＩＢ总线和以太网的分布式电机驱动测试系统。下面详细阐述该测试系统总体和各子系统的设计思想和方案。
２分布式测试系统设计
２．１测试系统需求分析
电机驱动系统试验按照一定的测试规范给电机加载，使电机可以工作在各种给定的工况下，同时还要为电机提供一定的保护措施。测试对象为车用交流异步电机和永磁同步电机，采用直流电源柜—电机控制器－电机—测功机的连接方式。电源柜的直流电压输出经电机控制器逆变为可控的三相变频变压交流电，从而驱动电机工作。电机的输出轴连到测功机，通过测功机来完成机械功率的吸收。系统结构如图１所示。
图１电机驱动试验系统示意图
由图１可见，电机驱动系统所需测试量有：电机控制器的四路电流和四路电压，包括输入直流母线电压电流和输出三相交流电压电流值；电机的输出转矩和转速；至少三个温度测点；冷却系统的液体流量、流速和压力；控制器内部参数和控制指令等。要求各测试量的精度等级为０．５级，即误差控制在千分之五以内。
２．２系统总体设计
本文采用集散控制思想，开发出适用于电动汽车电机驱动系统试验的分布式在线监测系统，包括接口网络设备及配套软件。建立一套基于ＣＡＮ总线、ＧＰＩＢ
王丽：硕士研究生
国家８６３基金资助（编号２００３ＡＡ５０１８２０）
技术创新
总线和Ｅｔｈｅｒｎｅｔ的现场总线技术的分布式在线监测平
台，自动完成测试、记录和一些在线分析功能。
按照所需检测的数据类型将系统划分为四个子
系统：电气特性测试子系统，机械特性测试子系统，内
部信息调试子系统和环境监测子系统。
系统以测控计算机为核心处理单元，就每个子系
统的数据接口特点选择合适的互连方案。方案的选取
主要从以下几个方面考虑：充分利用现有技术和仪
器；经济性；兼容性和可扩展性；传输速度和精度；网
络利用率等。
基于以上各方面因素的充分考虑后，设计的监测
系统拓扑结构如图２所示。
图２测试系统网络拓扑图
２．３子系统设计
由图２可见：电气特性测试子系统进行电气参数
的测量，包括控制器输入输出的电流和电压，以及功
率和效率等相关参数。采用ＬＥＭ公司生产的ＮＯＲ－
ＭＡＤ６０００功率分析仪作为测量仪器，通过ＧＰＩＢ总线
与测控计算机通信。
机械特性子系统测量电机转速和转矩外特性，采
用南峰ＣＷ１６０电涡流测功机作为加载装置和测量仪
器。南峰测功机输出转速和转矩的模拟信号，该信号
经Ａ／Ｄ转换和ＣＡＮ转换后传输到ｉｍｃＣ１数据采集
器。
内部信息调试子系统测量控制器内部在线运行
参数，由控制器直接ＣＡＮ输出，经另一条ＣＡＮ总线传
输到数据采集器。
环境监测子系统使用一系列传感器，测量输出冷
却系统的温度、流量、流速、压力和驱动系统环境温
度、湿度、压力的模拟量。
使用ＩＭＣ公司生产的ｉｍｃＣ１数据采集器作为系
统数据网关，它标配有２个ＣＡＮ节点，８路模拟输入
通道和支持ＴＣＰ／ＩＰ协议的Ｅｔｈｅｒｎｅｔ接口。机械特性子
系统和内部信息调试子系统分别通过两路独立的
ＣＡＮ总线、环境监测子系统通过多路模拟通道连接到
ｉｍｃＣ１。最后，这三个子系统的所有数据经ｉｍｃＣ１的
以太网口传输到测控计算机。系统数据流图如图３所
示。
图３测试系统数据流图
３关键技术研究
监测系统软件开发环境采用美国ＮＩ公司的虚拟
仪器开发软件Ｌａｂｖｉｅｗ７．０。它采用图形化编程语言，提
供了大量功能函数，有助于提高程序可靠性和开发效
率。
系统开发包括软硬件平台搭建、数据采集与处
理、数据信息管理、软件界面设计和系统可靠性与误
差分析等方面的工作，本文对其中的几点关键技术予
以详述。
３．１ＧＰＩＢ通信
通用接口总线ＧＰＩＢ（ＧｅｎｅｒａｌＰｕｒｐｏｓｅＩｎｔｅｒｆａｃｅ
Ｂｕｓ）是高速率８位并行数字接口，已成为ＩＥＥＥ４８８标
准。
本文采用ＮＩ公司的ＰＣＩ－ＧＰＩＢ接口卡，最高传输
速度可达１．５Ｍｂｙｔｅｓ／ｓ。待集成的Ｄ６０００功率分析仪可
进行终端电量的测量和分析，它的组件６１Ｄ２模块包
含ＧＰＩＢ接口。
软件使用ＬａｂＶＩＥＷ下的ＶＩＳＡ相关函数实现
ＧＰＩＢ通讯，ＶＩＳＡ资源名称为ＧＰＩＢ：６。用到的接口函
数有：ＳＨ１，ＡＨ１，Ｔ５，Ｌ４，ＳＲ１，ＲＬ１，ＰＰ１，ＤＣ１，ＤＴ１，
Ｃ０，Ｅ２。
本文采用模块化编程，各模块功能如下：
初始化：包括获取仪器地址，重置，选择工作模
式。
仪器设置：设置采样频率，设置平均方式，超时时
间设定。
触发：触发源设置，触发方式，软件触发。
数据设置：设置功率分析仪，读取所测变量。
读取并显示数据：使用“ＲＥＤ？”指令和ＶＩＳＡ的
Ｗｒｉｔｅ和Ｒｅａｄ函数读取数据，并进行格式转换。
出错信息显示：出现错误时予以提示，并指出数
据流出错环节。
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关闭仪器：关闭总线Ｉ／Ｏ接口。
３．２ＣＡＮ通信
ＣＡＮ总线（ＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）是一种具有很高保密性、有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络，目前在工业控制尤其是汽车工业中得到广泛应用。
完整的ＣＡＮ总线通信接口的硬件部分应包括ＣＡＮ收发器、电气隔离部分、ＣＡＮ控制器等。
本系统使用了２路ＣＡＮ总线，分别制订两个不同的协议，以实现兼容，防止冲突。使用ＣＲＯＮＯＳＰＬ／２ＵＮＩ８数据采集器作为两路ＣＡＮ总线的网关。连接机械特性测试子系统的ＣＡＮ总线命名为ＣＡＮ０，其协议规定了转矩和转速的信息格式，内部信息调试子系统的ＣＡＮ总线命名为ＣＡＮ１，用于传输控制器内部运行参数和控制命令等。
其ＣＡＮ通讯流程图如图４所示。
图４ＣＡＮ通信程序流程图
３．３系统误差分析
对整个系统测量误差进行分析和计算，首先要分析子系统可能存在误差的环节。例如电气特性测量子系统可能引起误差的环节有：ＬＥＭ功率分析仪误差、
ＧＰＩＢ传输误差和存储数据类型转换误差；机械特性测量子系统可能引起误差的环节有：南峰电涡流测功机误差、Ａ／Ｄ转换误差、ＣＡＮ总线传输误差、数据采集器误差、以太网传输误差和存储数据类型转换误差。以１００／１６０ｋｗ交流异步电机驱动系统效率测试为实例进行误差分析：转矩工作范围为０￣８５０Ｎｍ，转速工作范围０￣４５００ｒｐｍ，最大输出功率１６０ｋｗ，最大输入功率１９０ｋｗ。南峰电涡流测功机扭矩测量精度为０．４％，转速测量误差不大于０．１％；ＬＥＭＮＯＲＭＡＤ６０００功率分析仪的电流电压测量精度为０．０５％，功率测量误差
小于０．１％。合理设置总线及相关协议，可以实现数字信号的无损传输，同时选择数据存储类型，使计算机终端显示数据和测量仪器面板显示数据一致。
电机驱动系统效率
（１）
按照广义均方概合成法计算系统总不确定度
（２）
公式（２）中由于分项较少，Ｋｙ取２；分布情况不能确定，按均匀分布处理，ＫＩ取３!；代入测功机和功率分析仪的不确定度的值：
