朱靜秋

摘 要：隨著全球能源危機和環(huán)境問題的日益嚴重，新能源汽車作為一種清潔、高效的替代能源車輛，其驅動系統(tǒng)是新能源汽車的核心組成部分，直接影響著車輛的性能、效率和安全性。本文首先闡述了驅動系統(tǒng)在新能源汽車中的重要性，詳細介紹了新能源汽車驅動系統(tǒng)的構成，接著探討了新能源汽車驅動系統(tǒng)的控制策略，包括電動驅動系統(tǒng)控制策略和氫燃料電池驅動系統(tǒng)的控制策略，還通過特斯拉電動汽車和豐田Mirai氫燃料電池汽車的實際應用案例，分析了其驅動系統(tǒng)控制策略，最后，本文提出了新能源汽車驅動系統(tǒng)優(yōu)化控制策略的研究方向，以期為相關研究提供參考。

關鍵詞：新能源汽車 驅動系統(tǒng) 控制策略

隨著全球能源危機和環(huán)境問題的日益嚴峻，新能源汽車作為一種清潔、高效的替代能源車輛，受到了廣泛關注，與傳統(tǒng)汽車相比，新能源汽車具有零排放、低噪音、高效能等優(yōu)點，使其成為未來可持續(xù)交通的重要選擇，在新能源汽車中，驅動系統(tǒng)是關鍵的技術之一，通過合理的控制策略，可以優(yōu)化電動驅動系統(tǒng)的能量管理、動力分配、剎車能量回收和轉矩控制，從而提高新能源汽車的續(xù)航里程、加速性能和行駛穩(wěn)定性，同時，在氫燃料電池驅動系統(tǒng)中，控制策略也起著關鍵作用，涉及到氫氣供應、儲存與釋放以及燃料電池系統(tǒng)的控制。通過對新能源汽車驅動系統(tǒng)控制策略的研究，可以進一步推動新能源汽車技術的發(fā)展，并為實現(xiàn)可持續(xù)交通做出重要貢獻，促進新能源汽車領域的技術進步和推廣應用。

1 驅動系統(tǒng)在新能源汽車中的重要性

1.1 節(jié)能環(huán)保

新能源汽車采用電動驅動系統(tǒng)，相比傳統(tǒng)燃油汽車的內燃機驅動系統(tǒng)，電動驅動系統(tǒng)具有更高的能源利用率和更低的尾氣排放，電動驅動系統(tǒng)所使用的電能可以通過再生制動、光伏發(fā)電等方式得到再生，實現(xiàn)能量的循環(huán)利用，與此同時，電動驅動系統(tǒng)在工作過程中沒有燃燒過程，沒有產生廢氣和尾氣排放，對環(huán)境的污染更小，降低能源消耗，保護生態(tài)環(huán)境。

1.2 安全性和穩(wěn)定性

電動驅動系統(tǒng)的電池組通常布置在底盤低位置，相比傳統(tǒng)燃油汽車的內燃機驅動系統(tǒng)具有更低的重心和更好的操控性能，提高了車輛的穩(wěn)定性和操控穩(wěn)定性，減少了翻滾和側翻的風險。此外，電動驅動系統(tǒng)具有電動機的瞬間高扭矩輸出能力，使新能源汽車在遭遇緊急情況時能夠迅速響應并提供準確可靠的動力支持，提高了車輛的安全性能。

1.3 科技創(chuàng)新驅動

新能源汽車的發(fā)展需要基于先進的驅動系統(tǒng)技術實現(xiàn)，電動驅動系統(tǒng)涉及到電能的轉化、儲存和控制等關鍵技術，包括電機技術、電池技術、充電技術、動力電子技術等，為了提高驅動系統(tǒng)的效率、穩(wěn)定性和安全性，不斷創(chuàng)新和優(yōu)化這些技術是非常重要的，推動驅動系統(tǒng)技術的創(chuàng)新不僅能夠提升新能源汽車的性能和競爭力，還能推動相關產業(yè)的發(fā)展和進步，促進整個社會的科技創(chuàng)新。

