双电机驱动汽车差速控制解析
1.传统汽车驱动差速原理与控制机制
1.1汽车的动力传递路径
机械式汽车动力驱动系统一般由离合器、变速器、万向节、传动轴、驱动桥（主减速器和差速器）、半轴及驱动车轮组成，如图1所示。
图1汽车动力驱动驱动系统简图
发动机产生的动力经传动系传给驱动车轮，通过车轮与地面的相互作用，转换为地面推动汽车前进的作用力。
汽车行驶过程中，由于左右车轮的动力半径不可能完全相等、汽车转弯以及路面不平等原因，驱动轮间的行驶路程长度一定不相等，因此汽车传动系中设置了差速器。
1.2驱动差速原理与控制机制
汽车差速器的工作原理就是通过一套简单的行星齿轮装置实现左右车轮的自适应差速。该装置工作过程中保持左右车轮的驱动转矩相
等，但某一车轮阻力减小时，容许其转速增加；反之当车轮阻力增加时，容许车轮转速减低。
事实上，汽车行驶过程中，驱动车轮不是独立存在的，一方面车轮作为汽车的一分子，需随汽车一起运动，同时车轮运动也受地面的约束，在附着作用范围内，车轮转速的变化受到地面附着的约束。
因此汽车差速器的工作原理，可以这样解析：差速装置给左右车轮相等的驱动转矩，即等转矩控制；车轮转速由路面约束，即在路面约束条件下，车轮自动调节转速，以实现阻力最小。
2.双电机驱动汽车的差速控制原理
2.1双电机驱动汽车的动力传递路径
对于双电机驱动的汽车，动力源可能是动力电池组或发电机+电池，但驱动系统基本上如图2所示。
图2 双电机驱动系统简图
这类电驱动汽车，由于电机控制策略的不同，都要面临左右车轮因行驶路程不同而需要进行差速控制问题。
2.2驱动电机及其控制策略
目前，电动汽车广泛应用的驱动电机主要有异步电动机、无刷直流电动机和永磁同步电动机(PMSM)三种。
异步电动机具有结构简单、可靠性高，控制技术相对成熟等优点。异步电动机的控制方法主要有恒压频比控制、矢量控制和直接转矩控制等。恒压频比控制的优点是控制方法简单，转速的改变可以通过控制电源频率实现；其缺点是动态性能不好，在突加负载或转速给定突变时容易发生失步现象。矢量控制的调速范围宽，可以对转矩实行精确控制，从零速起对转速进行控制。直接转矩控制的控制方法比矢量控制简单，系统动态响应速度快；但控制精度不如矢量控制高。
无刷直流电动机系统的优点是功率密度大，控制方法简单，效率高。控制方法主要有：电压控制策略，即通常所称的调压调速特性；转矩闭环控制策略，转矩控制策略包括直接输入转矩(电流)指令的电流滞环控制，采用积分作用(如PI规律)的调节系数的电流控制，以及基于转矩控制的空间电压矢量控制；转速闭环控制策略，转速控制策略是对电机转速输入指令与转速反馈信号的差值△V，进行PI或PID 规律调节的闭环控制。
永磁同步电动机具有控制精度高、转矩密度高、噪声低等优点。由于转子无导条，无铜耗，所以转子惯量可以做得很小。永磁同步电动机的控制策略有三种，即恒转矩控制、普通弱磁控制和最大输入功率弱磁控制。
3.双电机驱动汽车的差速控制原理选择
对于双电机驱动或多电机驱动的汽车，电机控制策略的选择至关
重要，目前电驱动汽车领域采用各种控制策略的都有，也有多种策略的组合，也有各种创新性控制策略。
根据本文第一部分汽车行驶驱动与差速控制原理分析，建议无论采用那种驱动电机，都采用左右驱动车轮相等转矩控制策略，转矩的大小由驾驶员控制。而对于四驱汽车，前后车轮的驱动转矩比建议考虑前后轴荷比以及加速工况的轴荷转移进行控制。
用L298N搭成的电机驱动控制模块 L298N是一款较常用的高电压大电流全桥双路电机驱动芯片，用TTL电平输入控制信号即可实现对伺服电机、直流电机及步进电机等多种电机的控制。下图为L298N的外观及管脚定义图。+V SS 输出电流控制端B 输出端4 输出端3 输入端4 使能端B 输入端3 逻辑电路供电电压V SS 地 输入端2 使能端A 输入端1 电机供电电压V S 输出端2 输出端1 输出电流控制端A
一片L298N 中包含了两路控制放大电路，也就是说，用一片L298N 芯片可以搭成两个同类型电机的控制电路。取其中的一路搭建的电机控制电路如下图所示。其中，13、14脚为电机控制输出端，直接接在电机的两个输入端；10、11、12脚为逻辑电路输入端，可以直接与单片机、PLC 等控制芯片相连；9脚V SS 接+5V 的逻辑电路电源，4脚V S 接电机的电源，电压大小即电机额定输入电压；8脚接地。这里V SS 及V S 两端与地之间须要接一个100nF 的电容，电容的位置要尽量靠近接地点。如果这两端与地之间在距离接地点较远的位置已经接有较大容量的电容的话，那么在靠近接地点的地方还是需要通过一个小一些的电容接地。 电机 +V SS +V S en 反转及停止。当向C 、D 两端输入同样电平时，可实现电机的快速停止。另外使使能端V en 置零也可以使电机停止，但是这里不推荐这种方法。如果控制电路中有电源开关的话，要确定L298N 上电以后再将V en 置高，而掉电之前要将V en 置零。 L298N 的电机电源V S 最大可以接46V 的电压，输出电流最大可达到3A ，而在快速停止时不可超过2A 。如果需要输出更大的电流的话，可以将两路甚至多路控制放大电路并联，即将几路的V en 、V S 、地端、输入端及输出端分别相连。
电动汽车驱动电机类型种类和结构原理图 随着电动汽车行业的发展，各大汽车厂商纷纷开发了自家的电动车型。在雨后春笋般的的电动汽车市场，大家在看车的时候，厂商均推出了各自车型应用的电机。到底不同的电机有什么差别，下面本文就来讲讲新能源汽车电机的基础知识，介绍各种电机在电动汽车应用特点。 一、什么是电机? 所谓电机，就是将电能与机械能相互转换的一种电力元器件。当电能被转换成机械能时，电机表现出电动机的工作特性;当机械能被转换成电能时，电机表现出发电机的工作特性。大部分电动汽车在刹车制动的状态下，机械能将被转化成电能，通过发电机来给电池回馈充电。
