电动汽车电机控制器方案设计说明书
1 引言
随着常规能源的日益减少和环境污染的日益严重，世界各国的环保意识逐渐增强，电动汽车以其零排放的优点受到世界各国的重视，并成为未来车辆的一个发展趋势。
传统的电动汽车多采用直流电机，其中最多的是有刷他励直流电机，因为存在电刷，导致电机的寿命和效率降低，目前比较新的无刷直流电机，这种电机寿长，效率比较高，但是因为位置传感器的安装精度不够导致控制效果不是很好和寿命短的问题。无速度传感低压交流驱动器，比传统的直流系统相比。
目前研究比较多的是交流异步电机及其控制器，与直流电机相比，交流异步电机具有效率高，相同功率等级下成本低等优点，交流系统低速恒转矩模式有效攻克了直流无刷启动力矩不足的问题。高速恒功率模式使整机效率更加优越。
随着交流电机控制算法的日益完善，其控制性能可以和直流电机相媲美，交流异步电机在电动汽车上的广泛应用成为发展趋势。
本系统采用无速度传感器矢量控制策略，提高电机工作效率，采用SVPWM技术，提高电压利用率，并减少谐波干扰，并克服了传统直流系统电动车启动力矩不足的缺点。
2 硬件总体说明
系统总共分为三块电路板叠成立体方式实现。
2.1功率变化电路总体说明
2.1.1 功能介绍
此功率电路采用三相相移120度
2.1.2 理论依据
ACI3_1的简易系统图如图1所示：
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图1 ACI3_1的简易系统图
图1所示为三相感应电机驱动的完整系统图。使用了一个三相电压源逆变器来控制三相感应电机，DSP输出六路PWM信号控制逆变器的六个MOSFET的通断，从而控制电机电压。还有一个捕获输入脚用来捕获电机速度传感器的输出以测量电机转速，但在实际调试时没有使用速度传感器，所以没有速度反馈，整个系统是一个开环系统。
感应电机的等效电路如图2所示：
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图2 感应电机的等效电路
在V/Hz控制中，感应电动机的转速由可调节的定子电压大小和对应的频率大小一起控制，其中磁通量在固定状态总是保持预期值。
假设定子电阻(Rs)为0，产生气隙磁通的磁化电流近似等于定子电压与频率比。它们的矢量关系式(for steady-state 分析) 为：电动汽车电机控制器方案设计说明书（原创）- ZZ - 狂风悟浪
如果感应电动机运行在线性磁场区域，则Lm是不变的。那么，等式(1)可以在数值方面被简化为：电动汽车电机控制器方案设计说明书（原创）- ZZ - 狂风悟浪
由此推出关系式：电动汽车电机控制器方案设计说明书（原创）- ZZ - 狂风悟浪
为了保持电动汽车电机控制器方案设计说明书（原创）- ZZ - 狂风悟浪不变，电动汽车电机控制器方案设计说明书（原创）- ZZ - 狂风悟浪的比值在不同的转速也要不变。当转速增大时，为了保持电动汽车电机控制器方案设计说明书（原创）- ZZ - 狂风悟浪的比值不变，则定子电压必须要按比例增大。然而，频率（或同步转速）不是真正的转速，因为存在转差s。在空载时，s很小，转速接近同步转速。因此，简单的开环恒压频比控制系统不能精确地控制存在负载转矩的转速，需要加入速度传感器。
在实际中，定子电压与频率的比率通常基于这些变量的额定值。V/Hz典型轮廓曲线如图3所示。主要地，V/Hz特性曲线有三个转速范围，如下图所示，其中电动汽车电机控制器方案设计说明书（原创）- ZZ - 狂风悟浪为截止频率，电动汽车电机控制器方案设计说明书（原创）- ZZ - 狂风悟浪为额定频率，电动汽车电机控制器方案设计说明书（原创）- ZZ - 狂风悟浪为定子电压，电动汽车电机控制器方案设计说明书（原创）- ZZ - 狂风悟浪为定子额定电压：
在0-电动汽车电机控制器方案设计说明书（原创）- ZZ - 狂风悟浪时，定子电阻压降不能被忽略，需通过增加Vs来补偿。所以，V/Hz 特性曲线是非线性的。我们可以从Rs ≠0的稳态等效电路中解析计算出截止频率(fc)和适当的定子电压。
在电动汽车电机控制器方案设计说明书（原创）- ZZ - 狂风悟浪-电动汽车电机控制器方案设计说明书（原创）- ZZ - 狂风悟浪（基频）时，则遵循V/Hz不变关系。图上的斜度代表了等式（2）中的气隙磁通量。
在大于电动汽车电机控制器方案设计说明书（原创）- ZZ - 狂风悟浪（基频）Hz时, 为了避免定子绕组绝缘击穿，定子电压必须最多只能等于额定值，所以不能继续保持Vs/f比率不变。于是，导致气隙磁通将会减少，不可避免地引起转矩相应地降低。这区域通常被称为弱磁升速区，电机在此区域为恒功率运行。
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2.1.3 系统框图
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系统原理框图
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系统程序框图
2.1.4 程序流程图
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2.2 ACI3_4（无速度传感器矢量控制程序）总体说明
2.2.1 功能介绍
系统采用无速度传感器矢量控制技术驱动异步电机转动。通过加速踏板给定转矩，带大负载时踏板踩下角度大，控制器输出转矩大，相反带小负载时踏板踩下角度大，控制器输出转矩小。
无速度传感器矢量控制系统动态性能好，效率高，是目前异步电机控制领域中技术最先进的控制方法。
2.2.2 理论依据
理论上，感应电机的磁场定向控制有两种，直接磁场定向和间接磁场定向，用来定向的磁场可以是转子磁场、定子磁场和气隙磁场。在间接磁场定向控制中需要通过估计或计算转子转速来估计转差率s，进而计算同步转速，而没有磁通估计。直接磁场定向控制中，同步转速根据磁通角进行计算，磁通角可以根据磁通估计或磁通传感器测量得到。系统的关键模块是磁通评估器。
交流电机直接转子磁场定向控制的基础是将总磁场定向在以同步速度旋转的d轴上，这样电磁转矩和磁通可以分别由同步旋转坐标系中定子电流的d轴分量和q轴分量独立控制。如下图所示：
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转子磁场定向控制中的定子电流和转子磁通向量
2.2.3 系统框图
控制系统整体结构图如下，使用六路PWM信号控制三相逆变器的六个MOSFET，三项逆
变器将48V直流电逆变成三相正弦交流电，驱动异步电机旋转。采用三个AD采样通道分别采样A、B相电流和母线电压，作为反馈量估算转子磁通角和转子转速并调节PWM占空比。
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原理框图如下图所示：
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直接转子磁场定向系统原理框图
系统程序模块框图如下如所示：
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系统程序框图
2.2.4 程序流程图
3 软件模块说明
3.1 ACI_FE
该模块是一个是基于反电动势反向逼近积分的三相感应电机的磁通评估器，该模块可以同时产生转子角，通过积分补偿器引入补偿电压以减小纯积分器和定子电阻测量的误差，因此，磁通估计器可以在很大的转速范围内工作，即使是转速很低的情况。
模块的输入输出量如下图所示：
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该模块涉及的文件有：
C 文件：aci_fe.c，aci_fe.h
IQmath库文件：IQmathLib.h，IQmath.lib
使用的变量描述：
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磁通估计器的整体框图如下：
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在静止坐标系中转子磁链主要是通过对电压型中的反电动势积分得到的。通过使用积分补偿器提供补偿电压，可以对纯积分器和定子电阻测量的误差进行处理。
程序流程图如下：
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3.2 ACI_SE
模块作用：
这个软件模块是基于数学模型的三相感应电机的速度评估器，该评估器的精度依赖于电机的关键参数。
模块的输入输出量如下：
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C文件：aci_se.c，aci_se.h
