1.4 电动汽车驱动与控制系统

驱动与控制系统是电动汽车行驶过程中的主要执行机构，担负着将电能转变为机械能，并通过传动装置将能量传递到车轮进而驱动车辆按照人的意志行驶的重任。电动汽车的整个驱动系统包括电驱动系统与机械传动机构两个部分。电动汽车的驱动电机、功率变换器和控制单元是电驱动系统的关键部件。电动汽车所使用的电机通常具备电动、发电两项功能，要求能够频繁地起动/停车、加速/减速，低速爬坡时要求高转矩，高速行驶时要求低转矩，并且要求变速范围大。功率变换器按所选电机类型，可以采用直流功率变换器、交流功率变换器等，其作用是将电池直流电转换成电机的驱动电流和电压，而电机的控制系统主要用于调节电机运行状态，以满足整车运行要求。

1.电动汽车驱动电机

驱动电机是电动汽车的动力源，其性能的好坏直接决定了电动汽车动力性能的好坏。直流电机技术成熟、控制简单，早期的电动汽车较多采用直流电机作为驱动电机，但由于直流电机电刷和换向器的存在，导致过载能力不强，而且难以实现较高的转速。因此，在新开发的电动汽车动力总成中，除了部分固定场地车、高尔夫球场车还在继续采用直流电机作驱动电机以外，家用轿车和大巴车等乘用车已基本上不再采用直流电机作为驱动电机。永磁同步电机结构简单，比功率高，效率高，控制精度也较高，是电动汽车驱动电机的理想选择。但永磁同步电机成本较高，控制也相对复杂，目前比亚迪、北汽新能源、吉利帝豪等多采用永磁同步电机作为电动汽车的驱动电机。开关磁阻电机结构简单、控制灵活、调速范围宽，但这类电机转矩脉动大，必须通过增加相应的滤波处理器件（如大电容），这将增大驱动控制器的体积。所以，除了在部分科研项目、少量实验试制样车外，开关磁阻电机也还未见到量产的产品。交流异步电机结构简单，成本低廉，可靠性高，维护简单，实用性强，但控制相对复杂，随着近年来矢量控制理论的发展与进步，针对异步电机的各种控制算法应运而生，从理论上解决了异步电机的控制难题；同时，IGBT等功率器件的广泛应用大幅降低了使用成本，DSP和ARM等控制芯片的快速发展，为异步电机的复杂控制创造了有利条件。目前，交流异步电机在特斯拉Model S/Model Y、蔚来ES8、江铃E200等车型中有一定的应用。

2.电动汽车功率变换器

电动汽车功率变换器是连接动力电池和驱动电机的纽带，负责将电池输出的直流电变换成适宜驱动电机运行的电能。电动汽车功率变换系统中，利用不同的控制技术与功率器件配合，来达到向驱动电机提供不同极性、不同电压、不同相序、不同频率的供电电压的目的，实现对驱动电机驱动转矩和转速的控制，从而完成电动汽车的起动、巡航、转向和停车等行驶过程。功率半导体器件是实现电能变换的载体，目前电动汽车中常用的功率器件有IGBT、GTO、MOSFET、BJT等。尤其是IGBT的性能较为优越，它集合了BJT和MOSFET的特点，工作频率高达10~20kHz，同时IGBT的门极驱动功率低、导通电流密度大、电压阻断峰值高。基于上述优点，近年来功率器件IGBT已经被广泛应用于电动汽车驱动控制器中。

3.电动汽车驱动控制单元

电动汽车驱动控制单元是电动汽车驱动系统稳定、安全、可靠运行的基础，主要由微处理器和控制算法组成。在实际应用中，电动汽车驱动控制单元应根据性能要求和算法的复杂程度，选择合适的微处理器，较为简单的有单片机，复杂的可选用DSP控制器，最新出现的电机驱动专用芯片可以满足一些辅助系统电机控制的需求。近年来，随着电机及驱动系统的发展，电动汽车驱动控制单元趋于智能化和数字化。变结构控制、自适应控制、模糊控制、神经网络、专家系统、遗传算法等非线性智能控制技术，都将各自或结合用于电动汽车的驱动控制系统。这些技术或不需要精确建模，或善于处理非线性问题，它们的应用将使系统结构简单、响应迅速、抗干扰能力强、参数变化具有鲁棒性，可大大提高整个驱动系统的性能。

虽然目前我国电动汽车驱动控制系统新技术层出不穷，在某些关键技术上也取得了突破，并初步实现了电动汽车的商用化。但相较于国外而言，我国电动汽车的研发还存在诸多短板，特别是在驱动控制领域，以驱动电机和控制算法为代表的核心技术受制于人，制约了我国电动汽车产业的长远发展。因此，深入系统地研究电动汽车驱动控制系统的基础理论，研发或完善能同时满足车辆行驶过程中的各项性能要求，并具有坚固耐用、造价低、效能高等特点的电动汽车驱动系统显得极其重要，是提高电动汽车性价比，使其尽快普及应用，从而做好节能减排工作的有效途径，也是实现我国汽车产业弯道超车的重要技术保障。