在國外，目前己有不少的電動汽車投入使用。

如：美國通用汽車公司開發(fā)的ev1電動轎車克萊斯勒公司開發(fā)的epic電動旅行車；日本本田公司的evplus轎車，日產(chǎn)（北美）公司開發(fā)的altra6座電動旅行車；德國寶馬公司的bmwel新型電動汽車。在我國電動汽車研究己經(jīng)列入國家“十五”

863計劃，成為重點項目。目前己有洛陽拖拉機研究所研制的it510ec電動轎車遠望工業(yè)公司開發(fā)的遠望yw6-120dd電動公共汽車等。但是盡管電動汽車得到不斷的發(fā)展，但仍然有些關鍵技術亟待解決1.如：（1）輕型、堅固、低空氣動力阻力和低滾動阻力的底盤和車體技術；（2）高功率密度和高運行效率的電機驅動技術；（3）高功率密度、高能量密度和長壽命的蓄電池或其他的儲能技術；（4）智能化的能量管理系統(tǒng)；（5）高效率、高可靠性電池充電系統(tǒng)和基礎設施技術。本文就電動汽車的關鍵技術之一電動車用電機及電機驅動技術做一探討。

1驅動系統(tǒng)結構及電機的特點電動汽車包括混合電動汽車（hev），純電動汽車（ev）燃料電池汽車（fcev）各電動汽車的典型結構分別如21、131、12.純電動汽車主體部分結構框圖盡管電力驅動系統(tǒng)在各種類型的電動汽車中的布置及結構稍有區(qū)別，但均包括以下幾部分：電機驅動裝置、機械傳動裝置和車輪，其中機械減速器有時可省略。不論電動汽車的驅動系統(tǒng)采用哪種布置方式，其電機驅動裝置的結構基本上都相同，主要由三個部分組成：電動機、功率轉換器和電子控制器，它是電動汽車驅動系統(tǒng)的核心151.串聯(lián)式混合動力電動汽車結構框圖電動汽車使用的電機通常要求能夠頻繁地啟動、停車；加速、減速。低速行駛或爬坡時要求電動機高轉矩運行；高速行駛時要求電動機低轉矩運行，變速范圍要大。對電動汽車驅動電動機性能的要求有：（1）要有4 ~5倍的過載能力滿足短時內(nèi)加速行駛與最大爬坡度的要求；（2）最高轉速應能達到基速的3~5倍；（3）要求電動機高功率密度和高效率，即在較寬的轉速和轉矩范圍內(nèi)都有較高的效率；（4）可控性高，穩(wěn)態(tài)精度高，動態(tài)性能好且能夠多機協(xié)調運行；（5）在較惡劣的環(huán)境中也能夠正常工作；（6）制動再生效率高；（7）價格合理。

2驅動系統(tǒng)用電機的種類及控制方法目前電動汽車驅動電動機主要有：直流電動），感應電動機（m），永磁電動機（bdcm和pmsm）和開關磁阻電動機（srm）。由于直流電動機的轉矩一速度特性符合牽引特性的要求，且速度控制比較簡單而被率先用于電動汽車。但直流電動機有整流器，因而需要經(jīng)常性的維護。

目前，由于技術的發(fā)展，無整流器（無刷）電動機的發(fā)展進入一個新時期。與直流電動機相比，它具有效率高、功率密度高、生產(chǎn)成本低和免維護等優(yōu)點。由于電動汽車首先考慮的是提高可靠性和降低生產(chǎn)成本，因而無整流器電動機開始引起人們的注意。無整流器電動機包括感應（異步）電動機、永磁同步電動機（無刷直流電動機）和開關磁阻電機等。作為無整流器電動機，感應電動機技術成熟、可靠性好、無需維護，因而被廣泛應用于電動汽車上。此外，永磁電動機用永磁體產(chǎn)生磁場，因而能達到更高的效率和功率密度，所以永磁電動機在電動汽車的應用也在不斷長。