IQmath库文件：IQmathLib.h，IQmath.lib
所使用的变量描述：
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模块原理
开环速度评估器是基于静止坐标系中的感应电机的机械方程，精确的机械参数是必不可少的，否则将会产生稳态转速误差，但是，这个评估器的结构与其他高级技术相比更加简单。
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正反转时的转子磁通角波形
程序流程图如下图所示：
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3.3 CLARK
? 作用：将两相电流值由三相abc坐标系转换到两相静止电动汽车电机控制器方案设计说明书（原创）- ZZ - 狂风悟浪坐标系。
? 模块的输入输出量如下图所示：
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? C V ersion File Names：clarke.c，clarke.h
? IQmath library files for C：IQmathLib.h，IQmath.lib
? 变量定义
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3.4 FC_PWM_DRV
? 作用：根据占空比产生空间矢量PWM输出。
? C V ersion File Names：f281xpwm.c，f281xpwm.h (for x281x)
f280xpwm.c，f280xpwm.h (for x280x)
? IQmath library files for C：N/A
? 变量定义
结构体变量PWMGEN定义如下：
typedef struct { Uint16 PeriodMax; // Parameter：PWM Half-Period in CPU clock cycles (Q0)
int16 MfuncPeriod; // Input：Period scaler (Q15)
int16 MfuncC1; // Input：PWM 1&2 Duty cycle ratio (Q15)
int16 MfuncC2; // Input：PWM 3&4 Duty cycle ratio (Q15)
int16 MfuncC3; // Input：PWM 5&6 Duty cycle ratio (Q15)
void (*init)(); // Pointer to the init function
void (*update)(); // Pointer to the update function
} PWMGEN;
typedef PWMGEN *PWMGEN_handle;
? 各个变量的数据格式
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3.5 I_PARK
? 作用：将电压由d-q旋转坐标系变换到电动汽车电机控制器方案设计说明书（原创）- ZZ - 狂风悟浪旋转坐标系。
? 该模块的输入和输出变量如下图所示：
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? C V ersion File Names：ipark.c，ipark.h
? IQmath library files for C：IQmathLib.h，IQmath.lib
? 变量定义
结构体变量IPARK定义如下：
typedef struct { _iq Alpha; // Output：stationary d-axis stator variable
_iq Beta; // Output：stationary q-axis stator variable
_iq Angle; // Input：rotating angle (pu)
_iq Ds; // Input：rotating d-axis stator variable
_iq Qs; // Input：rotating q-axis stator variable
void (*calc)(); // Pointer to calculation function
} IPARK;
typedef IPARK *IPARK_handle;
? 变量类型如下：
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3.6 ILEG2_DCBUS_DRV
? 作用：这个模块同时进行三通道的AD转换，转换过程中使用了可以编程设置的增益（gain）和偏置（offset）。AD转换由EPWM1 CNT_zero（定时器为0）事件启动。转换结果表示两个相电流和母线电压。使用的是GP Timer 1
? 模块的输入输出量如下图所示：
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? C V ersion File Names：f281xileg_vdc.c，f281xileg_vdc.h (for x281x)
f280xileg_vdc.c，f280xileg_vdc.h (for x280x)
? IQmath library files for C：N/A
? 变量定义
结构体变量ILEG2DCBUSMEAS定义如下：
typedef struct { int16 ImeasAGain; // Parameter：gain for Ia (Q13)
int16 ImeasAOffset; // Parameter：offset for Ia (Q15)
int16 ImeasA; // Output：measured Ia (Q15)
int16 ImeasBGain; // Parameter：gain for Ib (Q13)
int16 ImeasBOffset; // Parameter：offset for Ib (Q15)
int16 ImeasB; // Output：measured Ib (Q15)
int16 VdcMeasGain; // Parameter：gain for Vdc (Q13)
int16 VdcMeasOffset; // Parameter：offset for Vdc (Q15)
int16 VdcMeas; // Output：measured Vdc (Q15)
int16 ImeasC; // Output：computed Ic (Q15)
Uint16 ChSelect; // Parameter：ADC channel selection
void (*init)(); // Pointer to the init function
void (*read)(); // Pointer to the read function
} ILEG2DCBUSMEAS;
typedef ILEG2DCBUSMEAS *ILEG2DCBUSMEAS_handle;
? 变量数据格式如下：
电动汽车电机控制器方案设计说明书（原创）- ZZ - 狂风悟浪程序流程图如下：
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3.7 PARK
? 作用：将变量由两相静止坐标系转换到两相旋转坐标系。
? 输入输出量如下图所示：
电动汽车电机控制器方案设计说明书（原创）- ZZ - 狂风悟浪? C V ersion File Names：park.c，park.h
? IQmath library files for C：IQmathLib.h，IQmath.lib
? 变量定义
结构体变量PARK定义如下：
typedef struct { _iq Alpha; // Input：stationary d-axis stator variable _iq Beta; // Input：stationary q-axis stator variable
_iq Angle; // Input：rotating angle (pu)
_iq Ds; // Output：rotating d-axis stator variable
_iq Qs; // Output：rotating q-axis stator variable
void (*calc)(); // Pointer to calculation function
} PARK;
typedef PARK *PARK_handle;
变量数据格式如下：
