新能源汽车电机控制技术及其性能优化策略探索

潘彦宇

摘 要：随着社会对于环境保护的重视与新能源汽车技术发展，使得新能源汽车成为了全球汽车产业中的热点话题。在新能源汽车中，电机控制技术是关键的核心技术之一，对于提升车辆性能、延长续航里程以及实现智能化驾驶都具有重要意义。因此对新能源汽车电机控制技术及其性能优化策略进行分析，旨在为推动新能源汽车行业转型与升级提供一定的参考借鉴。

关键词：新能源汽车 电机控制技术 性能优化 策略

1 引言

目前，随着能源与环境问题日趋严重，人们对于新能源汽车的关注普遍提高。与之同时发生的还有能源消耗与浪费、环境污染问题等，交替挑拨着社会群众的神经。也就是说，传统能源到新能源的变革是未来的重要趋势，不但要从国家政策层面逐渐渗透和引导，也要从日常生活与学习、工作中重视起来。研究新能源汽车电机控制技术及其性能优化策略，可以更好地落实节能减排、“零污染”等，值得深入研究与实践。

2 新能源汽车电机控制技术概述

2.1 传统汽车电机控制技术回顾

在过去，汽车电机控制技术表现为在燃油车型中使用电机控制系统，主要采用直流电机和传统的电机控制方法，如PWM（脉宽调制）控制、电流反馈控制等，相对简单且成熟，但在能源利用效率和环境友好性方面存在一定局限性[1]。随着新能源汽车的快速发展，为了提高电动驱动系统的性能和效率，新能源汽车电机控制技术得到了广泛关注与研究。

2.2 新能源汽车电机控制技术发展概况

新能源汽车电机控制技术是近年来快速发展的新兴技术，可以概括为以下几个方面：第一，随着功率电子器件的不断进步，如高性能的IGBT模块、SiC器件等的应用，提高了电机驱动系统的效率和可靠性[2]；第二，随着控制算法的不断优化，如矢量控制、无传感器控制等，使得电机控制更加精确和灵活；第三，智能化技术的引入，如人工智能、大数据分析等，为电机控制系统提供了更多智能选择。正也因此，为满足高效率、高可靠性和高性能要求，电机控制系统的智能化和自适应性也是未来发展的重要方向[3]。

3 新能源汽车电机控制技术分析

3.1 直流电机控制技术

直流电机控制技术是新能源汽车电机控制领域的一个重要分支，其核心在于对直流电机的转速、转矩进行精确控制。通常采用PWM技术进行控制，通过改变占空比实现对电机的转速调节[4]。除此之外，还可以通过改变电机的电极极数来实现转速调节，同时多种传感器也被广泛应用于直流电机控制中，例如霍尔传感器、编码器等。由于直流电机具有结构简单、转速范围广、响应速度快等特点，在新能源汽车领域得到了广泛应用。

3.2 永磁同步电机控制技术

永磁同步电机控制技术利用永磁体产生的磁场相互作用，实现电机的控制和驱动。在位置控制方面，通过采集电机的位置信息，利用闭环控制算法精确控制电机的旋转角度。而在转速控制方面，通过调节电机的电压和电流，实现对电机转速的精确控制。为了实现更高的动态性能和控制精度，永磁同步电机的控制技术还可以结合磁场定向控制和空间矢量调制等先进技术，实现磁场与电流的精确匹配，提高电机的效率和响应速度，进一步优化电机的输出特性，降低电机的谐波失真。通过精确的位置控制和转速控制，结合先进的控制算法，实现高效率、高性能的电机驱动系统。

3.3 感应电机控制技术

感应电机控制技术也是新能源汽车中常用的电机驱动技术之一，使用感应电机作为动力传动装置，通过控制电机的转速、扭矩等参数，实现对整车的控制。相比于其他两种电机控制技术，感应电机控制技术具有成本低、体积小、维护简单等优点，因此在新能源汽车领域应用广泛。同时，感应电机控制技术还可以实现电机的高效工作，提高整车的续航里程和行驶稳定性，有着较好的应用前景。