二、电动汽车应用驱动电机特点 基于电动汽车的特点，对所采用的电机也有较高的要求。为了提升最高时速，电机应有较高的瞬时功率和功率密度(W/kg)；为了增加1次充电行驶距离，电机应有较高的效率；而且电动汽车是变速工作的，所以电机应有较高的高低速综合效率;此外有很强的过载能力、大的启动转矩、转矩响应要快。电动车起动和爬坡时速度较低，但要求力矩较大；正常运行时需要的力矩较小，而速度很高。低速时为恒转矩特性，高速时为恒功率特性，且电动机的运行速度范围应该较宽。另外，电机还应具备坚固、可靠，有一定的防尘防水能力，且成本不能过高。 目前，从现已成熟的电机技术来看，开关磁阻电机在各个技术特性方面似乎很符合电动车的使用需要，但尚未得到广泛应用；而现今永磁同步电机在电动汽车行业应用较广泛；现在较为知名的特斯拉Model系列均采用异步电机。此外，如果按电流类型划分还可分为直流电机和交流电机两种。下面根据转速、功率密度、体积等多方面特性参数对比来了解4种较为典型的驱动电机特点。
共享知识分享快乐 电机驱动模块的使用 2015212822 号学 张家梁学生姓名 应用物理学（通信基础科学）专业名称 理学院所在系（院） 指导教师韩康榕
日月年2017 4 4 卑微如蝼蚁、坚强似大象． 共享知识分享快乐 电机驱动模块的使用 张家梁 （） 100876北京邮电大学，北京摘要：实验中使用电机驱动模块，采用一片双通道H桥电流控制电机驱动器DRV8833，可以同时驱动两个直流电机或一个步进电机，可通过代码改变DRV8833控制信号的占空比来改变电机的转速或LED的亮度，可以通过电流表、电压表、示波器等来完成对具体观测点的测量，对数据分析后验证功能是否正常。 信号驱动；示波器；PWM关键词：直流电机；步进电机；TI Cortex M4 The Use of Motor Drive Module JiaLiang Zhang (Department of Applied Physics, Beijing, BJ 10, China) Abstract：The motor drive module is used in the experiment,. The dual-channel H-bridge current control motor driver DRV8833 can drive two DC motors or one stepper motor at the same time. The duty cycle of the DRV8833 control signal can be changed by code to change the motor speed or LED Of the brightness, you can through the ammeter, voltmeter, oscilloscope, etc. to complete the measurement of the specific point of view, after the data analysis function is normal. Keywords: DC motor; stepper motor; TI Cortex M4; PWM signal driver; oscilloscope. 1引言 电机驱动模块包括直流电机和步进电机，同时由PWM信号驱动，从而改变电机转速。 直流电机的驱动程序需要液晶、滚轮、Tiva的PWM输出、定时器等多个模块共同配合完成。液晶用于显示电机转数、滚轮用来调节PWM 的占空比从而控制电机的转速、PWM 输出用于驱动直流电机旋转、而定时器则是用来检测电机的旋转数度。 2 实验原理 1.电机驱动模块布局 卑微如蝼蚁、坚强似大象． 共享知识分享快乐 2.直流电机的控制与测速 电路等效原理结构图：
L298N电机驱动器使用说明书 注意：本说明书中添加超链接的按CTRL并点击连接，即可看到内容。
实例一：步进电机的控制实例 步进电机是数字控制电机，它将脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度，因此非常适合于单片机控制。步进电机可分为反应式步进电机（简称VR）、永磁式步进电机（简称PM）和混合式步进电机（简称HB）。 一、步进电机最大特点是： 1、它是通过输入脉冲信号来进行控制的。 2、电机的总转动角度由输入脉冲数决定。 3、电机的转速由脉冲信号频率决定。 二、步进电机的驱动电路 根据控制信号工作，控制信号由单片机产生。(或者其他信号源)
三、基本原理作用如下： 两相四拍工作模式时序图： (1)控制换相顺序 1、通电换相这一过程称为脉冲分配。 例如： 1、两相四线步进电机的四拍工作方式，其各相通电顺序为(A-B-A ’－B ’)通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制A,B 相的通断。) 2、两相四线步进电机的四拍工作方式，其各相通电顺序为: (A －AB －B －BA ’－A ’－A ’B ’-B ’－B ’依次循环。(出于对力矩、平稳、噪音及减少角度等方面考虑。往往采用八拍工作方式)
(2)控制步进电机的转向 如果给定工作方式正序换相通电，步进电机正转，如果按反序通电换相，则电机就反转。如：正转通电顺序是：（A-B-A’－B’依次循环。）则反转的通电顺序是：（B‘-A’-B－A依次循环。） 参考下例： (3)控制步进电机的速度 如果给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步。两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。调整单片机发出的脉冲频率，就可以对步进电机进行调速。（注意：如果脉冲频率的速度大于了电机的反应速度，那么步进电机将会出现失步现象）。参考下例： (4)四相电机的控制程序