（３）
带入数值计算得到（４）
测试系统需求中要求各测量参数精度不低于０．５级，即误差控制在千分之五以内。经分析和计算，本系统所需测量参数的测量精度均满足测量需求。
４结论
该系统现已在中科院电工所电动汽车实验室试运行。基于ＣＡＮ总线、ＧＰＩＢ总线和以太网的分布式测试系统具有更安全可靠的数据传输，减少了手工记录
造成的不可靠因素，增强了现场的信息集成能力，实现了电动汽车电机驱动试验系统的分布化、网络化和集成化。
参考文献：
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作者简介：王丽（１９８２－），女，汉族，硕士研究生，研究方向为电动汽车测试系统、计算机控制。Ｅｍａｉｌ：
ｌｗａｎｇ＠ｍａｉｌ．ｉｅｅ．ａｃ．ｃｎ。温旭辉，女，汉族，研究员，博士生导师，主要研究方向：电动汽车驱动系统，电机控制。（１０００８０北京中国科学院电工研究所中国科学院研究生院）王丽温旭辉曾莉莉韩利（转１９６页）
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技术创新
表１几种ｄｅｍｏｓａｉｃｉｎｇ算法性能比较
由表中数据可以看出，ＢＩ和ＣＨＩ的效果比较差，
失真比较大，而ＥＳＩ质量强于ＢＩ和ＣＨＩ，却不如ＯＲＩ
和本文的算法，而本文的算法就平均质量来说比ＯＲＩ
的好，但边界情况则有好有差。同时我们给出了用不
同算法对ｉｍａｇｅ２进行插值后的图片，如图３所示。（只
显示了容易产生失真的区域）。
从图中可以观察到，双线性插值算法有大量的颜
色失真和边缘模糊的现象出现；ＣＨＩ考
虑了不同颜色通道间的相关性，质量有所改善，
但失真仍明显；ＥＳＩ考虑了边界，图片边界变得清晰，
失真也降低很多，图片质量有明显的提高。而ＯＲＩ则
有质的飞跃，几乎完全避免了边界模糊情况。而本文
的算法也产生了比较显著的效果，只存在极少的边界
失真。
图２测试图片，从左到右为：ｉｍａｇ１，ｉｍａｇｅ２，ｉｍａｇｅ３
图３不同插值算法的重构图，从左到右，从上到下依次是
（１）ｂｉｌｉｎｅａｒ（２）ｃｏｎｓｔａｎｔｈｕｅ（３）ｅｄｇｅ－ｓｅｎｓｉｎｇ（４）ＯＲＩ（５）ｐｒｏｐｏｓｅｄ
４总结
经过分析，我们可以得到，要实现双线性插值算
法，需要２条ｌｉｎｅｂｕｆｆｅｒ；实现ＣＨＩ需要４条ｌｉｎｅ
ｂｕｆｆｅｒ；实现ＥＳＩ需要６条ｌｉｎｅｂｕｆｆｅｒ，而本文的算法在
需要６条ｌｉｎｅｂｕｆｆｅｒ的基础上，为了存储ｆｌａｇ，还需要
增加一条存储ｆｌａｇ的ｂｕｆｆｅｒ；而ＯＲＩ以及文献的算法
复杂，计算量大，有复杂的校正和后处理过程，需要大
量的ｌｉｎｅｂｕｆｆｅｒ来存储数据，难以被硬件实现。从效果
来看，本文提出的算法性能要远胜过双线性法和基于
色度的算法，也比ＥＳＩ的算法质量高出很多，从硬件实
现来看，仅比ＥＳＩ多一条ｆｌａｇ的ｌｉｎｅｂｕｆｆｅｒ，同时算法
描述简单，不包含复杂运算，容易被硬件理解并实现。
本文由于采用方向标志位，对边界检测采用平滑
的仲裁方案，插值也取得了比较显著的效果；同时算
法容易被硬件实现，所以基于数字相机的硬件实现来
说，本文的算法是有效的。
参考文献：
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ｅｒｙ，＂ＩＥＥＥｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＩｍａｇｅＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，２００２．
作者简介：刘方，女，电子科技大学硕士研究生，主要
研究方向：图像信号处理以及数字信号处理；Ｅ＿ｍａｉｌ：
ｈａｏｈａｏｆｏｎｇ＠１６３．ｃｏｍ；杜平安，男，电子科技大学教授，
博导，主要研究方向：有限元，ＣＡＤ／ＣＡＥ／ＣＡＭ／ＥＲＰ，自
动控制，数字化设计与虚拟制造，数据库应用技术，
ＭＥＭＳ等
（６１００５４成都电子科技大学机械电子工程学院）刘方
杜平安
通讯地址：
（２００１２２上海市张杨路５００号华润时代广场１１楼智
多微电子有限公司）刘方
（投稿日期：２００５．９．２１）（修稿日期：２００５．９．２９）
（接１８５页）（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，ＧｒａｄｕａｔｅＳｃｈｏｏｌｏｆｔｈｅ
ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ，１０００８０，
Ｃｈｉｎａ）Ｗａｎｇ，ＬｉＷｅｎ，ＸｕｈｕｉＺｅｎｇ，ＬｉｌｉＨａｎ，Ｌｉ
通讯地址：
（１０００８０北京市中关村北二条６号中科院电工所电
动汽车组）王丽
（投稿日期：２００５．９．２１）（修稿日期：２００５．９．２９）
电动汽车四轮独立驱动技术 第一章：绪论 1.1 引言 内燃机汽车自20世纪初出现至今，在其自身随人类科技的进步经历了巨大的变的过程中也给人类生活和生产带来了巨大方便，为人类社会的进步做出了巨大的贡献，但其消耗日益紧缺的石油并产生大量污染物也使人类赖以生存的环境恶化。因此近年来由于环境恶化及能源紧张等问题，迫切需要开发低能耗，无污染的汽车。因此，电动汽车成为21世纪汽车技术研究的热点。 混合动力汽车与纯电动汽车是电动汽车研究的两个分支。经过近些年的发展，电动汽车技术日趋成熟，部分产品已进入商业化应用如Toyota Prius。目前，电动汽车传动系统多数在传统内燃机汽车的传动系基础上进行一些改变，进而将电动机及电池等部件加入总布置中。这种布置难以充分发挥电动汽车的优势。为使电动汽车对传统内燃机汽车形成更大的竞争优势，设计出适合电动汽车的底盘系统势在必行。而四轮独立驱动技术则可使电动汽车底盘实现电子化，主动化，大大提高电动汽车的性能。使电动汽车与传统汽车相比具有更强的竞争力。 1.2 四轮独立驱动技术的特点 电动汽车四轮独立驱动系统是利用四个独立控制的电动机分别驱动 汽车的四个车轮，车轮之间没有机械传动环节。其电动机与车轮之间可以是轴式联接也可以将电动机嵌入车轮成为轮式电机，车轮一般带有轮边减速器。这种驱