2 新能源汽車驅動系統(tǒng)的構成

2.1 電機

電機是新能源汽車驅動系統(tǒng)的核心組成部分之一，電機將電能轉換為機械能，為車輛提供動力。新能源汽車常見的電機類型包括交流無刷電機（PMSM）、永磁同步電機（PSM）和異步電機：交流無刷電機具有高效率、高功率密度和高轉矩密度等特點，廣泛應用于電動車輛中；永磁同步電機因其高性能和高能量利用率而備受關注；異步電機雖然成本較低，但在高速和高功率情況下的效率較低，適用于低功率和低速的應用。不同類型的電機在驅動系統(tǒng)中具有各自的優(yōu)勢和適用場景，選型應根據車輛的需求和應用場景進行。

2.2 電池

電池是新能源汽車驅動系統(tǒng)的另一個關鍵組成部分，電池存儲并提供電能，供電給電機驅動汽車運行。目前新能源汽車中常用的電池類型包括鋰離子電池、鎳氫電池和固態(tài)電池等，鋰離子電池因其高能量密度、長循環(huán)壽命和較低的自放電率而成為主流選擇。電池的性能和參數(shù)，如能量密度、功率密度、循環(huán)壽命等，直接影響新能源汽車的續(xù)航里程、加速性能和可靠性等，電池管理系統(tǒng)（BMS）用于監(jiān)控和管理電池的狀態(tài)，負責電池的充放電保護、數(shù)據采集和故障診斷等，對于確保電池的安全性和穩(wěn)定性至關重要。

2.3 控制器

控制器是新能源汽車驅動系統(tǒng)的重要組成部分之一?？刂破魍ㄟ^控制電機的工作狀態(tài)和轉矩輸出，調節(jié)車輛的動力和轉向，具體來說，控制器通過控制電機的相序和電流大小來實現(xiàn)轉矩的控制，以滿足不同駕駛需求，控制器還需要實現(xiàn)對電池的管理，包括電流、電壓、溫度等參數(shù)的監(jiān)測和控制。因此，控制器需要具備高精度的電氣控制和信號處理能力，以確保驅動系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

2.4 傳感器

傳感器在新能源汽車驅動系統(tǒng)中起著關鍵作用。傳感器用于檢測和測量車輛的各種參數(shù)和狀態(tài)，為控制器提供反饋信號，實現(xiàn)對驅動系統(tǒng)的精確控制。常見的傳感器包括轉速傳感器、溫度傳感器、電流傳感器、電壓傳感器等。轉速傳感器用于監(jiān)測電機的轉速和轉向，溫度傳感器用于監(jiān)測電機和電池的溫度，電流和電壓傳感器用于監(jiān)測電機和電池的電流和電壓。傳感器的準確度和可靠性直接影響驅動系統(tǒng)的控制精度和安全性能。

3 新能源汽車驅動系統(tǒng)的控制策略

3.1 電動驅動系統(tǒng)控制策略

3.1.1 能量管理策略

能量管理策略的目標是合理利用電池儲存的電能，實現(xiàn)驅動系統(tǒng)的高效能量轉換和盡可能長的續(xù)航里程，能量管理策略通過對電池狀態(tài)、充電和放電過程的監(jiān)測和控制，調節(jié)電機的輸出功率和電池的充放電策略，優(yōu)化電能的使用效率。常見的能量管理策略包括最大化功率點跟蹤（MPPT）策略、SOC控制策略、中斷充電策略等，通過對驅動系統(tǒng)的電池、電機和控制器等進行協(xié)調控制，使能量管理更加智能和高效。