电动汽车用驱动电机系统的现状及发展趋势 中国汽车技术研究中心窦汝振李磊宋建锋 摘要：介绍了我国电动汽车用驱动电机系统的研发现状,以及车用系统与普通工业用系统间的差异,指出了发展趋势。 1 引言 我国汽车工业的发展面临着来自能源安全、环境保护和气候变化等可持续发展要求的多重挑战。随着近几年汽车保有量的快速增加，汽车能源消耗增长呈现加速趋势，进一步加剧了我国石油供需矛盾。在当前石油资源日益紧张，价格不断攀升的国际形势下，发展电动汽车特别是混合动力汽车是缓解我国石油资源短缺现状的有效途径，也是增强我国汽车工业核心竞争力的重大战略举措。 经过“八五”、“九五”规划的实施，特别是“十五”国家863电动汽车重大专项,我国已实现了官、产、学、研的资源整合,具有了电动汽车用驱动电机系统自主研发能力。在国家“三纵三横”总体布局中(如附图所示),驱动电机及其控制系统被列为“三横”中的共性技术之一。 附图国家“十五”电动汽车重大专项布局示意 2 电动汽车用驱动电机系统的特点及分类 电动汽车对驱动电机系统的要求至少包括： （1）基速以下输出大转矩，以适应车辆的启动、加速、负荷爬坡、频繁起停等复杂工况； （2）基速以上为恒功率运行，以适应最高车速、超车等要求； （3）全转速运行范围内的效率最优化，以提高车辆的续驶里程； （4）结构坚固、体积小、重量轻、良好的环境适应性和高可靠性； （5）低成本及大批量生产能力。 电动汽车最早采用了直流电机系统,特点是成本低、控制简单,但重量大,需要定期维护。随电力电子技术、自动控制技术、计算机控制技术的发展,包括异步电机及永磁电机在内的交流电机系统体现出比直流电机系统更加优越的性能,目前已逐步取代了直流电机控制系统。特别是借助于设计方法、开发工具及永磁材料的不断进步,用于驱动的永磁同步电动机得到了飞速发展。 电动汽车中常用的交流电机主要有异步、永磁、开关磁阻三大类型，其特点如表1所示。
纯电动汽车驱动电机应用概述 郑金凤 胡冰乐 张翔 (福建农林大学机电工程学院，福建 福州 350002) 摘 要：介绍了目前纯电动汽车的发展状况，叙述了纯电动汽车驱动电机不同类型的特点及相关的控制方法。还介绍了一些目前应用比较广泛的驱动电机控制方法的主要内容及其所解决的相关问题。 关键词：纯电动汽车 驱动电机 矢量控制 直接转矩控制 中图分类号：TP202 文献标识码：A Driving Motor for Electric Vehicles Application Overview Zheng Jinfeng Hu Bingle Zhang Xiang (College of Mechanical and Electronic Engineering，Fujian Agriculture and Forestry University，Fuzhou 350002，China) Abstract: the current state of development of electric vehicles and features of the electric vehicles are described.Otherwise,driving motors and its control methods are narrated. Also major contents of some driving motor control methods applied extensively at present and its related issues are discussed. Key words：Electric vehicle，Drive motor，Vector control，Direct Torque Control 引言 由于环境保护越来越受消费者和政府的重视，以及能源价格的不断上涨，使得世界的汽车制造商都纷纷加大开新能源汽车开发力度。在去年金融危机的影响下，今年以来，由于全球大多主流的汽车市场纷纷出现衰退，尤其以美国和日本为代表的两大汽车市场出现了急剧下滑，使得美国和日本汽车厂家不得不加速原本保守的计划，从而重新刺激美国和日本等原有核心市场。而电动汽车以电能为能源，具有零排放无污染的突出优点，因此备受汽车界的推崇。在中国，政府今年也不断的推出各种政策来促进纯电动汽车的发展。回顾一下国际上电动汽车的发展史，连这次至少有四次，世界汽车工业界要启动纯电动汽车，但是前三次都失败了。前三次失败主要是因为电池。前三次基本上都是以铅酸电池为基础，由于他的比能量和比价格都比较差，所以没有得到推广。现在随着电池技术的不断发展，使得纯电动汽车的推广得以实现。现在纯电动汽车主要采用的是锂电池，锂电池的比能量是铅酸电池的八到十倍，且质量轻。今年比亚迪、丰田、奇瑞等汽车公司都将推出各自的纯电动汽车。并且电动汽车将可能慢慢成为汽车发展的一种趋势和必然[1,2,3]。 1各种电动汽车驱动电机的性能[4-11] 纯电动汽车关键的难点重点在于电池技术和驱动电机。电池技术已经在一定程度上得到了突破。下面主要讨论一下驱动电机的相关状况。 1.1电动汽车驱动电机控制的关键问题 电动汽车是以车载电源为动力，并采用电动机驱动的一种交通工具。电机及其驱动系统是电动汽车的核心部件之一，由于电动汽车在运行过程中频繁起动和加减速操作，对驱动系统的有着很高的要求。下面主要阐述控制过程中的一些关键问题: （1）用在电动汽车的电动机应具有瞬时功率大、过载能力强(过载3～4倍)、加速性能好，使用寿命长的特点。 （2）电动汽车用电动机调速范围应该宽广，包括恒转矩区和恒功率区。要求在低速运行时可以输出大恒定转矩，来适应快速起动、加速、负荷爬坡等要求；高速时能够输出恒定功率，能有较大的调速范围，以适应平坦的路面、超车等高速行驶要求。
新能源电动汽车电驱动 系统 标准化工作室编码[XX968T-XX89628-XJ668-XT689N]