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3.8 PID_REG3
? 作用：该模块用为32位带抗积分饱和功能的数字PID控制器，可以单独配置为PI或PD 控制器，使用了逐渐逼近的方法。
? 输入输出量：
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? C V ersion File Names：pid_reg3.c，pid_reg3.h
? IQmath library files for C：IQmathLib.h，IQmath.lib
? 变量定义：
结构体变量PID_REG3定义如下：
typedef struct { _iq Ref; // Input：Reference input
_iq Fdb; // Input：Feedback input
_iq Err; // Variable：Error
_iq Kp; // Parameter：Proportional gain
_iq Up; // Variable：Proportional output
_iq Ui; // Variable：Integral output
_iq Ud; // Variable：Derivative output
_iq OutPreSat; // Variable：Pre-saturated output
_iq OutMax; // Parameter：Maximum output
_iq OutMin; // Parameter：Minimum output
_iq Out; // Output：PID output
_iq SatErr; // Variable：Saturated difference
_iq Ki; // Parameter：Integral gain
_iq Kc; // Parameter：Integral correction gain
_iq Kd; // Parameter：Derivative gain
_iq Up1; // History：Previous proportional output
void (*calc)(); // Pointer to calculation function
} PIDREG3;
typedef PIDREG3 *PIDREG3_handle;
数据格式：
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? PID原理和实现方法：
PID控制系统框图如下：
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其中：电动汽车电机控制器方案设计说明书（原创）- ZZ - 狂风悟浪电动汽车电机控制器方案设计说明书（原创）- ZZ - 狂风悟浪
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u(t)是PID的输出
upresat(t)是饱和之前的输出
e(t)是参考量和反馈量之差
Kp是比例系数
Ti积分时间（或复位时间）
Td是微分系数
Kc是积分补偿系数
将上述方程使用反向逼近的方法来离散化，则方程变为如下形式：
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电动汽车电机控制器方案设计说明书（原创）- ZZ - 狂风悟浪电动汽车电机控制器方案设计说明书（原创）- ZZ - 狂风悟浪
定义
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则
电动汽车电机控制器方案设计说明书（原创）- ZZ - 狂风悟浪电动汽车电机控制器方案设计说明书（原创）- ZZ - 狂风悟浪
其中T是采样周期。
软件流程图如下图所示：
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3.9 SVGEN_DQ（SVPWM模块）
? 作用：
这个模块用来计算合适的占空比，该占空比用于产生一个使用空间矢量PWM技术的给定定子参考电压。定子参考电压由电动汽车电机控制器方案设计说明书（原创）- ZZ - 狂风悟浪电动汽车电机控制器方案设计说明书（原创）- ZZ - 狂风悟浪来描述，即Ualpha和Ubeta。
? 这个模块的输入输入变量如下图所示：
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? C V ersion File Names：svgen_dq.c，svgen_dq.h
? IQmath library files for C：IQmathLib.h，IQmath.lib
? 变量定义
结构体SVGENDQ定义如下：
typedef struct { _iq Ualpha; // Input：reference alpha-axis phase voltage
_iq Ubeta; // Input：reference beta-axis phase voltage
_iq Ta; // Output：reference phase-a switching function
_iq Tb; // Output：reference phase-b switching function
_iq Tc; // Output：reference phase-c switching function
void (*calc)(); // Pointer to calculation function
} SVGENDQ;
typedef SVGENDQ *SVGENDQ_handle;
? 各变量的数据格式
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? 软件流程图如下
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? 模块原理：
三相电压逆变器如下图所示：
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空间矢量PWM用来按照一定的顺序驱动三个上桥臂的MOSFET导通，每相的下桥臂和同一相的上桥臂相反，中间有个死区时间，最终在定子绕组中产生近似的正弦波电流，并在定子绕组中产生旋转磁场。
系统等效电路如下图所示：
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开关管导通顺序和对应线电压和相电压之间的关系如下：
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对应电压关系：
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用矩阵形式表示如下：
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空间矢量的6个60°扇区如下图所示，其中的矢量为基础空间矢量。
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电动汽车电机控制器方案设计说明书（原创）- ZZ - 狂风悟浪、电动汽车电机控制器方案设计说明书（原创）- ZZ - 狂风悟浪分别代表电动汽车电机控制器方案设计说明书（原创）- ZZ - 狂风悟浪和电动汽车电机控制器方案设计说明书（原创）- ZZ - 狂风悟浪的电动汽车电机控制器方案设计说明书（原创）- ZZ - 狂风悟浪和电动汽车电机控制器方案设计说明书（原创）- ZZ - 狂风悟浪分量之和，表达式如下：
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其中T1、T3分别是U0、U60的持续作用时间，T0是空矢量的持续时间。这些时间可以使用下面的方法计算：
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因为U0=U60=电动汽车电机控制器方案设计说明书（原创）- ZZ - 狂风悟浪，所以有如下
关系：
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在U0和U60之间时，t1和t2计算如下，T1、T3分别为U0和U120作用的时间。
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在U60和U120之间时，t1和t2计算如下，T2、T3分别为U60和U120作用的时间。
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如果定义X、Y、Z如下：
