永磁同步電機(jī)交直軸數(shù)學(xué)模型14永磁同步電機(jī)控制原理車用逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和工作原理2空間電壓矢量調(diào)制技術(shù)原理3過(guò)調(diào)制控制技術(shù)4永磁同步電機(jī)雙閉環(huán)矢量控制5內(nèi)置式永磁同步電機(jī)調(diào)速控制方案6最優(yōu)效率輸出控制7無(wú)位置傳感器控制84.3.1

三相電壓的空間矢量表示空間電壓矢量調(diào)制技術(shù)原理實(shí)部虛部且有若復(fù)數(shù)矢量已知，則可唯一解出三個(gè)標(biāo)量復(fù)數(shù)表示標(biāo)量4.3.1

三相電壓的空間矢量表示空間電壓矢量調(diào)制技術(shù)原理假設(shè)三相對(duì)稱正弦相電壓的瞬時(shí)值表示為：用一個(gè)復(fù)數(shù)表示三個(gè)標(biāo)量指數(shù)形式實(shí)部虛部相電壓幅值相電壓角頻率4.3.1

三相電壓的空間矢量表示空間電壓矢量調(diào)制技術(shù)原理

根據(jù)空間矢量變換的可逆性,可以想象若電壓空間矢量Uo的頂點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡為一個(gè)圓

,則原三相電壓越趨近于三相對(duì)稱正弦波。三相對(duì)稱正弦電壓供電是理想的供電方式，也是逆變器交流輸出電壓控制的追求目標(biāo)。實(shí)際上，通過(guò)空間矢量變換，可以將逆變器三相輸出的3個(gè)標(biāo)量的控制問(wèn)題轉(zhuǎn)化為一個(gè)矢量的控制問(wèn)題。三相對(duì)稱正弦電壓對(duì)應(yīng)的空間電壓矢量運(yùn)動(dòng)軌跡電壓空間矢量Uout頂點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡為一個(gè)圓，且以角速度w逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。4.3.1

三相電壓的空間矢量表示空間電壓矢量調(diào)制技術(shù)原理由于同一橋臂上下開(kāi)關(guān)器件不能同時(shí)導(dǎo)通，則上述的逆變器三路逆變橋的開(kāi)關(guān)組態(tài)一共有8種。對(duì)于不同的開(kāi)關(guān)狀態(tài)組合，可以得到8個(gè)基本電壓空間矢量,這樣逆變器的8種開(kāi)關(guān)模式就對(duì)應(yīng)8個(gè)電壓空間矢量。

4.3.1

三相電壓的空間矢量表示空間電壓矢量調(diào)制技術(shù)原理由于同一橋臂上下開(kāi)關(guān)器件不能同時(shí)導(dǎo)通，則上的逆變器三路逆變橋的開(kāi)關(guān)組態(tài)一共有8種。對(duì)于不同的開(kāi)關(guān)狀態(tài)組合，可以得到8個(gè)基本電壓空間矢量,這樣逆變器的8種開(kāi)關(guān)模式就對(duì)應(yīng)8個(gè)電壓空間矢量。

將8種組合的基本電壓矢量映射到復(fù)平面里可得到電壓空間矢量圖，該復(fù)平面被6個(gè)非零矢量分割為6個(gè)扇區(qū)。8種基本電壓空間矢量U1(001)、U2(010)、U3(011)、U4(100)、U5(101)、U6(110)非零矢量6個(gè)：U0(000)、U7(111)

對(duì)應(yīng)上橋臂全關(guān)斷和全打開(kāi)零矢量2個(gè)：4.3.1

三相電壓的空間矢量表示空間電壓矢量調(diào)制技術(shù)原理交流側(cè)相電壓UAN、UBN、UCN與開(kāi)關(guān)函數(shù)之間的關(guān)系可以表示為：4.3.2

SVPWM算法實(shí)現(xiàn)空間電壓矢量調(diào)制技術(shù)原理扇區(qū)判斷判斷電壓空間矢量Uout所在扇區(qū)的目的是：確定本開(kāi)關(guān)周期所使用的基本電壓空間矢量ua

、uβ

：參考電壓矢量Uout在a、β軸上的分量定義Ur1、Ur2、Ur3

要實(shí)現(xiàn)SVPWM信號(hào)的實(shí)時(shí)調(diào)制，首先需要知道參考電壓矢量Uout所在的區(qū)間位置，然后利用所在扇區(qū)的相鄰兩電壓矢量和適當(dāng)?shù)牧闶噶縼?lái)合成參考電壓矢量4.3.2

SVPWM算法實(shí)現(xiàn)空間電壓矢量調(diào)制技術(shù)原理若則否則令N=4C+2B+A則可以得到N與扇區(qū)的關(guān)系N315462扇區(qū)IIIIIIIVVVI扇區(qū)判斷定義變量A、B、C若則否則若則否則當(dāng)參考電壓矢量Uout的角度確定時(shí)，可以如圖進(jìn)行扇區(qū)劃分4.3.2

SVPWM算法實(shí)現(xiàn)空間電壓矢量調(diào)制技術(shù)原理計(jì)算基本矢量的作用時(shí)間計(jì)算可得由圖可知4.3.2

SVPWM算法實(shí)現(xiàn)空間電壓矢量調(diào)制技術(shù)原理扇區(qū)電壓分量作用時(shí)間4.3.2

SVPWM算法實(shí)現(xiàn)空間電壓矢量調(diào)制技術(shù)原理扇區(qū)電壓分量作用時(shí)間4.3.2

SVPWM算法實(shí)現(xiàn)空間電壓矢量調(diào)制技術(shù)原理若T4+T6>Ts，需要進(jìn)行過(guò)調(diào)制處理，令：計(jì)算基本矢量的作用時(shí)間其他扇區(qū)的基本矢量作用時(shí)間如表所示4.3.3

SVPWM與傳統(tǒng)SPWM的比較空間電壓矢量調(diào)制技術(shù)原理15.47%提高電壓利用率SPWM最大線性輸出區(qū)域

在SVPWM調(diào)制中，調(diào)制深度最大值可以達(dá)到1.1547，比SPWM調(diào)制最高所能達(dá)到的調(diào)制比1高出0.1547，這使其直流母線電壓利用率更高，也是SVPWM控制算法的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)。SVPWM最大線性輸出區(qū)域4.3.3

SVPWM與傳統(tǒng)SPWM的比較空間電壓矢量調(diào)制技術(shù)原理SPWM逆變器輸出相電壓SVPWM逆變器輸出相電壓SPWM調(diào)制波形SVPWM調(diào)制波形

4.3.3

SVPWM與傳統(tǒng)SPWM的比較空間電壓矢量調(diào)制技術(shù)原理每次切換狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)，只更改一個(gè)階段的切換狀態(tài)PWM波形對(duì)稱更少的開(kāi)關(guān)時(shí)間和更少的損失PWM波形是不規(guī)則的損失和噪聲更大SPWM的PWM波形SVPWM的PWM波形4.3.4

五段式SVPWM算法空間電壓矢量調(diào)制技術(shù)原理五段式SVPWM算法具有更少的開(kāi)關(guān)次數(shù)，該方法采用每相功率開(kāi)關(guān)器件在每個(gè)扇區(qū)狀態(tài)維持不變的序列安排下，使得每個(gè)開(kāi)關(guān)周期只有3次開(kāi)關(guān)切換，但是會(huì)增大電流的諧波含量。Uout所在位置和開(kāi)關(guān)切換順序?qū)φ毡恚ɑ谟布Ｊ剑?.3.5

七段式SVPWM算法空間電壓矢量調(diào)制技術(shù)原理在SVPWM方案中，零矢量的選擇是最具靈活性的，適當(dāng)選擇零矢量，可最大限度地減少開(kāi)關(guān)次數(shù)，盡可能避免開(kāi)關(guān)器件在負(fù)載電流較大時(shí)的開(kāi)關(guān)動(dòng)作，最大限度地減少開(kāi)關(guān)損耗。基本矢量作用順序的分配原則為：在每次開(kāi)關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)，只改變其中一相的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，并且對(duì)零矢量在時(shí)間上進(jìn)行平均分配，以使產(chǎn)生的PWM對(duì)稱，從而有效地降低PWM的諧波分量。Uout所在位置和開(kāi)關(guān)切換順序?qū)φ毡恚ɑ谲浖Ｊ剑?.3.5

七段式SVPWM算法空間電壓矢量調(diào)制技術(shù)原理七段式SVPWM矢量如何從起點(diǎn)到達(dá)終點(diǎn)？

以第一扇區(qū)為例，如圖所示，矢量要從0走到Uout，可以有兩條路徑，可以先沿著U4方向走，然后沿著U6方向走，再沿著U4方向走，最后到達(dá)Uout，如圖中紅色路徑。注意發(fā)波要對(duì)稱，不能走完了U4再走U6，那樣諧波比較大。也可以按照?qǐng)D中藍(lán)色的路線，先沿著U6走，之后沿著U4，最后把U6走完。4.3.5

七段式SVPWM算法空間電壓矢量調(diào)制技術(shù)原理兩條路徑都可以到達(dá)Uout，唯一的區(qū)別是零矢量的插入方式不同紅色路徑是4-6-4，為了每次只切換一個(gè)橋臂的開(kāi)關(guān)，零矢量的插入方式是0-4-6-7-6-4-0（7段式），或者是4-6-7-6-4（五段式）六個(gè)扇區(qū)的路徑結(jié)果如圖0(000)4(100)6(110)7(111)6(110)4(100)0(000)第V扇區(qū)0-1-5-7-5-1-07-5-1-0-1-5-7第VI扇區(qū)0-4-5-7-5-4-07-5-4-0-4-5-7第I扇區(qū)0-4-6-7-6-4-07-6-4-0-4-6-7第II扇區(qū)0-2-6-7-6-2-07-6-2-0-2-6-7第III扇區(qū)0-2-3-7-3-2-07-3-2-0-2-3-7第IV扇區(qū)0-1-3-7-3-1-07-3-1-0-1-3-7IVIIIVIIVII4.3.5

七段式SVPWM算法空間電壓矢量調(diào)制技術(shù)原理如果考慮軟件的計(jì)算方便，每次發(fā)波都先發(fā)000矢量，中間插入111矢量，那么就要按照?qǐng)D中紅色曲線發(fā)波，如圖所示。第一扇區(qū)要先發(fā)U4，矢量走到第二扇區(qū)后，不能先發(fā)U6，要先發(fā)距離000更近的矢量U2，到第三扇區(qū)后，還是先發(fā)U2。總之，1（001），2（010），4（100）距離零矢量（000）更近，要作為每個(gè)扇區(qū)的首發(fā)。第V扇區(qū)0-1-5-7-5-1-0第VI扇區(qū)0-4-5-7-5-4-0第I扇區(qū)0-4-6-7-6-4-0第II扇區(qū)0-2-6-7-6-2-0第III扇區(qū)0-2-3-7-3-2-0第IV扇區(qū)0-1-3-7-3-1-0IVIIIVIIVII4.3.5

七段式SVPWM算法空間電壓矢量調(diào)制技術(shù)原理第V扇區(qū)7-5-1-0-1-5-7第VI扇區(qū)7-5-4-0-4-5-7第I扇區(qū)7-6-4-0-4-6-7第II扇區(qū)7-6-2-0-2-6-7第III扇區(qū)7-3-2-0-2-3-7第IV扇區(qū)7-3-1-0-1-3-7也可以選擇3（011），5（101），6（110）作為首發(fā)，那么在7段式的中間需要插入的就是零矢量（000）。IIIIVIIVIIV永磁同步電機(jī)交直軸數(shù)學(xué)模型14永磁同步電機(jī)控制原理車用逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和工作原理2空間電壓矢量調(diào)制技術(shù)原理3過(guò)調(diào)制控制技術(shù)4永磁同步電機(jī)雙閉環(huán)矢量控制5內(nèi)置式永磁同步電機(jī)調(diào)速控制方案6最優(yōu)效率輸出控制7無(wú)位置傳感器控制84.4.1