现代电动汽车电驱动系统主要由四大部分组成：驱动电机、变速器、功率变换器和控制器。驱动电机是电气驱动系统的核心，其性能和效率直接影响电动汽车的性能。驱动电机和变速器的尺寸、重量也会影响到汽车的整体效率。功率变换器和控制器则对电动汽车的安全可靠运行有很大关系。 电驱动系统的由以下几个部分组成： 1．电动汽车驱动电机 选用小型轻量的高效电机，对目前电池容量较小、续驶里程较短的电动汽车现状显得尤为重要。早期电动汽车驱动电机大部分采用他励直流电机(DCM)。直流电机驱动系统改变输入电压或电流就可以实现对其转矩的独立控制，进行平滑调速，具有良好的动态特性，并且有成本低、技术成熟等优点。但是，直流电机的绝对效率低，体积、质量大，碳刷和换向器维护量大，散热困难等缺陷，使其在现代电动汽车中应用越来越少。随着电力电子技术、大规模集成电路和计算机技术的发展以及新材料的出现和现代控制理论的应用，机电一体化的交流驱动系统显示了它的优越性，如效率高、能量密度大、驱动力大、有效的再生制动、工作可靠和几乎无需维护等，使得交流驱动系统开始越来越多地应用于电动汽车中。目前在电动汽车中，主要采用永磁同步电机(PMSM)驱动系统、开关磁阻电机(SRM)驱动系统和异步感应电机(肼)驱动系统。 永磁同步电机(PMSM)是一种高性能的电机，具有体积小、重量轻、结构简单、效率高、控制灵活的优点，在电动汽车上得到了广泛的应用，是当前电动汽车用电动机的研发热点，是异步感应电机的最有力的竞争对手。目前，由日本研制的电动汽车主要采用这种电机，如Honda公司的EV Plus、Nissan公司的Altra和Toyota公司的RAV4及Prius车型等。但是，永磁电机的磁钢价格较高，磁性能受温度振动等因素的影响，有高温退磁等问题。 开关磁阻电机(SRM)是由磁阻电机和开关电路控制器组成的机电一体化新型调速电机。开关磁阻电机工作时，依次使定子线圈中的电流导通或截止，电流变化形成的磁场吸引转子的凸出磁极从而产生转矩。开关磁阻电机结构简单，成本较低，可靠性高，起动性能和调速性能好，控制装置也比较简单。然而在实际应用中，开关磁阻电动机存在着转矩波动大、噪声大、需要位置检测器等缺点，所以目前应用开关磁阻电机的驱动系统仍然很少，主要以Chloride公司的“Lucas”电动汽车为代表。 异步感应电机(M)具有结构简单、坚固、成本低、可靠性高、转矩脉动小、噪声小、转速极限高、无需位置传感器及免维护等特点，因而在电动汽车驱动电机领域里，是应用很广泛的一种无换向器电机。近年来，由IM驱动的电动汽车几乎都采用矢量控制和直接转矩控制。美国以及欧洲研制的电动汽车多采用这种电动机。 异步电机的矢量控制调速技术也比较成熟，其电驱动系统具有良好的性能，因此被较早地应用于电动汽车，目前仍然是电动汽车驱动系统的主流产品。迄今为止，美国“Impact’’系列、“ETX．2”型，日本“Cedric"、“OTwn"、“FEV"型，德国 “T4”、“190’’型等电动汽车均采用异步感应电机。异步电机的最大缺点是驱动电路复杂，效率比永磁电机和开关磁阻电机低，特别是在轻载运行时效率更低。因此，如何进一步提高异步电机的运行效率，己经成为人们关注的重要课题。 2．变速器
纯电动汽车的驱动电机系统详解 驱动电机系统是电动汽车三大核心系统之一，是车辆行驶的主要驱动系统，其特性决定了车辆的主要性能指标，直接影响车辆动力性、经济性和用户驾乘感受。一、驱动电机系统介绍驱动电机系统由驱动电机、驱动电机控制器(MCU)构成，通过高低压线束、冷却管路与整车其他系统连接，如图1所示。整车控制器(VCU)根据加速踏板、制动踏板、挡位等信号通过CAN网络向电机控制器MCU发送指令，实时调节驱动电机的扭矩输出，以实现整车的怠速、加速、能量回收等功能。电机控制器能对自身温度、电机的运行温度、转子位置进行实时监测，并把相关信息传递给整车控制器VCU，进而调节水泵和冷却风扇工作，使电机保持在理想温度下工作。驱动电机技术指标参数，如表1所示，驱动电机控制器技术参数如表2所示。1、驱动电机永磁同步电机是一种典型的驱动电机(图2)，具有效率高、体积小、可靠性高等优点，是动力系统的执行机构，是电能转化为机械能载体。它依靠内置旋转变压器、温度传感器(图3)来提供电机的工作状态信息，并将电机运行状态信息实时发送给MCU。旋转变压器检测电机转子位置，经过电机控制器内旋变解码器解码后，电机控制器可获知电机当前转子位置，从而控制相应的IGBT功率管导通，按顺序给定子三个线圈通电，驱
动电机旋转。温度传感器的作用是检测电机绕组温度，并提信息供给MCU，再由MCU通过CAN线传给VCU，进而控制水泵工作、水路循环、冷却电子扇工作，调节电机工作温度。驱动电机上有一个低压接口和三根高压线(V、U、W)接口，如图4所示。其中低压接口各端子定义如表3所示，电机控制器也正是通过低压端口获取的电机温度信息和电机 转子当前位置信息。2、驱动电机控制器驱动电机控制器MCU结构如图5所示，它内部采用三相两电平电压源型逆变器，是驱动电机系统的控制核心，称为智能功率模块，它以IGBT(绝缘栅双极型晶体管)为核心，辅以驱动集成电路、主控集成电路。MCU对所有的输入信号进行处理，并将驱动电机控制系统运行状态信息通过CAN2.0网络发送给整车控制器VCU。驱动电机控制器内含故障诊断电路，当电机出现异常时，达到一定条件后，它将会激活一个错误代码并发送给VCU整车控制器，同时也会储存该故障码和相关数据。驱动电机控制器主要依靠电流传感器(图6)、电压传感器、温度传感器来进行电机运行状态的监测，根据相应参数进行电压、电流的调整控制以及其它控制功能的完成。电流传感器用于检测电机工作实际电流，包括母线电流、三相交流电流。电压传感器用于检测供给电机控制器工作的实际电压，包括动力电池电压、12V蓄电池电压。温度传感器用于检测电机控制系统的工作温度，包括IGBT模块的温度。驱动电
