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摘要:為解決永磁同步電機因零位偏差過大而影響電機的控制效果和運行效率，本文主要從電機零位偏差對電動汽車能耗的影響進行深入研究，并研發(fā)電機零位標(biāo)定功能，從而實現(xiàn)電機高精度的扭矩控制、降低能耗、提升續(xù)駛里程。

關(guān)鍵詞:電動汽車;電機零位標(biāo)定;能耗影響

永磁同步電機轉(zhuǎn)子的位置信息直接影響著電機轉(zhuǎn)矩、速度控制的精度和動態(tài)性能［1－4］。因此需要位置傳感器來獲得電機轉(zhuǎn)子的準(zhǔn)確位置，通常用旋轉(zhuǎn)變壓器實現(xiàn)。但永磁同步電機和旋轉(zhuǎn)變壓器的制作和安裝誤差通常使得旋轉(zhuǎn)變壓器的零位角與永磁同步電機的零位角存在偏差(即電機的零位初始角)，如果偏差過大，將直接影響電機的控制效果和運行效率，導(dǎo)致整車出現(xiàn)能耗大、噪聲大、無動力輸出等問題［5］。本文通過對比分析基準(zhǔn)零位與偏差零位(即零位不準(zhǔn))對整車能耗的影響，自主研發(fā)電機零位標(biāo)定功能，從而提高電動汽車的控制效果和運行效率，實現(xiàn)高精度的扭矩控制［6－13］。

1電機零位對電動汽車能耗影響研究

通過上位機分別標(biāo)定電動汽車的基準(zhǔn)零位值與偏差零位值，并對比分析功率、扭矩等數(shù)據(jù)的差異。1.1臺架能耗測試數(shù)據(jù)。在基準(zhǔn)零位值的基礎(chǔ)上修改零位值，并將零位值標(biāo)定入控制器中，測試不同零位對應(yīng)的電機性能。1)基準(zhǔn)零位測試數(shù)據(jù)?；鶞?zhǔn)零位正向驅(qū)動轉(zhuǎn)速、扭矩、功率測試結(jié)果:峰值扭矩為576.6Nm，峰值功率為147.4kW?；鶞?zhǔn)零位反向驅(qū)動轉(zhuǎn)速、扭矩、功率測試結(jié)果:峰值扭矩為566.5Nm，峰值功率為147.3kW。2)偏差零位測試數(shù)據(jù)。在基準(zhǔn)零位值基礎(chǔ)上修改零位值(－20字節(jié)、－40字節(jié)、－60字節(jié)，+20字節(jié)、+40字節(jié)、+60字節(jié))，并記錄正向驅(qū)動、反向驅(qū)動的峰值扭矩及峰值功率數(shù)據(jù)。對比可知，在基準(zhǔn)零位的基礎(chǔ)上偏差字節(jié)越大，電機發(fā)揮的性能越差。測試數(shù)據(jù)見表1和表2。通過上位機標(biāo)定基準(zhǔn)零位值與偏差零位值后的功率、扭矩數(shù)據(jù)對比表明(如圖1所示):同轉(zhuǎn)速下，原始零位電機的峰值扭矩和峰值功率更大;零位偏差會導(dǎo)致電機的峰值功率、峰值扭矩降低，進而影響電機的控制效果和運行效率，導(dǎo)致整車出現(xiàn)能耗大等問題。1.2實車能耗測試。為驗證零位誤差對整車能耗的影響，特選取我司2輛電動客車，并按照國標(biāo)要求進行能耗測試。用上位機按照表3標(biāo)定實際電機零位，并與程序默認零位(未標(biāo)定)進行能耗測試對比。通過實車測試數(shù)據(jù)可知:標(biāo)定電機零位后，4#車的百公里能耗比未標(biāo)定的節(jié)省約1.02%，1#車的百公里能耗比未標(biāo)定的節(jié)省約1.26%。綜上，通過電機零位標(biāo)定上位機將電機的基準(zhǔn)零位標(biāo)定到電機控制器中，可提高電動汽車的控制效果和運行效率，從而降低整車能耗，提高電動汽車的續(xù)駛里程。

