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驅動(dòng)電機及其控制器 1. 驅動(dòng)電機類(lèi)型及其發(fā)展 驅動(dòng)電機是電動(dòng)汽車(chē)的關(guān)鍵部件，直接影響整車(chē)的動(dòng)力性及經(jīng)濟性。驅動(dòng)電機主要包括直流電機和交流電機。目前電動(dòng)汽車(chē)廣泛使用交流電機，主要包括：異步電機、開(kāi)關(guān)磁阻電機和永磁電機（包括無(wú)刷直流電機和永磁同步電機）。各類(lèi)型電機主要特點(diǎn)見(jiàn)表1。 車(chē)用電機的發(fā)展趨勢如下：(1)電機本體永磁化：永磁電機具有高轉矩密度、高功率密度、高效率、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)。我國具有世界最為豐富的稀土資源，因此高性能永磁電機是我國車(chē)用驅動(dòng)電機的重要發(fā)展方向。 (2)電機控制數字化：專(zhuān)用芯片及數字信號處理器的出現，促進(jìn)了電機控制器的數字化，提高了電機系統的控制精度，有效減小了系統體積。 (3)電機系統集成化：通過(guò)機電集成（電機與發(fā)動(dòng)機集成或電機與變速箱集成）和控制器集成，有利于減小驅動(dòng)系統的重量和體積，可有效降低系統制造成本。 2. 國外發(fā)展情況根據國外資料介紹 近年來(lái)美、歐開(kāi)發(fā)的電動(dòng)客車(chē)多采用交流異步電機，國外典型產(chǎn)品技術(shù)參數請見(jiàn)表2。為了降低車(chē)重，電機殼體大多采用鑄鋁材料，電機恒功率范圍較寬，最高轉速可達基速的2～2.5倍。 日本近年來(lái)問(wèn)世的電動(dòng)汽車(chē)大多采用永磁同步電機。產(chǎn)品功率等級覆蓋3～123kW，電機恒功率范圍很寬，最高轉速可達基速的5倍。日本近幾年開(kāi)發(fā)的電動(dòng)汽車(chē)驅動(dòng)電機概況見(jiàn)表3。 3. 我國發(fā)展現狀 (1)交流異步電機驅動(dòng)系統我國已建立了具有自主知識產(chǎn)權異步電機驅動(dòng)系統的開(kāi)發(fā)平臺，形成了小批量生產(chǎn)的開(kāi)發(fā)、制造、試驗及服務(wù)體系；產(chǎn)品性能基本滿(mǎn)足整車(chē)需求，大功率異步電機系統已廣泛應用于各類(lèi)電動(dòng)客車(chē)；通過(guò)示范運行和小規模市場(chǎng)化應用，產(chǎn)品可靠性得到了初步驗證。 (2)開(kāi)關(guān)磁阻電機驅動(dòng)系統已形成優(yōu)化設計和自主研發(fā)能力，通過(guò)合理設計電機結構、改進(jìn)控制技術(shù)，產(chǎn)品性能基本滿(mǎn)足整車(chē)需求；部分公司已具備年產(chǎn)2000套的生產(chǎn)能力，能滿(mǎn)足小批量配套需求，目前部分產(chǎn)品已配套整車(chē)示范運行，效果良好。 (3)無(wú)刷直流電機驅動(dòng)系統國內企業(yè)通過(guò)合理設計及改進(jìn)控制技術(shù)，有效提高了無(wú)刷直流電機產(chǎn)品性能，基本滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)需求；已初步具有機電一體化設計能力。 (4)永磁同步電機驅動(dòng)系統已形成了一定的研發(fā)和生產(chǎn)能力，開(kāi)發(fā)了不同系列產(chǎn)品，可應用于各類(lèi)電動(dòng)汽車(chē)；產(chǎn)品部分技術(shù)指標接近國際先進(jìn)水平，但總體水平與國外仍有一定差距；基本具備永磁同步電機集成化設計能力；多數公司仍處于小規模試制生產(chǎn)，少數公司已投資建立車(chē)用驅動(dòng)電機系統專(zhuān)用生產(chǎn)線(xiàn)。 (5)永磁電機材料永磁電機的主要材料有釹鐵硼磁鋼、硅鋼等。部分公司掌握了電機轉子磁體先裝配后充磁的整體充磁技術(shù)。國內研制的釹鐵硼永磁體最高工作溫度可達280℃，但技術(shù)水平仍與德國和日本有較大差距。硅鋼是制造電機鐵芯的重要磁性材料，其成本占電機本體的20%左右，其厚度對鐵耗有較大影響，日本已生產(chǎn)出0.27mm硅鋼片用于車(chē)用電機，我國僅開(kāi)發(fā)出0.35mm硅鋼片。 (6)電機控制器關(guān)鍵部件電機控制器用位置／轉速傳感器多為旋轉變壓器，目前基本采用進(jìn)口產(chǎn)品，我國部分公司已具備旋轉變壓器的研發(fā)生產(chǎn)能力，但產(chǎn)品精度、可靠性與國外仍有差距。IGBT基本依賴(lài)進(jìn)口，價(jià)格昂貴，國產(chǎn)車(chē)用IGBT尚處于研究階段。 4. 我國驅動(dòng)電機及其控制器存在的主要問(wèn)題 (1)電機原材料、控制器核心部件研發(fā)能力較弱，依賴(lài)進(jìn)口，如硅鋼片、電機高速軸承、位置／轉速傳感器、IGBT模塊等。進(jìn)口產(chǎn)品成本高，影響電機系統產(chǎn)業(yè)化。 (2)我國車(chē)用電機的機電集成水平與國外差距較大�？