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/9410062489.html, 电动汽车用驱动电机发展现状与趋势分析 作者：张勇 来源：《时代汽车》2016年第12期 摘要：目前，我国电动汽车行业正在不断发展，相关的生产技术也逐步完善。本文中，笔者即将对电动汽车用驱动电机进行介绍，并就驱动电机目前的发展状况以及在将来一段时间的发展趋势作出相关分析。 关键词：电动汽车；驱动电机；现状；趋势 1电动汽车用驱动电机概述 目前，电动汽车的不同特性对于驱动电机提出了不同类型的要求。其中，对速度要求较高的电动汽车，要求其电机的瞬时功率及功率密度值较高；而要求电池使用周期较长，充电后可以行使更远距离的电动汽车，要求电机的效率应相对较高；此外，电动汽车还要求驱动电机具有比较理想的高低速综合效率，用材坚固，耐用性强，且具有理想的防水性能，性价比高等特性。依据上述要求，目前国内设计生产的比较常见的驱动电机主要包括下述4种类型。 1.1直流有刷电机 直流有刷电机是一种采用直流供电的驱动电机，是最早研发并使用的电动汽车用驱动电机类型，且目前在很多类型的电动汽车中仍旧在广泛使用。直流有刷电机最大的优势在于控制特性较好，简单易于操作，且目前国内的生产技术较为成熟，质量比较稳定。 然而，直流有刷电机之所以后来逐步为其他类型的驱动电机所取代，正是由于其也存在着一些比较突显的缺陷。首先，由于直流有刷电机具有电刷及机械换向器两个结构，导致其电机过载能力及速度得不到有效的提高，且使用过程中对零部件的维护成本较高。此外，直流有刷电机的损耗主要发生在转子部分，这便导致产生的热量散失难度较大，对转矩质量比参数需要进一步优化。第三，直流有刷电机在运行过程中，电刷容易因摩擦产生火花，从而形成电磁干扰对电动汽车的正常运行造成不利影响。第四，由于采用的是机械换向器，因此会对电机的容量、转速等性能造成限制，越来越无法满足用户对于驱动电机的需求。 1.2感应电机 目前电动汽车中最为常用的就是交流三相感应电机。此类电机的定子和转子是通过对硅钢片进行叠压后制成的，没有其他零部件接触。具有结构简单，性能稳定，耐用性能优良等特点。此外，该电机的功率范围较广；可以通过空气进行冷却，也可以通过液体冷却；同时，对于周边环境具有很好的适应性能。相比于其他类型的驱动电机，感应电机的质量小，价位低，性价比高，并且保养及维修成本也相对较低。
电机驱动及控制模块
3.3电机驱动及控制模块 331 电机特性 —小车前进的动力是通过直流电机来驱动的，直流电机是最早出现的电动机, 也是最早能实现调速的电动机。长期以来，直流电动机一直占据着调速控制的 统治地位。它具有良 图7主、从单片机小系统应用电路 好的线性调速特性，简单的控制性能， 较高的效率，优异的动态特性。系统 选用的大谷基础车的260马达作为驱动电机。其额定电压为 3-12V ，额定功率 0.02KW 额定转速 3000r/min 。 近年来，直流电动机的结构和控制方式都发生了很大变化， 随着计算机进入 控制领域，以及新型的电力电子功率元件的不断出现，使采用全控制型的开关 功率元件进行脉冲调制（Pulse Width Modulation 简称PWM 控制方式已经成 为主流，这种控制方式容易在单片机控制中实现。 BE yr CAPCAP 2+ CAP + CiP I * EP Z CAP b HT-OVTl rr-xrr: T-m TDU rae.-[tfi E-C'UTL 化UT2 H 山习4 F21TF 匸曲 ~IF P22 vcc P22 m 酯T KX1WXI Pi - ? TTCZ'JPJL Pl? YT 11 T m 電 XTALi P14 nffo/pss F13 D1TLJP3J P12 JP34 P1J PLD PA 回■! P 討TCAO PM 时 ow P 禹 PIO Vcc P]1 FOCUADQ P32 POL/ADL E>JJ ! Plfl Pt3(AD3 P]5 P 】6 f ：^AD5 P17 P0*'AD6 PB7/AD7 RST Tmjpsi EX LVD^ fiZRST2 AL&FI 5 曲朗 卜⑷PJ 4 wwu TflrP34 ri 郴 PIT PM 廻p 北 F35 FiZiiP]! F24 F33 xrAi.3 P]3 j^TALL P.3L Pin tr 空【 时 LED T 级, 厂：1巧处4打"卜单怜机 VCC 鱼T Z? 1. P ■ ■ ?一 ■■ ■ ■ b w 1 ? 3 *?!>rr ? .1 L I I I I r —PF p p Lp
1．我国电动汽车发展概况 1.1 产业背景 1.2 产业政策 1.3 发展状况 1.3.1 技术状况 1.3.2 产业化状况 1.3.3 产品状况 1.3.4 国内主要生产企业及其产品明细表 1.4 发展方向 1.4.1 未来趋势 1.4.2 专家评述 2．我国发展电动汽车的相关政策 2.1 国家发展电动汽车的相关政策（按出台时间、名称、主要内容列表） 2.2 各省市发展电动汽车的相关政策（对北京、山东、湖南、湖北、河南、安徽、天津等分述之） 2.3 电动汽车技术支持的相关单位与组织 3．电动汽车驱动系统与驱动电机 3.1 电动汽车对其驱动系统的主要技术要求 3.2 电动汽车驱动系统的分类及其说明 3.3 电动汽车驱动电机的分类及其技术指标汇总 3.4 国内电动汽车研发单位及其研发情况 3.5 电动汽车驱动电机发展方向 4．技术方案 4.1 永磁一磁阻同步电机先进性与可行性 4.2 永磁一磁阻同步电机的优越性 4.3 永磁一磁阻同步电机现有工作基础 5．技术路线 6．合作组织 7．投资估算 8．其他
