新能源汽车电机控制方向的核心是什么？

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https://www.zhihu.com/question/313797183/answer/3634920762，本文作者:卡恩。

当看到这个问题：电机控制方向的核心是什么？我结合自己 目前工作在新能源汽车电控领域的工作经验，从工程师思维分解这个问题，电控方向核心的重点在文章最后哦 。

1：新能源汽车电机与电控需求点

在回答问题前，先回答 新能源 电机与电控需求是什么？

1. 驱动电机要有高功率密度和高效率。
2. 电驱结构要尺寸紧凑，空间布局要满足车内空间；重量轻，成本低。
3. 力矩控制精准，扭矩控制精度高，扭矩相应速率快； 调速范围宽：在横转矩区，恒定转矩大，满足汽车负载运行、爬坡、加速、快速启动的应用场景。在横功率区：调速范围宽，满足超车、速等性能。
4. 制动回收能量效率高：制动能量回收控制功能满足需求1的高效率。
5. 散热需求强：高功率小体积必然带来散热问题，目前电驱效率普遍在90%以上，剩余能量多以热的形式耗散掉。
6. NVH性能优秀：汽车是舒适性产品，对噪音的要求更高，汽车电驱需要更优秀的NVH性能。
7. 可靠性高：耐高温和潮湿。
8. 失效模式可控：电驱要具备系统安全监控，GB/T 34590-2017《道路车辆功能安全》为避免车辆电控系统因故障而导致车辆失控、人员伤亡等事故风险，提出了电控系统在全生命周期（设计、开发、生产、运行、报废）内的功能安全要求，以避免或减轻这些风险。

目前电驱在性能层面追求 电驱小型轻量化；高效性；更出色的转矩特性；使用寿命长，可靠性高；噪声低；价格低廉。

2：新能源电驱需求与 电机控制

基于上述新能源电驱需求，那些方面是电控的核心呢？

2.1：开发解耦

首先 电控软件 +开发中，底层和应用层是解耦的，这个工作职责的划分与 AUTOSAR +架构一致。

• 应用层： 是为应用层逻辑实现,由用户自定义开发,与控制器逻辑强相关，一般为模型;应用层软件工 程师一般只负责外围逻辑处理和核心控制算法编写。像上下电 状态机+ 、 FOC控制 +等一般都是应用 层软件开发，这一部分要对控制有一定理解，同时熟悉功能安全架构是很好的加分项。一般用的工 具是 simulink +和MBD生成代码，在vector层面也会使用 developer +设计应用层软件架构。
• 底层： 底层包含控制器的基础服务模块,如通讯,存储,复杂驱动这些常用的控制器功能； 同时BSW将各个通用的服务模块封层封装,便于向上兼容不同的ASW逻辑,向下适配不同的芯片。 底层软件开发也会进行细分为各个职能岗位：比如做UDS通信和诊断的岗位； 做OS和Task设计的岗位； bootloader +等。
• 标定与测试： 汽车工业级软件开发，标定和测试是成本花费最大，也是最重要的环节。 测试主要是包括静态测试和动态测试两部分。在测试目标环境下划分可以分为六种测试：

当然最最重要的一点是 功能安全。 无论是底层还是应用层软件开发， 一定确保经过功能安全评估后再进行软件设计，这里不展开讲述了。

2.2：电机控制核心

根据“2.1”节，我们只讲应用层软件开发电机控制方向。 基于本文第一节（1：新能源汽车电机与电控需求点）内容， 将电驱需求拆分到电机控制方向，看电机控制方向的核心。

对应电控开发的核心：

1. sensorless功能设计： sensorless是指在无速度传感器条件下实现电机高性能控制。 一般是通过激励注入，通过自适应全阶或降阶观测器,滑模观测器, 卡尔曼滤波器 +等求解电角度。 这个功能设计要兼顾电流环带宽，防止整车端极端工况导致电流环发散， 所以算法设计和标定都需要一定的工作量。
2. 电流环： 电流环是整个电驱控制的核心，电流环要有极佳的解耦性能， 在数字采样延时基础上， anti-windup +能力强。在功能安全设计中，对过流或过压有故障诊断。 在调制方面，要保证扭矩纹波小，扭矩精度准确，满足自动控制中稳/准/快的要求。 死区补偿 +、谐波抑制等功能也要在电流环中设计和标定测试。
3. 弱磁控制： 弱磁控制设计在恒功率高转速区域，对于 弱磁 一般通过实际标定实现。

在VCU策略中，有 滑动能量回收和 制动能量回收 两种。

• 滑动能量回收 是加速踏板完全松开回收能量；
• 制动能量回收 是通过踩制动踏板实现能量回收的过程，该功能实现要配合VCU和BMS， 一般实际请求的回收扭矩是：请求的电机回收扭矩与电机允许的最大回收扭矩两者取最小值。

热、电、机、磁是电机核心的四个方向。 在电控外围领域，一般会对控制模块进行结温估算， 对电机进行温度估算（与 NTC 采样温度不同）。

1. 结温估算 ：结温是半导体设备中的最高温度，结温估算在设计算法的基础上， 通过实验设计标定相关参数，防止功率器件损坏或降低寿命。
2. 电机温度估算 ：对永磁同步机，电机温度估算确估算可以防止磁钢永久退磁， 同时发挥电机使用潜能，增加电机峰值转矩持续时间，实现 电机定子+ 成本降低。一般 是构建电机温度模型，然后针对电机系统在不同环境温度、不同工作状态下的 使用需求，基于台架试验数据建立算法中温度特性数值模型。

对这个需求我们抛开机械和设计层面的NVH，只谈软件层面的NVH。

在永磁同步机中， 齿槽效应+ 、绕组分布形式、磁路磁饱和效应、转子磁极结构等引起的 电机气隙磁场畸变，开关器件的死区时管压降等非线性特性， 都会引起正弦波相电流因为含有大量 谐波 而发生畸变，在低速时谐波更为严重。 所以在电控设计中，要针对电流谐波进行谐波抑制，降低电机转矩脉动。

安全是最大的豪华，工业级软件设计一定考虑功能安全。 工业级安全架构设计第一原则就是：要把因为软硬件失效而引起的人身危害风险降低到最低。 针对功能安全的评估这里不展开讲了，后面有机会再和大家分享， 这里基于 E-GAS 安全软件架构方案，简单阐述下软件代码的安全架构设计原则：

E-GAS共分为三层：

以上是针对电控核心的一个分享，当然还有像ASC、 电驱制热以及active damping control等等就不展开讲述了。

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