過(guò)調(diào)制技術(shù)簡(jiǎn)介過(guò)調(diào)制控制技術(shù)線性調(diào)制區(qū)參考電壓幅值小于時(shí)

當(dāng)參考電壓矢量的幅值在正六邊形里面，輸出電壓矢量都能夠通過(guò)同一扇區(qū)相鄰的兩個(gè)電壓矢量線性地合成，電壓波形為正弦，磁鏈軌跡為圓形，這一區(qū)域稱為逆變器線性調(diào)制區(qū)逆變器工作區(qū)間劃分4.4.1

過(guò)調(diào)制技術(shù)簡(jiǎn)介過(guò)調(diào)制控制技術(shù)參考電壓幅值大于時(shí)當(dāng)參考電壓矢量的幅值在正六邊形外面，有一部分輸出電壓矢量將無(wú)法通過(guò)兩個(gè)相鄰的基本電壓矢量進(jìn)行合成，逆變器輸出電壓含有諧波，并且磁鏈軌跡也會(huì)偏離圓形，這一區(qū)域稱為逆變器非線性調(diào)制區(qū)(過(guò)調(diào)制區(qū))非線性調(diào)制區(qū)逆變器工作區(qū)間劃分4.4.1

過(guò)調(diào)制技術(shù)簡(jiǎn)介過(guò)調(diào)制控制技術(shù)

當(dāng)采用SVPWM控制時(shí)，直流母線電壓為UDC，在線性調(diào)制區(qū)域內(nèi)，逆變器能夠輸出相電壓基波幅值最大為,如果采用過(guò)調(diào)制算法使得逆變器進(jìn)入六步工作模式，其輸出相電壓基波幅值最大可以達(dá)到2Vdc/π，輸出電壓的提升如下式所示故當(dāng)采用SVPWM時(shí)，電壓型逆變器的輸出電壓仍有10%的提高空間控制策略4.4.1

過(guò)調(diào)制技術(shù)簡(jiǎn)介過(guò)調(diào)制控制技術(shù)

對(duì)于超出邊界部分的參考電壓，過(guò)調(diào)制控制策略采用一定的規(guī)則進(jìn)行調(diào)整，對(duì)整個(gè)電壓軌跡進(jìn)行重新規(guī)劃，使其滿足邊界限制，經(jīng)典過(guò)調(diào)制算法的分類方式有兩種:單模式過(guò)調(diào)制控制策略優(yōu)點(diǎn)：算法簡(jiǎn)單，運(yùn)算速度快缺點(diǎn)：逆變器輸出電壓中諧波含量(THD)比較大雙模式過(guò)調(diào)制控制策略優(yōu)點(diǎn)：輸出電壓中諧波含量(THD)相對(duì)較小缺點(diǎn)：控制算法相對(duì)復(fù)雜，需要查表過(guò)調(diào)制控制流程控制策略4.4.2

單模式過(guò)調(diào)制過(guò)調(diào)制控制技術(shù)單模式過(guò)調(diào)制下給定參考電壓與實(shí)際參考電壓的軌跡單模式過(guò)調(diào)制控制策略將過(guò)調(diào)制區(qū)域看作一個(gè)整體在過(guò)調(diào)制區(qū)域，參考電壓不超出邊界的部分保持不變；當(dāng)其超出邊界時(shí)，相位和幅值均保持這一時(shí)刻的狀態(tài)，直到參考電壓旋轉(zhuǎn)進(jìn)入邊界內(nèi)時(shí)，再次跳越跟隨4.4.2

單模式過(guò)調(diào)制過(guò)調(diào)制控制技術(shù)線性區(qū)實(shí)驗(yàn)結(jié)果轉(zhuǎn)速較平穩(wěn)電流波形較好電流軌跡為圓形過(guò)調(diào)制區(qū)實(shí)驗(yàn)結(jié)果轉(zhuǎn)速提升110rpm，但波動(dòng)較大電流波形畸變電流軌跡偏離圓形4.4.3

雙模式過(guò)調(diào)制過(guò)調(diào)制控制技術(shù)

過(guò)調(diào)制I區(qū)內(nèi)，引入補(bǔ)償電壓Vc*來(lái)生成參考電壓Vr*，其電壓矢量軌跡未超出邊界的部分保持不變，超出的部分被固定在邊界上，由此生成的軌跡即為實(shí)際參考電壓的軌跡過(guò)調(diào)制I區(qū)內(nèi)復(fù)平面上電壓矢量的軌跡四分之一扇區(qū)內(nèi)，過(guò)調(diào)制I區(qū)內(nèi)實(shí)際參考電壓軌跡在頻域內(nèi)的方程解析：4.4.3

雙模式過(guò)調(diào)制過(guò)調(diào)制控制技術(shù)

過(guò)調(diào)制II區(qū)內(nèi)，沒(méi)有多余區(qū)域進(jìn)行電壓補(bǔ)償。此時(shí)，實(shí)際參考電壓軌跡在頂點(diǎn)處保持一段時(shí)間，隨后，在剩余的開(kāi)關(guān)時(shí)間內(nèi)沿著邊界移動(dòng)過(guò)調(diào)制II區(qū)內(nèi)復(fù)平面上電壓矢量的軌跡給定參考電壓和實(shí)際參考電壓矢量的相位角關(guān)系4.4.3

雙模式過(guò)調(diào)制過(guò)調(diào)制控制技術(shù)

由于過(guò)調(diào)制策略對(duì)目標(biāo)參考電壓的軌跡進(jìn)行了重新規(guī)劃，需要對(duì)修改后的實(shí)際參考電壓進(jìn)行傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)和修正，使得其基波幅值等于目標(biāo)幅值，以達(dá)到相同的控制效果基波幅值函數(shù)方程由以上過(guò)程可以得到參考角度αr與調(diào)制系數(shù)MI之間的關(guān)系4.4.3

雙模式過(guò)調(diào)制過(guò)調(diào)制控制技術(shù)過(guò)調(diào)制I區(qū)內(nèi)參考角度αr與調(diào)制系數(shù)MI之間的關(guān)系曲線過(guò)調(diào)制II區(qū)內(nèi)保持角度αh與調(diào)制系數(shù)MI之間的關(guān)系曲線用分段函數(shù)擬合參考角度以及保持角度與MI之間的非線性關(guān)系，利于工程化實(shí)現(xiàn)對(duì)于任意給定的參考電壓，可以根據(jù)MI由以上關(guān)系求得各分區(qū)內(nèi)的控制角度，獲取實(shí)際參考軌跡，進(jìn)而生成所需電壓幅值4.4.3

