“小米超级电机V8s”获得千万大奖,算法突破有何亮点?

汽车   2025-01-10 20:02   北京  




前言


近日,小米汽车年度技术大奖颁奖典礼举行。从134个参评项目中优中选优,最终,“小米超级电机V8s”获得今年的最高奖项。作为小米汽车硬核科技名片,V8s由小米完全自主研发、自己生产,其转速达到27200rpm,位列全球量产电机转速第一,刷新了全球电机转速天花板。也是小米SU7 Ultra在纽北赛道创造奇迹的根本。


本文特从“算法突破”上对该款电机进行详解,以突出其有异性。




1


MTPL控制策略


小米V8s有一个叫做基于铁耗系数模型的最小损耗控制方法,也就是MTPL。


传统的MTPA概念,是去调节电流矢量的方向,通过尽量减小电流来实现减少铜耗,但铁耗无法通过简单计算来控制,小米希望综合考虑铜耗和铁耗都有综合的最优解。



关注的是给定损耗下,去实现最大扭矩输出,通过优化电流和磁通之间的平衡,铜损和铁损都可以减少,说白了,小米的MTPL就是集中力量,用最小损耗去实现目标扭矩。


这玩意儿标定两三个月很常见的事情,还取决于工程师水平,小米的策略是把永磁同步电机标定为一个等效电路,结合铁耗损经验方程,最终得到了一个等式,铁耗电阻、角频率,右边都是和电机磁链有关的量,通过这个模型实现对铁耗损的控制。



主要方法是建立不同转速下dq轴电流和铁耗系数的关系Map,软件运行过程中在线计算总损耗最优的dq轴电流分配,并且考虑温度电压等因素的影响对电流分配进行修正,最终实现CLTC工况效率提升0.24%



2


单载波周期扭矩预测控制模型


另外一个部分,就是电机的扭矩控制策略,常用的有FOC和DTC两种,前者FOC叫做磁场定向控制,它的优势就是稳定,缺点是控制周期长。后者DTC叫做直接转矩控制,简单粗暴,周期短效率高,但达到目标后波动会很大,容易有NVH抱怨。


两种控制逻辑就像两种不同驾驶风格。FOC像一个老司机,驾驶平稳和转向精准。通过精确分解电流,让扭矩和磁场独立控制,确保各速度下都平稳运行。而DTC更像是赛车手,通过快速切换实现直接转矩控制,响应速度快,但略显粗犷。所以低速区间扭矩波动大,DTC更适合需要快速响应的应用,尤其是早期的一些PHEV,包括工业感应异步电机用的就是DTC,但近年来电驱动上面基本上不怎么用了,像比亚迪DM-i和吉利雷神EM-i混动的P3驱动电机基本上也都是FOC为主。


那么如果有一种算法,能结合DTC和FOC的双重优势让电机做到“静若处子、动如脱兔”岂不是很棒呢?这种新策略叫做SPTFC,结合了FOC和DTC的优点,通过调整磁场的变化速度,实现快速反应和精确控制的平衡。



小米这一块,在此础上还加入了扭矩预测控制模型,通过建立精确的电机数学模型和磁链观测器,实现扭矩指令到电压指令的快速转化,最终达成0到90%峰值扭矩仅需要15ms的控制响应时间,这个和咱前面开头讲的指令刷新率不是一个东西,刷新率决定的是如何频繁给电机发送新的目标扭矩,而控制周期决定了采集、反馈、计算、然后调整控制输出这一整个流程,可以这么讲,这个值达到了15ms,是一种进步。不算改天换地的那种革命性成果,但确实能实质性优化驾驶感受。



3


特定载波比的控制策略


对了,有一个点刚才没有提到,就是V8s这台电机因为转速太高了,采样混叠容易造成相电流的偏置,尤其是在22000以上,输出电流谐波增大,铁耗损增加,温度更是远超预期。之前在iCAR03那一期电机拆解给大家讲过什么是采样电路,为什么那么重要,就是因为采样电路的周期性测量,为控制算法提供了实时数据,从而精确调整电机的电流和转矩,确保电机按需工作。



转速一变高,电流频率也随之上升。如果采样能力不到位,电流信号高频分量可能会被混叠到较低频率。这种现象会让电控有错觉,从而产生偏差,对输出有很严重的影响。那么在这个领域,小米也是开发了在线寻优,主要方法是在线寻找最优的载波比来减少谐波损耗,小米这个能减少80%的信号混叠,解决发热,提升效率。




来源:懂车老王official

编辑 ▎王琰
审核 ▎于永初

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