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在不同区间时t1和t2与X、Y、Z之间的对应关系如下：
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通过CLARK逆变换，得到电压Vref1、Vref2、Vref3如下：
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定子参考电压的电动汽车电机控制器方案设计说明书（原创）- ZZ - 狂风悟浪分量如下：电动汽车电机控制器方案设计说明书（原创）- ZZ - 狂风悟浪
电压Vref1、Vref2、Vref3如下
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如果Vref1 > 0，则a=1，否则a=0
如果Vref2 > 0，则b=1，否则b=0
如果Vref3 > 0，则c=1，否则c=0
可变区间的定义为：sector = 4?c+2?b+a
三个相电压关系如下：
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空间矢量PWM模块被分成以下几个部分：
l 划分区间
l 计算X、Y和Z
l 计算t1和t2
l 决定占空比taon、tbon和tcon
l 将占空比传给Ta、Tb和Tc
占空比计算如下：
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3.10 CAN通信和液晶显示程序
采用CAN通信将要显示的数据送到液晶显示屏进行显示。
程序流程图如下图所示：
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3.11 方向控制程序
按键程序，通过判断两个按键的情况来选择正转、反转。状态如下：状态
正转开关
反转开关
不输出
反转
1
正转
1
不输出
1
1
程序流程图如下图所示：
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4 软件调试说明
4.1 ACI3_1（恒压频比控制程序）调试说明
系统可以调节的变量和作用列表表示如下：
变量名
名称
作用
SpeedRef
速度给定
-1~1
改变电机工作
ISR_FREQUENCY
中断频率
0~20KHz
改变PWM频率和主中断频率
P
电机极数
根据电机决定
影响控制器工作性能
BASE_FREQ
电机额定频率
根据电机决定
决定电机的工作频率
4.2 ACI3_4（无速度传感器矢量控制程序）调试说明系统可以调节的变量和作用列表表示如下：
名称
范围
作用
IdRef
磁通给定
-1~1
决定磁通给定值的大小IqRef
转矩给定
-1~1
决定转矩给定值的大小open
开环标志
0、1
1速度开环，0速度闭环pid1_id
Id的pid结构体
-1~1
改变Id的PID参数
pid1_iq
Iq的pid结构体
改变Iq的PID参数
ilg2_vdc1
AD采样结构体
-1~1
改变AD通道个数、AD通道转换顺序、偏移量大小ISR_FREQUENCY
中断频率
0~20KHz
改变PWM频率和主中断频率
RS、RR、LS、LR、LM、P
电机参数
根据电机决定
决定控制器控制性能
BASE_VOLTAGE
电机额定电压
48
决定控制器控制性能
BASE_CURRENT
电机额定电流
根据电机决定
决定控制器控制性能
电动汽车用轮毂电机的研究 张继晨 （武汉理工大学汽车工程学院；汽研1202；学号：1049721202240） 摘要：轮毂电机驱动系统是电动车辆的先进驱动方式，高品质的轮毂电机及其驱动控制系统是国内外电气工程领域的重要研究方向。本文阐述了轮毂电机的不同驱动方式及其国内外研究现状，在分析了轮毂电机驱动特点基础上，介绍了轮毂电机的结构，探讨轮毂电机驱动系统的控制，特别是转向时的差速控制，并思考轮毂电机发展的关键技术。 关键词：电动汽车；驱动系统；轮毂电机；差速控制 Application of In-Wheel Motors Used for Electric Automobile Zhang Jichen (School of Automobile Engineering, Wuhan University of Technology, Class: 1202, Number: 1049721202240) Abstract:As advanced drives for electric vehicles, it is one of the most important edge research areas to develop the high-performance in-wheel motors both at home and abroad. This article described two different driving methods and their application status at home and abroad. With a presentation of the features of in-wheel motors and drives, introduced the structure of the in-wheel motors, and propose the control of the in-wheel motors system, especially the control of the steering differential while some potential technical solutions for the drives are discussed. Key words: electric automobile; driving system; in-wheel motor; differential control 前言 随着全球资源紧缺与环境污染矛盾的不断凸显，作为具有节能和环保双重效益的电动汽车近几年得到了迅速的发展。目前电动汽车的电机、电池性能已经能基本上满足车辆性能的要求，在新结构、新控制、新技术等方面展示出了巨大的发展潜力。在各种形式驱动的电动汽车中，轮毂电机将是电动汽车的最终驱动形式。轮毂电机的快速响应特性可提高电动汽车的动态控制能力，使汽车在驱动、制动、转向等多种工况下均具有较好的表现。轮毂电机不但可以进行防抱死控制、牵引力控制、转矩矢量控制，还可以进行主动平顺性控制，因此轮毂电机可以替代传统汽车底盘中绝大部分执行机构。目前，对轮毂电机来说，最重要的技术是将电动机、传动系统、制动系统和悬架系统共同嵌入到车轮中，而体积过大时轮毂电机电动汽车普及的一个障碍。 1. 轮毂式电动汽车发展现状 轮毂式电动汽车是一种新兴的驱动式电动汽车，有两种基本形式，即直接驱动式电动轮和带轮边减速器电动轮。它直接将电机安装在车轮轮毂中，省略了传统的离合器、变速器、主减速器及差速器等部件，简化了整车结构，提高了传动效率，并且能通过控制技术实现对电动轮的电子差速控制。电动轮将成为未来电动汽车的发展方向。 1.1 国外研究现状 目前国际上对轮毂电机电动汽车的研究主要以日本为主。日本很早就开始了对轮毂电机研究和开发，取得了一系列的研究成果，其技术在世界各国电动汽车研究领域处于领先位置。日本庆应义塾大学的电动汽车研究小组先后研制了IZA、ECO、KAZ等电动汽车均采用轮毂电机驱动技术。2001年该小组研制了超级电动轿车“KAZ”，该车采用8个55kW的永磁同步电机驱动，最高车速达到了311km/h，0~100km/h的加速时间是8s，电动车轮匹配了一套行星齿轮减速机构。2004年，该小组再次推出电动轿车Eliica，该车采用8个直驱式轮毂电机直接驱动车辆，最高车速在良好工况下达到400km/h，0~60km/h加速时间为4s，大大提高了轮毂电动汽车的性能。 美国通用汽车公司也致力于轮毂电机电动汽车的研究，它对未来电动汽车发展提出了名为“Autonomy”的概念，其思想是将电动轮驱动与线控操作技术相结合。大大提高了汽车的操纵稳定性和智能化。轮毂电机驱动技术的采用使底盘空间增大，使汽车的布置结构更加灵活，且汽车的转向、制动和动力控制等系统都能通过线控操纵来实现，
电动车控制器接线说明 高标智能无刷电动车控制器接线说明如下： 1．电源输入 粗红色线为电源正端，黑色线为电源负端，细橙色线为电门锁2．电机相位（A、B、C输出） 粗黄色线为A ，粗绿色线为B ，粗蓝色线为C 3．转把信号输入 细红色线为+5V电源细绿色为手柄信号输入细黑色线为接地线 4．电机霍耳（A、B、C输入）