雙模式過(guò)調(diào)制過(guò)調(diào)制控制技術(shù)調(diào)制波形逆變器輸出相電壓脈沖逆變器輸出相電壓波形電壓濾波4.4.3

雙模式過(guò)調(diào)制過(guò)調(diào)制控制技術(shù)線性區(qū)過(guò)調(diào)制I區(qū)過(guò)調(diào)制II區(qū)六階拍區(qū)FFT分析下的諧波頻譜隨著過(guò)調(diào)制程度的加深，電壓軌跡圓逐漸畸變，最終成為六邊形，達(dá)到最大輸出能力過(guò)調(diào)制帶來(lái)的諧波主要是5、7次等低次分量，并且隨著MI的增大，諧波所占比例越來(lái)越高4.4.4過(guò)調(diào)制控制算法諧波分析及諧波抑制策略過(guò)調(diào)制控制技術(shù)可以看出，5次諧波是負(fù)序分量，而7次諧波是正序量，因此，相對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)速度分別為-5ωt和7ωt4.4.4過(guò)調(diào)制控制算法諧波分析及諧波抑制策略過(guò)調(diào)制控制技術(shù)LPF在負(fù)5次和正7次諧波旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系上做同步濾波4.4.4過(guò)調(diào)制控制算法諧波分析及諧波抑制策略過(guò)調(diào)制控制技術(shù)d軸電流實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比q軸電流實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比永磁同步電機(jī)交直軸數(shù)學(xué)模型14永磁同步電機(jī)控制原理車用逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和工作原理2空間電壓矢量調(diào)制技術(shù)原理3過(guò)調(diào)制控制技術(shù)4永磁同步電機(jī)雙閉環(huán)矢量控制5內(nèi)置式永磁同步電機(jī)調(diào)速控制方案6最優(yōu)效率輸出控制7無(wú)位置傳感器控制8永磁同步電機(jī)雙閉環(huán)矢量控制4.5.1永磁同步電機(jī)開(kāi)環(huán)控制傳統(tǒng)的開(kāi)環(huán)控制策略又稱恒壓頻比控制，即V/F控制，指在永磁同步電機(jī)運(yùn)行時(shí)保證電壓幅值與運(yùn)行頻率的比值為定值。V/F變壓變頻控制特性曲線V/F控制結(jié)構(gòu)框圖V/F曲線示意圖永磁同步電機(jī)中的定子每相的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)永磁同步電機(jī)雙閉環(huán)矢量控制4.5.2永磁同步電機(jī)矢量控制矢量控制通過(guò)控制定子勵(lì)磁輸入，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩和磁通的分別控制。本節(jié)將從永磁同步電機(jī)的動(dòng)態(tài)模型出發(fā)，推導(dǎo)三相永磁同步電機(jī)的矢量控制。將定子電流is作為輸出量，三相電流可以表示為d-q軸定子電流方程永磁同步電機(jī)向量圖id=0，電磁轉(zhuǎn)矩Te永磁同步電機(jī)雙閉環(huán)矢量控制4.5.3永磁同步電機(jī)控制解耦由永磁同步電機(jī)的電壓方程和數(shù)學(xué)模型可以看出，d軸電壓ud不僅受d軸電流id的影響，還受q軸電流iq的影響，這說(shuō)明永磁同步電機(jī)d軸電壓和q軸電壓存在耦合關(guān)系。可以將公式中的和視作耦合項(xiàng)，由于耦合項(xiàng)的影響，電機(jī)的ud和uq是無(wú)法實(shí)現(xiàn)獨(dú)立控制的。電機(jī)d-q耦合框圖d-q軸耦合關(guān)系式可以看出轉(zhuǎn)速的值越大這個(gè)耦合項(xiàng)就越大，這說(shuō)明電機(jī)的速度越高，這個(gè)耦合項(xiàng)對(duì)電機(jī)的控制器性能的影響就越大，因此永磁同步電機(jī)的解耦對(duì)于電機(jī)的控制性能的提升是必要的。永磁同步電機(jī)雙閉環(huán)矢量控制4.5.3永磁同步電機(jī)控制解耦通過(guò)在d軸和q軸電流控制器的輸出端分別引入與永磁同步電機(jī)d-q軸電壓方程的耦合項(xiàng)，大小相等符號(hào)相反作為耦合補(bǔ)償，即可實(shí)現(xiàn)電流控制器的解耦控制，因此也稱為電壓前饋解耦控制。解耦控制框圖id=0時(shí)的電機(jī)電壓方程id=0時(shí)，磁通完全由永磁體來(lái)提供。此時(shí)定子直軸的電流分量為0，這就使得電機(jī)沒(méi)有直軸的電樞反應(yīng)，即直軸是不貢獻(xiàn)轉(zhuǎn)矩的。id=0時(shí)，磁通完全由永磁體來(lái)提供。此時(shí)定子直軸的電流分量為0，這就使得電機(jī)沒(méi)有直軸的電樞反應(yīng)，即直軸是不貢獻(xiàn)轉(zhuǎn)矩的。永磁同步電機(jī)雙閉環(huán)矢量控制4.5.4永磁同步電機(jī)速度、電流雙閉環(huán)控制對(duì)于三相PMSM矢量控制技術(shù)而言，通常包括轉(zhuǎn)速控制環(huán)、電流控制環(huán)和PWM控制算法3個(gè)主要部分。本部分主要對(duì)前兩部分進(jìn)行詳細(xì)介紹。永磁同步電機(jī)閉環(huán)矢量控制框圖轉(zhuǎn)速控制環(huán)的作用是控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使其能夠達(dá)到既能調(diào)速又能穩(wěn)速的目的。電流控制環(huán)的作用在于加快系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)過(guò)程，使得電機(jī)定子電流更好地接近給定的電流矢量。永磁同步電機(jī)雙閉環(huán)矢量控制4.5.4永磁同步電機(jī)速度、電流雙閉環(huán)控制通過(guò)在d軸和q軸電流控制器的輸出端分別引入與永磁同步電機(jī)d-q軸電壓方程的耦合項(xiàng)，大小相等符號(hào)相反作為耦合補(bǔ)償，即可實(shí)現(xiàn)電流控制器的解耦控制，因此也稱為電壓前饋解耦控制。id=0時(shí)的電機(jī)電壓方程參考電壓方程Laplace變換永磁同步電機(jī)雙閉環(huán)矢量控制4.5.4永磁同步電機(jī)速度、電流雙閉環(huán)控制iq閉環(huán)傳遞函數(shù)q軸電流環(huán)PI控制器參數(shù)d軸電流環(huán)PI控制器參數(shù)速度環(huán)傳遞函數(shù)轉(zhuǎn)速環(huán)PI控制器參數(shù)以上闡述了PI參數(shù)整定的理論依據(jù)，但在仿真或者實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)系統(tǒng)的電流、速度等指標(biāo)反饋進(jìn)行合適的調(diào)整，以使得電機(jī)的運(yùn)行性能達(dá)到平穩(wěn)狀態(tài)。電流環(huán)控制框圖轉(zhuǎn)速環(huán)控制框圖永磁同步電機(jī)交直軸數(shù)學(xué)模型14永磁同步電機(jī)控制原理車用逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和工作原理2空間電壓矢量調(diào)制技術(shù)原理3過(guò)調(diào)制控制技術(shù)4永磁同步電機(jī)雙閉環(huán)矢量控制5內(nèi)置式永磁同步電機(jī)調(diào)速控制方案6最優(yōu)效率輸出控制7無(wú)位置傳感器控制8內(nèi)置式永磁同步電機(jī)調(diào)速方案4.6.1最大轉(zhuǎn)矩電流比控制方案內(nèi)置式的永磁同步電機(jī)的磁路具有對(duì)稱性，直軸上的電感與交軸上的電感互不相等。一般來(lái)說(shuō)，Ld<Lq，因此這類電機(jī)的控制一般采用最大轉(zhuǎn)矩電流比控制，可以較好得利用這類電機(jī)的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的額外轉(zhuǎn)矩，使得達(dá)到同等負(fù)載轉(zhuǎn)矩需要的電流相對(duì)較小，能夠降低電機(jī)定子電流引起的內(nèi)損耗，有效降低設(shè)備運(yùn)行成本。兩種調(diào)速方案比較當(dāng)內(nèi)置式永磁同步電機(jī)工作在低速重載工況下時(shí)，此時(shí)其轉(zhuǎn)矩性能是主要的性能指標(biāo)，通常希望即使處于轉(zhuǎn)速變化的工況，仍能夠保持輸出轉(zhuǎn)矩的恒定，此時(shí)稱內(nèi)置式永磁同步電機(jī)處于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速階段。隨著轉(zhuǎn)速的逐步提高，受到內(nèi)置式永磁同步電機(jī)最大輸出功率的限制，其轉(zhuǎn)矩不能繼續(xù)保持恒定，此時(shí)的調(diào)速原則為：轉(zhuǎn)矩逐步減小進(jìn)而保證內(nèi)置式永磁同步電機(jī)運(yùn)行在恒功率運(yùn)行區(qū)內(nèi)置式永磁同步電機(jī)調(diào)速方案4.6.1最大轉(zhuǎn)矩電流比控制方案為了更好地分析最大轉(zhuǎn)矩電流比(MTPA)控制，首先要對(duì)電磁轉(zhuǎn)矩進(jìn)行標(biāo)幺化處理，消除其它參數(shù)。電磁轉(zhuǎn)矩標(biāo)幺化處理基值標(biāo)幺化處理標(biāo)幺化過(guò)程當(dāng)永磁同步電機(jī)在恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行區(qū)工作時(shí)，對(duì)應(yīng)于同一個(gè)恒轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)值，可以對(duì)應(yīng)許多組不同的idn、iqn。而在這許多組不同的idn與iqn中，存在一組idn與iqn，既能滿足標(biāo)幺化轉(zhuǎn)矩的要求，也能保證通過(guò)idn與iqn合成的定子電流矢量最小，此即為MTPA控制的思想。求極值內(nèi)置式永磁同步電機(jī)調(diào)速方案4.6.1最大轉(zhuǎn)矩電流比控制方案當(dāng)MTPA曲線位于第二象限時(shí)，永磁同步電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩為正，位于第三象限時(shí)，永磁同步電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩為負(fù)。當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩較小時(shí)，MTPA曲線偏向于q軸，說(shuō)明此時(shí)勵(lì)磁轉(zhuǎn)矩占主導(dǎo)地位。隨著電磁轉(zhuǎn)矩的逐漸增大，MTPA曲線逐漸遠(yuǎn)離q軸，說(shuō)明此時(shí)磁阻轉(zhuǎn)矩起主導(dǎo)作用。MTPA控制定子電流矢量軌跡圖內(nèi)置式永磁同步電機(jī)調(diào)速方案4.6.2基速與轉(zhuǎn)折速度直流母線電壓的大小將會(huì)限制逆變器向永磁同步電機(jī)提供的定子電壓矢量，而定子電壓將會(huì)影響永磁同步電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速。將永磁同步電機(jī)在高速空載下，達(dá)到定子電壓極限時(shí)的最大轉(zhuǎn)速稱為速度基值。定子電壓幅值高速工況下的定子電壓速度基值電壓極限時(shí)的最大速度——轉(zhuǎn)折速度內(nèi)置式永磁同步電機(jī)調(diào)速方案4.6.3弱磁控制方案什么是弱磁控制？直流電機(jī)說(shuō)到弱磁，不得不先提到直流電機(jī)。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與端電壓相關(guān)成正比，當(dāng)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的端電壓達(dá)到最大值之后，無(wú)法再用調(diào)壓調(diào)速來(lái)提高轉(zhuǎn)速。但是通過(guò)降低電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流，從而降低勵(lì)磁磁通，實(shí)現(xiàn)在保證電壓平衡的條件下，電機(jī)速度提升到額定轉(zhuǎn)速以上。直流電流可以采用弱磁控制矢量控制將永磁同步電機(jī)簡(jiǎn)化為直流電機(jī)永磁同步電機(jī)也可采用弱磁控制永磁同步電機(jī)的勵(lì)磁磁通是由轉(zhuǎn)子上的永磁體提供，這個(gè)磁通是近似恒定不變的。但通過(guò)增大定子電流的去磁分量來(lái)削弱氣隙磁通，就可以在永磁同步電機(jī)中達(dá)到跟他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)類似的弱磁效果，從而提高轉(zhuǎn)速。內(nèi)置式永磁同步電機(jī)調(diào)速方案4.6.3弱磁控制在電動(dòng)汽車、船舶電力、金屬削切等需要電機(jī)高速作業(yè)下的行業(yè)中，基于常規(guī)電機(jī)矢量控制調(diào)速系統(tǒng)無(wú)法滿足行業(yè)對(duì)于電機(jī)轉(zhuǎn)速的需求，所以弱磁升速控制被逐漸地研究和發(fā)展起來(lái)。弱磁控制不僅繼承了矢量控制的閉環(huán)控制的優(yōu)良特性，還有著一定寬度的調(diào)速范圍和平滑的弱磁過(guò)渡特點(diǎn)。定子電壓表達(dá)式標(biāo)幺化處理永磁同步電機(jī)磁鏈方程不等式關(guān)系受到電壓極限和電流極限的限制定子電壓表達(dá)式轉(zhuǎn)化為永磁同步電機(jī)的電壓極限方程是以點(diǎn)為中心，隨轉(zhuǎn)速升高長(zhǎng)短半徑成比例縮小的橢圓簇，可以描述為電壓極限橢圓。內(nèi)置式永磁同步電機(jī)調(diào)速方案4.6.3弱磁控制從圖中可以看出，想輸出更高的恒轉(zhuǎn)矩值，需要電壓極限橢圓所對(duì)應(yīng)的半徑越大，然而此時(shí)所能達(dá)到的最高轉(zhuǎn)速將會(huì)降低。電壓極限橢圓與電流極限圓示意圖弱磁控制與MTPA控制A點(diǎn)對(duì)應(yīng)的最高轉(zhuǎn)速A點(diǎn)對(duì)應(yīng)的極限電壓內(nèi)置式永磁同步電機(jī)調(diào)速方案4.6.4最大轉(zhuǎn)矩電壓比控制方案最大轉(zhuǎn)矩電壓比控制方案與最大轉(zhuǎn)矩電流比方案相比，可以表征電機(jī)在最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)處的電壓利用率。該控制方案是在直流電壓UDC得到充分利用的情況下，調(diào)整定子電流矢量與轉(zhuǎn)子的夾角，使得此時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩T最大的控制過(guò)程。因此在所有轉(zhuǎn)速下，將恒轉(zhuǎn)矩曲線與對(duì)應(yīng)速度下的電壓極限橢圓的相切點(diǎn)都連接起來(lái)，就形成了MTPV曲線。控制定子電流沿著MTPV曲線運(yùn)行，就構(gòu)成了MTPV控制的原理。d-q軸電流方程，推導(dǎo)過(guò)程永磁同步電機(jī)交直軸數(shù)學(xué)模型14永磁同步電機(jī)控制原理車用逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和工作原理2空間電壓矢量調(diào)制技術(shù)原理3過(guò)調(diào)制控制技術(shù)4永磁同步電機(jī)雙閉環(huán)矢量控制5內(nèi)置式永磁同步電機(jī)調(diào)速控制方案6最優(yōu)效率輸出控制7無(wú)位置傳感器控制8最優(yōu)效率輸出控制4.7.1永磁同步電機(jī)損耗分析及數(shù)學(xué)模型在電機(jī)運(yùn)行的過(guò)程中，系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的損耗，為了使電機(jī)的整體效率得到提升，效率最優(yōu)輸出控制是有必要的。永磁同步電機(jī)把輸入的能量轉(zhuǎn)化為輸出的機(jī)械能過(guò)程中，產(chǎn)生了銅損、鐵損、機(jī)械損耗和雜散損耗等，損耗會(huì)引起電機(jī)溫度升高，造成的危害對(duì)電機(jī)來(lái)說(shuō)是不可逆的。為了提高永磁同步電機(jī)的運(yùn)行效率，延長(zhǎng)永磁同步電機(jī)使用周期，分析永磁同步電機(jī)的損耗是其重要手段。銅損PCu表達(dá)式鐵損PFe表達(dá)式d軸等效電路q軸等效電路機(jī)械損耗是定轉(zhuǎn)子與空氣之間阻力的摩擦和電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中軸承之間摩擦引起的，也是不可避免的一種損耗。降低機(jī)械損耗一般采用提高風(fēng)扇性能、選取摩擦系數(shù)小的新型材料或優(yōu)化結(jié)構(gòu)的方式。機(jī)械損耗會(huì)隨電機(jī)轉(zhuǎn)速增大而增大，電機(jī)在轉(zhuǎn)速較低工況下機(jī)械損耗降低。在建立永磁同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型時(shí)，為了方便分析，一般都將鐵損忽略。但在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，電機(jī)鐵損總是存在的。在同步旋轉(zhuǎn)d-q坐標(biāo)系中，考慮鐵損的永磁同步電機(jī)穩(wěn)態(tài)下的等效電路如下圖所示。q軸等效電路最優(yōu)效率輸出控制4.7.2基于損耗模型的最優(yōu)效率輸出控制根據(jù)d-q軸等效電路，永磁同步電機(jī)電壓方程如下d-q坐標(biāo)系下考慮鐵損的永磁同步電機(jī)的電流狀態(tài)方程式為電磁轉(zhuǎn)矩方程由經(jīng)典的Bertotti鐵損分離理論，鐵耗一般由磁滯損耗、渦流損耗及附加損耗三部分組成。單位質(zhì)量鐵芯總損耗為PFe永磁同步電機(jī)交直軸數(shù)學(xué)模型14永磁同步電機(jī)控制原理車用逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和工作原理2空間電壓矢量調(diào)制技術(shù)原理3過(guò)調(diào)制控制技術(shù)4永磁同步電機(jī)雙閉環(huán)矢量控制5內(nèi)置式永磁同步電機(jī)調(diào)速控制方案6最優(yōu)效率輸出控制7無(wú)位置傳感器控制8無(wú)位置傳感器控制4.8.1高頻激勵(lì)下的三相永磁同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型采用矢量控制方法，在某些工況下會(huì)面臨一些局限性。永磁同步電機(jī)(PMSM)常用矢量控制方法作為控制策略矢量控制需要獲取精確的轉(zhuǎn)子位置以進(jìn)行Park變換，通常是安裝機(jī)械式的位置傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)高分辨率傳感器價(jià)格昂貴，且會(huì)增加控制系統(tǒng)的不穩(wěn)定性無(wú)位置傳感器控制4.8.1高頻激勵(lì)下的三相永磁同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型內(nèi)置式三相PMSM，直軸和交軸電感不同，具有明顯的凸極高頻注入信號(hào)的頻率一般為0.5—2kHz，遠(yuǎn)高于電機(jī)基波頻率高頻注入時(shí)，電阻相當(dāng)于電抗小很多，因此PMSM模型可簡(jiǎn)化內(nèi)置式三相PMSM基波數(shù)學(xué)模型：在靜止坐標(biāo)系下：其中：高頻激勵(lì)下，三相PMSM簡(jiǎn)化方程：，分別稱為半差電感與平均電感為高頻電壓為高頻電流無(wú)位置傳感器控制4.8.1高頻激勵(lì)下的三相永磁同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型頻率選擇對(duì)于高頻信號(hào)頻率的選擇，要考慮最大基波勵(lì)磁的頻率、所需的估計(jì)帶寬、以及開(kāi)關(guān)頻率等因素高頻載波頻率不能過(guò)高，過(guò)高將會(huì)產(chǎn)生混雜信號(hào)、影響電機(jī)特性以及減小信噪比為了使載波信號(hào)的最小頻率與基波頻率有足夠大的頻譜分離空間，高頻信號(hào)頻率也不能過(guò)過(guò)低幅值選擇高頻載波信號(hào)幅值的下限受逆變器非線性因素、以及電流反饋值的影響載波信號(hào)幅值的上限由它所需的電能和它產(chǎn)生的噪聲等因素所決定逆變器影響當(dāng)所注入的高頻電壓信號(hào)是一個(gè)對(duì)稱的具有固定幅值的正（余）弦信號(hào)，逆變器的死區(qū)時(shí)間和直流母線電壓的變化將導(dǎo)致高頻信號(hào)電壓的變化，進(jìn)而帶來(lái)誤差最高頻率不超過(guò)開(kāi)關(guān)頻率的0.1倍，大于工作頻率的10倍減小或補(bǔ)償實(shí)際系統(tǒng)中的這種影響一般選擇額定電壓的0.1倍