动系统与传统汽车驱动系统相比有以下特点： （一）传动系统得到减化，整车质量大大减轻。由电动机直接驱动车轮甚至两者集成为一体。这样省掉了离合器、变速器及传动轴等传动环节，传动效率得到提高，也更便于实现机电一体化。传动系质量在汽车整车质量中占有很大比重，机械传动系的消失，使汽车很好的实现了轻量化目标。另外，由于动力传动的中间环节减少，传动系的振动及噪声得到改善。甚至在采用纯电力驱动时，可实现无声行驶。这是美国海军的"RST-V"侦察车及其新一代军用"悍马"汽车采用四轮独立驱动技术的重要原因。 （二）与传统汽车相比，四轮独立驱动系统可通过电动机来完成驱动力的控制而不需要其他附件，容易实现性能更好的、成本更低的牵引力控制系统（TCS）、防抱死制动系统（ABS）及动力学控制系统（VDC）。传统汽车的TCS 与ABS系统均须对发动机与制动系进行联合控制才能达到较好性能，由于机械系统的响应较慢，且受制动器，液压管路及电磁阀的延迟等因素影响，传统内燃机汽车的ABS系统与TCS系统的实际时间延迟达50～100ms。限制了TCS系统与ABS系统的性能提高，而且增加能耗。与内燃机相比，无论在加速还是减速，电动机转矩响应都非常快且容易获得其准确值，这对TCS、ABS、VDC系统来说是非常重要的。因此电动机作为ABS、TCS及VDC系统的执行器是非常理想的。 （三）对各车轮采用制动能量回收系统，则可大大提高汽车能量利用效率，且与采用单电动机驱动的电动汽车相比，其能量回收效率也获得显著增加。这对提高电动汽车续驶里程是很重要的。 （四）实现汽车底盘系统的电子化、主动化。现代汽车驱动系统布置
电动汽车驱动电机类型种类和结构原理图 随着电动汽车行业的发展，各大汽车厂商纷纷开发了自家的电动车型。在雨后春笋般的的电动汽车市场，大家在看车的时候，厂商均推出了各自车型应用的电机。到底不同的电机有什么差别，下面本文就来讲讲新能源汽车电机的基础知识，介绍各种电机在电动汽车应用特点。 一、什么是电机? 所谓电机，就是将电能与机械能相互转换的一种电力元器件。当电能被转换成机械能时，电机表现出电动机的工作特性;当机械能被转换成电能时，电机表现出发电机的工作特性。大部分电动汽车在刹车制动的状态下，机械能将被转化成电能，通过发电机来给电池回馈充电。
二、电动汽车应用驱动电机特点 基于电动汽车的特点，对所采用的电机也有较高的要求。为了提升最高时速，电机应有较高的瞬时功率和功率密度(W/kg)；为了增加1次充电行驶距离，电机应有较高的效率；而且电动汽车是变速工作的，所以电机应有较高的高低速综合效率;此外有很强的过载能力、大的启动转矩、转矩响应要快。电动车起动和爬坡时速度较低，但要求力矩较大；正常运行时需要的力矩较小，而速度很高。低速时为恒转矩特性，高速时为恒功率特性，且电动机的运行速度范围应该较宽。另外，电机还应具备坚固、可靠，有一定的防尘防水能力，且成本不能过高。 目前，从现已成熟的电机技术来看，开关磁阻电机在各个技术特性方面似乎很符合电动车的使用需要，但尚未得到广泛应用；而现今永磁同步电机在电动汽车行业应用较广泛；现在较为知名的特斯拉Model系列均采用异步电机。此外，如果按电流类型划分还可分为直流电机和交流电机两种。下面根据转速、功率密度、体积等多方面特性参数对比来了解4种较为典型的驱动电机特点。
项目名称：高性能分布式驱动电动汽车关键基础问 题研究 首席科学家：余卓平同济大学 起止年限：2010.9至2015.9 依托部门：上海市科委
二、预期目标 3.1 总体目标 本项目以分布式驱动电动汽车的节能与主动安全性能为突破点，建立基于分布式驱动电机特性的轮胎动态模型、车辆多体耦合动力学模型和动力电源—电驱动系统多场耦合动力学模型，构建分布式驱动电动汽车多体多场复杂耦合动力学系统；研究电源与电驱动系统能耗规律、车辆空气/热动力学特性及其能耗规律，提出分布式电源与能量管理系统的分析与设计理论、车身空气动力造型设计及整车结构设计方法与整车热管理方法；探索无非驱动轮工况下车辆关键动力学参数自适应辨识方法；研究复杂耦合系统能耗优化与动力学协调控制理论，创立高性能分布式驱动电动汽车设计与控制的新理论、新方法。 通过该重大基础研究项目的支持，可以培养一支以高性能分布式驱动电动汽车核心技术为研究背景的科研团队，产生一批具有国际影响力的中青年学术专家和具有自我创新能力的高水平骨干人才，提高我国汽车工业的自主研发水平，为我国电动汽车开发提供基础理论支持，推动我国汽车工业的跨越式发展。 3.2 五年预期目标 （1）理论研究成果： 揭示分布式驱动电机转矩与转速快速变化时的轮胎－路面的瞬态作用机理；揭示分布式驱动型式对电动汽车整车动力学的影响规律及多物理场 的耦合作用对分布式驱动电动汽车动力学的影响规律。 揭示电源系统在全生命周期和全工作范围内的能量效率变化规律；建立适用于分布式驱动系统的电池状态估计理论模型，提出电池状态估计方 法；揭示多样工况条件下不同拓扑结构电源与轮边电驱/制动系统能耗 内在规律，提出电源及分布式电驱/制动系统拓扑结构理论及能量管理 方法。 揭示分布式驱动电动汽车的流场规律、空气阻力形成机理，探索适应于分布式驱动结构的最佳空气动力学汽车外形特征；揭示分布式驱动电动 汽车在轮边驱动单元区域的特殊流动及传热规律，探索适应于该区域的 特有的气动外型特征和热管理途径。 初步建立起高性能分布式驱动电动汽车多源信息融合的车辆状态估计与参数辨识方法及技术体系，并在路面特征参数辨识方法以及车辆行驶状 态参数估计的自适应方法方面取得突破。 建立适用于分布式电驱动模式的汽车驱动/制动控制的理论，阐明分布式驱动电动汽车能量管理与汽车动力学控制间的作用关系，形成分布式驱 动电动汽车复杂耦合系统能量管理与动力学协调控制理论。 （2）技术创新与应用成果： 建立轮胎高频动态模型及多物理场耦合作用下分布式驱动电动汽车复杂多体系统动力学模型，提出分布式驱动电动汽车复杂耦合动力学建模 方法。
电动汽车用驱动电机系统的现状及发展趋势 中国汽车技术研究中心窦汝振李磊宋建锋 摘要：介绍了我国电动汽车用驱动电机系统的研发现状,以及车用系统与普通工业用系统间的差异,指出了发展趋势。 1 引言 我国汽车工业的发展面临着来自能源安全、环境保护和气候变化等可持续发展要求的多重挑战。随着近几年汽车保有量的快速增加，汽车能源消耗增长呈现加速趋势，进一步加剧了我国石油供需矛盾。在当前石油资源日益紧张，价格不断攀升的国际形势下，发展电动汽车特别是混合动力汽车是缓解我国石油资源短缺现状的有效途径，也是增强我国汽车工业核心竞争力的重大战略举措。 经过“八五”、“九五”规划的实施，特别是“十五”国家863电动汽车重大专项,我国已实现了官、产、学、研的资源整合,具有了电动汽车用驱动电机系统自主研发能力。在国家“三纵三横”总体布局中(如附图所示),驱动电机及其控制系统被列为“三横”中的共性技术之一。 附图国家“十五”电动汽车重大专项布局示意 2 电动汽车用驱动电机系统的特点及分类 电动汽车对驱动电机系统的要求至少包括： （1）基速以下输出大转矩，以适应车辆的启动、加速、负荷爬坡、频繁起停等复杂工况； （2）基速以上为恒功率运行，以适应最高车速、超车等要求； （3）全转速运行范围内的效率最优化，以提高车辆的续驶里程； （4）结构坚固、体积小、重量轻、良好的环境适应性和高可靠性； （5）低成本及大批量生产能力。 电动汽车最早采用了直流电机系统,特点是成本低、控制简单,但重量大,需要定期维护。随电力电子技术、自动控制技术、计算机控制技术的发展,包括异步电机及永磁电机在内的交流电机系统体现出比直流电机系统更加优越的性能,目前已逐步取代了直流电机控制系统。特别是借助于设计方法、开发工具及永磁材料的不断进步,用于驱动的永磁同步电动机得到了飞速发展。 电动汽车中常用的交流电机主要有异步、永磁、开关磁阻三大类型，其特点如表1所示。