细红色线为+5V电源细黑色线为接地线。细黄色线为 A ，细绿色线为 B，细蓝色线为 C 5．刹车 细黄色线为机械刹（高电平刹车：+12V），细棕色线为接地线（低电平刹车） 6．转把线 细红色线为转把+5V电源，细黑色线为转把接地线，细绿色线为转把信号输入 7．仪表：细绿色线 8．三档开关： 细白色线高速转换，细黑色线地线，细黄色线高速转换/轻触按钮 9．限速：细灰色线 10．自学习开关线：细灰 高标智能型无刷电动车控制器使用方法和注意事项： 1、在接线前先切断电源，按接线图所示连接各根导线； 2、高标控制器虽然防水、抗震，但控制器做好还是安装在通风、防水、防震部位。 3、控制器限速控制插头应放置容易操作的地方。 4、控制器接插件应接插到位，禁止将控制器电源正负极反接（即严禁粗红、细橙和粗黑；细红和细黑接反）。 5、电机模式自动识别：正确接好电动车控制器的电源、转把、刹把等线束，,将电机识别模式开关线（细灰）短接，打开电门锁，使电机进入自动识别状态，若电机反转则按一下刹车即可使电机正向转动，在控制器识别电机模式10秒后将电机识别模式开关线（细灰）直接断开即可完成电机模式自动识别。 6、1+1助力方向调整：在通电状态，将调速电阻从最大值调到最小值，再回到原始状态后，可将1+1助力的方向从正向模式切换到反向模式，再调整一次可从反向模式切换到正向模式，并将最终的模式存入单片机。
电动车用轮毂电机研究现状与发展趋势 褚文强, 辜承林 (华中科技大学电气与电子工程学院,湖北武汉 430074) 摘 要:介绍了轮毂电机相对于燃油汽车和单电机集中驱动系统的优势,比较了各种电动汽车用电机的基本性能。阐述了轮毂电机的不同驱动方式及其国内外研究与应用现状。无位置传感器控制技术、转矩脉动的抑制、弱磁扩速、电机本体的设计及永磁材料等将是今后轮毂电机的研究热点。 关键词:电动汽车;驱动系统;轮毂电机 中图分类号:T M384∶U469.72 文献标识码:A 文章编号:167326540(2007)0420001205 Appli ca ti on St a tus and D evelop i n g Tend of I n2W heel M otors Used for Electr i c Auto m ob ile CHU W en2qiang, G U Cheng2lin (College of Electrical and Electr onic Engineering,Huazhong University of Science and Technol ogy,W uhan430074,China) Abstract:The advantages of in2wheel mot or compared with the driving syste m of traditi onal mot ors are de2 scribed.Then t w o different driving methods and their app licati on status at home and abr oad are intr oduced.The qual2 itative analysis of several kinds of typ ical driving mot or is made next.Their perf or mances are compared and their ad2 vantages/disadvantages are als o point out.Finally the devel op ing trend of wheeled mot or technol ogy is p resented. Key words:electr i c auto m ob ile;dr i v i n g syste m;i n2wheel m otor 0 概 述 早在20世纪50年代初,美国人罗伯特就发明了一种将电动机、传动系统和制动系统融为一体的轮毂装置。该轮毂于1968年被通用电气公司应用在大型的矿用自卸车上。近年来,随着电动汽车的兴起,轮毂电机重新引起了重视。轮毂电机驱动系统的布置非常灵活,可以使电动汽车成为两个前轮驱动、两个后轮驱动或四轮驱动。与内燃机汽车和单电机集中驱动电动汽车相比,使用轮毂电机驱动系统的汽车具有以下几方面优势: (1)动力控制由硬连接改为软连接型式。通过电子线控技术,实现各电动轮从零到最大速度的无级变速和各电动轮间的差速要求,从而省略了传统汽车所需的机械式操纵换档装置、离合器、变速器、传动轴和机械差速器等,使驱动系统和整车结构简洁,有效可利用空间大,传动效率提高。 (2)各电动轮的驱动力直接独立可控,使其动力学控制更为灵活、方便;能合理控制各电动轮的驱动力,从而提高恶劣路面条件下的行驶性能。 (3)容易实现各电动轮的电气制动、机电复合制动和制动能量回馈。 (4)底架结构大为简化,使整车总布置和车身造型设计的自由度增加。若能将底架承载功能与车身功能分离,则可实现相同底盘不同车身造型的产品多样化和系列化,从而缩短新车型的开发周期,降低开发成本。 (5)若在采用轮毂电机驱动系统的四轮电动汽车上导入线控四轮转向技术(4W S),实现车辆转向行驶高性能化,可有效减小转向半径,甚至实现零转向半径,大大增加了转向灵便性。 1 驱动系统 1.1 驱动方式 轮毂电机的驱动方式可以分为减速驱动和直接驱动两大类[1]。 在减速驱动方式下(见图1),电机一般在高 — 1 —
2011-2012德州仪器C2000及MCU创新设计大赛 项目报告 题目：基于TMS320F28035电动汽车用电机控制器 学校：重庆大学 组别：专业组 应用类别：先进控制类 平台： C2000 题目：基于TMS320F28035电动汽车电机控制器 摘要：21世纪，纯电动汽车已经成为了解决燃油车辆带来的能源和环境问题的 最有希望的方案之一。而电动汽车电机控制器又是纯电动汽车的核心部分。本设 计以TI公司的TMS320F28035为控制核心，设计了一款用于电动汽车的低压电机 控制器，采用先进的弱磁控制算法和效率优化策略，实现了电机在整个运行范围 内输出最大转矩和达到较高的效率。 Abstract：ELECTRIC vehicles (EV) are seen as a possible step towards the solution of the pollution problem in urban environment. And the motor controller is core of the electric vehicle. Based on TMS320F28035 ,we design a motor controller used in low voltage EV. With the advanced control
scheme ,we can get the maximum torque in the whole speed range and the maximum efficiency. 1引言 1.1系统设计的背景 20世纪90年代以来，汽车作为人类最重要的代步和交通工具，在全球范围内得到蓬勃快速发展。其实世界汽车工业总共发展了100多年，已经成为世界上许多国家的支柱产业，在人类经济生活和生产中发挥着举足轻重的作用。进入21世纪，在今后的50年里，全球人口将从60亿增加到100亿，汽车的数量将从7亿增加到25亿。如果这些车辆使用内燃机的话，他们所需要的石油将不可估量，它们所排出的尾气将无法处理，它们将对我们的环境造成巨大的伤害。这些问题迫使人们去寻找21世纪可持续发展的道路交通工具。另外，由于能源资源日益消耗，迫使人们重新考虑未来汽车的动力来源，世界各国都竞相积极地研制新能源汽车，从而来替代燃料汽车。由于新能源汽车清洁无污染，能源形式多样并且能量比重高，结构简单而且维护方便，是21世纪最有发展潜力的汽车。 近二十多年来，西方工业发达国家政府把电动汽车的研究开发看作解决环境问题和能源问题的一种有效手段，在经济上给予大力支持。美国政府至今已出资数百亿美元支持汽车厂商和相关厂商进行电动汽车技术的开发研究。美国三大汽车公司1991年联合成立了美国先进电池联合体，投入了4.5亿美元，其中政府拨款2.25亿美元，共同开发镍镉、镍氢、锌空气电池、燃科电池等各种高性能蓄电池。日、法、德等国各大公司也投入巨资研究开发高性能电池。在电动汽车整车研究开发方面，至90年代末期，国外大汽车公司已开发生产了100多种型号的纯电动汽车、燃料电动汽车和混合动力汽车(表1)。其中，已有10多种纯电动汽车车型投入商业化生产；近年来，燃料电池电动汽车成为新的开发热点，美国计划到2010年市场上燃料电池汽车占市场4%份额，达到60万辆，日本政
电动车控制器原理图解