3.1.2 動力分配策略

動力分配策略是指如何根據駕駛需求和路況，合理分配電機輸出的功率和轉矩，動力分配策略旨在平衡駕駛性能、舒適性和能量效率。根據不同駕駛模式和駕駛環(huán)境，動力分配策略可以根據電機的輸出能力和電池系統(tǒng)的狀態(tài)來調整電機輸出的功率和轉矩分配，例如，在加速過程中，可以優(yōu)先分配更多的功率和轉矩給電機，以實現(xiàn)快速的加速性能；在行駛過程中，可以根據路況和限制條件來調整電機輸出的功率和轉矩，以實現(xiàn)更穩(wěn)定的駕駛和更高的能量利用率。

3.1.3 剎車能量回收策略

剎車能量回收策略是指利用電動汽車在剎車或減速過程中產生的動能轉化成電能并儲存于電池中，通過合理設置剎車能量回收策略，可以最大化地回收并利用剎車能量，提高驅動系統(tǒng)的能量效率。剎車能量回收策略通常采用制動能量回收系統(tǒng)和能量管理系統(tǒng)共同實現(xiàn)，當車輛剎車或減速時，制動能量回收系統(tǒng)將動能轉化為電能，并通過能量管理系統(tǒng)將電能儲存到電池中，與傳統(tǒng)的燃油汽車相比，剎車能量回收策略可以顯著提高能量利用率，降低能量浪費，增加續(xù)航里程。

3.1.4 驅動力分配策略

驅動力分配策略是指在不同駕駛條件下如何合理分配電機輸出的驅動力，驅動力分配策略的目標是保證車輛的穩(wěn)定性和安全性。根據車輛的轉向需求和動力需求，驅動力分配策略可以分配合適的驅動力給每個車輪，以提供更好的行駛和操控性能，例如，在轉彎時，可以將更多的驅動力分配給內側車輪，以提高車輛的操控性和穩(wěn)定性；在低附著性路面上，可以根據車輪的抓地力分配合適的驅動力，以防止車輛打滑，驅動力分配策略的合理設置可以提高車輛的操控性和穩(wěn)定性，提升駕駛體驗。

3.1.5 轉矩控制策略

轉矩控制策略是電動驅動系統(tǒng)中的關鍵策略之一，用于控制和調節(jié)電動機的轉矩輸出，通過轉矩控制策略，可以實現(xiàn)電機的精確控制，滿足車輛駕駛需求和性能要求，轉矩控制策略的關鍵是根據駕駛需求和路況，合理調節(jié)電機的轉矩輸出，以實現(xiàn)合理的加速和減速性能。在轉矩控制策略中，通常采用閉環(huán)控制和開環(huán)控制相結合的方式，通過實時監(jiān)測和反饋轉矩值，對電機的轉矩輸出進行精確控制，轉矩控制策略的優(yōu)化可以提高電機的動力性能、節(jié)能性能和駕駛舒適性，并最大化地發(fā)揮電動驅動系統(tǒng)的優(yōu)勢。

3.2 氫燃料電池驅動系統(tǒng)的控制策略

3.2.1 氫氣供應策略

氫氣供應策略是氫燃料電池驅動系統(tǒng)中至關重要的組成部分，目標是確保燃料電池汽車在行駛過程中有足夠的氫氣供應，以滿足動力需求。氫氣供應策略包括氫氣的生產、儲存、運輸和加注等環(huán)節(jié)：首先，氫氣的生產方式有多種，包括電解水制氫、天然氣重整制、生物制氫等，不同生產方式的生產效率、成本和環(huán)境影響各不相同，需要根據實際情況選擇合適的方法；其次，氫氣的儲存和運輸也是氫燃料電池汽車推廣應用的關鍵挑戰(zhàn)之一，氫氣具有高能量密度、低沸點和易泄漏等特性，需要采用合適的儲存和運輸方式，如高壓氣瓶、液氫儲存和運輸?shù)?；最后，氫氣加注設施的建設和運營也是氫燃料電池汽車發(fā)展的重要基礎設施。加注設施的布局、設計和運營管理需要考慮安全性、便捷性和效率等因素。