新能源电动汽车电驱动 系统 标准化工作室编码[XX968T-XX89628-XJ668-XT689N]
现代电动汽车电驱动系统主要由四大部分组成：驱动电机、变速器、功率变换器和控制器。驱动电机是电气驱动系统的核心，其性能和效率直接影响电动汽车的性能。驱动电机和变速器的尺寸、重量也会影响到汽车的整体效率。功率变换器和控制器则对电动汽车的安全可靠运行有很大关系。 电驱动系统的由以下几个部分组成： 1．电动汽车驱动电机 选用小型轻量的高效电机，对目前电池容量较小、续驶里程较短的电动汽车现状显得尤为重要。早期电动汽车驱动电机大部分采用他励直流电机(DCM)。直流电机驱动系统改变输入电压或电流就可以实现对其转矩的独立控制，进行平滑调速，具有良好的动态特性，并且有成本低、技术成熟等优点。但是，直流电机的绝对效率低，体积、质量大，碳刷和换向器维护量大，散热困难等缺陷，使其在现代电动汽车中应用越来越少。随着电力电子技术、大规模集成电路和计算机技术的发展以及新材料的出现和现代控制理论的应用，机电一体化的交流驱动系统显示了它的优越性，如效率高、能量密度大、驱动力大、有效的再生制动、工作可靠和几乎无需维护等，使得交流驱动系统开始越来越多地应用于电动汽车中。目前在电动汽车中，主要采用永磁同步电机(PMSM)驱动系统、开关磁阻电机(SRM)驱动系统和异步感应电机(肼)驱动系统。 永磁同步电机(PMSM)是一种高性能的电机，具有体积小、重量轻、结构简单、效率高、控制灵活的优点，在电动汽车上得到了广泛的应用，是当前电动汽车用电动机的研发热点，是异步感应电机的最有力的竞争对手。目前，由日本研制的电动汽车主要采用这种电机，如Honda公司的EV Plus、Nissan公司的Altra和Toyota公司的RAV4及Prius车型等。但是，永磁电机的磁钢价格较高，磁性能受温度振动等因素的影响，有高温退磁等问题。 开关磁阻电机(SRM)是由磁阻电机和开关电路控制器组成的机电一体化新型调速电机。开关磁阻电机工作时，依次使定子线圈中的电流导通或截止，电流变化形成的磁场吸引转子的凸出磁极从而产生转矩。开关磁阻电机结构简单，成本较低，可靠性高，起动性能和调速性能好，控制装置也比较简单。然而在实际应用中，开关磁阻电动机存在着转矩波动大、噪声大、需要位置检测器等缺点，所以目前应用开关磁阻电机的驱动系统仍然很少，主要以Chloride公司的“Lucas”电动汽车为代表。 异步感应电机(M)具有结构简单、坚固、成本低、可靠性高、转矩脉动小、噪声小、转速极限高、无需位置传感器及免维护等特点，因而在电动汽车驱动电机领域里，是应用很广泛的一种无换向器电机。近年来，由IM驱动的电动汽车几乎都采用矢量控制和直接转矩控制。美国以及欧洲研制的电动汽车多采用这种电动机。 异步电机的矢量控制调速技术也比较成熟，其电驱动系统具有良好的性能，因此被较早地应用于电动汽车，目前仍然是电动汽车驱动系统的主流产品。迄今为止，美国“Impact’’系列、“ETX．2”型，日本“Cedric"、“OTwn"、“FEV"型，德国 “T4”、“190’’型等电动汽车均采用异步感应电机。异步电机的最大缺点是驱动电路复杂，效率比永磁电机和开关磁阻电机低，特别是在轻载运行时效率更低。因此，如何进一步提高异步电机的运行效率，己经成为人们关注的重要课题。 2．变速器
导读：电动汽车可分为两种：单电机集中驱动型式电动汽车(简称集中驱动式电动汽车)和多电机分布驱动型式电动汽车(简称分布式驱动电动汽车)。 电动汽车作为一种工业产品，以电池为主要能量源，动力源全部或部分由电动机提供，涉及机械、电力电子、通信、嵌入式控制等多个学科领域。电动汽车与传统汽车相比，能量源、驱动系统结构都发生了极大的改变。根据驱动系统结构布置的不同，电动汽车可分为两种：单电机集中驱动型式电动汽车(简称集中驱动式电动汽车)和多电机分布驱动型式电动汽车(简称分布式驱动电动汽车)。 1、传统集中式驱动结构类型 集中驱动式电动汽车与传统内燃机汽车的驱动结构布置方式相似，用电动机及相关部件替换内燃机，通过变速器、减速器等机械传动装置，将电动机输出力矩，传递到左右车轮驱动汽车行驶。集中驱动式电动汽车操作实现技术成熟、安全可靠，但存在体积较重，效率相对不高等不足。随着纯电动汽车技术研究的深入，纯电动汽车的驱动系统的布置结构也逐渐由单一动力源的集中式驱动系统向多动力源的分布式驱动系统发展。图1.1为电动汽车不同驱动系统的结构示意图。图1.1(a)为单电动机集中驱动型式，由电动机、减速器和差速器等构成，由于没有离合器和变速器，可以减少传动装置的体积及质量。图1.1(b)也为单集中驱动型式，与发动机横向前置前驱的内燃机汽车结构布置方式相似，将电动机、减速器和差速器集成一体，通过左右半轴分别驱动两侧车轮，该布置型式结构紧凑，多用于小型电动汽车上。图1.1(c)为双电机分布驱动型式，两个驱动电机通过减速器分别驱动左右两侧车轮，可通过电子差速控制实现转向行驶，以取代机械差速器，该驱动方式为目前研究的热点。图1.1(d)为轮毂电机分布式驱动型式，电动机和固定速比的行星齿轮减速器安装在车轮里面，省去传动轴和差速器，从而使传动系统得到简化。该驱动方式对驱动电机的要求较高，同时控制算法也比较复杂。 2、分布式驱动电动汽车结构类型
纯电动汽车的结构分析和驱动系统性能比较 摘要 纯电动汽车驱动形式有很多种，为了选择最合适的驱动系统，我们对不同驱动系统的结构特征进行了分析，在纯电动汽车上匹配不同的驱动系统后比较其动力性；以城市驾驶循环为例建立车辆能耗模型来比较其经济性。结果显示：单电机直接驱动系统虽然最简单，但其性能最差；装配两速变速器后，动力性显著改善，汽车行驶里程增加3.6％，但自动变速的功能难以解决;采用轮毂电机驱动系统可以改善汽车的动力性，但实际行驶效率不高;而双电机耦合驱动系统可以实现高效率行驶，其行驶里程比单电机直驱增加了7.79％，并且因为其具有结构简单，行驶效率高等特点，所以适用于现在的纯电动汽车。 绪论 作为核心部件，电力驱动系统的技术水平直接制约纯电动汽车的整体性能。如今，有多种驱动系统可以使用。根据车轮驱动扭矩的动力源，驱动系统的模式可分为整体式驱动和分布式驱动。整体式驱动系统的驱动扭矩由主减速器或次级减速器或差速器来调节，主要包括单电机直驱和主副电机耦合系统。在分布式驱动中，每个驱动轮都有一个单独的驱动系统，轮毂电机驱动系统是分布式驱动的主要形式。 