单片机PICl6F72是目前电瓶车控制器主流控制芯片，配合2只 74HC27(3输入或非门电路)；1只74HC04D(反相器)；1只74HC08D(双输入与门)和一片LM358(双运放)，组成一款比较典型的无刷电瓶车控制器，具有60°和120°驱动模式自动切换功能，其基本组成框图见图l。实物测绘原理图见图2(图中数据除注明外，均为开锁停车状态数据)。 一、电路简介与自检 开通电门锁，48V电瓶直流电经电门锁线输入到控制器，一路经R3、R13、R4等送入U6的③脚作电瓶欠压检测用，另一路送入U13、U14、
U15输出+15V和+5V给IC和末级驱动供电。单片机PICl6F72的⑨、⑩脚外接16MHz晶体，①脚外接R13、C25组成复位电路，电门锁开锁，单片机得电工作后即进入初始化自检状态，它主要检测：1．由R3、R73、R4、R11、C2l等组成的电池欠压检测电路(典型值U6的③脚输入3.8V)。 2．由R5、R6、U1等组成的末级电流检测和过流保护电路(正常值Ul的⑦脚输出0V，①脚输出约3.6V)。 3．转把复位信号(正常值U6的⑥脚输入约0.8V的低电平)。 4．刹车复位信号(正常值U6的⑦脚输入4.8V高电平)。 5．电机霍尔元件检测到的无刷电机相位信号(正常时至少有一根霍尔线输入为4.1V，其他为0V)。 自检后的状态由LED2显示结果，以下是参照值(具体显示与单片机的程序设计有关)。 闪l停l--自检正常通过 闪2停l--欠压 闪3停l--LM358故障 闪4停1--电机霍尔信号故障
闪5停l--下管故障 闪6停l--上管故障 闪7停1--过流保护 闪8停l--刹车保护 闪9停1--手把地线断开 闪10停1--手把信号和手把电源线短路 闪l停11--上电时手把信号未复位 若自检正常通过，当转动转把时，U6根据转把输出电压的大小，将相应脉冲宽度的载波信号与三路驱动上下管的换相导通信号混合，从而达到控制无刷电机速度的目的，不同的速度对应不同的电机电流，同时行驶速度与电机换相频率成正比。 电路中，末级功率管V1和V2，V3和V4分别为无刷电机U相的上、下路驱动管；V5和V6，V7和V8分别为无刷电机V相的上、下路驱动管；V9和V10，Vll和V12分别为无刷电机W相的上、下路驱动管。U2为下管驱动IC，U4为上管驱动IC；U3、U5为上、下管R55、R56(康铜丝)串接在末级功率管的地线上，因而末级功率管的电流变化会在R55、R56上产生压降，所以由R5、R6和Ul等组成的电流检测电路可以随时检测无刷电机电流的大小，避免过流损坏电机。由R3、R73、R4、R11、C21、
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910156189.6 (22)申请日 2019.03.01 (71)申请人 北京精密机电控制设备研究所 地址 100076 北京市丰台区南大红门路1号 (72)发明人 王福德 郑继贵 李鹏飞 郭喜彬 赵青 (74)专利代理机构 中国航天科技专利中心 11009 代理人 张辉 (51)Int.Cl. B60K 7/00(2006.01) H02K 7/00(2006.01) H02K 5/20(2006.01) (54)发明名称 一种电动汽车用轮毂电机 (57)摘要 本发明公开了一种电动汽车用轮毂电机，包 括轮胎轮毂和轮毂电机本体。轮胎轮毂与轮毂电 机本体固定连接。轮毂电机本体包括转动部件和 固定部件，转动部件铰接于固定部件的固定轴 上。本发明整体结构形成箱型、半箱型结构，且定 子外壳和转子外壳设置有加强筋结构，具有高强 度、高刚度、轻量化的特点，在满足轮毂电机强度 和刚度的同时大大降低整车簧下质量，成本低、 可靠性及冗余性高、散热性和密封性好、抗振动 及冲击性能力强、电机单元性好、提高了功率密 度，适应电动汽车、大型特种电动车辆的高功率 高扭矩需求。权利要求书2页 说明书5页 附图5页CN 109774457 A 2019.05.21 C N 109774457 A
权 利 要 求 书1/2页CN 109774457 A 1.一种电动汽车用轮毂电机，其特征在于：包括轮胎轮毂(1)和轮毂电机本体(2)；轮胎轮毂(1)与轮毂电机本体(2)固定连接。 2.根据权利要求1所述的一种电动汽车用轮毂电机，其特征在于：所述轮毂电机本体 (2)，包括转动部件(3)和固定部件(4)，所述转动部件(3)铰接于固定部件(4)的固定轴上。 3.根据权利要求2所述的一种电动汽车用轮毂电机，其特征在于：所述转动部件(3)包括转子外壳(17)、外侧弹性挡圈(16)、内侧弹性挡圈(15)、过渡连接架(18)、转子模块(36)、第一轴承(23)、第二轴承(14)、动密封圈(24)、动密封圈挡板(7)、过渡挡板(25)和刹车片(6)； 转子外壳(17)为“C”型结构，其上加工有法兰孔，内侧开有多个槽，每个槽内加工有两个键，外侧设置有多个加强筋； 过渡连接架(18)为柱状结构，内部加工有轴孔，过渡连接架(18)从转子外壳(17)中心穿出，并通过螺柱头固定于转子外壳(17)的法兰孔中，第二轴承(14)和第一轴承(23)依次安装于过渡连接架(18)的轴孔内，内侧弹性挡圈(15)挡在第一轴承(23)的外侧，外侧弹性挡圈(16)挡在第二轴承(14)的外侧，防止轴承窜动； 每个转子模块(36)安装于转子外壳(17)的一个内侧槽中，每个转子模块(36)内圈设置有槽，转子外壳(17)内侧槽内的键嵌入转子模块(36)内圈槽中，形成稳定结构； 转子模块(36)侧面设置动密封圈挡板(7)，动密封圈(24)安装于转子外壳(17)内侧，动密封圈(24)与动密封圈挡板(7)相接触，过渡挡板(25)和刹车片(6)依次通过螺栓安装于转子外壳(17)的法兰孔上，过渡挡板(25)用于压紧动密封圈(24)。 4.根据权利要求3所述的一种电动汽车用轮毂电机，其特征在于：所述每个转子模块(36)包括两个导磁体(13)和一个磁钢(21)，磁钢(21)两侧设置有键，导磁体(13)两侧设置有槽，两个导磁体(13)夹住磁钢(21)，且磁钢(21)两侧的键分别插入两侧导磁体(13)槽内。 5.根据权利要求3所述的一种电动汽车用轮毂电机，其特征在于：还包括第一静密封圈(32)、第二静密封圈(33)和第三静密封圈(34)，所述第一静密封圈(32)安装在转子外壳(17)和过渡连接架(18)相接触位置的内密封槽内；第二静密封圈33)安装在转子外壳(17)和过渡连接架(18)相接触位置的外密封槽内，第三静密封圈(34)安装在过渡连接架(18)和轮胎轮毂(1)相接触位置的密封槽内。 6.根据权利要求3所述的一种电动汽车用轮毂电机，其特征在于：所述过渡连接架(18)伸出转子外壳(17)的一端通过螺柱头固定在轮胎轮毂(1)上。 7.根据权利要求3所述的一种电动汽车用轮毂电机，其特征在于：所述固定部件(4)包括定子外壳(8)、固定轴(5)、水道密封外环(10)、水道密封内环(11)、定子模块(37)、旋转变压器(19)和轴窜动锁紧螺母(20)； 定子外壳(8)外侧设置有加强筋，固定轴(5)固定于定子外壳(8)上，固定轴(5)的轴侧插入第一轴承(23)和第二轴承(14)孔内，轴窜动锁紧螺母(20)安装于固定轴(5)末端，防止固定轴(5)轴向窜动，水道密封外环(10)、水道密封内环(11)固定于定子外壳(8)上，且水道密封外环(10)套于水道密封内环(11)上，旋转变压器(19)外圈安装于水道密封内环(11)上，旋转变压器(19)内圈通过键插入过渡连接架(18)上； 定子模块(37)相对的两个侧面中，一侧加工有连接键，一侧加工有连接槽，底面加工有固定键，固定键插入水道密封外环(10)的固定槽内，各个定子模块的连接键和连接槽首尾 2
电动汽车电机控制器 一、电机控制器的概述 根据GB/T18488.1-2001《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%。
！！电动自行车控制器电路原理分析 目前流行的电动自行车、电动摩托车大都使用直流电机，对直流电机调速的控制器有很多种类。电动车控制器核心是脉宽调制(PWM)器，而一款完善的控制器，还应具有电瓶欠压保护、电机过流保护、刹车断电、电量显示等功能。 电动车控制器以功率大小可分为大功率、中功率、小功率三类。电动自行车使用小功率的，货运三轮车和电摩托要使用中功率和大功率的。从配合电机分，可分为有刷、无刷两大类。关于无刷控制器，受目前的技术和成本制约，损坏率较高。笔者认为，无刷控制器维修应以生产厂商为主。而应用较多的有刷控制器，是完全可以用同类控制器进行直接代换或维修的。 本文分别介绍国内部分具有代表性的电动自行车控制器整机电路，并指出与其他产品的不同之处及其特点。所列电路均是根据实物进行测绘所得，图中元件号为笔者所标。通过介绍具体实例，达到举一反三的目的。 1.有刷控制器实例 (1)山东某牌带电量显示有刷控制器 电路方框图见图1。 1)电路原理 电路原理图见图2所示，该控制器由稳压电源电路、PWM产生电路、电机驱动电路、蓄电池放电指示电路、电机过流及蓄电池过放电保护电路等组成。