3.2.2 燃料電池系統(tǒng)控制策略

燃料電池系統(tǒng)控制策略是氫燃料電池驅動系統(tǒng)的核心之一，用于控制和調節(jié)燃料電池的運行狀態(tài)，以滿足車輛的動力需求和性能要求，燃料電池系統(tǒng)控制策略包括燃料電池的啟動和關閉、燃料電池的功率輸出控制、燃料電池的溫度控制和氫氣供應控制等。首先，燃料電池的啟動和關閉策略需要確保燃料電池在適當?shù)臏囟群蜌錃夤獥l件下啟動，并在不需要運行時及時關閉，以提高燃料電池的壽命和效率；其次，燃料電池的功率輸出控制策略用于調節(jié)燃料電池的輸出功率，以滿足車輛的加速、爬坡和行駛等動力需求；此外，燃料電池的溫度控制策略也非常重要，需要保持燃料電池在適當?shù)臏囟确秶鷥冗\行，以保證其性能和壽命；最后，氫氣供應控制策略用于調節(jié)氫氣的供應量和供應速率，以滿足燃料電池的運行需求，同時避免氫氣泄漏和安全風險。

4 實際應用案例

4.1 特斯拉電動汽車驅動系統(tǒng)控制策略

特斯拉電動汽車被公認為是目前市場上最具創(chuàng)新和顛覆性的汽車品牌之一，其成功的關鍵之一就是其先進的電動汽車驅動系統(tǒng)控制策略，特斯拉電動汽車采用了一種綜合的電池管理系統(tǒng)，涵蓋了電池控制、電機控制和車輛動力分配等方面。首先，特斯拉電動汽車的電池管理系統(tǒng)采用了先進的鋰離子電池技術，特斯拉自主研發(fā)的電池包采用了高能量密度的鋰離子電池，利用復雜的電池管理算法對電池充放電過程進行精確控制，使特斯拉電動汽車在續(xù)航里程和充電效率方面具備顯著優(yōu)勢。其次，特斯拉電動汽車的電機控制系統(tǒng)也是其成功的關鍵所在，特斯拉采用了獨特的無刷直流電機技術，這種電機具有高效率、高轉矩特性和寬工作范圍，通過先進的電機控制算法，特斯拉能夠實時調整電機的輸出功率和扭矩，提供出色的加速性能和駕駛體驗。最后，特斯拉電動汽車的車輛動力分配系統(tǒng)也是其驅動系統(tǒng)控制策略的重要組成部分，特斯拉的車輛配備了多個電機，分別布置在車輛的前后軸上，這種布置方式使得特斯拉電動汽車擁有獨特的電子四驅系統(tǒng)，能夠根據實時路況和駕駛者的需求智能地分配扭矩給每個電機，達到最佳的動力輸出和操控性能。

4.2 豐田Mirai氫燃料電池汽車驅動系統(tǒng)控制策略

豐田Mirai氫燃料電池汽車是豐田公司在可持續(xù)交通領域的重要創(chuàng)新成果，其驅動系統(tǒng)控制策略是實現(xiàn)高效能量利用和優(yōu)化駕駛性能的關鍵。首先，豐田Mirai采用了先進的氫燃料電池技術作為其能源來源，氫燃料電池系統(tǒng)通過將氫氣與氧氣反應產生電力，從而驅動電動機運轉，豐田Mirai的氫燃料電池系統(tǒng)通過精確控制氫氣的供給和氧氣的流量，以實現(xiàn)高效的電力轉換，同時，豐田還采用了先進的儲氫材料，提高了氫氣的儲存密度和穩(wěn)定性，進一步提升了整個系統(tǒng)的效率和可靠性。其次，豐田Mirai的驅動系統(tǒng)還配備了高效的電動機，豐田采用了無刷直流電動機技術，并通過精確的電機控制算法來調節(jié)電機的輸出功率和扭矩，使豐田Mirai在動力響應和駕駛品質方面表現(xiàn)出色，同時也提高了能量利用效率。最后，豐田Mirai還配備了智能的駕駛模式選擇系統(tǒng)，駕駛者可以根據自己的偏好和需求選擇不同的駕駛模式，如普通模式、節(jié)能模式和運動模式等，不同的駕駛模式會對驅動系統(tǒng)的控制策略進行相應的調整，以實現(xiàn)最佳的能量利用和駕駛性能，為駕駛者提供個性化的駕駛體驗。