整体式驱动的技术相对比较成熟，但驱动力通过差速器被大致平均分配到左、右半轴，单个驱动轮的转矩在大多数车辆中不能独立地调节。因此不安装其他的传感器和控制器，我们很难对汽车的运动和动力进行控制[1]。分布式驱动近几年飞速发展，由于大多数车轮和电动机之间的机械部件被替换，因此分布式驱动系统具有结构紧凑和传动效率高的优点[2]。 为了选取最适合纯电动汽车的驱动方式，本文对不同驱动系统的结构特征和动力性经济性比较进行了比较说明。本文结构如下：第二部分为驱动系统的结构特征分析，第三部分介绍驱动系统的参数和部件性能，第四部分比较不同驱动系统的动力性，第五部分比较不同驱动系统的经济性，第六部分得出结论。 结构分析 整体式驱动 整体式驱动系统被广泛应用于各类电动车辆，其主要结构如图1所示。其中M是电动机，R是固定速比减速器，T是变速器，D是主减速器，W是车轮。图1 a是单电机直驱系统，其扭矩由主减速器调节，通常称为直驱系统。图1 b和直驱系统十分相似，除了扭矩由变速器调节。因为驱动电机的速比调节范围比内燃机的更大，所以能以较少的齿轮数目的传动来满足在任何工况下的电动汽车需求。图1 c是另外一种整体式驱动形式，其采用两个驱动电机和主减速器，其中一个电机在大多数工况下作为汽车的动力来源，另外一个电机只有在需要附加功率时才会工作。
纯电动汽车驱动电机应用概述 郑金凤 胡冰乐 张翔 (福建农林大学机电工程学院，福建 福州 350002) 摘 要：介绍了目前纯电动汽车的发展状况，叙述了纯电动汽车驱动电机不同类型的特点及相关的控制方法。还介绍了一些目前应用比较广泛的驱动电机控制方法的主要内容及其所解决的相关问题。 关键词：纯电动汽车 驱动电机 矢量控制 直接转矩控制 中图分类号：TP202 文献标识码：A Driving Motor for Electric Vehicles Application Overview Zheng Jinfeng Hu Bingle Zhang Xiang (College of Mechanical and Electronic Engineering，Fujian Agriculture and Forestry University，Fuzhou 350002，China) Abstract: the current state of development of electric vehicles and features of the electric vehicles are described.Otherwise,driving motors and its control methods are narrated. Also major contents of some driving motor control methods applied extensively at present and its related issues are discussed. Key words：Electric vehicle，Drive motor，Vector control，Direct Torque Control 引言 由于环境保护越来越受消费者和政府的重视，以及能源价格的不断上涨，使得世界的汽车制造商都纷纷加大开新能源汽车开发力度。在去年金融危机的影响下，今年以来，由于全球大多主流的汽车市场纷纷出现衰退，尤其以美国和日本为代表的两大汽车市场出现了急剧下滑，使得美国和日本汽车厂家不得不加速原本保守的计划，从而重新刺激美国和日本等原有核心市场。而电动汽车以电能为能源，具有零排放无污染的突出优点，因此备受汽车界的推崇。在中国，政府今年也不断的推出各种政策来促进纯电动汽车的发展。回顾一下国际上电动汽车的发展史，连这次至少有四次，世界汽车工业界要启动纯电动汽车，但是前三次都失败了。前三次失败主要是因为电池。前三次基本上都是以铅酸电池为基础，由于他的比能量和比价格都比较差，所以没有得到推广。现在随着电池技术的不断发展，使得纯电动汽车的推广得以实现。现在纯电动汽车主要采用的是锂电池，锂电池的比能量是铅酸电池的八到十倍，且质量轻。今年比亚迪、丰田、奇瑞等汽车公司都将推出各自的纯电动汽车。并且电动汽车将可能慢慢成为汽车发展的一种趋势和必然[1,2,3]。 1各种电动汽车驱动电机的性能[4-11] 纯电动汽车关键的难点重点在于电池技术和驱动电机。电池技术已经在一定程度上得到了突破。下面主要讨论一下驱动电机的相关状况。 1.1电动汽车驱动电机控制的关键问题 电动汽车是以车载电源为动力，并采用电动机驱动的一种交通工具。电机及其驱动系统是电动汽车的核心部件之一，由于电动汽车在运行过程中频繁起动和加减速操作，对驱动系统的有着很高的要求。下面主要阐述控制过程中的一些关键问题: （1）用在电动汽车的电动机应具有瞬时功率大、过载能力强(过载3～4倍)、加速性能好，使用寿命长的特点。 （2）电动汽车用电动机调速范围应该宽广，包括恒转矩区和恒功率区。要求在低速运行时可以输出大恒定转矩，来适应快速起动、加速、负荷爬坡等要求；高速时能够输出恒定功率，能有较大的调速范围，以适应平坦的路面、超车等高速行驶要求。
分布式驱动电动汽车车轮滑移率自适应控制 摘要：主要研究分布式驱动电动汽车滑移率自适应控制问题。由于被研究车轮动态系统具有很强的非线性，滑移率控制需要一个鲁棒性较强的控制器。该研究设计了基于PI 控制算法的滑移率控制器，目标在于不管路面如何变化都能将车轮滑移率控制在设定最优滑移率上。与此同时，本研究还设计了一个在线路面估计器，估计器实时为滑移率PI控制器提供路面最优滑移率值。PI控制器和在线路面估计器结合路面自适应控制律就构建了滑移率自适应控制器。PI控制器和在线路面估计器的设计保证了其具有李雅普诺夫稳定性。最后，基于分布式驱动电动汽车仿真平台对滑移率自适应控制器性能进行了仿真验证。仿真结果表明，滑移率自适应控制器性能优良，大大地提高了车辆的驱动性能和驱动效率。 关键词：自适应控制路面估计滑移率电动汽车 Abstract：This project conducts a research on wheel slip ratio control for distributed drive electric vehicles. In consideration of wheel rotation dynamics and its strong nonlinear properties，a Proportional-Integral controller is designed in this paper aimed at regulating the wheel slip ratio to a constant value regardless of the road adhesion conditions.