稳压电源由V3(TL431)，Q3等元件组成，从36V蓄电池经过串联稳压后得到+12V 电压，给控制电路供电，调节VR6可校准+12V电源。 PWM电路以脉宽调制器TL494为核心组成。R3、C4与内部电路产生振荡，频率大约为12kHz。 H是高变低型霍尔速度控制转把，由松开到旋紧时，其输出端可得到4V—1V的电压。该电压加到TL494的②脚，与①脚电压进行比较，在⑧脚得到调宽脉冲。②脚电压越低，⑧脚输出的调宽脉冲的低电平部分越宽，电机转速越高，电位器VR2用于零速调节，调节VR2使转把松开时电机停转再过一点。 电机驱动电路由Q1、Q2、Q4等元件组成。电机MOTOR为永磁直流有刷电机。TL494的⑧脚输出的调宽脉冲，经Q1反相放大驱动VDMOS管Q2。TL494的⑧脚输出的调宽脉冲低电平部分越宽，则Q2导通时间越长，电机转速越高。D1是电机续流二极管，防止Q2击穿。TL494的⑧脚输出低电平时，Q1、D2导通，Q4截止，Q2导通；TL494的⑧脚输出高电平时，Q1、D2截止，Q4导通，迅速将Q2栅极电荷泄放，加速Q2的截止过程，对降低Q2温度有十分重要的作用。 蓄电池放电指示电路由LM324组成四个比较器，12V由R24、VR1、VR4、VR3、VR5、R21分压形成四个不同基准电压分别加到四个比较器的反相端。蓄电池电压经R23和R22分压加到每个比较器的同相端，该电压和蓄电池电压成比例。VA=VB*R22/(R22+R23)。当蓄电池电压不低于38V时，LED1、LED2、LED3均点亮；当电池电压低于38V时，LED3熄灭；当电池电压低于35V时，LED2熄灭；当电池电压低于33V时，LED1熄灭，此时应给电池充电。调节VR1、VR4、VR3可分别设定LED3、LED2、LED1熄灭时的电压。LED4用作电源指示，LED5用作欠压切断控制器输出指示。 蓄电池过放电保护当蓄电池放电到31.5V时.LM324的①脚输出低电平，三极管Q5导通，约5V电压加到TL494的死区控制端④脚.该脚电位≥3.5V，就会迫使TL494内部调宽脉冲输出管截止，从而使三极管Q1、Q2截止，电机停止运转，蓄电池放电停止，进入电池保护状态。此时LED5点亮，指示出该状态。VR5用于设定电池保护点电压。
电动汽车轮毂电机参数 由于能源问题和环境问题的日益突出,各国和各大汽车厂商不得不寻找传统燃油汽车的替代品。电动汽车具有能量利用率高、对环境污染小等优点,被视为未来重要的交通工具之一。 对轮毂电机驱动方式的电动汽车而言,电机控制策略效果将直接影响整车控制性能的好坏。而驱动电机控制策略的设计又与电机的机械参数(转动惯量)和电气参数(电阻、电感和磁链)息息相关,因此在线辨识这些参数对提高电动汽车的整体控制效果具有重大意义。 机性能试验台，包括轮毂电机控制系统、试验台架和测量与控制系统三部分，通过调节电机的输入量和负载转矩，不仅能测量轮毂电机的基本参数，如输入电压/电流，输入功率，电机转速，输出转矩等，还能对电机进行各种试验，如空载试验、加载试验、效率试验等，全面检测轮毂电机的性能，为轮毂电机的设计和优化提供数据支持。 轮毂电机使用时可分为减速驱动和直接驱动两种驱动方式。 ①采用减速驱动方式，电动车电机一般在高速下运行，选用高速内转子式电
机。减速机构放置在电机和车轮之间，起到减速和增加转矩的作用。减速驱动具有如下优点：电机运行在高速下，具有较高的效率，转矩大，爬坡性能好，能保证汽车在低速运行时获得较大的平稳转矩。 不足之处是：难以实现液态润滑，齿轮磨损严重，使用寿命短，不易散热，噪声大。减速驱动方式适合于丘陵或山区使用，以及要求过载能力大和城区客车等需要频繁起动／停车等场合。 ②采用直接驱动方式，多采用外转子式电机。为了使汽车能顺利起步，要求电机在低速时能提供大的转矩。直接驱动的优点有：不需要减速机构，使得整个驱动结构更加简单、紧凑，轴向尺寸也较小，而且效率也进一步提高，响应速度也较快。 其缺点是：起步、爬坡以及承载较大载荷时需要大电流，易损坏电池，电机效率峰值区域小。直接驱动方式适合平路或负荷较小的场合。
1 轮毂电机系统的概念与应用领域 轮毂电机系统是本文提出的概念。通常，人们称其为轮毂电机，也有的研究者称其为轮式电机、车轮电机或者电动轮，英文名称以“in-wheel motor”居多，也有称“wheel motor”和“wheel direct drive motors”的。实际上，以上称谓严格来说都是不准确的。“轮毂电机、轮式电机和车轮电机”都侧重于电机，而“电动轮”侧重于车轮。若从系统观点出发，我们所指确切应为驱动电机和车轮紧密集成而形成的一体化的多功能系统，即为“integrated motor and wheel system”。为了方便起见，本文对已经被工程界广泛应用的“轮毂电机”和“in-wheel motor”稍作修改，以“轮毂电机系统”和“in-wheel motor system”作为中英文称谓。 轮毂电机系统在各种交通工具中都有应用。不同的应用场合对轮毂电机的结构型式和技术性能等都提出了不同的要求，相应的产生了各种轮毂电机系统及其特色技术。本文的主要研究对象是汽车用轮毂电机系统。 2 轮毂电机系统的发展历史 轮毂电机系统的诞生可以一直追溯到电动汽车诞生的初期，而轮毂电机在电动汽车上的广泛应用主要集中在近几年的概念车上。 最早见诸于文献的有关轮毂电机及其应用来自于著名汽车公司保时捷的创始人保时捷（F. Porsche）。1900年，保时捷研制了两个前轮装备轮毂电机的前轮驱动双座电动汽车，并在电动汽车比赛中取得了最好的成绩。图2所示为保时捷研制的轮毂电机驱动电动汽车。值得引起注意的是，保时捷在1902年就研制出了采用发动机和轮毂电机的混合动力汽车，取得山地汽车拉力赛的好成绩。1910年，保时捷研制了军用陆地列车，最前面的机车装备发动机和发电机，后面的10辆列车利用轮毂电机驱动（图3）。可以说，保时捷是基于轮毂电机的电动汽车和混合动力汽车之父。 20世纪50年代，美国人罗伯特发明了电动汽车轮毂，并申请了专利。1968年这种轮毂被通用电器公司应用在大型矿用自卸车上。采用轮毂电机的电动汽车具有一个明显的优点，就是可以采用采用扁平的车架结构，因此在需要频繁上下车的城市公共交通客车上大量应用。图所示为许多汽车公司研制的低车架和低地板公交车上应用的轮毂电机结构。 轮毂电机系统驱动作为电动汽车的一种重要驱动形式，得到了各大汽车厂商和组织的重视。自90年代起，日本就推出了一系列轮毂电机系统驱动的电动汽车，如TEPCO的IZA，NIES的Eco，Luciole等等，最近又有三菱的Colt、Lancer Evolut MIEV，本田的FCX concept等新车型。通用自2002年开始推出的概念车AUTOnomy(自主魔力)、Squel采用的都是轮毂电机系统驱动。与此同时，各大厂商加大了对轮毂电机系统的研发力度，高性能的新型轮毂电机系统不断涌现，轮毂电机的门
电动汽车驱动电机与电机控制器国内外发展现状 1、国外驱动电机在新能源汽车上的应用 电机方面： 全球范围看，有刷直流电机、一般同步电机、感应电机与有刷磁铁电机商品化历史最长，产品更新换代不断，迄今还在应用。上世纪80 年代开始进入商品化的表面永磁同步电机与1990 年代以来研制开发的开关磁阻电机、内置式永磁同步电机以及最新的同步磁阻电机相继进入市场，并在电动汽车与混合动力汽车上获得应用。 根据电动汽车、混合动力车车型的开发应用年代，日本的产业水平与市场偏好，成本核算等方面考虑，先采用感应电机，而近几年来在批量生产的日本电动汽车车型上以采用永磁同步电机为主流。 近年来美、欧开发的电动汽车多采用交流感应电机。其主要优点是价格较低，性能可靠；缺点是起动转矩小。日本近年来问世的电动汽车与新型混合动力车大多采用永磁电机。其主要优点是效率比交流感应电机高，但价格较贵。永磁材料耐热温度低于120℃，而开关磁阻电机(SRM：Switched Reluctance Motor)结构新型、简单、起动性能好，无大的冲击电流，但噪声大。 驱动电机系统的驱动方式与控制方面： 车辆的电机驱动系统的驱动方式可分为集中驱动与车轮独立驱动。集中驱动结构简单，可以沿用内燃机汽车的部分传动装置，是目前应用最多的电驱动方式，容易处理电机冷却、防振以及电磁干扰等问题。但是集中驱动传动系统复杂、传动效率低，不能对两侧驱动轮转矩进行单独控制，影响车辆的操纵稳定性。 车轮独立驱动的范例是三菱汽车公司应用开发的轮毂电机电动汽车，和日产汽车公司开发的轮毂电机电动汽车。 车轮独立驱动的优点是简化传动系统，布置方便；由于每个电机可以单独控制，能实现车轮驱动力的单独调节和施加横摆力矩控制，容易实现车辆底盘系统的电子控制，改善车辆驱动性能和行驶性能。但轮毂电机驱动系统会使车轮质量过大，对于整车动力性能造成影响，还可能带来其它问题，如电机散热、防水、防尘难度大等。 正因为上述问题，三菱在推出新一代电动汽车“iMiEV”时，不再采用轮毂电机，仍采用集中驱动系统，驱动电机采用永磁电机。 至于电机驱动系统的控制，涉及到电压波形与调制率控制、矩形波电压相位控制、直流电流失调反馈(DC offset feedback)控制，与可变电压系统控制。此外，在电机控制的硬件方面，例如混合动力车用电机控制在100us 程度的抽样周期中必须进行多项控制计算，再加上保险失效处理功能(fail safe)，其编制程序极其繁复。 从驱动系统的实际应用中，因为仍以传统的集中驱动方式作为主流，而永磁电机由于其优点突出，在日本纯电动汽车与混合动力车上得到更多应用。而从成本角度来看，采用集中驱动可以尽可能沿用基型车的车身和悬架而降低成本，往往比采用轮毂电机驱动系统成本低。而iMiEV 纯电动车采用传统的集中驱动系统，即驱动方式通过减速器、差速器、驱动轴把电机输出扭矩传递到左右车轮，驱动车辆行驶。 2、国内驱动电机行业现状 电机业中的小行业、但制造门槛高 作为电机行业的细分领域，电动汽车驱动电机是一个小行业。主要是由于市场处于起步
