電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

摘 要：隨著低碳經(jīng)濟(jì)時(shí)代的到來，全球都在積極部署新能源的建設(shè)，以此來減輕不可再生能源的消耗，達(dá)到節(jié)約能源與保護(hù)環(huán)境的雙贏局面。在此背景下，新能源汽車行業(yè)呈現(xiàn)出蓬勃的發(fā)展勢(shì)頭，本文從電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，從硬件與軟件的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，對(duì)電氣動(dòng)車伺服電機(jī)控制策略、電動(dòng)汽車能源動(dòng)力的要求和電機(jī)的調(diào)速策略進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的主要控制方案。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車;電機(jī)驅(qū)動(dòng);系統(tǒng)設(shè)計(jì);新能源

隨著工業(yè)化的高度發(fā)展，對(duì)環(huán)境和能源問題提出了新的挑戰(zhàn)。汽車作為能源消耗的主要產(chǎn)品，降低電機(jī)驅(qū)動(dòng)的損耗具有重要的意義。電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制技術(shù)對(duì)新能源電動(dòng)汽車的動(dòng)力性能等有著極大的影響，電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作為新能源電動(dòng)汽車的主要構(gòu)件，在車輛行駛的過程中承擔(dān)著越來越重要的作用，隨著世界新能源汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的市場(chǎng)前景更為樂觀，會(huì)有越來越多的制造商和相關(guān)客戶會(huì)涉足。

一、電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

新能源純電動(dòng)汽車的動(dòng)力性能是由電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的特性所決定的，而作為電動(dòng)汽車三大核心功能之一的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)整車的輕量化也有一定的影響。在我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展過程中，電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展有著重要的社會(huì)意義、實(shí)際意義和適用意義，電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)的工程化與產(chǎn)業(yè)化問題也一直是各大研究機(jī)構(gòu)和所涉企業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)所在?？傮w來看，我國驅(qū)動(dòng)電機(jī)行業(yè)已取得了較大進(jìn)步，相同功率等級(jí)下的主要參數(shù)方面均接近世界先進(jìn)水平。

現(xiàn)階段，電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中可選擇的電機(jī)類型主要有永磁同步電機(jī)、開關(guān)磁阻電機(jī)以及交流異步電機(jī)三種。其中，永磁同步電機(jī)具有較高的性價(jià)比，控制效果好;開關(guān)磁阻電機(jī)由于成本比較低，但其在運(yùn)行時(shí)會(huì)形成比較大的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，使電動(dòng)汽車存在明顯的電機(jī)噪聲;交流異步電機(jī)具有造價(jià)低廉、質(zhì)量輕便等特點(diǎn)，但效率比永磁同步電機(jī)低不少。從當(dāng)前的趨勢(shì)看，為適應(yīng)電池縮短充電時(shí)間的需求，汽車主驅(qū)電機(jī)的電壓平臺(tái)應(yīng)會(huì)朝中電壓的方向發(fā)展。

二、電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)

1.電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的硬件要求與設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)滿足電動(dòng)汽車在驅(qū)動(dòng)接口、控制單元、系統(tǒng)集成和長期穩(wěn)定的要求。其中，首先應(yīng)滿足驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)硬件體系應(yīng)保有充足的外部接口，以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車內(nèi)部受控器件的有效連接與工況監(jiān)測(cè);其次，也應(yīng)該考慮驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)微控單元應(yīng)具備高水平的數(shù)據(jù)處理能力，可在滿足電動(dòng)汽車基本控制需求的前提下，實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜的數(shù)據(jù)運(yùn)算工作。再者，需要考慮的因素是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)并不是“孤島式”獨(dú)立運(yùn)行，而是始終與電動(dòng)汽車保持一體化連接。最后，電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與電動(dòng)汽車駕駛運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性具有直接關(guān)聯(lián)，存在嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)化需求。所以，在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)硬件體系的設(shè)計(jì)實(shí)踐中，應(yīng)將符合相關(guān)國家規(guī)范作為最基本要求，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行硬件電路的先進(jìn)化、模塊化設(shè)計(jì)。

