在新能源汽车的驱动系统中，电机扮演着“心脏”的角色，它将电能转化为机械能，驱动车辆前进。而电机输出的力矩，即我们常说的扭矩，则是衡量其驱动能力的核心物理量。精确监测这一力矩，对于整车的能耗控制、性能优化及安全运行具有至关重要的意义。在这一精密监测领域，力矩传感器发挥着不可替代的作用，其高精度的测量能力为新能源汽车的节能降耗提供了关键的数据支撑。
一、为何要精确监测新能源汽车的电机力矩？
电机的输出力矩并非一个固定值，它会根据驾驶员的油门指令、车辆负载、行驶路况等复杂因素实时变化。对力矩进行实时、精确的监测，主要基于以下几点考量：
1.优化能量管理，实现节能降耗：新能源汽车的能量来源于电池，如何高效利用每一度电是技术核心。通过实时监测电机力矩，整车控制器可以更精准地判断车辆的实时功率需求。例如，在平稳巡航时，系统可根据实际阻力矩精确控制电机输出，避免不必要的能量浪费；在加速时，也能做到按需供给，提升能量转化效率。没有精确的力矩反馈，能量管理策略就如同“盲人摸象”，容易导致能耗增加。
2.提升驾驶平顺性与控制精度：电机的力矩响应直接影响车辆的加速、减速感受。精确的力矩监测是实现高级扭矩矢量控制、防滑控制等功能的基础。系统能够瞬间识别车轮的打滑或负载变化，并快速调整左右轮或前后轴的力矩分配，不仅提升了操控稳定性和安全性，也避免了因打滑等异常状态造成的能量损失。
3.保障驱动系统安全与耐久性：电机和减速器等传动部件都有其设计承载极限。持续或瞬时的过大力矩可能引发部件过载、过热，影响寿命甚至导致故障。力矩传感器如同一个时刻在线的“哨兵”，一旦监测到异常力矩，可立即触发控制系统进行干预限值，保护核心驱动部件。
4.为故障诊断与性能评估提供依据：长期的力矩数据记录可以反映驱动系统的工作状态变化，为预测性维护和故障诊断提供关键线索。通过分析力矩曲线，工程师可以评估系统效率是否衰减，判断是否存在潜在的机械或电气问题。
二、力矩传感器：精准感知的核心部件
要实现上述精准监测，离不开高性能的力矩传感器。它是一种将扭矩（力矩）这一力学量转换为可测量电信号的精密装置。在新能源汽车电机监测的应用中，它通常被集成在电机输出轴与减速器输入轴之间，直接串联在动力传递路径上，实时测量传动轴的扭转形变从而计算出力矩值。
这类传感器的工作原理，目前以应变计技术较为常见。其核心过程如下：
1.弹性体形变：传感器内部有一个经过特殊设计的弹性轴。当电机扭矩作用于该轴时，轴会发生微小的扭转变形。
2.应变信号转换：粘贴在弹性轴表面的应变计（一种电阻元件）会随着轴的变形而发生自身电阻值的变化。这个电阻变化量与施加的扭矩成正比。
3.电信号输出：传感器内部的电路（通常是惠斯通电桥）将应变计的电阻变化转换为微弱的电压信号变化。
4.信号处理与输出：经过内置的放大、滤波、补偿（如温度补偿）等处理，最终输出一个与扭矩成比例的标准信号（如电压、电流或数字信号），供整车控制器读取。
对于新能源汽车而言，理想的电机力矩传感器需要满足几个严苛要求：高精度与高分辨率（能敏锐捕捉力矩的细微变化）、高可靠性与长寿命（需适应车辆全生命周期的振动、温变等恶劣环境）、快速响应（能跟上电机力矩的瞬时变化）、紧凑轻量化（节省宝贵的车内空间并降低重量），以及良好的抗电磁干扰能力（工作在强电磁的电机环境中）。
三、精准测量如何具体助力节能降耗？
当高精度的力矩传感器将实时扭矩数据提供给车辆的大脑——整车控制器（VCU）或电机控制器（MCU）后，一系列以节能为目标的优化控制便得以实现：
1.实现更精细的扭矩闭环控制：传统的开环或精度不足的控制，可能导致电机实际输出与需求存在偏差，造成效率损失。基于高精度力矩反馈的闭环控制，使得系统能够实时修正输出，确保电机始终工作在需求曲线上，提升了电驱系统的整体效率。这好比从“粗略调节油门”变成了“精密的电子燃油喷射”。
2.优化再生制动能量回收效率：在制动或滑行时，电机转变为发电机，将动能回收为电能。回收力矩的大小直接决定了回收功率。力矩传感器可以精确测量车辆减速时的需求制动力矩或路面阻力矩，控制系统据此精准控制电机的发电扭矩，在保证制动安全与舒适性的前提下，创新化能量回收量，避免回收不足或过度回收带来的不适感与能量浪费。
3.支持智能扭矩分配与驾驶模式优化：对于双电机或多电机驱动的车辆，基于精确的轮端或轴端力矩反馈，扭矩矢量控制系统可以智能地在不同电机间分配动力。例如，在弯道中，系统可以为外侧车轮分配更多扭矩，帮助车辆更顺畅过弯，减少因转向不足或过度而进行的制动修正，从而间接节省能量。不同的驾驶模式（如经济、舒适、运动）也可以根据精确的力矩信息，制定差异化的扭矩响应图谱，在经济模式下实现更柔和、高效的扭矩输出。
4.降低系统冗余设计与损耗：有了可靠的实时力矩监测作为保护，在部件设计时可以减少过大的安全余量，使驱动系统设计更加紧凑和高效。精确的控制避免了因扭矩波动或冲击造成的额外机械损耗和发热，这些都有助于降低整车能耗。
四、技术发展与未来展望
随着新能源汽车行业对能效要求的不断提高，力矩监测技术也在持续演进。传感器的设计正朝着更高精度、更高集成度（如与轴承、编码器一体化）、更强鲁棒性以及更低成本的方向发展。非接触式测量技术（如基于磁致伸缩或无线电感原理）因其无磨损、寿命长的特点，也受到更多关注。
未来的电驱系统将更加智能化，力矩传感器作为关键的数据感知节点，其提供的信息将与电机转速、温度、电流电压等信息深度融合，通过先进的算法，实现驱动系统状态的自我感知、效率的自我优化，乃至预测性维护。这将使新能源汽车的节能潜力得到更深层次的挖掘。
新能源汽车电机力矩的精确监测，是连接电机性能与整车能效的关键桥梁。高性能的力矩传感器作为实现这一监测的核心部件，通过提供精准、可靠的实时扭矩数据，使得整车的能量管理、驱动控制和安全保护策略得以精细化、智能化，从多个维度有效助力车辆降低能耗，提升续航里程，是新能源汽车核心技术体系中不可或缺的重要一环。随着技术的不断成熟与普及，其对于推动新能源汽车产业节能降耗的贡献将愈发显著。
全部评论 （0）