21直流電機及控制技術直流電機的驅動特性如所示。從圖中可以看出直流電機在基本轉速nb以下運行于恒轉矩區(qū)，基本轉速以上運行于恒功率區(qū)。它的這種特性很適合汽車對動力源低速高轉矩、高速低轉矩的要求，而且直流電機結構簡單，易于平滑調速，控制技術成熟，所以直到20世紀80年代中期，它仍是國內(nèi)外的主要研發(fā)對象。幾乎所有早期的電動車都采用直流電機驅動系統(tǒng)。但是直流電機的效率和轉速相對較低，運行時需要電刷和機械換向裝置，機械換向結構易產(chǎn)生電火花，不宜在多塵、潮濕、易燃易爆環(huán)境中使用，其換向器維護困難，很難向大容量、高速度發(fā)展。此外，電火花產(chǎn)生的電磁干擾，對高度電子化的電動汽車來說將是致命的。直流電機價格高、體積和重量大。隨著控制理論和電力電子技術的發(fā)展，直流驅動系統(tǒng)與其它驅動系統(tǒng)相比，己大大處于劣勢。因此，目前國外各大公司研制的電動車電氣驅動系統(tǒng)己逐漸淘汰了直流驅動系統(tǒng)。

電動汽車直流電機驅動系統(tǒng)中的直流電機通常采用串勵電機或他勵電機。當電動汽車制動和減速時，一般采用再生制動。再生制動是利用直流電機可以從電動機運行狀態(tài)平滑地轉換到發(fā)電機運行狀態(tài)這一特性。此時，電機轉矩方向與轉速方向相反，電機吸收機械能，把機械能轉化為電能儲存起來，可節(jié)省能量。直流電機的控制器采用的是斬波控制器（又稱電壓斬波器），它是直流電源和負載電機之間的一個周期性通斷的開關控制裝置，它的作用是通過改變供給直流電機的電壓，來控制電機的轉速和轉矩。

在調節(jié)電樞電壓的直流調速系統(tǒng)中，為了獲得可調的直流電壓，也可利用電力電子元件的可控性能，采用脈寬調制技術，直接將恒定的直流電壓調制成極性可變大小可調的直流電壓，用于實現(xiàn)直流電動機電樞端電壓的平滑調節(jié)，構成直流脈寬調速系統(tǒng)。其主電路采用脈寬調制式變換器，簡稱pwm變換器。脈寬調制器內(nèi)一般使用全控電力晶體管作為可控電子元件。當其接通時，直流電流給電動機供電；當其斷開時，電流被切斷，電機的儲能經(jīng)二極管續(xù)流，電樞兩端電壓接近為零。如果其按照某固定頻率開閉而改變周期內(nèi)的接通時間時，控制脈沖寬度相應改變，從而改變了電動機兩端平均電壓，達到調速的目的。一般的八位或十六位單片機就可滿足控制要求。

22交流電機及其控制技術20世紀90年代后，交流電機驅動系統(tǒng)的研制和開發(fā)有了新的突破。相比直流電機，交流電機體積小、質量輕、效率高、調速范圍寬、可靠性高、價格便宜、維修簡單方便，在電動汽車上得到了廣泛應用。當電動汽車減速或制動時，電機處在發(fā)電制動狀態(tài)，給電池充電，實現(xiàn)機械能到電能的轉換。在電動汽車上，由功率半導體器件構成的pwm功率逆變器把蓄電池電源提供的直流電變換為頻率和幅值都可以調節(jié)的交流電。三相感應電機逆變器的控制方法主要有vf控制法、轉差頻率控制法、矢量控制法和直接轉矩控制法（dtc）。其中，后兩種控制方式目前處于主流的地位，這兩種控制方法的原理如下所述。

221矢量控制矢量控制實現(xiàn)的基本原理是通過測量和控制異步電動機定子電流矢量，根據(jù)磁場定向原理分別對異步電動機的勵磁電流和轉矩電流進行控制，從而達到控制異步電動機轉矩的目的。具體原理是將異步電動機的定子電流矢量分解為產(chǎn)生磁場的電流分量（勵磁電流）和產(chǎn)生轉矩的電流分量（轉矩電流）分別加以控制，并同時控制兩分量間的幅值和相位，即控制定子電流矢量，所以稱這種控制方式為矢量控制方式。矢量控制方式又有基于轉差頻率控制的矢量控制方式、無速度傳16感器矢量控制方式和有速度傳感器的矢量控制方式等。如6，為一種矢量控制異步電機的框圖。