無(wú)位置傳感器控制4.8.2高頻旋轉(zhuǎn)電壓注入法假設(shè)所注入的高頻信號(hào)為：將其轉(zhuǎn)換到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下：則在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中，高頻響應(yīng)電流為：其中正相序高頻電流分量的幅值為：其中負(fù)相序高頻電流分量的幅值為：則在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中，高頻響應(yīng)電流為：無(wú)位置傳感器控制4.8.2高頻旋轉(zhuǎn)電壓注入法為了提取負(fù)相序高頻電流響應(yīng)中的轉(zhuǎn)子位置信息：可通過(guò)帶通濾波器(BPF)濾除基波電流、逆變器功率器件開(kāi)關(guān)諧波分量通過(guò)同步軸系高通濾波器(SFF)，濾除正序電流成分。經(jīng)過(guò)濾波后，得到負(fù)相序高頻電流分量，這是可以用來(lái)跟蹤凸極的有用信號(hào)，其表達(dá)式為：無(wú)位置傳感器控制4.8.3高頻旋轉(zhuǎn)電壓注入法運(yùn)用外差法，可以得到跟蹤誤差信號(hào)的表達(dá)式：標(biāo)量形式的轉(zhuǎn)子位置PLL跟蹤觀測(cè)器的實(shí)現(xiàn)框圖外差法部分位置觀測(cè)器部分由外差法得到的跟蹤誤差信號(hào)，之后可通過(guò)位置觀測(cè)器得到所需要的位置信息無(wú)位置傳感器控制4.8.3高頻脈振電壓注入法脈振高頻電壓注入法只在估計(jì)的同步旋轉(zhuǎn)d-q坐標(biāo)系中的d軸上注入高頻正弦電壓信號(hào)，該信號(hào)在靜止坐標(biāo)系中是一個(gè)脈振的電壓信號(hào)。估計(jì)轉(zhuǎn)子與實(shí)際轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系之間的關(guān)系內(nèi)置式三相PMSM高頻數(shù)學(xué)模型：在估計(jì)轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中，高頻電壓與電流的關(guān)系：無(wú)位置傳感器控制4.8.3高頻脈振電壓注入法如用平均電感與半差電感，描述高頻電壓與電流的關(guān)系，則為：在估計(jì)的同步旋轉(zhuǎn)d-q坐標(biāo)系中的d軸上注入高頻正弦電壓信號(hào)為：此時(shí)，高頻響應(yīng)電流為：在通過(guò)帶通濾波器獲取高頻信號(hào)后，將其與同頻率的正弦信號(hào)相乘，隨后通過(guò)低通濾波器(Low-passfilter,LPF)處理，結(jié)果為無(wú)位置傳感器控制4.8.3高頻脈振電壓注入法當(dāng)轉(zhuǎn)子位置誤差足夠小時(shí)，則可把誤差信號(hào)線性化:基于脈振高頻電壓信號(hào)注入的無(wú)傳感器控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖將誤差信號(hào)注入位置觀測(cè)器，以獲得轉(zhuǎn)子位置信息無(wú)位置傳感器控制4.8.3高頻脈振電壓注入法為了提取位置誤差信號(hào)中的轉(zhuǎn)子位置信息：可以直接利用反正切函數(shù)來(lái)進(jìn)行估算，但反正切函數(shù)會(huì)引入噪聲，導(dǎo)致較大的估算位置誤差大因此采用位置觀測(cè)器，獲取所用的位置信息，常用的位置觀測(cè)器包括倫伯格觀測(cè)器、PI位置觀測(cè)器、ESO(Extended-State-Observer)觀測(cè)器等，將誤差跟蹤信號(hào)注入觀測(cè)器，即可得位置信息ESO(Extended-State-Observer)位置觀測(cè)器結(jié)構(gòu)框圖PI位置觀測(cè)器結(jié)構(gòu)框圖無(wú)位置傳感器控制4.8.3高頻脈振電壓注入法基于脈振高頻電壓注入法的Simulink仿真框圖高頻脈振電壓信號(hào)注入部分高頻電流信號(hào)處理及位置觀測(cè)部分無(wú)位置傳感器控制4.8.3高頻脈振電壓注入法基于脈振高頻電壓注入法的轉(zhuǎn)速估計(jì)結(jié)果無(wú)位置傳感器控制4.8.3高頻脈振電壓注入法基于脈振高頻電壓注入法的位置估計(jì)結(jié)果純電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)15新能源汽車典型驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)2新能源車變速系統(tǒng)3多電機(jī)分布式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)4純電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)15新能源汽車典型驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)2新能源車變速系統(tǒng)3多電機(jī)分布式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)4純電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)5.1.1純電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)純電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(PureElectricDriveSystem)是一種常見(jiàn)的新能源車配置形式，其動(dòng)力完全依賴于電機(jī)和電池組。與混合動(dòng)力系統(tǒng)不同，純電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)不包含內(nèi)燃機(jī)。電機(jī)通過(guò)電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)車輪。新能源汽車行業(yè)持續(xù)快速增長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)外銷量快速提升。預(yù)計(jì)隨著國(guó)內(nèi)新能源汽車相關(guān)激勵(lì)政策的不斷推進(jìn)以及新能源汽車新技術(shù)的發(fā)展，未來(lái)新能源車的滲透率將進(jìn)一步提高，2025年國(guó)內(nèi)/全球銷量有望達(dá)到1560/2410萬(wàn)輛。2017~2025E新能源汽車中國(guó)銷量（萬(wàn)輛）純電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)5.1.1純電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)環(huán)保性純電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)使用電能作為唯一能源，在行駛及作業(yè)過(guò)程中沒(méi)有廢氣及有害氣體排放，對(duì)環(huán)境保護(hù)具有重大意義。能量利用效率純電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有更高的能量利用效率。燃油車的發(fā)動(dòng)機(jī)能量利用效率較低，燃料燃燒釋放能量?jī)H有30%左右轉(zhuǎn)化為有效的機(jī)械功，其余70%能量轉(zhuǎn)換為熱量而浪費(fèi)掉。而電機(jī)的效率在80%~95%之間，純電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能量利用率可以達(dá)到90%。燃油經(jīng)濟(jì)性隨著電池技術(shù)的進(jìn)步和成本的降低，以及國(guó)家和地方的補(bǔ)貼政策，電動(dòng)汽車的運(yùn)營(yíng)成本正在逐步降低。尤其是在油價(jià)不斷上漲的背景下，電動(dòng)汽車的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)更加顯著。純電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相比燃油驅(qū)動(dòng)和混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相比較具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：不同車型購(gòu)入消費(fèi)和保養(yǎng)消費(fèi)純電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)5.1.1純電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中央控制單元中央控制單元不僅是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制中心，還要對(duì)整輛純電動(dòng)汽車的控制起到協(xié)調(diào)作用。根據(jù)加速踏板與制動(dòng)踏板的輸入信號(hào)，向驅(qū)動(dòng)控制器發(fā)出相應(yīng)的控制指令。驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)在純電動(dòng)汽車中被要求具備電機(jī)和發(fā)電機(jī)的雙重功能，即在正常行駛時(shí)發(fā)揮其主要的電機(jī)功能，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能;而在減速和下坡滑行時(shí)又被要求發(fā)揮其主要的發(fā)電機(jī)功能，將車輪的慣性動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能。純電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu)主要是由電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、底盤部分、車身構(gòu)架以及各種相關(guān)輔助裝置等部分組成。純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組純電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)5.1.1純電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)控制器電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)控制器（也稱為電機(jī)控制器）是電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)中的關(guān)鍵組件，它負(fù)責(zé)控制電機(jī)的運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的加速、減速、前進(jìn)和后退的控制。驅(qū)動(dòng)控制器的主要功能和作用包括電力轉(zhuǎn)換，電機(jī)控制，能量回收，熱保護(hù)功能，通信與監(jiān)控和調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)模式。機(jī)械傳動(dòng)裝置純電動(dòng)汽車機(jī)械傳動(dòng)裝置的作用是，將驅(qū)動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩傳輸給汽車的驅(qū)動(dòng)軸，帶動(dòng)汽車車輪行駛。電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是僅僅次于電池的核心部件，整車價(jià)值量占比約10%。電機(jī)、電控與電池是新能源車核心“三電”部件，電機(jī)電控整車價(jià)值量占比約10%，是僅次于電池核心部件。國(guó)內(nèi)電驅(qū)動(dòng)行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模（未考慮雙電機(jī)和48V）混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)混合動(dòng)力車輛的定義：泛指使用兩種以上的能源產(chǎn)生動(dòng)能驅(qū)動(dòng)的車輛，而驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以有一套或多套，可以共同驅(qū)動(dòng)車輛。插電式混合動(dòng)力車(plug-inhybridelectricvehicle，PHEV)，簡(jiǎn)稱插電混動(dòng)車或插混車，是混合動(dòng)力車輛的一個(gè)常見(jiàn)形式。與一般混合動(dòng)力車輛比較，PHEV的特征在于其充電電池除了可由車輛上的內(nèi)燃機(jī)所驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)充電外，也可以使用外部電源充電。增程式電動(dòng)車(extendedrangeelectricvehicle，EREV)，屬于混合動(dòng)力汽車的一種，原理為用發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行發(fā)電，電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的車輛。當(dāng)電池組電量充足時(shí)采用純電動(dòng)模式行駛，而當(dāng)電量不足時(shí)，車內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)為動(dòng)力電池充電。EREV在國(guó)內(nèi)目前劃歸為PHEV大類，管理方法與享受的政策基本相同。混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)各家車企的混動(dòng)技術(shù)背后實(shí)際上對(duì)應(yīng)了不同的技術(shù)路線混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)2013-2023年，中國(guó)PHEV、HEV、EREV的零售銷量（萬(wàn)輛）2013-2023年，PHEV、HEV、EREV在乘用車市場(chǎng)的滲透率PHEV：2013年起，比亞迪等企業(yè)開(kāi)始在PHEV市場(chǎng)進(jìn)行探索，但PHEV行業(yè)滲透率直到2020年也未能突破1%；2021年DM-i的推出改變了PHEV的大趨勢(shì)HEV（普通混動(dòng)）：豐田、本田的混動(dòng)產(chǎn)品此前一直是市場(chǎng)的主力供給，自主品牌于2021年起開(kāi)始加速混動(dòng)化EREV（增程式技術(shù)）：主要的驅(qū)動(dòng)力來(lái)自于理想汽車、賽力斯（東風(fēng)小康股份）等混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)30.9%30.1%23.4%17.3%23.4%22.2%15.7%14.5%18.3%0.6%0.3%0.2%3.1%3.7%4.7%10.1%10%0%5%15%20%25%30%35%2013