纯电动汽车的驱动电机系统详解 驱动电机系统是电动汽车三大核心系统之一，是车辆行驶的主要驱动系统，其特性决定了车辆的主要性能指标，直接影响车辆动力性、经济性和用户驾乘感受。一、驱动电机系统介绍驱动电机系统由驱动电机、驱动电机控制器(MCU)构成，通过高低压线束、冷却管路与整车其他系统连接，如图1所示。整车控制器(VCU)根据加速踏板、制动踏板、挡位等信号通过CAN网络向电机控制器MCU发送指令，实时调节驱动电机的扭矩输出，以实现整车的怠速、加速、能量回收等功能。电机控制器能对自身温度、电机的运行温度、转子位置进行实时监测，并把相关信息传递给整车控制器VCU，进而调节水泵和冷却风扇工作，使电机保持在理想温度下工作。驱动电机技术指标参数，如表1所示，驱动电机控制器技术参数如表2所示。1、驱动电机永磁同步电机是一种典型的驱动电机(图2)，具有效率高、体积小、可靠性高等优点，是动力系统的执行机构，是电能转化为机械能载体。它依靠内置旋转变压器、温度传感器(图3)来提供电机的工作状态信息，并将电机运行状态信息实时发送给MCU。旋转变压器检测电机转子位置，经过电机控制器内旋变解码器解码后，电机控制器可获知电机当前转子位置，从而控制相应的IGBT功率管导通，按顺序给定子三个线圈通电，驱
动电机旋转。温度传感器的作用是检测电机绕组温度，并提信息供给MCU，再由MCU通过CAN线传给VCU，进而控制水泵工作、水路循环、冷却电子扇工作，调节电机工作温度。驱动电机上有一个低压接口和三根高压线(V、U、W)接口，如图4所示。其中低压接口各端子定义如表3所示，电机控制器也正是通过低压端口获取的电机温度信息和电机 转子当前位置信息。2、驱动电机控制器驱动电机控制器MCU结构如图5所示，它内部采用三相两电平电压源型逆变器，是驱动电机系统的控制核心，称为智能功率模块，它以IGBT(绝缘栅双极型晶体管)为核心，辅以驱动集成电路、主控集成电路。MCU对所有的输入信号进行处理，并将驱动电机控制系统运行状态信息通过CAN2.0网络发送给整车控制器VCU。驱动电机控制器内含故障诊断电路，当电机出现异常时，达到一定条件后，它将会激活一个错误代码并发送给VCU整车控制器，同时也会储存该故障码和相关数据。驱动电机控制器主要依靠电流传感器(图6)、电压传感器、温度传感器来进行电机运行状态的监测，根据相应参数进行电压、电流的调整控制以及其它控制功能的完成。电流传感器用于检测电机工作实际电流，包括母线电流、三相交流电流。电压传感器用于检测供给电机控制器工作的实际电压，包括动力电池电压、12V蓄电池电压。温度传感器用于检测电机控制系统的工作温度，包括IGBT模块的温度。驱动电
10.16638/https://www.doczj.com/doc/d83126890.html,ki.1671-7988.2019.15.001 分布式驱动电动汽车状态参数估计综述* 樊东升，李刚 （辽宁工业大学汽车与交通工程学院，辽宁锦州121001） 摘要：由于汽车的状态参数在行驶过程中不断变化，从而影响车辆行驶状态的准确估计，针对这一问题，论文对分布式驱动电动汽车状态参数估计进行了综述，列举了常用的两种估计算法，分别从扩展卡尔曼滤波和容积卡尔曼滤波两个方面进行了论述，对比分析了两种算法之间的应用场景与估计效果。总结出通过信息融合技术的多滤波器融合成为车辆状态参数估计的主流方向。 关键词：分布式驱动电动汽车；状态参数估计；扩展卡尔曼滤波；容积卡尔曼滤波 中图分类号：U469.72 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2019)15-03-02 Review on State Parameter Estimation of Distributed Drive Electric Vehicles* Fan Dongsheng, Li Gang （Automobile & Transportation Engineering College, Liaoning University of Technology, Liaoning Jinzhou 121001） Abstract: As the vehicle state parameters change continuously during vehicle driving process, which affects the accurate estimation of vehicle driving state. For this problem, the paper reviewed the state parameter estimation of distributed driving electric vehicle, and listed two commonly used estimation algorithms. The extended Kalman filter and the cubature Kalman filter were discussed. The application scenarios and estimation effects between the two algorithms were compared and analyzed. It is concluded that the multi-filter fusion through information fusion technology becomes the mainstream direction of vehicle state parameter estimation. Keywords: Distributed drive electric vehicle; State parameter estimation; Extended Kalman filter; Cubature Kalman filter CLC NO.: U469.72 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2019)15-03-02 1 前言 汽车在行驶过程中，很难直接获取准确的车辆状态参数，而获取这些参数的传感器价格又非常的昂贵，无法大量使用在量产车上。随着科技技术的发展，一些低成本的传感器（纵向加速度、侧向加速度、横摆角速度）逐渐被研究出来，其精度也相对较高，因此开始逐渐运用在汽车上，通过这些传感器实现对车辆状态参数的估计，从而解决了无法直接测得准确的车辆状态的难题。目前汽车的主动安全系统响应速度与响应效果很大程度上取决于车辆在运动状态中自身关键参数的估计精度。当前应用的主流系统，一个普遍的问题是车辆模型的参数缺乏适应性，这些参数通常情况下被视为随时间恒定不变的，尽管它们不是完全已知的或者受到时间变化以及运动的影响。导致的直接结果就是，由于驾驶条件的不断变化，采用固定不变的参数值使控制系统的性能降低[1]。 作者简介：樊东升（1995.3-）男，硕士研究生，就读于辽宁工业大 学，研究方向：车辆系统动力学及控制。 基金项目：国家自然科学基金面上项目（51675257）辽宁省高等学 校创新人才项目（LR2016054）。 3