基于轉差頻率控制的矢量控制方式同樣是在進行uf為恒定控制的基礎上，通過檢測異步電動機的實際速度n并得到對應的控制頻率f然后根據(jù)希望得到的轉矩，分別控制定子電流矢量及兩個分量間的相位，對通用變頻器的輸出頻率/進行控制的?；谵D差頻率控制的矢量控制方式的最大特點是，可以消除動態(tài)過程中轉矩電流的波動，從而提高了通用變頻器的動態(tài)性能。早期的矢量控制通用變頻器基本上都是采用基于轉差頻率控制的矢量控制方式。

無速度傳感器的矢量控制方式是基于磁場定向控制理論發(fā)展而來的。它的基本控制思想是根據(jù)輸入的電動機的銘牌參數(shù)，按照轉矩計算公式分別對作為基本控制量的勵磁電流（或者磁通）和轉矩電流進行檢測，并通過控制電動機定子繞組上的電壓的頻率使勵磁電流（或者磁通）和轉矩電流的指令值和檢測值達到一致，并輸出轉矩，從而實現(xiàn)矢量控制。采用矢量控制方式的通用變頻器不僅可在調速范圍上與直流電動機相匹配，而且可以控制異步電動機產(chǎn)生的轉矩。由于矢量控制方式所依據(jù)的是準確的被控異步電動機的參數(shù)，有的通用變頻器在使用時需要準確地輸入異步電動機的參數(shù)，有的通用變頻器需要使用速度傳感器和編碼器，并需使用廠商指定的變頻器專用電動機進行控制，否則難以達到理想的控制效果。目前新型矢量控制通用變頻器中己經(jīng)具備異步電動機參數(shù)自動檢測、自動辨識、自適應功能，帶有這種功能的通用變頻器在驅動異步電動機進行正常運轉之前可以自動地對異步電動機的參數(shù)進行辨識，并根據(jù)辨識結果調整控制算法中的有關參數(shù)，從而對普通的異步電動機進行有效的矢量控制。

除了上述的無傳感器矢量控制、轉矩矢量控制和可提高異步電動機轉矩控制性能的技術外，目前的新技術還包括異步電動機控制常數(shù)的調節(jié)及與機械系統(tǒng)匹配的適應性控制等。為了防止異步電動機轉速偏差以及在低速區(qū)域獲得較理想的平滑轉速，應用大規(guī)模集成電路并采用專用數(shù)字式自動電壓調整（avr）控制技術的控制方式，己實用化并取得良好的效果。

222直接轉矩控制（dtc）直接轉矩控制以轉矩為中心來進行磁鏈、轉矩的綜合控制。和矢量控制不同，直接轉矩控制不采用解耦的方式，從而在算法上不存在旋轉坐標變換，簡單地通過檢測電機定子電壓和電流，借助瞬時空間矢量理論計算電機的磁鏈和轉矩，并根據(jù)與給定值比較所得差值，實現(xiàn)磁鏈和轉矩的直接控制。如所示，為一種直接轉矩控制異步電機的框圖。

直接轉矩控制的系統(tǒng)框圖由于它省掉了矢量變換方式的坐標變換與計算和為解耦而簡化異步電動機數(shù)學模型，沒有通常的pwm脈寬調制信號發(fā)生器，所以它的控制結構簡單、控制信號處理的物理概念明確、系統(tǒng)的轉矩響應迅速且無超調，是一種具有高靜、動態(tài)性能的交流調速控制方式。

美國研制的gmev1電動車采用交流異步電機，最高車速130km/hgbt逆變器，一次充電行程1101

23永磁電機及其控制技術永磁無刷電機包括永磁無刷直流電機（bldcm）和永磁無刷同步電機（pmsm）兩種，在汽車上應用較多的是永磁無刷同步電機。永磁無刷同步電機的驅動特性如所示。從圖中可看出永磁無刷同步電機的恒轉矩區(qū)比較長，一直延伸到電機最高轉速的50%處左右，這對提高汽車的低速動力性能有很大幫助，電機最高轉速較高，能達到10000pm永磁無刷同步電機功率密度高、調速性能好、在寬轉速范圍內(nèi)運行效率高（90%~95%）是理想的電動車驅動電機之一。它的主要缺點是電機造價較高，永磁材料會有退磁效應，抗腐蝕性差，而且永磁材料磁場不可變，要想大電機的功率其體積會很大。隨著稀土永磁材料的開發(fā)和應用，永磁無刷電機的性能有了很大的提高，是未來最有發(fā)展前景的驅動電機之一。1998年北京理工大學研制的1251w的大功率永磁直流電機動力驅動系統(tǒng)，運行良好。