201420152016201720182019202020212022.1-5PHEV EREVPHEV在全部新能源車型中（HEV不計(jì)入新能源車型）的占比過(guò)去幾年在15%-30%之間浮動(dòng)，整體處于下行趨勢(shì)；但隨著比亞迪DM-i的推出，PHEV新能源滲透率2021年觸底回升。隨著理想、賽力斯、東風(fēng)嵐圖等企業(yè)的量產(chǎn)，EREV的占比自2019年以來(lái)快速增長(zhǎng)。2022年1-5月，PHEV、EREV在中的比例分別為18.3%、4.7%，合計(jì)占比為23%；純電車型的占比達(dá)到77%，仍然占據(jù)絕對(duì)大頭新能源車型。2013-2022年1-5月PHEV、EREV在整體新能源車型中的占比混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)混動(dòng)（PHEV+EREV+HEV）滲透率快速提升，2022年5月單月的混動(dòng)滲透率已達(dá)15%。2022年1-5月，PHEV、EREV、HEV在乘用車市場(chǎng)的滲透率分別達(dá)到了4.2%/1.1%/7.6%。其中，PHEV/EVER是今年以來(lái)增長(zhǎng)最快的細(xì)分賽道：1-5月，隨著比亞迪、長(zhǎng)城、理想、問(wèn)界等混動(dòng)車型銷量的迅速提升，PHEV、EREV的銷量分別同比+173%/+221%，HEV的銷量同比增長(zhǎng)+33%。PHEV和EREV已成為新能源汽車重要組成部分，2022年占比已達(dá)到23%。2017.1-2022.5我國(guó)新能源汽車零售量（單位：萬(wàn)輛）2017-2022年15月我國(guó)新能源汽車零售量（單位：萬(wàn)輛）混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作特性：汽油發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率最高可達(dá)40%+，但高效率區(qū)間較窄，僅在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及扭矩均適中的情況下效率最高。同時(shí)不同工況下熱效率差異極大，如擁堵工況下熱效率僅約20%左右，高速巡航狀態(tài)下熱效率可在35%以上。發(fā)動(dòng)機(jī)能夠在高效區(qū)間工作。相比純?nèi)加蛙嚕靹?dòng)車輛通過(guò)電池的充放電+電機(jī)的動(dòng)力輸出+能量回收，能夠調(diào)節(jié)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)功率和扭矩的需求，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)盡可能的在高效區(qū)間工作。發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性圖混動(dòng)車型工作原理混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)混合程度微混弱混中混強(qiáng)混電機(jī)布置P0P1P2P2.5P3P4動(dòng)力混合方式串聯(lián)并聯(lián)串并聯(lián)（混聯(lián)）牽引力復(fù)合傳動(dòng)方式開(kāi)關(guān)式功率分流式混動(dòng)的技術(shù)分類可以有4個(gè)方式，其中電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)的布置配合差別是不同混動(dòng)方案的核心差異，根絕混合程度，電機(jī)布置，動(dòng)力方式，傳動(dòng)方式，具體分類和辨別條件如下所示：混合動(dòng)力車型分類混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)功率和電動(dòng)機(jī)功率的比例進(jìn)行劃分微混：電動(dòng)機(jī)最大功率和發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率比≤5%;弱混：電動(dòng)機(jī)最大功率和發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率比為5%-15%;中混：電動(dòng)機(jī)最大功率和發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率比為15%-40%;強(qiáng)混：電動(dòng)機(jī)最大功率和發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率比為大于40%根據(jù)電機(jī)擺放位置進(jìn)行劃分P0：電機(jī)置于發(fā)動(dòng)機(jī)附近，通過(guò)皮帶相連，又叫伺服電機(jī)。P1：電機(jī)置于發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸上。P2：電機(jī)置于發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱之間。P3：電機(jī)置于變速箱末端。P4：電機(jī)獨(dú)立于發(fā)動(dòng)機(jī)，置于驅(qū)動(dòng)橋上(后輪)，可直驅(qū)車輪。發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)功率比較發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)布置形式差異混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)混動(dòng)的主要技術(shù)路線簡(jiǎn)介混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)5.2.1串聯(lián)式混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)串聯(lián)式混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)串聯(lián)式混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是一種混合動(dòng)力車輛的配置，其中燃油發(fā)動(dòng)機(jī)并不直接驅(qū)動(dòng)車輛的車輪。

在串聯(lián)式混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，燃油發(fā)動(dòng)機(jī)不直接參與到動(dòng)力傳輸過(guò)程中，而是作為一個(gè)電力供給單元存在。

電機(jī)是車輛的主要和唯一的驅(qū)動(dòng)力來(lái)源。這種系統(tǒng)通常也會(huì)配備動(dòng)力電池組，用于儲(chǔ)存多余的電能，以備不時(shí)之需，例如在發(fā)動(dòng)機(jī)效率低下或停機(jī)時(shí)提供額外動(dòng)力。混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)5.2.1串聯(lián)式混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)串聯(lián)架構(gòu)：采用發(fā)電機(jī)+驅(qū)動(dòng)電機(jī)或者雙電機(jī)/三電機(jī)形式（P1+P2/P4），發(fā)動(dòng)機(jī)不直接驅(qū)動(dòng)車輛，而通過(guò)發(fā)電機(jī)發(fā)電并通過(guò)驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛。優(yōu)點(diǎn)：①車輪由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，具有電動(dòng)化的駕駛體驗(yàn)，平順性好。②發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速隨輪速變化小，發(fā)動(dòng)機(jī)在高效區(qū)發(fā)電運(yùn)行。③結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，增程器與驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)高壓線連接，布置靈活。缺點(diǎn)：①發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法參與直驅(qū)，高速行駛能量流動(dòng)路徑長(zhǎng)，高速耗油高。②B級(jí)以上乘用車油耗明顯提高，虧電狀態(tài)下，動(dòng)力性較差。③高速NVH難控制。理想L9雙電機(jī)四驅(qū)系統(tǒng)示意圖奔馳S500PHEV混動(dòng)系統(tǒng)示意圖混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)5.2.2并聯(lián)式混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)并聯(lián)架構(gòu)：通常采用P2單電機(jī)+6-9擋變速器，發(fā)動(dòng)機(jī)與電機(jī)均可驅(qū)動(dòng)車輪。優(yōu)點(diǎn)：①發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)均可隨時(shí)介入，全速域動(dòng)力性強(qiáng)、適應(yīng)性好。②該架構(gòu)允許車輛保留傳統(tǒng)燃油車平臺(tái)的發(fā)動(dòng)機(jī)、機(jī)械多擋變速箱等部件，部件開(kāi)發(fā)和改造成本低。缺點(diǎn)：①單電機(jī)構(gòu)型無(wú)法同時(shí)實(shí)現(xiàn)發(fā)電和電驅(qū)動(dòng)，因此在虧電狀態(tài)下，動(dòng)力性與油耗表現(xiàn)均會(huì)受到影響，虧電低速油耗受影響最大。②軸向尺寸難以控制，緊湊性設(shè)計(jì)難度大。③變速機(jī)構(gòu)復(fù)雜，控制難度大，擋位多，平順性不易控制。并聯(lián)混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)單軸結(jié)構(gòu)圖混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)5.2.2并聯(lián)式混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)并聯(lián)式混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的模式可以分為：純電動(dòng)模式：

車輛僅由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)不工作。發(fā)動(dòng)機(jī)模式：

車輛僅由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)關(guān)閉或僅進(jìn)行能量回收。混合動(dòng)力模式

發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)共同驅(qū)動(dòng)車輛，電機(jī)提供輔助動(dòng)力。能量回收模式

在減速或制動(dòng)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)為發(fā)電機(jī)，將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能并存儲(chǔ)在電池中。怠速啟停模式