国外电动汽车及其驱动系统(本网页可阅览) 1．电动汽车的技术特征 1.1 电动汽车的基本概念和基本分类 电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。它使用存储在电池中的电来发动。电动汽车主要有纯电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池电动汽车3种类型． 纯电动汽车 纯电动汽车是完全由二次电池(如铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池或锂离子电池等)提供动力的汽车。 混合动力电动汽车 一般是指采用内燃机和电动机两种动力,将内燃机与储能器件(如高性能电池或超级电容器) 通过先进控制系统相结合, 提供车辆行驶所需要的动力, 混合动力电动汽车并未从根本上摆脱交通运输对石油资源的依赖。因此,混合动力电动汽车是电动汽车发展过程中的一种过渡车型。 燃料电池车 燃料电池车是利用氢气和氧气(或空气)在催化剂的作用下直接经电化学反应产生电能的装臵, 具有完全无污染(排放物为水)的优点, 1.2电动车的基本特点 概括来讲, 电动汽车与内燃机汽车相比有以下优点 （1）效率高:对能源的利用,电动汽车的总效率至少在19%以上(采用燃料电池时效率远高于这一数值),而内燃机汽车效率低于12%,由此可见, 电动汽车更加节能。 （2）环境污染小: 电动汽车排出的废气非常少甚至不排出废气, 产生的废热也明显少于内燃机汽车． （3）可使用多种能源: 可直接利用电厂输出的电能,也可以通过太阳能、化学能、机械能转化而获得电能。 （4）噪音低: 即使靠近正在高速运转的电动机也不会感觉到让人不舒服的噪音, 而内燃机的噪音则非常大。 （5）结构简单，使用维修方便，操作控制易实现自动化。 三种类型电动汽车的比较如附表所示
电机驱动模块的使用 学号 2015212822 学生姓名张家梁 专业名称应用物理学（通信基础科学） 所在系（院）理学院 指导教师韩康榕 2017 年 4 月 4 日
电机驱动模块的使用 张家梁 （北京邮电大学，北京 100876） 摘要：实验中使用电机驱动模块，采用一片双通道H桥电流控制电机驱动器DRV8833，可以同时驱动两个直流电机或一个步进电机，可通过代码改变DRV8833控制信号的占空比来改变电机的转速或LED的亮度，可以通过电流表、电压表、示波器等来完成对具体观测点的测量，对数据分析后验证功能是否正常。 关键词：直流电机；步进电机；TI Cortex M4；PWM信号驱动；示波器 The Use of Motor Drive Module JiaLiang Zhang (Department of Applied Physics, Beijing, BJ 10, China) Abstract：The motor drive module is used in the experiment,. The dual-channel H-bridge current control motor driver DRV8833 can drive two DC motors or one stepper motor at the same time. The duty cycle of the DRV8833 control signal can be changed by code to change the motor speed or LED Of the brightness, you can through the ammeter, voltmeter, oscilloscope, etc. to complete the measurement of the specific point of view, after the data analysis function is normal. Keywords: DC motor; stepper motor; TI Cortex M4; PWM signal driver; oscilloscope. 1引言 电机驱动模块包括直流电机和步进电机，同时由PWM信号驱动，从而改变电机转速。直流电机的驱动程序需要液晶、滚轮、Tiva的PWM输出、定时器等多个模块共同配合完成。液晶用于显示电机转数、滚轮用来调节PWM 的占空比从而控制电机的转速、PWM 输出用于驱动直流电机旋转、而定时器则是用来检测电机的旋转数度。 2 实验原理 1.电机驱动模块布局
电动汽车用驱动电机系统的现状及发展趋势
电动汽车用驱动电机系统的现状及发展趋势 中国汽车技术研究中心窦汝振李磊宋建锋 摘要：介绍了我国电动汽车用驱动电机系统的研发现状,以及车用系统与普通工业用系统间的差异,指出了发展趋势。 1 引言 我国汽车工业的发展面临着来自能源安全、环境保护和气候变化等可持续发展要求的多重挑战。随着近几年汽车保有量的快速增加，汽车能源消耗增长呈现加速趋势，进一步加剧了我国石油供需矛盾。在当前石油资源日益紧张，价格不断攀升的国际形势下，发展电动汽车特别是混合动力汽车是缓解我国石油资源短缺现状的有效途径，也是增强我国汽车工业核心竞争力的重大战略举措。 经过“八五”、“九五”规划的实施，特别是“十五”国家863电动汽车重大专项,我国已实现了官、产、学、研的资源整合,具有了电动汽车用驱动电机系统自主研发能力。在国家“三纵三横”总体布局中(如附图所示),驱动电机及其控制系统被列为“三横”中的共性技术之一。 附图国家“十五”电动汽车重大专项布局示意 2 电动汽车用驱动电机系统的特点及分类 电动汽车对驱动电机系统的要求至少包括： （1）基速以下输出大转矩，以适应车辆的启动、加速、负荷爬坡、频繁起停等复杂工况； （2）基速以上为恒功率运行，以适应最高车速、超车等要求； （3）全转速运行范围内的效率最优化，以提高车辆的续驶里程； （4）结构坚固、体积小、重量轻、良好的环境适应性和高可靠性； （5）低成本及大批量生产能力。 电动汽车最早采用了直流电机系统,特点是成本低、控制简单,但重量大,需要定期维护。随电力电子技术、自动控制技术、计算机控制技术的发展,包括异步电机及永磁电机在内的交流电机系统体现出比直流电机系统更加优越的性能,目前已逐步取代了直流电机控制系统。特别是借助于设计方法、开发工具及永磁材料的不断进步,用于驱动的永磁同步电动机得到了飞速发展。 电动汽车中常用的交流电机主要有异步、永磁、开关磁阻三大类型，其特点如表1所示。