231永磁無刷直流電機控制技術永磁無刷直流電機是在直流電機的轉子上裝置永久磁鐵，不再用電刷和換向器為轉子輸入勵磁電流，工作時，直接將方波電流輸入無刷直流電機的定子中，控制其運轉。永磁無刷直流電機起動轉矩大、過載能力強、體積小、效率高、控制方便，非常適合電動車的運行特性。

永磁無刷直流電機常采用電流斬波控制，控制系統(tǒng)由橋式變換器、pwm控制電路、電機轉軸位置檢測器和方波永磁直流電機等幾部分組成。

香港大學研制的u2001電動車采用的永磁無刷直流電機，最高車速為110km/hgbt逆變器，一次充電行程176km）。本田研制evplus電動車采用的永磁無刷直流電機，最高車速為128km/hgbt逆變器，一次充電行程125km. 232永磁同步電機控制技術永磁同步電機是指正弦波永磁電機，轉子上裝有永久磁體，一方面，可形成很強的氣隙磁場，另一方面轉子部分沒有熱源，不需要冷卻裝置。

此電機有較高的能量密度，慣性低，響應快，適用于電動車輛驅動系統(tǒng)，有極好的應用前景。永磁同步電機低速時常采用矢量控制，包括氣隙磁場定向、轉子磁鏈定向、定子磁鏈定向。其中電動車用中小容量電機常用轉子磁鏈定向控制，高速時用弱磁控制。

轉子磁鏈定向的矢量控制是感應電機轉子磁鏈定向控制的推廣。根據(jù)控制目標的不同，矢量控制又可以有零直軸電流控制、功率因數(shù)為1的控制、恒磁鏈控制、最大轉矩電流比控制、最大輸出功率控制等。

由于永磁同步電機的轉子勵磁磁場由永磁體產(chǎn)生，不能象異步電機一樣直接減弱轉子磁場，所以弱磁控制便成了永磁同步電機的研究熱點。其弱磁控制原理是通過加定子直軸電流，利用直軸電樞反應使電機氣隙磁場減弱，達到等效于減弱磁場的效果，從而達到弱磁速的目的。針對這一基本思想，學者們提出了眾多方案用于改善永磁同步電機的弱磁控制性能。binalkbose提出六步電壓法通過改變電機功角來達到改變轉矩的目的，該方案對于電機參數(shù)的依賴性小，且可實現(xiàn)對直流母線電壓的最大利用71.為了解決電機從恒轉矩工況到弱磁工況的切換問題，thoms m.提出了前饋弱磁方案。m.kin提出了電流解耦控制和給定電壓補償?shù)姆椒ǜ纳齐姍C弱磁運行性能。

例如豐田pus采用的永磁同步電機，最大功率為5kw，最高轉速為11ooormn最大轉矩為115n.m/4200pn最高車速180km/h0~100km/h加速時間為109s福特escapehybrid采用的永磁同步電機，最大功率為701w，最大轉500pm本田fcx燃料電池概念車采用的永磁同步電機，最大功率為801w，最大轉矩為2725n.m最高車速150km/h24開關磁阻電機及其控制技術開關磁阻電機（srm）是英國于1983年首次正式推出的，經(jīng)過幾年的研制開發(fā)，現(xiàn)己成為現(xiàn)代電動汽車交流驅動的又一個新支，它是由磁阻電機和開關電路控制器組成的機電一體化新型牽引電機。它具有可控相數(shù)多、實現(xiàn)四象限控制方便、成本低、效率高等優(yōu)點。開關磁阻電機轉子上無繞組，適合用于頻繁正反轉及沖擊的負載。功率18電路采用的功率開關元件較少，電路較簡單。功率元件與電機繞組串聯(lián)，不易發(fā)生短路，因此成本較低，工作可靠，控制電路較簡單能夠實現(xiàn)寬調速、低速大轉矩和制動能量反饋等特性。整個系統(tǒng)效率高，起動轉矩大，電流小。

由于開關磁阻電機具有高度的非線性，因此它的驅動系統(tǒng)較復雜。一個典型的開關磁阻電機調速系統(tǒng)（switchedreluctancedliver簡稱srd）如所示。它由srm電機、功率變換器、控制器、位置檢測器四大部分組成。