針對(duì)硬件設(shè)計(jì)的需要包含基本的電路與模塊，比如需要包括微處理器、互鎖電路、信號(hào)電路和電源驅(qū)動(dòng)電路等，微處理器是電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)核心控制模塊的頭腦所在，其性能直接決定了控制模塊的算力?；ユi電路為電動(dòng)汽車電機(jī)專用的PWM電路，并能滿足死區(qū)時(shí)間的設(shè)計(jì)需求。具體來講，電路型號(hào)為T1公司生產(chǎn)的SN74L系列芯片電路，其開啟時(shí)間與關(guān)閉時(shí)間均在10ns以內(nèi)，可滿足快速率、高精度的橋臂開關(guān)互鎖需求。其次，信號(hào)處理模塊的硬件電路設(shè)計(jì)可分為信號(hào)采集電路、編碼處理電路、溫度測(cè)量電路、開關(guān)測(cè)量電路四個(gè)部分，在電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中加入硬件保護(hù)模塊，可提升過電流、過電壓等特殊情況下的控制保護(hù)能力。當(dāng)控制軟件的保護(hù)機(jī)制未達(dá)效果時(shí)，保護(hù)電路可觸動(dòng)PMW輸出完成快速鎖定，從而避免電機(jī)受損，使電動(dòng)汽車持續(xù)處在安全穩(wěn)定的狀態(tài)。

2.電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的軟件要求與設(shè)計(jì)

嵌入式軟件程序設(shè)計(jì)的優(yōu)劣與否，對(duì)電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能穩(wěn)定性具有很大影響，故而成為了現(xiàn)階段業(yè)內(nèi)控制器開發(fā)的重點(diǎn)和難點(diǎn)問題。在此背景下，出于可靠性、安全性、便捷性、可移植性等多方面考量，需針對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)一整套完整的操作流程。在電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)運(yùn)行中，初始化模塊主要負(fù)責(zé)參數(shù)設(shè)定、通訊自檢、電能預(yù)充、高壓上電等控制指令，運(yùn)行模塊則為控制系統(tǒng)循環(huán)的主體部分，實(shí)現(xiàn)電機(jī)乃至電動(dòng)汽車運(yùn)行狀態(tài)下的信息采集與控制反饋，以此達(dá)成調(diào)整電機(jī)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)、促進(jìn)車輛高效行駛的效果。

隨著新能源汽車大規(guī)模的推廣，對(duì)于整車的動(dòng)力性能、續(xù)駛里程和成本的要求也越來越高。為趕上世界先進(jìn)水平的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展的步伐，為滿足業(yè)內(nèi)對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的需求，高度智能化及非線性智能控制化、數(shù)字化的系統(tǒng)控制將會(huì)逐步實(shí)現(xiàn)。提升車輛行駛過程中的能量管理，優(yōu)化動(dòng)能回饋策略，都將應(yīng)用到電動(dòng)汽車的電機(jī)控制系統(tǒng)中。使得電機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)變得簡單、綜合性能得到了飛躍式的提升。因此，高效集成化、輕量平臺(tái)化及控制數(shù)字化和智能化的電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)必將成為可能。

三、結(jié)語

在進(jìn)行電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)時(shí)，相關(guān)人員必須要從經(jīng)濟(jì)性、安全性、穩(wěn)定性、便捷性等多個(gè)角度出發(fā)，進(jìn)行硬件電路與軟件程序的合理選用，以達(dá)到驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的高精度控制目的，為汽車的行駛安全做出保障。

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作者簡介：

作者名： ? 李群安

出生年月： 1949年12月22日

性別 ： 男

民族：漢

單位：廣東南方職業(yè)學(xué)院

職稱：工程師

研究方向：電氣自動(dòng)化

學(xué)歷和籍貫：本科畢業(yè)，廣東省江門市新會(huì)區(qū)

（廣東南方職業(yè)學(xué)院 ?529100）