在車輛停止時(shí)自動(dòng)關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)以節(jié)省燃油，當(dāng)需要繼續(xù)行駛時(shí)快速重啟發(fā)動(dòng)機(jī)。并聯(lián)混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)雙軸結(jié)構(gòu)圖混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)并聯(lián)混動(dòng)的主要技術(shù)路線簡(jiǎn)介序號(hào)工作模式特征串聯(lián)并聯(lián)混聯(lián)1純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)√√√2純電動(dòng)回饋驅(qū)動(dòng)電機(jī)回饋√√√3串聯(lián)驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，同時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)回饋√×√4并聯(lián)驅(qū)動(dòng)-發(fā)動(dòng)機(jī)單驅(qū)發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)和發(fā)電機(jī)不工作×√√5并聯(lián)驅(qū)動(dòng)-兩動(dòng)力

驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)輔助驅(qū)動(dòng)×√√6并聯(lián)驅(qū)動(dòng)-發(fā)動(dòng)機(jī)單驅(qū)+發(fā)電發(fā)動(dòng)機(jī)單驅(qū)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)電×√√7并聯(lián)回饋驅(qū)動(dòng)電機(jī)回饋×√√8發(fā)動(dòng)機(jī)怠速發(fā)電發(fā)動(dòng)機(jī)原地怠速發(fā)電√√√混動(dòng)的不同工況：通過(guò)不同工作模式的切換，車輛能夠在各種工況下均取得相對(duì)最優(yōu)的油耗與性能。以串并聯(lián)架構(gòu)為例：典型的工況與工作模式的匹配包括：中低速以電驅(qū)為主，發(fā)動(dòng)機(jī)串聯(lián)模式發(fā)電。中高速加速模式，發(fā)動(dòng)機(jī)與電機(jī)共同為車輛加速。高速巡航模式，發(fā)動(dòng)機(jī)直驅(qū)。減速工況，電機(jī)進(jìn)行能量回收不同工作模式特征混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)5.2.3混聯(lián)式混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)混聯(lián)架構(gòu)：揚(yáng)長(zhǎng)補(bǔ)短，將成為混動(dòng)主流。。混聯(lián)式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(Series-ParallelHybridSystem)是將串聯(lián)式和并聯(lián)式兩種混合動(dòng)力系統(tǒng)的特點(diǎn)結(jié)合在一起的一種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。這種系統(tǒng)可以根據(jù)不同的駕駛條件和需求，在串聯(lián)和并聯(lián)模式之間切換，從而優(yōu)化車輛的性能和效率。混聯(lián)式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要由發(fā)動(dòng)機(jī)，電機(jī)，發(fā)電機(jī)，功率分配裝置，動(dòng)力耦合器，電力電子控制系統(tǒng)和控制單元組成，相比較并聯(lián)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和串聯(lián)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的組成，多了一個(gè)功率分流器，通過(guò)功率分流器靈活的動(dòng)力組合和智能控制，該系統(tǒng)能夠在不同駕駛條件下提供高效、環(huán)保和強(qiáng)勁的動(dòng)力輸出混聯(lián)驅(qū)動(dòng)模式結(jié)構(gòu)混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)5.2.3混聯(lián)式混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)行星齒輪零部件結(jié)構(gòu)電機(jī)齒輪零部件結(jié)構(gòu)串并聯(lián)架構(gòu)：采用P1+P3雙電機(jī)+1-3擋變速器/ECVT，發(fā)動(dòng)機(jī)與電機(jī)均可驅(qū)動(dòng)車輪，集成了串聯(lián)架構(gòu)和并聯(lián)架構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)并補(bǔ)足短板，例如比亞迪DM-i，吉利雷神動(dòng)力，長(zhǎng)城DHT均為串并聯(lián)架構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：①低速工況純電駕駛體驗(yàn)，高速工況可發(fā)動(dòng)機(jī)直驅(qū)；②單檔架構(gòu)平順性好，多檔架構(gòu)動(dòng)力性和油耗好。③綜合性能優(yōu)秀，無(wú)明顯短板。缺點(diǎn)：①相比并聯(lián)架構(gòu)，發(fā)動(dòng)機(jī)需達(dá)一定車速才能并入驅(qū)動(dòng)，低速工況動(dòng)力一定程度受限。②單檔架構(gòu)成本低、平順性好，但中高速油耗和動(dòng)力性偏弱；多檔架構(gòu)增加系統(tǒng)復(fù)雜性，平順性和NVH需要調(diào)教，但能夠改善動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，主機(jī)廠需要進(jìn)行平衡和取舍。混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)5.2.3混聯(lián)式混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)混聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分類在混聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)中，功率分流混聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)使用行星排作為功率分流裝置。當(dāng)行星排的太陽(yáng)輪、齒圈、行星架均不與機(jī)架連接時(shí)，行星排擁有兩個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度，不同于單輸入單輸出系統(tǒng)固定的輸入輸出關(guān)系，它可通過(guò)控制其中的一個(gè)輸入轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)另一輸入轉(zhuǎn)速與輸出轉(zhuǎn)速的解耦，因此擁有更大的調(diào)節(jié)自由度，也被稱作電子無(wú)級(jí)變速。在實(shí)際應(yīng)用中，通常使用功率分流裝置將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與車速解耦，在其前或其后并入電機(jī)解耦轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)功率的分流，達(dá)到優(yōu)化油耗的目的。混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)5.2.3混聯(lián)式混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)布置位置作用特點(diǎn)P0電機(jī)又稱BSG(Belt-driven

Starter

Generator)，通常位于發(fā)動(dòng)機(jī)前端傳動(dòng)帶，其通過(guò)傳動(dòng)帶與曲軸連接。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由曲軸帶動(dòng)發(fā)電，當(dāng)P0電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)曲軸啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，可提供動(dòng)力補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟停。是微混車型上常見(jiàn)的混動(dòng)關(guān)鍵部件。功率小，成本低，輔助發(fā)動(dòng)機(jī)為主。P1電機(jī)又稱ISG電機(jī)(Integrated

Starter

Generator)通常位于發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸上，離合器前，電機(jī)和曲軸轉(zhuǎn)速相等。與P0電機(jī)相仿，但功率更大，支持發(fā)動(dòng)機(jī)啟停、制動(dòng)能量回收，可用于為電池充電，同時(shí)可以輔助動(dòng)力輸出。目前P1電機(jī)多裝備在輕混車型上，此外，通常情況下P1電機(jī)無(wú)法直接驅(qū)動(dòng)汽車。功率較小，成本較低，仍然以輔助發(fā)動(dòng)機(jī)為主。P2電機(jī)電機(jī)通常位于離合器后變速器前，通過(guò)在發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器之間插入兩個(gè)離合器和一套電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)混動(dòng)。其工作邏輯為“發(fā)動(dòng)機(jī)->C1離合器->電機(jī)->C2離合器->變速器->差速器->車輪”。此外，P2電機(jī)可以驅(qū)動(dòng)汽車，實(shí)現(xiàn)純電行駛。短距離純電驅(qū)動(dòng)，成本較低P2.5電機(jī)又稱PS電機(jī)，通常位于P2和P3之間的一種混合動(dòng)力形式，將電機(jī)整合在變速器內(nèi)。其特殊的布置位置，使得P2.5電機(jī)兼具了變速器的作用，同時(shí)也可實(shí)現(xiàn)P2電機(jī)和P3電機(jī)的作用，只是P2.5電機(jī)在體積、制造成本與功率、扭矩兩端需要權(quán)衡。整合度高，相比P2電機(jī)和P3電機(jī)效率更高，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。P3電機(jī)電機(jī)通常位于變速器的輸出端，與發(fā)動(dòng)機(jī)共享一根輸出軸。通常P3電機(jī)比P2電機(jī)少一組離合器，故此，純電傳動(dòng)更為直接，更高效，更適合后驅(qū)車型。連接更直接，動(dòng)力輸出效率更高，注重動(dòng)力而非節(jié)能P4電機(jī)電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)不在同一根輸出軸上。通常配有P4電機(jī)的車型，屬于性能車型，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了純電工況下的四驅(qū)駕駛，相比傳統(tǒng)的差