目录 一、伺服驱动概述 (1) 二、本产品特性 (2) 三、电路原理图及PCB版图 (4) 四、电路功能模块分析 (4) 五、焊接（附元件清单） (14) 六、编者设计体会 (16)
一．伺服驱动概述 1. 伺服电机的概念 伺服电机是在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，作为一种执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出，是一种补助马达间接变速装置。伺服电机是可以连续旋转的电－机械转换器，直流伺服电机的输出转速与输入电压成正比，并能实现正反向速度控制。 2.伺服电机分类 普通直流伺服电动机 直流伺服电机 { 低惯量直流伺服电动机 直流力矩电动机 3. 控制系统对伺服电动机的基本要求 宽广的调速范围 机械特性和调节特性均为线性 无“自转”现象 快速响应 控制功率小、重量轻、体积小等。 4. 直流伺服电机的基本特性 （1）机械特性在输入的电枢电压Ua保持不变时，电机的转速n随电磁转矩M 变化而变化的规律，称直流电机的机械特性 （2）调节特性直流电机在一定的电磁转矩M（或负载转矩）下电机的稳态转速n随电枢的控制电压Ua变化而变化的规律，被称为直流电机的调节特性 （3）动态特性从原来的稳定状态到新的稳定状态，存在一个过渡过程，这就是直流电机的动态特性 5. 直流伺服电机的驱动原理 伺服主要靠脉冲来定位，基本上可以这样理解，伺服电机接收到1个脉冲，就会旋转1个脉冲对应的角度，从而实现位移，因为，伺服电机本身具备发出脉冲的功能，所以伺服电机每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲，这样，和伺服电机接受的脉冲形成了呼应，或者叫闭环，如此一来，系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机，同时又收了多少脉冲回来，这样，就能够很精确的控制电机的转动，从而实现精确的定位，可以达到0.001mm 直流伺服电机分为有刷和无刷电机。有刷电机成本低，结构简单，启动转矩大，调速范围宽，控制容易，需要维护，但维护方便（换碳刷），产生电磁干扰，对环境有要求。因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。无刷直流伺服电机电机体积小，重量轻，出力大，响应快，速度高，惯量小，转动平滑，力矩稳定。容易实现智能化，其电子换相方式灵活，可以方波换相或正弦波换相。电机免维护不存在碳刷损耗的情况，效率很高，运行温度低噪音小，电磁辐射很小，长寿命，可用于各种环境
电动汽车的四种驱动电机比较 电动汽车主要是由电机驱动系统、电池系统和整车控制系统三部分构成，其中的电机驱动系统是直接将电能转换为机械能的部分，决定了电动汽车的性能指标。因此，对于驱动电机的选择就尤为重要。 新能源汽车具有环保、节约、简单三大优势。在纯电动汽车上体现尤为明显：以电动机代替燃油机，由电机驱动而无需自动变速箱。相对于自动变速箱，电机结构简单、技术成熟、运行可靠，甚至被视为中国在新能源汽车行业实现汽车工业“弯道超车”的希望领域之一。新能源电动汽车主要是由电机驱动系统、电池系统和整车控制系统三部分构成，其中的电机驱动系统是直接将电能转换为机械能的部分，决定了电动汽车的性能指标。因此，对于驱动电机的选择就尤为重要。 电动汽车的驱动电机要求有以下几个特点： ?宽广的恒功率范围，满足汽车的变速性能 ?启动扭矩大，调速能力强 ?效率高，高效区广 ?瞬时功率大，过载能力强 ?功率密度大，体积小，重量轻 ?环境适应性高，适应恶劣环境 ?能量回馈效率高 根据驱动原理，电动汽车的驱动电机可分为以下4种： 1、直流电动机 在电动汽车发展的早期，很多电动汽车都是采用直流电动机方案。主要是看中了直流电机的产品成熟，控制方式容易，调速优良的特点。但由于直流电动机本身 的短板非常突出，其自身复杂的机械结构（电刷和机械换向器等），制约了它的瞬 时过载能力和电机转速的进一步提高；而且在长时间工作的情况下，电机的机械结 构会产生损耗，提高了维护成本。此外，电动机运转时的电刷火花会使转子发热， 浪费能量，散热困难，还会造成高频电磁干扰，这些因素都会影响具体整车性能。 由于直流电动机的缺点非常突出，目前的电动汽车已经将直流电机淘汰。 2、交流异步电动机 交流异步电机是目前工业中应用十分广泛的一类电机，其特点是定、转子由硅钢片叠压而成，两端用铝盖封装，定、转子之间没有相互接触的机械部件，结构简 单，运行可靠耐用，维修方便。交流异步电机与同功率的直流电动机相比效率更高，质量约轻了二分之一左右。如果采用矢量控制的控制方式，可以获得与直流电机相 媲美的可控性和更宽的调速范围。由于有着效率高、比功率较大、适合于高速运转
驱动电机 实 训 报 告 汽工1302 黄祥吉
图给出三相BLDCM 控制系统的六开关逆变器拓扑图。根据无刷直流电机的特点，为了减小转矩脉动，提高电机控制性能，要求加在电机定子上的电流为方波，并与电机的梯形反电动势严格同步，每相电流导通120。表给出图所示的六开关逆变器的开关器件导通顺序。 由表可见，六开关逆变器中，根据开关器件的状态，可组成6个状态组合或电压矢量，即：(0，一1，1)、(1，一1，0)、(1，0，一1)、(0，1，一1)、(一1，1，0)、(一1，0，