4 新能源汽车电机控制性能优化策略分析

4.1 效率优化策略

4.1.1 车速控制策略

为了调整保证电机性能水平，可以采取车速的闭环控制方法，通过实时监测车辆的速度并与预设值进行比较，从而调整电机控制参数，使车速能够稳定在目标数值附近。这样可以有效减少能量浪费和电机损耗，提高整车能效。接着，针对车速控制策略优化，可以采用动态调节方式。即根据不同的驾驶工况和路况，调整电机的输出转矩、功率等。如，在起步和加速时，适当增大电机的输出转矩，以提供更高的动力；而在匀速行驶时，减小输出转矩，以降低功耗和噪音。通过动态调节车速控制，可以使电机工作在最佳点，提高整车能效和驾驶稳定性。此外，还可以通过优化电机控制算法来进行车速控制。传统的电機控制算法PID在一定程度上存在响应速度慢、鲁棒性差等问题。因此，可以采用先进的控制算法，如模型预测控制（MPC）或者基于人工智能的控制方法，来实现更精确的车速控制，根据电机和整车的动态特性，进行在线优化和自适应调节，以实现更高的控制精度和稳定性[5]。当然，也需要考虑电机系统的整合和优化。如，在电机设计阶段，选择具有较高效率和较低损耗的电机结构，以提高能量利用率和热管理能力。另外，优化电机控制器的硬件和软件设计，提高控制精度和响应速度。结合车辆动力学特性和驱动需求，进行整车级的协同控制，以最大限度地发挥电机的性能优势。总之，通过以上车速控制方法，可以调整保证电机控制性能水平，进一步提高新能源汽车的整车性能。

4.1.2 转矩控制策略

在转矩控制中，有几个重要方面需要考虑和调整，以确保电机控制性能水平提高。首先，在不同工况下，对电机转矩的需求是不同的。因此，需要根据车辆的加速、行驶速度、坡度等因素，动态地调整电机的转矩输出，可以最大程度地提高电机的工作效率。其次，电机在不同转速和负载下的效率是变化的，因此需要选择适当的转矩控制方式。在低速低负载情况下，可以采用高效率运行方式，提高电机的效率；而在高速高负载情况下，可以采用高功率运行方式，以获得更大的输出转矩[6]。此外，电机在工作过程中会产生一定的热量，如果不能及时有效地进行散热，会导致电机温度升高，影响性能和寿命。因此，在转矩控制过程中，需要根据电机的热特性和工作条件，合理调整控制确保电机的温度在可接受范围内。可以采用智能散热系统、风扇控制等方式，实时监测电机温度并进行有效控制，以保证电机的稳定工作和长寿命。最后，在制动或减速过程中，通过逆变器对电机施加逆向转矩，可以将动能转化为电能并存储到电池中，以达到能量回收的目的。因此，在转矩控制过程中，需要设计合适的能量回收策略，以最大程度地利用制动能量，提高整车能效。综上，合理调整电机转矩控制，将进一步提高整车的效率和性能，为用户提供更好的驾驶体验，并推动新能源汽车发展普及。

4.2 能量回收优化策略

4.2.1 制动能量回收控制

制动能量回收可以将制动过程中消耗的动能转化为电能，进而储存在电池中，以便在需要时使用。不仅可以提高能源利用率，减少对传统燃油的依赖，还可以降低车辆污染和噪音。在制动能量回收控制方面，主要有两个关键点：一是确定回收的能量大小；二是确定回收的时机[7]。对于第一个点，能量回收的大小应该根据实际情况进行调整。如果回收的能量太小，那么就不能充分利用制动时产生的动能；如果回收的能量太大，那么就可能会出现过度充电等问题[8]。因此，需要根据车速、制动力度等因素来进行调整。通常情况下，能量回收的大小可以通过变换制动器的电流来实现。对于第二个点，确定回收的时机也很重要。如果回收的时机太早，那么就会影响制动效果；如果回收的时机太晚，那么就会浪费一部分能量。因此，需要根据车速、制动距离等因素来判断何时开始回收能量。通常情况下，当车速降低到一定程度时，就可以开始回收能量了。另外，为了保证安全，制动系统应该具备一定的余量。也就是说，在制动过程中，如果回收的能量已经达到了上限，但是仍然需要继续制动，那么就应该通过摩擦制动来进行补偿，以达到最优的效果。

4.2.2 减阻能量回收控制

减阻能量回收控制是在新能源汽车行驶过程中，通过控制电机的工作方式和转矩输出来降低车辆的阻力，从而达到能量回收的目的，可以有效地提高汽车的能源利用效率，延长电池组的寿命，同时也能够减少对环境的污染，具有十分重要的意义。减阻能量回收控制的实现需要综合考虑多个因素，包括路况、行驶速度、车辆质量等。在具体操作时，需要通过电机控制系统来对电机的输出进行调节，以达到降低阻力、回收能量的效果。具体来说当车辆处于惯性滑行状态时，需要通过控制电机反转，使其产生逆向转矩，从而减少车辆的阻力，此时电机会产生电能并回馈到电池中，实现能量回收。在车辆行驶过程中，通过控制电机的转速和转矩输出来降低车辆的阻力，减少能量的消耗，如在下坡行驶或减速过程中，将电机转为发电状态，将动能转化为电能储存到电池中；通过调整电机的输出，使其产生适当的转矩输出，从而减少摩擦阻力和空气阻力，降低车辆的能量消耗，实现能量回收；通过对车辆行驶路线、路况等因素進行预测，并结合实时数据，实现对电机工作状态的智能调节，从而最大化能源回收效果[9]。