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/d83126890.html, 电动汽车用驱动电机发展现状与趋势分析 作者：张勇 来源：《时代汽车》2016年第12期 摘要：目前，我国电动汽车行业正在不断发展，相关的生产技术也逐步完善。本文中，笔者即将对电动汽车用驱动电机进行介绍，并就驱动电机目前的发展状况以及在将来一段时间的发展趋势作出相关分析。 关键词：电动汽车；驱动电机；现状；趋势 1电动汽车用驱动电机概述 目前，电动汽车的不同特性对于驱动电机提出了不同类型的要求。其中，对速度要求较高的电动汽车，要求其电机的瞬时功率及功率密度值较高；而要求电池使用周期较长，充电后可以行使更远距离的电动汽车，要求电机的效率应相对较高；此外，电动汽车还要求驱动电机具有比较理想的高低速综合效率，用材坚固，耐用性强，且具有理想的防水性能，性价比高等特性。依据上述要求，目前国内设计生产的比较常见的驱动电机主要包括下述4种类型。 1.1直流有刷电机 直流有刷电机是一种采用直流供电的驱动电机，是最早研发并使用的电动汽车用驱动电机类型，且目前在很多类型的电动汽车中仍旧在广泛使用。直流有刷电机最大的优势在于控制特性较好，简单易于操作，且目前国内的生产技术较为成熟，质量比较稳定。 然而，直流有刷电机之所以后来逐步为其他类型的驱动电机所取代，正是由于其也存在着一些比较突显的缺陷。首先，由于直流有刷电机具有电刷及机械换向器两个结构，导致其电机过载能力及速度得不到有效的提高，且使用过程中对零部件的维护成本较高。此外，直流有刷电机的损耗主要发生在转子部分，这便导致产生的热量散失难度较大，对转矩质量比参数需要进一步优化。第三，直流有刷电机在运行过程中，电刷容易因摩擦产生火花，从而形成电磁干扰对电动汽车的正常运行造成不利影响。第四，由于采用的是机械换向器，因此会对电机的容量、转速等性能造成限制，越来越无法满足用户对于驱动电机的需求。 1.2感应电机 目前电动汽车中最为常用的就是交流三相感应电机。此类电机的定子和转子是通过对硅钢片进行叠压后制成的，没有其他零部件接触。具有结构简单，性能稳定，耐用性能优良等特点。此外，该电机的功率范围较广；可以通过空气进行冷却，也可以通过液体冷却；同时，对于周边环境具有很好的适应性能。相比于其他类型的驱动电机，感应电机的质量小，价位低，性价比高，并且保养及维修成本也相对较低。
1．我国电动汽车发展概况 1.1 产业背景 1.2 产业政策 1.3 发展状况 1.3.1 技术状况 1.3.2 产业化状况 1.3.3 产品状况 1.3.4 国内主要生产企业及其产品明细表 1.4 发展方向 1.4.1 未来趋势 1.4.2 专家评述 2．我国发展电动汽车的相关政策 2.1 国家发展电动汽车的相关政策（按出台时间、名称、主要内容列表） 2.2 各省市发展电动汽车的相关政策（对北京、山东、湖南、湖北、河南、安徽、天津等分述之） 2.3 电动汽车技术支持的相关单位与组织 3．电动汽车驱动系统与驱动电机 3.1 电动汽车对其驱动系统的主要技术要求 3.2 电动汽车驱动系统的分类及其说明 3.3 电动汽车驱动电机的分类及其技术指标汇总 3.4 国内电动汽车研发单位及其研发情况 3.5 电动汽车驱动电机发展方向 4．技术方案 4.1 永磁一磁阻同步电机先进性与可行性 4.2 永磁一磁阻同步电机的优越性 4.3 永磁一磁阻同步电机现有工作基础 5．技术路线 6．合作组织 7．投资估算 8．其他
国外电动汽车及其驱动系统(本网页可阅览) 1．电动汽车的技术特征 1.1 电动汽车的基本概念和基本分类 电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。它使用存储在电池中的电来发动。电动汽车主要有纯电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池电动汽车3种类型． 纯电动汽车 纯电动汽车是完全由二次电池(如铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池或锂离子电池等)提供动力的汽车。 混合动力电动汽车 一般是指采用内燃机和电动机两种动力,将内燃机与储能器件(如高性能电池或超级电容器) 通过先进控制系统相结合, 提供车辆行驶所需要的动力, 混合动力电动汽车并未从根本上摆脱交通运输对石油资源的依赖。因此,混合动力电动汽车是电动汽车发展过程中的一种过渡车型。 燃料电池车 燃料电池车是利用氢气和氧气(或空气)在催化剂的作用下直接经电化学反应产生电能的装臵, 具有完全无污染(排放物为水)的优点, 1.2电动车的基本特点 概括来讲, 电动汽车与内燃机汽车相比有以下优点 （1）效率高:对能源的利用,电动汽车的总效率至少在19%以上(采用燃料电池时效率远高于这一数值),而内燃机汽车效率低于12%,由此可见, 电动汽车更加节能。 （2）环境污染小: 电动汽车排出的废气非常少甚至不排出废气, 产生的废热也明显少于内燃机汽车． （3）可使用多种能源: 可直接利用电厂输出的电能,也可以通过太阳能、化学能、机械能转化而获得电能。 （4）噪音低: 即使靠近正在高速运转的电动机也不会感觉到让人不舒服的噪音, 而内燃机的噪音则非常大。 （5）结构简单，使用维修方便，操作控制易实现自动化。 三种类型电动汽车的比较如附表所示
电动汽车用驱动电机系统的现状及发展趋势