1)，其中，1表示上桥臂导通，一1表示下桥臂导通，0表示没有管子导通。如(0，一1，1)表示B相的下桥臂和C相的上桥臂导通，即VS5，Vs6导通，A相处于不导通状态。这样在任何时刻总是只有两相处于导通状态，即任何时刻总有一相的两个开关器件不参与工作。开关磁阻电机的控制系统。 开关磁阻电机作为一种新型调速电机，兼有直流和交流调速的优点，适用的领域很广。它是由磁阻电机与电子开关驱动控制电路组成一体的能量换转机构。 如图所示为四相的开关磁阻电机。图表示导通顺序A、B、C、D时定转子工作情况。图4a 表示V1导通，A相绕组通电，而其余的三相绕组断电，因此转子磁1.1′受到气隙中弯曲磁力线的切向磁拉力而产生转矩，使转子沿逆时针旋转，转子磁极1.1′向定子磁极AA′趋近，直到两者重合。此时，控制器据位置传感器的关断信号，去控制驱动器，关断V1，切断A 相绕组电流，紧接着控制器根据位置传感器的开、断信号，依次使V2、V3、V4通、断，使B、C、D相绕组顺序的通与断，使转子受同一方向转矩作用，沿逆时针的运行。若改变相电流大小，则可改变电机转矩和转速。 总之，国已经开发出了以上四种电机驱动系统，取得了很大的技术进步，已经在车辆上获得了应用。但是，还存在着需要改进之处。就交流感应电机电控系统而言，国的绝大多数电动效率在70％以上区域围占整个工作的区域还在80％以下；电机在低速运行过程中，输出转矩脉动性过大；在高速运转时可输出的转矩偏小，加载能力差，且转矩降落略大；甚至在一定转速围存在较大电磁振动（噪音），有待于进一步解决。四种电机电控系统的可靠性都有待进一步提高以适应产业化要求。
电机及电机驱动模块设计 1.电机选择 通过对各种电机性能的初步查询和在单片机开发板上对于步进马达和PWM直流电机的实验，我们了解到：步进电机的优点是可以精确定位，但缺点是耗电量大，若采用电池供电，可能不能长时间工作，此外，采用步进电机需要两块驱动板，控制复杂。而直流电机的缺点是不能实现精确定位，但是可以通过调节PWM波实现调速，但在电源相同的条件下，速度较慢；优点是耗电小。由于设备有限，我们无法精确测量两种电机工作时的实际工作电流，上述比较出自文献[1]与产品参数的分析。结合我们的需求，最终决定选择普通直流电机。2.增加驱动、实现换向、实现调速 由于电机属于大功率的器件，而单片机的I/O口所提供的电流往往十分有限，所以必须外加驱动电路来增大驱动；由于我们小车中即将使用的直流电机没有电刷，且供电电源为单电源，所以需要设计一个电子开关以实现换向功能。通过对电机驱动原理的研究得知使用H 桥电路可以实现这两个功能。 从图中可以看出，在上面电路由于内部采用了三极管，三极管本身起到放大的作用，即增大了驱动电流；假设开关A、D接通，电机正向转动，而开关B、C接通时，直流电机将反向转动，从而实现了电机的正反控制。 依据这个原理，我们决定直接使用结构较为简单、价格便宜且可靠性高的电机驱动芯片来连接单片机与电机以减少电路搭建的麻烦和硬件设计的复杂性。电机驱动芯片L298N内部的组成其就是H桥驱动电路，其内部电路图如下：
各引脚功能以及性能参数再次不做赘述。因为小车中打算采用两个直流电机，而选择的L298的特点是工作电压高，输出电流大。因此决定设计单片机和电机独立供电，即控制电路和驱动电路双电源供电。优点是可以保证电源功率和电压大小满足需要，可提高系统的稳定性。缺点是电机驱动模块中独立电影的增加会使车体变重，可能影响小车的运行效果。 最后将L298的引脚正确连接到单片机PO口并拉上电阻，通过Keil对单片机编写程序让小车上的两个电机正反转即可实现小车前进。目前已经写出使两个电机正转的程序，等待测试。小车左右转向的程序设计还未完成。 结构框图
电动汽车电机控制器 一、电机控制器的概述 根据GB/T 18488.1-2001《电动汽车用电机及其控制器技术条件》对电机控制器的定义，电机控制器就是控制主牵引电源与电机之间能量传输的装置、是由外界控制信号接口电路、电机控制电路和驱动电路组成。 电机、驱动器和电机控制器作为电动汽车的主要部件,在电动汽车整车系统中起着非常重要的作用,其相关领域的研究具有重要的理论意义和现实意义。 二、电机控制器的原理 图1 汽车电机控制器原理图 电机控制器作为整个制动系统的控制中心，它由逆变器和控制器两部分组成。逆变器接收电池输送过来的直流电电能，逆变成三相交流电给汽车电机提供电源。控制器接受电机转速等信号反馈到仪表，当发生制动或者加速行为时，控制器控制变频器频率的升降，从而达到加速或者减速的目的。 三、电机控制器的分类 1、直流电机驱动系统 电机控制器一般采用脉宽调制(PWM)斩波控制方式，控制技术简单、成熟、成本低，但效率低、体积大等缺点。 2、交流感应电机驱动系统 电机控制器采用PWM方式实现高压直流到三相交流的电源变换，采用变频调速方式实现电机调速，采用矢量控制或直接转矩控制策略实现电机转矩控制的快速响应。
3、交流永磁电机驱动系统 包括正弦波永磁同步电机驱动系统和梯形波无刷直流电机驱动系统，其中正弦波永磁同步电机控制器采用PWM方式实现高压直流到三相交流的电源变换，采用变频调速方式实现电机调速；梯形波无刷直流电机控制通常采用“弱磁调速”方式实现电机的控制。由于正弦波永磁同步电机驱动系统低速转矩脉动小且高速恒功率区调速更稳定，因此比梯形波无刷直流电机驰动系统具有更好的应用前景。 4、开关磁阻电机驱动系统 开关磁阻电机驱动系统的电机控制一般采用模糊滑模控制方法。目前纯电动汽车所用电机均为永磁同步电机，交流永磁电机采用稀土永磁体励磁，与感应电机相比不需要励磁电路，具有效率高、功率密度大、控制精度高、转矩脉动小等特点。 四、电动控制器的相关术语 1、额定功率：在额定条件下的输出功率。 2、峰值功率：在规定的持续时间内，电机允许的最大输出功率。 3、额定转速：额定功率下电机的转速。 4、最高工作转速：相应于电动汽车最高设计车速的电机转速。 5、额定转矩：电机在额定功率和额定转速下的输出转矩。 6、峰值转矩：电机在规定的持续时间内允许输出的最大转矩。 7、电机及控制器整体效率：电机转轴输出功率除以控制器输入功率再乘以100%。 扩展阅读： WP4000变频功率分析仪应用于电动汽车电机试验 现行的电动汽车相关标准大全 如何选择电动汽车电池监测系统 hb