4.3 动力性能优化策略

4.3.1 加速性能优化控制

为了实现加速性能的优化，需要对电机控制系统进行参数调整和算法优化。其中，关键的参数包括电机控制器的电流、电压和转矩等设置，以及电机控制算法中的PID参数等[10]。通过合理调整这些参数，可以使电机在加速过程中输出更大的功率和转矩，从而提高加速性能。在此基础上，加速性能优化还需要考虑电池管理系统（BMS）的参与，根据电池的状态和性能特点，动态调整电池的输出功率，以满足加速时的需求[11]。如，在电池容量充足的情况下，BMS可以提供更高的放电功率，从而增加电机的输出功率，提高加速性能。另外，为了进一步提升加速性能，可以采用电机控制器的场励磁控制策略。通过调整电机控制器的场励磁参数，改变磁场分布，进而增加电机的转矩输出。这在高速加速时尤为有效，可以显著提升车辆的加速性能。此外，电机控制系统应与车辆的传动系统、驱动模式等相匹配，以确保能够充分发挥电机的动力输出，还可以通过优化车辆的质量分布、降低空气阻力等措施来提升整车的加速性能，为用户提供更好的驾驶体验[12]。

4.3.2 负载适应性优化控制

负载适应性优化控制是根据当前负载情况，对电机控制策略进行调整，以提高车辆的能效和动力性能。具体来说，可以采用电机参数在线调整、闭环控制算法优化等方法，实现在不同负载下电机的最佳工作状态。同时，还可以优化车辆的传动系统，通过改变齿比、变速器等方式，使得电机在不同负载下都能够始终处于高效工作状态，从而充分发挥电机的动力性能。此外，还可以利用智能控制算法，对车辆行驶过程中的负载进行实时监测和分析，以便更好地适应负载变化，提高电机控制的精度和稳定性。总之，负载适应性优化控制是新能源汽车电机控制中至关重要的一环，能够有效提高车辆的动力性能和能效表现。

5 结束语

总而言之，新能源汽车电机控制技术的研究具有深远影响，经研究总结电机控制技术在新能源汽车领域不断创新进步。尤其在直流电机技术优化、开关型磁阻调速电机技术优化、交流异步感应电机技术优化等方面下功夫，将有效增强新能源汽车性能素质。具体还有效率优化策略、能量回收优化策略和动力性能优化策略等，通过不同程度的调整将进一步提高电机系统效率、延长续航里程。然而，尽管新能源汽车电机控制技术已取得显著进展，但仍面临一些挑战，如高成本、储能技术不足和电机控制算法复杂等，需要进一步研究探索。

参考文献：

[1]李耀华，苏锦仕，秦辉等.表贴式永磁同步电机多步预测控制简化算法[J].电机与控制学报，2022，26（11）：122-131.

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[3]宋昱霖.新能源汽车永磁同步电机驱动控制系统设计[D].中国科学院大学（中国科学院长春光学精密机械与物理研究所），2021.

[4]戴斌.新型电机控制技术用于电动汽车的机遇与挑战研究[J].机电工程技术，2021，50（01）：25-26+93.

[5]高文璇.基于滑模观测和模糊逻辑的永磁同步电机控制技术及应用[D].华南理工大学，2020.

[6]周豪.基于分立式SiC MOSFET的新能源汽车电机控制器研究[D].华南理工大学，2020.

[7]马鸣威.基于永磁同步电机的新能源汽车控制系统研究[D].长春工业大学，2019.

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[9]李毅拓，双三相电机控制器SVPWM方法及计算机存储介质.河南省，河南森源重工有限公司，2019-05-01.

[10]张庆.基于专业教学资源库的新能源汽车电机与控制技术课程教学设计研究[J].武汉职业技术学院学报，2018，17（05）：67-70.

[11]张云中，袁康宁.新能源汽车企业的专利态势与发展对策研究——以B企业专利地图分析为例[J].秘书，2018，（03）：55-63.

[12]周炜.上汽集团新能源汽车研发投入优化研究[D].东华大学，2018.