电动车控制器故障维修实用方法 当下，电动车成为绿色出行、低碳环保的代名词，在大家时兴骑电动车的时候，电动车控制器作为配件商也迎来了快速发展的春天。 在人们对电动车控制器使用量越来越多的时候，也常常会遇到一些问题。对于基础性的电动车控制器原理、电动车控制器接线图，很多人都很少理解。但在电动车控制器发生故的时候，又急需一些实用的方法来进行电动车控制器维修。 针对市场上电动车控制器维修问题，来自高标电子科技的控制器工程师王主任给大家总结了一些简单易操作的方法。以高标电动车控制器为例，给大家讲解了很多关于电动车控制器的故障维修的基础知识。 一、有刷控制器故障的检测与排除 通过测量控制器连接部件或引线的电源电压或信号电压可以分析判断出控制器的故障所在，我们现在介绍控制器常见故障的检测与排除方法：（1）对控制部件的供电不正常 检测方法如下：控制器内部电源一般采用三端稳压集成电路，一般用7805、7806、7812、7815三种规格的稳压集成块，它们的输出电压分别是5V、6V、12V、15V。用万用表的直流电压+20V（DC）档位，黑表笔与红表笔分别靠在转把的黑线和红线上，观察万用表读数是否与标称电压相符，它们的上下电压差不应超过0.2V。否则说明控制器内部电源出现故障了。
（2）没有输出 检测方法如下：用万用表的+20V（DC）档位，先测量闸把输出信号的高低电位，捏闸把时，闸把信号有超过4V的电位变化。排除闸把故障之后，按照有刷控制器常用芯片引脚功能表，与测量出的主控芯片与逻辑芯片的电压值进行电路分析，并检查各芯片外围器件（电阻、电容、二极管）的数值是否和元件表面的标识相一致。检查出外围器件或集成电路出现故障，我们可以通过更换同型号的器件来排除故障。 （3）飞车 飞车故障一般是由MOS击穿引起的。判断MOS管好坏的方法如下：用万用表的二极管档位测量MOS管三个引脚的应该没有短路现象。MOS管损坏，可以通过更换同型号的器件来排除故障。 二、无刷控制器故障的检测与排除 无刷控制器电源与闸把的故障，可以参照有刷控制器的故障排除方法先予排除。对无刷控制器而言，还有其特有故障现象，一般分以下几点： （1）缺相 无刷控制器缺相分主相位缺相和霍耳缺相两种情况。 主相位缺相的检测方法可以参照有刷控制器飞车故障排除法，检测MOS管是否击穿，无刷控制器MOS管击穿一般是某一个相位的上下两个一对MOS管
硕士学位论文 二0一五 年 六 月 作者姓名 指导教师 学科专业 控制工程
摘要 本文在开始先介绍了研究电动汽车的背景及其意义，并介绍了电动汽车在国内外的发展现状，然后从电动汽车的燃油经济性，驱动性，安全性及舒适度，三个方面分析了电动汽车比其他燃料汽车存在的优越性。电动机是电动汽车的核心部件，本文中从其驱动方式把电动机分为四大类，直流有刷电动机，永磁同步电动机，永磁无刷直流电动机和开关磁阻电动机。本章从工作原理与性能方面分析了，这四种电动机各存在的优点和不足。从中得出永磁同步电动机是电动汽车比较理想的选择。本文刚开始介绍了永磁同步电动机PMSM的三种不同的控制方式，恒压频比控制，矢量控制，直接转矩控制，并从三者之间比较得出，PMSM采用直接转矩控制DTC的方式有着比其他两者更好的稳定性。 随后从永磁同步电动机PMSM的结构及其特点，分析了其优越性，并建立数学模型，根据空间矢量坐标关系推导出PMSM的在各坐标系下DTC的原理。本章分析了定子磁链与电磁转矩的估算和滞环控制，通过其原理研究了开关表控制的方式，并对PMSM的直接转矩控制DTC的Matlab/Simulink仿真，最终得出了DTC 较其它控制方式的稳定性。 其次分析了永磁同步电机PMSM的直接转矩控制DTC存在的诸多缺点，并提出基于SVM技术的SVPWM的控制方式，即空间矢量调制DTC控制策略，通过Matlab/Simulink仿真，得出SVPWM比PMSM DTC有着更好的稳定性。 TI公司推出的TMS320F2812 DSP芯片的控制系统设计，从硬件电路的设计和软件的设计，两个方面研究了该芯片。DSP硬件方面包含了智能模块的自保护特性，并设计了检测电路，保护电路，驱动电路和CAN通信等模块，软件系统方面分析了，其初始化流程图，接收流程图等。 关键词：永磁同步电机；直接转矩控制；DSP；SVPWM
电动车控制器接线图 电动车控制器接线说明 1．电源输入 粗红色线为电源正端 黑色线为电源负端 细橙色线为电门锁 2．电机相位（u、v、w输出） 粗黄色线为U 粗绿色线为V 粗蓝色线为W 3．转把信号输入 细红色线为+5V电源 细绿色为手柄信号输入 细黑色线为接地线 4．电机霍耳（A、B、C输入） 细红色线为+5V电源 细黑色线为接地线 细黄色线为 A 细绿色线为 B 细蓝色线为 C 5．刹车（柔性EABS+机械刹） 细黄色线为柔性EABS； 细蓝色线为机械刹（高电平刹车：+12V） 细黑色线为接地线（低电平刹车） 6．传感器 细红色线为+5V电源 细黑色线为接地线 细绿色线为传感器信号输入 7．仪表（转速）：细紫色线 8．巡航：细棕色线 9．限速：细灰色线 10．自动识别开关线：细黄色线 PIC16F72智能型无刷电动车控制器使用方法和注意事项 1、在接线前先切断电源，按接线图所示连接各根导线； 2、该控制器应安装在通风、防水、防震部位。 3、控制器限速控制插头应放置容易操作的地方。 4、控制器接插件应接插到位，禁止将控制器电源正负极反接（即严禁粗红、细橙和粗黑；细红和细黑接反）。 5、电机模式自动识别：正确接好电动车控制器的电源、转把、刹把等线束，,将电机识别模式开关线（细黄）短接，打开电门锁，使电机进入自动识别状态，若电机反转则按一下刹车即可使电机正向转动，在控制器识别电机模式10秒后
将电机识别模式开关线（细黄）直接断开即可完成电机模式自动识别。 6、1+1助力方向调整：在通电状态，将调速电阻从最大值调到最小值，再回到原始状态后，可将1+1助力的方向从正向模式切换到反向模式，再调整一次可从反向模式切换到正向模式，并将最终的模式存入单片机。
一、范围 本标准规定了电动自行车用控制器（以下简称控制器）的产品分类及型号、技术要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输和贮存。 本标准适用于电动自行车用控制器。 二、规范性引用文件 下列文件中的条款，通过本标准的引用而构成为本标准的条款。凡是注日期的文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。 GB 775 旋转电机定额和性能 GB 17761 电动自行车通用技术条件 GB/T 2828.1-2003 计术抽样检验程序的第一部分、按接收质量限（AQL）检索的逐 步检验抽样计划 GB/T 4942.2-1993 低压电器外壳防护等级 GB/T 7345-1994 控制微电机基本计术要求 三、产品型号及分类 3.1 产品分类：按控制器所控制的电机的不同，分为有刷电机控制器及无刷电机控制器； 按所具功能及引线布局分为A、B、C、D、E 等系列。 3.2 控制器型号 控制器型号组成：W ZK（X ）X X X X X 其中：W …………… 代表所控制电机种类：W 是无刷电机，无字头的是有刷电机； ZK（X ）……ZK 代表直流电动机控制器,括号中的X 为英文字母，此字母可以由生 产厂家根据控制器的功能以及所用芯片的不同而定，也可以不加； X X X X …… 产品参数：为四位阿拉伯数字，前两位是额定工作电压，后两位是最大 工作电流，即限流值； X …………… 控制器扩展系列号A、B、C、D、E、F、G、H 等； 型号示例： ZK3610E：有刷电机控制器，额定电压36V,最大工作电流（限流值）10A。 四、要求 4.1 控制器正常工作的条件 a）温度：-20℃～45℃；