刂破骷啥容^低，體積、重量相對偏大。 (3)我國車(chē)用電機系統尚處于起步階段，制造工藝水平落后，缺乏自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)，造成產(chǎn)品可靠性、一致性差。產(chǎn)業(yè)化規模較小，成本較高。 (4)現階段國家出臺的電動(dòng)汽車(chē)驅動(dòng)電機系統標準較少，且不完善。如：不同類(lèi)型電機系統采用同一檢測標準，缺乏可靠性、耐久性評價(jià)方法等。 整車(chē)控制器 1. 國外發(fā)展情況 整車(chē)控制器的開(kāi)發(fā)包括軟、硬件設計。核心軟件一般由整車(chē)廠(chǎng)研發(fā)，硬件和底層驅動(dòng)軟件可選擇由汽車(chē)零部件廠(chǎng)商提供。 (1)國外整車(chē)控制器技術(shù)趨于成熟國外大部分汽車(chē)企業(yè)在電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域積累充足，控制策略成熟度高，整車(chē)節油效果良好，控制器產(chǎn)品通過(guò)市場(chǎng)檢驗證實(shí)了其可靠性。 (2)汽車(chē)電子零部件企業(yè)積極開(kāi)展整車(chē)控制器研發(fā)和生產(chǎn)制造。 各汽車(chē)電子零部件巨頭，如德?tīng)柛�、大陸、博世集團都紛紛進(jìn)行整車(chē)控制器研發(fā)和生產(chǎn)。部分汽車(chē)設計公司也為整車(chē)廠(chǎng)提供整車(chē)控制器技術(shù)方案，如AVL、FEV、RICARDO等，在電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)控制器領(lǐng)域也有不少成功的案例。 (3)控制器日趨標準化控制器的標準化已引起相關(guān)企業(yè)的關(guān)注。由全球汽車(chē)制造商、部件供應商及電子、半導體和軟件系統公司，聯(lián)合建立了汽車(chē)開(kāi)放系統架構聯(lián)盟，形成了AUTOSAR（汽車(chē)開(kāi)放系統架構）標準，簡(jiǎn)化了開(kāi)發(fā)流程并使ECU軟件具有復用性，是控制器開(kāi)發(fā)的一個(gè)趨勢。 2. 我國發(fā)展現狀 “863”計劃中我國整車(chē)控制器主要是以高校為依托進(jìn)行研究，如清華大學(xué)、同濟大學(xué)、北京理工大學(xué)等，目前已初步掌握了整車(chē)控制器的軟、硬件開(kāi)發(fā)能力。產(chǎn)品功能較為完備，基本可以滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)需求，已經(jīng)應用到樣車(chē)及小批量產(chǎn)品上。部分整車(chē)企業(yè)與國外公司進(jìn)行合作，如FEV、RICARDO。通過(guò)聯(lián)合開(kāi)發(fā)，吸收國外相關(guān)技術(shù)和經(jīng)驗，增強自主開(kāi)發(fā)能力。目前各廠(chǎng)家基本掌握整車(chē)控制器開(kāi)發(fā)技術(shù)，但技術(shù)積累有限，水平參差不齊。 我國控制器硬件水平與國外存在一定差距，產(chǎn)業(yè)化能力相對不足。大部分企業(yè)推出量產(chǎn)電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)品時(shí)更傾向于選擇國外整車(chē)控制器硬件供應商。另外，控制器基礎硬件、開(kāi)發(fā)工具等基本依賴(lài)進(jìn)口。 總體來(lái)講，控制器產(chǎn)品技術(shù)水平和產(chǎn)業(yè)化能力與國外仍有較大差距。 3. 我國整車(chē)控制器存在的主要問(wèn)題 (1)應用軟件方面多數停留在功能實(shí)現，軟件診斷功能、整車(chē)安全控制策略、監控功能均有待優(yōu)化和提高。 (2)我國電動(dòng)汽車(chē)處于樣車(chē)研發(fā)和示范運行階段，基礎數據庫不完善，影響整車(chē)控制器設計水平。 (3)部分企業(yè)能根據V型開(kāi)發(fā)流程（一種軟件和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)工具）引進(jìn)相關(guān)的設備和軟件，普遍使用通用開(kāi)發(fā)工具進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)；現有工具偏重于前期開(kāi)發(fā)，缺少用于生產(chǎn)制造和售后服務(wù)的工具，不利于產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。 (4)國內企業(yè)能夠完成整車(chē)控制器硬件結構設計，但由于我國芯片集成力量比較薄弱，制造能力較差，可靠性和穩定性仍有很大的提升空間。 (5)目前各整車(chē)企業(yè)控制器接口和網(wǎng)絡(luò )通訊協(xié)議定義互不相同，造成控制器之間的通用性和復用性差，不利于控制器的產(chǎn)業(yè)化和規�；�。 |