电动汽车用驱动电机系统的现状及发展趋势 中国汽车技术研究中心窦汝振李磊宋建锋 摘要：介绍了我国电动汽车用驱动电机系统的研发现状,以及车用系统与普通工业用系统间的差异,指出了发展趋势。 1 引言 我国汽车工业的发展面临着来自能源安全、环境保护和气候变化等可持续发展要求的多重挑战。随着近几年汽车保有量的快速增加，汽车能源消耗增长呈现加速趋势，进一步加剧了我国石油供需矛盾。在当前石油资源日益紧张，价格不断攀升的国际形势下，发展电动汽车特别是混合动力汽车是缓解我国石油资源短缺现状的有效途径，也是增强我国汽车工业核心竞争力的重大战略举措。 经过“八五”、“九五”规划的实施，特别是“十五”国家863电动汽车重大专项,我国已实现了官、产、学、研的资源整合,具有了电动汽车用驱动电机系统自主研发能力。在国家“三纵三横”总体布局中(如附图所示),驱动电机及其控制系统被列为“三横”中的共性技术之一。 附图国家“十五”电动汽车重大专项布局示意 2 电动汽车用驱动电机系统的特点及分类 电动汽车对驱动电机系统的要求至少包括： （1）基速以下输出大转矩，以适应车辆的启动、加速、负荷爬坡、频繁起停等复杂工况； （2）基速以上为恒功率运行，以适应最高车速、超车等要求； （3）全转速运行范围内的效率最优化，以提高车辆的续驶里程； （4）结构坚固、体积小、重量轻、良好的环境适应性和高可靠性； （5）低成本及大批量生产能力。 电动汽车最早采用了直流电机系统,特点是成本低、控制简单,但重量大,需要定期维护。随电力电子技术、自动控制技术、计算机控制技术的发展,包括异步电机及永磁电机在内的交流电机系统体现出比直流电机系统更加优越的性能,目前已逐步取代了直流电机控制系统。特别是借助于设计方法、开发工具及永磁材料的不断进步,用于驱动的永磁同步电动机得到了飞速发展。 电动汽车中常用的交流电机主要有异步、永磁、开关磁阻三大类型，其特点如表1所示。
电动汽车的四种驱动电机比较 电动汽车主要是由电机驱动系统、电池系统和整车控制系统三部分构成，其中的电机驱动系统是直接将电能转换为机械能的部分，决定了电动汽车的性能指标。因此，对于驱动电机的选择就尤为重要。 新能源汽车具有环保、节约、简单三大优势。在纯电动汽车上体现尤为明显：以电动机代替燃油机，由电机驱动而无需自动变速箱。相对于自动变速箱，电机结构简单、技术成熟、运行可靠，甚至被视为中国在新能源汽车行业实现汽车工业“弯道超车”的希望领域之一。新能源电动汽车主要是由电机驱动系统、电池系统和整车控制系统三部分构成，其中的电机驱动系统是直接将电能转换为机械能的部分，决定了电动汽车的性能指标。因此，对于驱动电机的选择就尤为重要。 电动汽车的驱动电机要求有以下几个特点： ?宽广的恒功率范围，满足汽车的变速性能 ?启动扭矩大，调速能力强 ?效率高，高效区广 ?瞬时功率大，过载能力强 ?功率密度大，体积小，重量轻 ?环境适应性高，适应恶劣环境 ?能量回馈效率高 根据驱动原理，电动汽车的驱动电机可分为以下4种： 1、直流电动机 在电动汽车发展的早期，很多电动汽车都是采用直流电动机方案。主要是看中了直流电机的产品成熟，控制方式容易，调速优良的特点。但由于直流电动机本身 的短板非常突出，其自身复杂的机械结构（电刷和机械换向器等），制约了它的瞬 时过载能力和电机转速的进一步提高；而且在长时间工作的情况下，电机的机械结 构会产生损耗，提高了维护成本。此外，电动机运转时的电刷火花会使转子发热， 浪费能量，散热困难，还会造成高频电磁干扰，这些因素都会影响具体整车性能。 由于直流电动机的缺点非常突出，目前的电动汽车已经将直流电机淘汰。 2、交流异步电动机 交流异步电机是目前工业中应用十分广泛的一类电机，其特点是定、转子由硅钢片叠压而成，两端用铝盖封装，定、转子之间没有相互接触的机械部件，结构简 单，运行可靠耐用，维修方便。交流异步电机与同功率的直流电动机相比效率更高，质量约轻了二分之一左右。如果采用矢量控制的控制方式，可以获得与直流电机相 媲美的可控性和更宽的调速范围。由于有着效率高、比功率较大、适合于高速运转
驱动电机 实 训 报 告 汽工1302 黄祥吉
图给出三相BLDCM 控制系统的六开关逆变器拓扑图。根据无刷直流电机的特点，为了减小转矩脉动，提高电机控制性能，要求加在电机定子上的电流为方波，并与电机的梯形反电动势严格同步，每相电流导通120。表给出图所示的六开关逆变器的开关器件导通顺序。 由表可见，六开关逆变器中，根据开关器件的状态，可组成6个状态组合或电压矢量，即：(0，一1，1)、(1，一1，0)、(1，0，一1)、(0，1，一1)、(一1，1，0)、(一1，0，
1)，其中，1表示上桥臂导通，一1表示下桥臂导通，0表示没有管子导通。如(0，一1，1)表示B相的下桥臂和C相的上桥臂导通，即VS5，Vs6导通，A相处于不导通状态。这样在任何时刻总是只有两相处于导通状态，即任何时刻总有一相的两个开关器件不参与工作。开关磁阻电机的控制系统。 开关磁阻电机作为一种新型调速电机，兼有直流和交流调速的优点，适用的领域很广。它是由磁阻电机与电子开关驱动控制电路组成一体的能量换转机构。 如图所示为四相的开关磁阻电机。图表示导通顺序A、B、C、D时定转子工作情况。图4a 表示V1导通，A相绕组通电，而其余的三相绕组断电，因此转子磁1.1′受到气隙中弯曲磁力线的切向磁拉力而产生转矩，使转子沿逆时针旋转，转子磁极1.1′向定子磁极AA′趋近，直到两者重合。此时，控制器据位置传感器的关断信号，去控制驱动器，关断V1，切断A 相绕组电流，紧接着控制器根据位置传感器的开、断信号，依次使V2、V3、V4通、断，使B、C、D相绕组顺序的通与断，使转子受同一方向转矩作用，沿逆时针的运行。若改变相电流大小，则可改变电机转矩和转速。 总之，国已经开发出了以上四种电机驱动系统，取得了很大的技术进步，已经在车辆上获得了应用。但是，还存在着需要改进之处。就交流感应电机电控系统而言，国的绝大多数电动效率在70％以上区域围占整个工作的区域还在80％以下；电机在低速运行过程中，输出转矩脉动性过大；在高速运转时可输出的转矩偏小，加载能力差，且转矩降落略大；甚至在一定转速围存在较大电磁振动（噪音），有待于进一步解决。四种电机电控系统的可靠性都有待进一步提高以适应产业化要求。
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电动汽车，这三类电动汽车均采用一个及以上的电机驱动系统将电能转换为机械能，进而驱动汽车，同时回收刹车的制动能量，从而实现了能量利用率的提升。 1. 纯电动汽车 纯电动汽车由电机驱动汽车，能量完全由二次电池（如铅酸电池、镍镐电池、镍氢电池或锂离子电池）提供。由于一次石化能源的日趋匮乏，纯电动汽车被认为是汽车工业的未来。典型的纯电动汽车动力结构如图1 所示。电池组的电能通过充电系统在车辆行驶一定里程后进行补充。纯电动汽车的特点是车辆 实现零排放，不依赖汽油，完全采用电能驱动车辆，但是由于蓄电池的能量密度和功率密度比汽油或柴油低很多，因此纯电动汽车的连续行驶里程有限。 2. 混合动力汽车 混合动力汽车按动力总成结构及能量流传递方案不同，可分为串联、并联及混联三种混合动力方式。串联混合动力车辆中，发动机动力与电动机动力通过电气系统传递；并联和混联混合动力车辆中，发动机动力与电动机动力通过一个专门的机电耦合机构实现向车轮的传递，常用的机电耦合机构包括行星齿轮耦合、变速器耦合及离合器耦合等。 串联式混合动力系统的动力总成，发动机的机械能通过发电机转化为电能，电动机将电能转换为机械能传到驱动桥，驱动桥和发动机之间没有直接的机械连接。该方案的优点是系统控制简单，缺点是难以应对复杂路况，电池充放电压力较大，电池寿命要求较高。