5 新能源汽車驅動系統(tǒng)優(yōu)化控制策略研究方向

5.1 利用先進傳感器技術

結合現(xiàn)代電子技術和數(shù)據處理技術，可以研發(fā)出新型的傳感器系統(tǒng)，如集成輪速傳感器、基于機器學習的溫度和電流/電壓傳感系統(tǒng)等，新型傳感器不僅能夠實時監(jiān)測和控制車輛運動狀態(tài)，還能對電池管理系統(tǒng)（BMS）和電機驅動器進行優(yōu)化，以提高能源效率和行駛里程。同時，通過改進信號處理算法和通信協(xié)議，可以減少傳感器的干擾和誤報，提高傳感器的可靠性。

5.2 結合智能交通系統(tǒng)

智能交通系統(tǒng)（ITS）是未來交通發(fā)展的重要方向，可以提高道路安全、減少擁堵和提高交通效率。在新能源汽車領域，利用智能交通系統(tǒng)中的實時路況信息，調整車輛的行駛速度和路線，以減少能源消耗和提高行駛效率。其次，通過與智能交通系統(tǒng)中的車輛管理系統(tǒng)（VMS）的結合，可以對新能源汽車的電池管理系統(tǒng)和電機驅動器進行實時監(jiān)控和管理，以提高電池壽命和電機效率。此外，智能交通系統(tǒng)還可以提供遠程通信和數(shù)據交換平臺，使得新能源汽車可以與其他車輛和基礎設施進行信息共享和協(xié)作，從而實現(xiàn)更高效的能源管理和優(yōu)化控制。

5.3 開發(fā)智能車輛控制算法

通過開發(fā)智能車輛控制算法，可以實現(xiàn)對新能源汽車的精確控制和優(yōu)化管理，可以開發(fā)基于機器學習的控制算法，通過學習和分析大量的駕駛數(shù)據和車輛運行數(shù)據，實現(xiàn)對新能源汽車驅動系統(tǒng)的自適應控制和優(yōu)化調整。其次，可以開發(fā)基于神經網絡的控制算法，通過模擬人類的決策過程和駕駛行為，實現(xiàn)對新能源汽車的智能決策和控制。此外，還可以利用現(xiàn)代控制理論和方法，開發(fā)出更精確、更高效的控制系統(tǒng)和算法，以提高新能源汽車的性能和效率，有助于實現(xiàn)新能源汽車的智能化、網絡化和自主化，為未來的智能交通和綠色出行提供有力支持。

6 結語

通過合理的控制策略，可以提高新能源汽車的續(xù)航里程、降低能耗和排放，并提升用戶體驗?；诒疚牡难芯砍晒?，未來可能還可以進一步優(yōu)化控制策略，以適應新能源汽車的不斷發(fā)展和改進。

參考文獻：

[1]沈峘，周福亮，毛建國，等.純電動汽車驅動控制策略快速集成研究[J].重慶理工大學學報：自然科學，2023，37（5）：12-18.

[2]李文淵，楊文靜.新能源商用車電驅動系統(tǒng)應用研究[J].汽車測試報告，2022（11）：94-96.

[3] 殷松.電動汽車驅動系統(tǒng)優(yōu)化控制策略研究[D].安徽工程大學，2016.