2電機零位標(biāo)定方法及應(yīng)用

2.1電機零位標(biāo)定系統(tǒng)要求。永磁同步電機轉(zhuǎn)子的零位就是轉(zhuǎn)子磁場方位的計量參考點，如果參考點誤差過大，將直接影響電機的控制效果和運行效率。本電機零位標(biāo)定系統(tǒng)目的是將電機的基準(zhǔn)零位通過上位機標(biāo)定到電機控制器中，提高了電機零位的準(zhǔn)確性，從而提高了電機的運行效率;并且車輛是在靜止?fàn)顟B(tài)下標(biāo)定，防止因整車電機軸處于轉(zhuǎn)動狀態(tài)，電機轉(zhuǎn)動的慣性和摩擦力增大，導(dǎo)致標(biāo)定的零位不準(zhǔn)。電機零位標(biāo)定系統(tǒng)如圖2所示。圖2電機零位標(biāo)定系統(tǒng)示意圖電機的零位參數(shù)通過條形碼的形式體現(xiàn)在標(biāo)簽中，電機在供貨的時候需要提供2個標(biāo)簽，一個貼在電機的最明顯處，另外一個用于隨車信息(封裝袋之類)，便于電機零位標(biāo)定。電機的條形碼必須涵蓋以下信息:電機的安裝位置、電機的型號、電機的序列號、電機零位、校驗值，如圖3所示。2.2電機零位標(biāo)定方法。1)電機零位標(biāo)定流程。通過掃碼槍，獲取電機條形碼零位信息并傳輸給上位機或VDS電腦，對電機零位進行標(biāo)定，程序會將獲取到的電機零位與基準(zhǔn)零位進行比較，二者相差范圍在±50內(nèi)(包含50)，則認為此零位正確，并將其寫入e2芯片，供驅(qū)動程序使用，且斷電后零位不被擦除;若二者相差范圍大于50，則認為該零位不正確，不將該零位寫入e2芯片，程序使用默認的基準(zhǔn)零位。2)電機零位標(biāo)定注意事項。在動力總成出廠檢測前(電機、電控、減速器集成方案)，車輛剛下線時(電機、電控分開方案)，更換電機或者更換控制器時(售后)，均需要進行電機零位標(biāo)定。2.3電機零位標(biāo)定功能在滑行測試中的應(yīng)用。1)滑行試驗應(yīng)用電機零位功能背景。新能源客車滑行阻力測試時，測試方時常會反饋測試結(jié)果不理想，相較于退電至OFF擋滑行，切換至N擋滑行時的阻力偏大。但退電至OFF擋滑行時，車輛高低壓電會同時斷開，導(dǎo)致控制器無法正常卸載關(guān)波，電機控制器不能自我保護，特別是在車速較高時如果退電至OFF擋滑行，由于反電動勢較大，極易導(dǎo)致電機控制器損壞。2)電機零位對滑行試驗影響測試。為了探尋切換至N擋滑行阻力大的原因，杜絕因滑行方法不當(dāng)影響測試結(jié)果甚至損壞電機控制器，特在滑行測試前通過上位機分別標(biāo)定不同零位值，并與退電至OFF擋滑行的數(shù)據(jù)相比較，需要研究電機零位對整車滑行阻力及能耗的影響。測試數(shù)據(jù)如圖4所示。從圖4中可以看出:標(biāo)定基準(zhǔn)零位后，滑行阻力與退電至OFF擋斷電滑行時的數(shù)據(jù)基本一致，效果最好;相反，零位偏差較大，即零位不準(zhǔn)，滑行阻力與退電至OFF擋斷電滑行時的數(shù)據(jù)相差甚大。通過電機零位標(biāo)定不準(zhǔn)使電機無法實現(xiàn)高精度的扭矩控制，會對整車滑行阻力及能耗造成影響。通過電機零位標(biāo)定，可使車輛滑行阻力測試效果更優(yōu)，能耗更低。通過將電機零位標(biāo)定到電機控制器中，可實現(xiàn)高精度的扭矩控制，降低整車能耗，且此電機零位標(biāo)定功能適用于所有電動汽車。

3結(jié)束語

比亞迪于2018年成功研發(fā)了電機零位標(biāo)定技術(shù)，通過電機零位標(biāo)定上位機將電機的基準(zhǔn)零位標(biāo)定到電機控制器中，可使電動汽車更好地發(fā)揮電機效率，從而能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的扭矩控制，降低了整車能耗，提高了電動汽車的續(xù)航里程。此技術(shù)已經(jīng)在C系、K系國內(nèi)及海外的新能源電動客車上廣泛應(yīng)用。

作者:馬愛國 周秉福 趙梓君 張鑫 單位:比亞迪汽車工業(yè)有限公司