電源轉速給定控制器觸發(fā)邏輯電流檢測本轉速檢測位置機械負載開關磁阻電機調速系統(tǒng)結構41開關磁阻電機控制技術由于開關磁阻電機具有高度的非線性多變量，變參數(shù)等，所以很難用常規(guī)的控制方法。如今應用較多的是神經(jīng)網(wǎng)絡，模糊控制，滑?？刂频戎悄芸刂品椒?。如emas等基于bp算法建立了srd三層前饋人工神經(jīng)網(wǎng)絡模型，網(wǎng)絡的輸入為磁鏈x和轉子位置角q輸出為i訓練集通過實測電機的磁化曲線獲得。slotine和pradeep等人利用滑?？刂评碚撛O計了非線性系統(tǒng)的觀測器，該控制系統(tǒng)具有良好的魯棒性，并具簡單可實用性高。

德國aachen工業(yè)大學開發(fā)了一套電動汽車用四相（8/6）30娜水冷開關磁阻電機驅動裝置，最大功率為501w，最高轉速為11轉矩為8cn.m，系統(tǒng)效率為916%gbt逆變器，直流輸人電壓為215~350v. 3電動車用電機的性能比較電動機的類型對電氣驅動系統(tǒng)以及電動車整體性能影響非常大，評價電動車的電氣驅動系統(tǒng)實質上主要就是對不同電動機及其控制方式進行比較和分析。目前正在應用或開發(fā)的電動車電動機主要有直流電動機、感應電動機、永磁無刷電動機、開關磁阻電動機四類。由這四類電動機所組成的驅動系統(tǒng)，其總體比較如表1所示。

表1各電動車用電機性能比較比較內(nèi)容直流電機感應電機永磁無刷電機開關磁阻電機控制方式差一般優(yōu)電大小質量差優(yōu)一般動高速運轉能力差優(yōu)一般優(yōu)機維修性差優(yōu)一般優(yōu)效率差一般優(yōu)控制裝置尺寸質量優(yōu)一般控制性一般優(yōu)一般功率元件少多較多綜合評價差一般（堅固）優(yōu)（高效）較優(yōu)4電動車用電機及其控制技術發(fā)展趨勢41電動車用電機的多樣化各電機驅動系統(tǒng)綜合指標在伯仲之間，各有側重。各系統(tǒng)在現(xiàn)有的電動車驅動中都有應用，其中以異步電機和永磁無刷直流電機居多，同時也有嘗試永磁同步電機和開關磁阻電機。值得指出的是，永磁無刷直流電機集電力電子技術、微電子技術、數(shù)字技術、自控技術以及材料科學等多門學科于一體，體現(xiàn)多學科的綜合應用，發(fā)展前景十分廣闊，在電動車電機中是強有力的競爭者。各種電機要想在未來的電動車中占有一席之地，除了要對電機結構進行優(yōu)化外，還可大膽嘗試從反傳統(tǒng)的觀念對電機本體包括繞組進行改進，使之更適合與電動車如轉子分割型混合勵磁同步電機18、槽數(shù)多于極數(shù)的電機、繞組極數(shù)可變的電機18、混合電機如永磁磁阻同步電機，永磁式開關磁阻電機等多種形態(tài)電機。

42控制系統(tǒng)的智能化變結構控制、模糊控制191、神經(jīng)網(wǎng)絡1101、自適應控制、專家系統(tǒng)、遺傳算法等非線性智能控制技術，都將各自或結合應用于電動車電機控制系統(tǒng)。

這些技術或者不要求系統(tǒng)精確建模，或者善于處理非線性問題。它們的應用，將使系統(tǒng)結構簡單，響應迅速，抗干擾力強，對參數(shù)變化具有魯棒性，將大大提高整個系統(tǒng)的綜合性能。

43控制系統(tǒng)的全數(shù)字化1111微電子學及計算機技術的發(fā)展，高速、高集成度、低成本的微機專用芯片以及dsp等的問世及商品化，使全數(shù)字的控制系統(tǒng)成為可能。用軟件代替硬件，除完成要求的控制功能外，還可以具有保護、故障監(jiān)視、自診斷等其它功能。全數(shù)字化將是電動車控制乃至交流傳動系統(tǒng)的重要發(fā)展方向之一。