速器更高效。可實(shí)現(xiàn)四驅(qū)，適用于性能車型，一般不會(huì)單獨(dú)使用。混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)5.2.3混聯(lián)式混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)P0電機(jī)：歐系車企廣泛應(yīng)用的48V技術(shù)就是P0架構(gòu)，單獨(dú)使用效果比較弱。P0架構(gòu)的技術(shù)和結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，應(yīng)用也相對(duì)廣泛。自動(dòng)啟停系統(tǒng)就是典型的P0架構(gòu)。P0混動(dòng)就是把FEAD換成了一個(gè)比較大的BSG電機(jī)，并配備了一塊容量更大的電池，能夠勝任帶動(dòng)空調(diào)的壓縮機(jī)與輔助發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的工作。可以直接將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速直接帶到更高效的區(qū)間，再點(diǎn)火啟動(dòng)。P0架構(gòu)可以提升發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率，還能增加發(fā)動(dòng)機(jī)介入時(shí)整套混動(dòng)系統(tǒng)的平順性。P0電機(jī)替代了傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)車的逆變器（圖中的Alt）混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)5.2.3混聯(lián)式混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：在車輛行駛過(guò)程中，P0架構(gòu)電機(jī)可以將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速直接帶到更高效的區(qū)間，再點(diǎn)火啟動(dòng)，可以提升發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率，還能有效增加發(fā)動(dòng)機(jī)介入時(shí)整套混動(dòng)系統(tǒng)的平順性。同時(shí)其發(fā)電效率高，與發(fā)動(dòng)機(jī)皮帶端連接，只要發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，P0架構(gòu)電機(jī)便可以持續(xù)發(fā)電并儲(chǔ)存到電池中。缺點(diǎn)：功率小（~10kw），只能應(yīng)用于自動(dòng)啟停系統(tǒng)及48V弱混。P0電機(jī)只能通過(guò)串聯(lián)的方式將動(dòng)力傳遞給車輪，所以電機(jī)不能脫離發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)車輛，不存在純電模式，只是一個(gè)輔助角色，對(duì)于節(jié)油還是性能都都沒(méi)有太大幫助。吉利汽車的MHEV（48V）輕混動(dòng)力總成P0電機(jī)所處的位置混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)5.2.3混聯(lián)式混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)P1電機(jī)是P0電機(jī)的鄰居，又稱ISG電機(jī)。P1電機(jī)位于發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸后端，它是將ISG（盤式一體化起動(dòng)機(jī)/發(fā)動(dòng)機(jī)）連接在了發(fā)動(dòng)機(jī)上，取代了傳統(tǒng)的飛輪，發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸則充當(dāng)了ISG電機(jī)的轉(zhuǎn)子。P0架構(gòu)讓發(fā)電機(jī)集成了啟動(dòng)電機(jī)的功能，但仍然需要飛輪，而P1架構(gòu)讓啟動(dòng)電機(jī)具備了驅(qū)動(dòng)和逆變器發(fā)電的功能，但仍然需要FEAD。常見(jiàn)的P1電機(jī)的結(jié)構(gòu)奔馳M254發(fā)動(dòng)機(jī)搭載的P1電機(jī)有15kW的功率輸出混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)5.2.3混聯(lián)式混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)P2電機(jī)優(yōu)點(diǎn)：P2電機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，位置在發(fā)動(dòng)機(jī)外殼之外，可以單獨(dú)驅(qū)動(dòng)車輪以實(shí)現(xiàn)純電行駛的模式。其可變性和兼容性遠(yuǎn)好于P0電機(jī)和P1電機(jī)，P2架構(gòu)在發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱之間可以布局1組或2組離合器，共產(chǎn)生了3種布局形式。單獨(dú)使用P2架構(gòu)是典型的并聯(lián)式混動(dòng)的方案，大眾的P2+雙離合以及長(zhǎng)安汽車的藍(lán)鯨iDD都屬于此，內(nèi)燃機(jī)、變速箱部分調(diào)整小。P2電機(jī)缺點(diǎn)：油耗相對(duì)難控制、饋電能力弱：“并聯(lián)式”在混合動(dòng)力模式下，發(fā)動(dòng)機(jī)不能保證一直在最佳轉(zhuǎn)速下工作，油耗比較高。只有在堵車時(shí)因?yàn)榭梢宰詭Оl(fā)動(dòng)機(jī)啟停功能，油耗才會(huì)低。常見(jiàn)的P2架構(gòu)的3種電機(jī)布局形式奧迪A3的P2電機(jī)架構(gòu)是典型的德系并聯(lián)歡動(dòng)，電機(jī)峰值75kW混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)5.2.3混聯(lián)式混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)純電模式：兩根輸入軸都解耦，然后由電機(jī)通過(guò)變速箱的偶數(shù)軸輸出動(dòng)力驅(qū)動(dòng)車輛，傳動(dòng)效率更好。發(fā)動(dòng)機(jī)+電機(jī)的串聯(lián)模式：電機(jī)所在的偶數(shù)軸耦合，發(fā)動(dòng)機(jī)與電機(jī)以同樣的傳動(dòng)比輸出。發(fā)動(dòng)機(jī)直驅(qū)：變速箱奇數(shù)軸耦合，發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)這根軸直接驅(qū)動(dòng)車輛行駛。P2.5電機(jī)架構(gòu)是基于雙離合變速器（DCT）演變出的一種介于P2和P3之間的架構(gòu)，由于雙離合變速器是需要在兩根輸入軸之間進(jìn)行切換，即可以將電機(jī)集成在其中一根軸上，一般選擇偶數(shù)擋位的軸。總共有三個(gè)工況：P2.5架構(gòu)的運(yùn)行原理圖混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)5.2.3混聯(lián)式混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)需要長(zhǎng)時(shí)間的經(jīng)驗(yàn)積累。吉利汽車此前的博瑞GE在量產(chǎn)后，饋電油耗不及預(yù)期。另外，雙離合變速箱的偶數(shù)軸要比奇數(shù)軸承受更大的扭矩，這會(huì)導(dǎo)致兩軸與離合器磨損程度不一致；另外，P2.5電機(jī)集成在變速箱內(nèi)部會(huì)增加維修成本，不論變速箱故障還是電動(dòng)機(jī)故障，都需要拆卸變速箱總成。吉利星越搭載P2.5電機(jī)優(yōu)點(diǎn)：相比P2電機(jī)架構(gòu)，P2.5電機(jī)架構(gòu)的傳動(dòng)效率更高。相比P3電機(jī)架構(gòu)，P2.5可以節(jié)省空間。同時(shí)電機(jī)的體積和成本相對(duì)可控。對(duì)于使用雙離合變速器的車型，P2.5電機(jī)可以改善換擋頓挫和變速箱磨損的缺點(diǎn)。缺點(diǎn)：混動(dòng)介入時(shí)的頓挫感會(huì)比較明顯，很難消除。結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，無(wú)論是制造還是標(biāo)定對(duì)系統(tǒng)的匹配度提出了很高的考驗(yàn)，混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)5.2.3混聯(lián)式混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)P3電機(jī)：驅(qū)動(dòng)效率高，但幾乎沒(méi)有單獨(dú)使用P3架構(gòu)的混動(dòng)優(yōu)點(diǎn)：P3架構(gòu)的電機(jī)位于變速箱輸出端，動(dòng)力傳遞路徑不經(jīng)過(guò)變速箱，純電驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)能量回收的效率更高；在車輛制動(dòng)或者下坡等路況，車輪反轉(zhuǎn)產(chǎn)生的制動(dòng)能也能更直接的通過(guò)傳動(dòng)軸反饋給電機(jī)充電。工程師如何將缺點(diǎn)變廢為寶：因?yàn)殡姍C(jī)無(wú)法與變速箱或發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行整合，需要占用額外的體積，所以P3架構(gòu)適用于大空間車型。因?yàn)镻3電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)中間隔著變速箱以及離合器，需要增加一個(gè)P0或者P1位置的電機(jī)來(lái)填補(bǔ)功能欠缺，同時(shí)新增的電機(jī)的功率不能太低。P3電機(jī)所處的位置屬于變速箱的輸出端2013年的比亞迪秦DM（二代）是單P3架構(gòu)混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)5.2.3混聯(lián)式混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：不需要傳動(dòng)軸也能四驅(qū)，提供強(qiáng)大的動(dòng)力輸出。缺點(diǎn)：對(duì)整個(gè)P4電機(jī)所在的車架進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，比如電動(dòng)后驅(qū)需要新增兩個(gè)半軸等；動(dòng)力切換會(huì)明顯降低車輛的操控性以及舒適性；饋電狀態(tài)下P4電機(jī)的架構(gòu)是混動(dòng)系統(tǒng)的油耗累贅。P4電機(jī)：和發(fā)動(dòng)機(jī)不同軸，主要用于實(shí)現(xiàn)電動(dòng)后驅(qū)，提供強(qiáng)大動(dòng)力輸出P4架構(gòu)在混動(dòng)車型中主要用于驅(qū)動(dòng)后橋的電機(jī)，不需要傳動(dòng)軸也能四驅(qū)，但無(wú)法單獨(dú)存在于混動(dòng)架構(gòu)中，需要搭配其他電機(jī)共同作用。輪邊電機(jī)或者輪轂電機(jī)也可以被歸納為P4架構(gòu)。寶馬i8的P0+P4架構(gòu)示意圖新能源車變速系統(tǒng)新能源車變速系統(tǒng)新能源車變速系統(tǒng)指的是用于電動(dòng)汽車(EV)、混合動(dòng)力汽車(HEV)、插電式混合動(dòng)力汽車(PHEV)和燃料電池汽車(FCEV)等新能源車輛的傳動(dòng)系統(tǒng)。與傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)汽車相比，新能源車變速系統(tǒng)在純電動(dòng)汽車中起到減速增扭的作用，在混動(dòng)車系統(tǒng)中，新能源車變速系統(tǒng)起到動(dòng)力耦合與動(dòng)力分流的作用。新能源車變速系統(tǒng)通常具有不同的設(shè)計(jì)和工作原理，以優(yōu)化新能源車動(dòng)力系統(tǒng)的效率和性能。DHT結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)新能源車變速系統(tǒng)5.3.1純電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)多檔減速器純電動(dòng)汽車減速器的主要功能有如下兩點(diǎn)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換：電機(jī)通常工作在高轉(zhuǎn)速范圍，但車輛行駛需要較低的車輪轉(zhuǎn)速。減速器通過(guò)齒輪傳動(dòng)將電機(jī)的高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為適合驅(qū)動(dòng)車輪的低轉(zhuǎn)速。扭矩放大：由于減速器的齒輪比設(shè)計(jì)，它能夠?qū)㈦妱?dòng)機(jī)的低扭矩轉(zhuǎn)換為較高的扭矩，從而滿足車輛在起步、加速和爬坡等工況下的扭矩需求。兩檔式動(dòng)力不中斷變速器結(jié)構(gòu)純電動(dòng)汽車減速器是用于電動(dòng)汽車中的一個(gè)關(guān)鍵傳動(dòng)部件。其主要功能是將電動(dòng)機(jī)輸出的高轉(zhuǎn)速、低扭矩轉(zhuǎn)換為適合驅(qū)動(dòng)車輪的低轉(zhuǎn)速、高扭矩，從而提高車輛的動(dòng)力性能和行駛效率。新能源車變速系統(tǒng)5.3.1純電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)多檔減速器純電動(dòng)汽車減速器廣泛應(yīng)用于各類電動(dòng)汽車中，從輕型電動(dòng)車輛到高性能電動(dòng)轎車。例如，特斯拉的ModelS和Model3都采用了高效的行星齒輪減速器，以提供強(qiáng)勁的加速性能和高效的能量利用。兩檔式不中斷減速器是一種用于純電動(dòng)汽車的先進(jìn)傳動(dòng)系統(tǒng)，旨在在不同的駕駛條件下提供更佳的動(dòng)力輸出和能效。這種減速器允許電動(dòng)汽車在行駛過(guò)程中在兩個(gè)不同的檔位之間切換，而不會(huì)中斷動(dòng)力傳遞，從而提供更好的駕駛體驗(yàn)和效率。兩擋無(wú)動(dòng)力中斷變速器結(jié)構(gòu)及傳遞路線新能源車變速系統(tǒng)5.3.2混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)專用變速器目前，混合動(dòng)力變速器研發(fā)方向分為兩類：一類是拓?fù)涫交旌蟿?dòng)力變速器，其主要是在傳統(tǒng)變速器的基礎(chǔ)上進(jìn)行了一定的電氣改造而來(lái)；另一類是專為混合動(dòng)力設(shè)計(jì)的變速器(DedicatedHybridTransmission，DHT)。DHT采用高效發(fā)動(dòng)機(jī)和高密度高效率電機(jī)作為基礎(chǔ)動(dòng)力源，并針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和電驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力輸出特性進(jìn)行專項(xiàng)研發(fā)設(shè)計(jì)。混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)變速器是一種用于混合動(dòng)力汽車的傳動(dòng)系統(tǒng)。混合動(dòng)力汽車變速器相較于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的變速器功能發(fā)生了較大的改變，需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)電機(jī)等多個(gè)動(dòng)力源輸出扭矩進(jìn)行耦合，之后再進(jìn)一步傳遞至車輛半軸。混合動(dòng)力系統(tǒng)動(dòng)力耦合變速箱結(jié)構(gòu)新能源車變速系統(tǒng)5.3.2混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)專用變速器序號(hào)運(yùn)行模式描述1單電機(jī)純電動(dòng)由電機(jī)EM2單獨(dú)驅(qū)動(dòng)車輛。2雙電機(jī)純電動(dòng)電機(jī)EM1和電機(jī)EM2聯(lián)合驅(qū)動(dòng)車輛。3串聯(lián)增程模式發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)EM1發(fā)電作為APU，電機(jī)EM2驅(qū)動(dòng)車輛。發(fā)動(dòng)機(jī)不直接驅(qū)動(dòng)車輛。4并聯(lián)驅(qū)動(dòng)模式并聯(lián)驅(qū)動(dòng)模式1：發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)EM1聯(lián)合驅(qū)動(dòng)車輛。并聯(lián)驅(qū)動(dòng)模式2：發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)EM2聯(lián)合驅(qū)動(dòng)車輛。并聯(lián)驅(qū)動(dòng)模式3：三個(gè)動(dòng)力源聯(lián)合驅(qū)動(dòng)車輛。5發(fā)動(dòng)機(jī)直驅(qū)模式發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)車輛。6駐車充電模式發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)EM1發(fā)電補(bǔ)充電池電能。7行車充電模式發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛的同時(shí)，帶動(dòng)電機(jī)EM1發(fā)電為電池補(bǔ)充電量。8單電機(jī)制動(dòng)能量回收模式電機(jī)EM2提供部分或者全部的制動(dòng)阻力矩，給車輛減速的同時(shí)，將慣性動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能儲(chǔ)存。9雙電機(jī)制動(dòng)能量回收模式雙電機(jī)提供部分或全部的制動(dòng)阻力矩，給車輛減速的同時(shí)，將慣性動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能儲(chǔ)存。DHT混合動(dòng)力汽車基于上述多種工作模式實(shí)現(xiàn)全工況覆蓋。排除部分效率較低的模式，確定以下五類共九種工作模式，分別是：純電動(dòng)模式（電機(jī)EM2驅(qū)動(dòng)、雙電機(jī)共同驅(qū)動(dòng)）發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式混合驅(qū)動(dòng)模式（串聯(lián)增程模式、并聯(lián)驅(qū)動(dòng)模式）充電模式（駐車充電模式、行車充電模式）制動(dòng)回收模式（單電機(jī)制動(dòng)回收、雙電機(jī)制動(dòng)回收）

DHT混合動(dòng)力車工作模式多電機(jī)分布式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)5.4.1分布式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)常見(jiàn)的分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車有輪邊電機(jī)和輪轂電機(jī)兩種方式，通過(guò)將電機(jī)直接安裝在車輪上或者通過(guò)半軸與車輪連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛動(dòng)力的直接控制。與傳統(tǒng)的中央電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相比，多電機(jī)分布式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有更高的靈活性和效率。分布式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由兩個(gè)或多個(gè)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)各自的車輪，電機(jī)通過(guò)控制轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速來(lái)驅(qū)動(dòng)車輪運(yùn)動(dòng)。與傳統(tǒng)的中置式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相比，分布式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)取消了中間差速器的力矩傳遞，使得電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)車輪，傳動(dòng)鏈更為簡(jiǎn)單、緊湊。比亞迪分布式驅(qū)動(dòng)180°轉(zhuǎn)彎多電機(jī)分布式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)5.4.1分布式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)多電機(jī)控制技術(shù)是新能源汽車電機(jī)控制技術(shù)的重要研究方向之一，通過(guò)多電機(jī)控制技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)多電機(jī)并行、串聯(lián)、混合等多種驅(qū)動(dòng)形式，從而實(shí)現(xiàn)功率輸出更加平穩(wěn)、高效的效果。多電機(jī)控制技術(shù)的應(yīng)用在新能源汽車中尤為重要，特別對(duì)于一些高端車型，如豪華版電動(dòng)汽車，采用多電機(jī)控制技術(shù)，可以對(duì)車輛的操控性、安全性和穩(wěn)定性產(chǎn)生更積極的影響多電機(jī)結(jié)構(gòu)分類多電機(jī)分布式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)5.4.1分布式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以下是多電機(jī)分布式結(jié)構(gòu)的主要類型及其應(yīng)用特點(diǎn)：雙電機(jī)分布式結(jié)構(gòu)：在前后車軸分別安裝一個(gè)電動(dòng)機(jī)，常用于全輪驅(qū)動(dòng)車型，提供更好的牽引力和動(dòng)力分配，增強(qiáng)車輛的穩(wěn)定性和操控性能。四電機(jī)分布式結(jié)構(gòu)：在每個(gè)車輪上分別安裝一個(gè)電動(dòng)機(jī)，通常用于高性能電動(dòng)車或越野車，每個(gè)車輪的獨(dú)立控制提供卓越的扭矩矢量控制和極高的靈活性，適合復(fù)雜路況和高性能駕駛。混合多電機(jī)分布式結(jié)構(gòu)：組合使用雙電機(jī)和四電機(jī)結(jié)構(gòu)，前后車軸的電動(dòng)機(jī)數(shù)量和位置根據(jù)需要靈活配置，通過(guò)靈活配置電動(dòng)機(jī)數(shù)量和位置，優(yōu)化不同駕駛條件下的性能和效率。輪轂電機(jī)結(jié)構(gòu)：電機(jī)和減速機(jī)構(gòu)直接內(nèi)置在車輪輪轂中，這種結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)更加簡(jiǎn)化的傳動(dòng)系統(tǒng)，減輕車輛簧上質(zhì)量，提高車輛的操作穩(wěn)定性，并且對(duì)汽車底板的電池空間設(shè)計(jì)提供更大的設(shè)計(jì)靈活性。四輪扭矩分配輪轂電機(jī)多電機(jī)分布式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)5.4.2分布式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)基本原理常見(jiàn)的輪邊電機(jī)和輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車的主要采用方式。輪邊電機(jī)驅(qū)動(dòng)形式是將驅(qū)動(dòng)電機(jī)安放于副車架上，驅(qū)動(dòng)輪從其對(duì)應(yīng)側(cè)輸出軸獲取驅(qū)動(dòng)力。輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)形式是將電機(jī)和減速機(jī)構(gòu)直接放在輪輞中，取消了半軸、萬(wàn)向節(jié)、差速器、變速器等傳動(dòng)部件。輪邊電機(jī)驅(qū)動(dòng)型式和輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)型式均具有結(jié)構(gòu)緊湊、車身內(nèi)部空間利用率高、整車重心低、行駛穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。分布式驅(qū)動(dòng)底盤結(jié)構(gòu)多電機(jī)分布式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)5.4.2分布式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)基本原理

當(dāng)前階段，輪邊驅(qū)動(dòng)電機(jī)在新能源車上應(yīng)用還是比較廣泛，例如部分版本的特斯拉ModelS配備了輪邊電機(jī)，提高了車輛的操控性和動(dòng)力輸出，奧迪e-tron也采用了輪邊電機(jī)，提供了更好的四輪驅(qū)動(dòng)和動(dòng)力分配。主要構(gòu)成和功能如下:減速器：為了適應(yīng)不同車型的需求，輪邊電機(jī)需要與減速器配合使用，以實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛速度和扭矩的控制。控制器：控制器是輪邊電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制核心，它根據(jù)駕駛員的操作指令和車輛的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)輪邊電機(jī)進(jìn)行精確控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛動(dòng)力的調(diào)節(jié)。傳動(dòng)軸：傳動(dòng)軸是連接輪邊電機(jī)和車輪的關(guān)鍵部件。制動(dòng)器：負(fù)責(zé)在車輛停止或減速時(shí)，將輪邊電機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，回饋到電池組中。

輪邊電機(jī)結(jié)構(gòu)圖多電機(jī)分布式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)5.4.3分布式驅(qū)動(dòng)應(yīng)用多電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在市場(chǎng)上收到的關(guān)注也越來(lái)越多，許多車企都將多電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)作為新能源車發(fā)展的下一個(gè)方向，2023年，比亞迪發(fā)布易四方平臺(tái)，正式推出仰望品牌下第一款四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)SUV車型仰望U8。仰望U8采用輪邊電機(jī)和減速器的驅(qū)動(dòng)形式，是第一臺(tái)量產(chǎn)的四電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)車型。輪邊電機(jī)直接安裝在車輪上，減少減少了傳統(tǒng)中央電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的能量傳輸損失，提高了整個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的效率。此外，輪邊電機(jī)還可以通過(guò)制動(dòng)器將動(dòng)能回饋到電池組中，進(jìn)一步提高能量利用率。比亞迪e4分布式底盤比亞迪量產(chǎn)仰望U8外形多電機(jī)分布式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)5.4.3分布式驅(qū)動(dòng)應(yīng)用全世界范圍內(nèi)電動(dòng)車多電機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)正在不斷加強(qiáng)，許多汽車制造商正積極研發(fā)和推出搭載多電機(jī)系統(tǒng)的電動(dòng)車型，以提高車輛的性能、效率和駕駛體驗(yàn)。特斯拉的ModelS、ModelX、Model3和ModelY等車型，均有雙電機(jī)全輪驅(qū)動(dòng)版本，每個(gè)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)前后軸，實(shí)現(xiàn)更好的動(dòng)力分配和操控性。新發(fā)布的特斯拉ModelSPlaid和ModelXPlaid車型，采用三電機(jī)系統(tǒng)（一個(gè)前電機(jī)和兩個(gè)后電機(jī)），提供極高的性能水平，包括更快的加速和更高的最高速度。奔馳新推出的概念車EQE好EQS采用多電機(jī)系統(tǒng)，提升性能和駕駛體驗(yàn)。特斯拉Model系列三電機(jī)布局多電機(jī)分布式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)5.4.3分布式驅(qū)動(dòng)應(yīng)用特種車輛多電機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)展正在迅速推進(jìn)，尤其是在軍用、礦用、建筑和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。多電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由于其靈活的動(dòng)力分配能力，能夠更好地適應(yīng)各種復(fù)雜的工作環(huán)境，如極寒、高溫、泥濘或崎嶇地形等。國(guó)內(nèi)外許多廠商在特種車輛上也有應(yīng)用，中聯(lián)重科集團(tuán)的特種車輛采用純電驅(qū)動(dòng)，在礦山，礦場(chǎng)領(lǐng)域有較為廣泛的應(yīng)用，結(jié)合自動(dòng)駕駛和智能控制技術(shù)，多電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)將進(jìn)一步提高特種車輛的自動(dòng)化水平和工作效率。特種車輛分布式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)多電機(jī)分布式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)5.4.4分布式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析四輪輪轂式分布驅(qū)動(dòng)的汽車(Four-WheelIndependentHubMotorDrivenVehicle，F(xiàn)WID-EV)是一種新型的分布式驅(qū)動(dòng)純電動(dòng)汽車，具有動(dòng)力傳動(dòng)效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、四個(gè)力矩可控以及易于實(shí)現(xiàn)智能化等優(yōu)點(diǎn)成為各大高校和科研院所的研究熱點(diǎn)。四輪輪轂式分布驅(qū)動(dòng)的底盤布置形式更為緊湊，布置汽車零件更為便利，省去了部分傳動(dòng)元件，提升了車輛的輕量化，乘客的乘坐舒適感更高。四輪輪轂驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)多電機(jī)分布式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)5.4.4分布式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析輪轂電機(jī)汽車結(jié)構(gòu)圖汽車在轉(zhuǎn)向過(guò)程中的穩(wěn)定性是保證車輛安全行駛的關(guān)鍵要素，如何設(shè)計(jì)車輛的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性控制算法也是汽車研究的一個(gè)主要方向。四輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車的每個(gè)車輪都能單獨(dú)控制，四個(gè)車輪分配到的力矩可以各不相同，既可以是驅(qū)動(dòng)力矩也能是制動(dòng)力矩，在控制算法設(shè)計(jì)上比傳統(tǒng)車輛更加靈活，利用這一特點(diǎn)研發(fā)人員可以根據(jù)實(shí)際運(yùn)行狀況進(jìn)行轉(zhuǎn)矩分配，設(shè)計(jì)出比傳統(tǒng)汽車穩(wěn)定性裝置動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性更佳的控制系統(tǒng)。輪轂電機(jī)兩種形式磁通電機(jī)結(jié)構(gòu)多電機(jī)分布式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)5.4.4分布式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析根據(jù)牛頓第二定律，車輛的動(dòng)力學(xué)方程如下：縱向運(yùn)動(dòng)為：同理可得車輛質(zhì)心橫向運(yùn)動(dòng)方程為：車輛質(zhì)心處的橫擺運(yùn)動(dòng)方程為：Iz

為車輛繞質(zhì)心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。四輪分布式驅(qū)動(dòng)七自由度模型多電機(jī)分布式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)5.4.4分布式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析為了將上文所述的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性控制和力矩分配用于車輛上，就必須先建立能夠反映實(shí)際汽車行駛狀況的仿真模型，通過(guò)修改Carsim仿真軟件中的動(dòng)力系統(tǒng)完成仿真平臺(tái)的搭建，通過(guò)在Simulink中搭建閉環(huán)速度模型得到車輛行駛所需的驅(qū)動(dòng)力矩，最后聯(lián)合仿真搭建整車模型。正確