电动汽车四轮独立驱动技术 第一章：绪论 1.1 引言 内燃机汽车自20世纪初出现至今，在其自身随人类科技的进步经历了巨大的变的过程中也给人类生活和生产带来了巨大方便，为人类社会的进步做出了巨大的贡献，但其消耗日益紧缺的石油并产生大量污染物也使人类赖以生存的环境恶化。因此近年来由于环境恶化及能源紧张等问题，迫切需要开发低能耗，无污染的汽车。因此，电动汽车成为21世纪汽车技术研究的热点。 混合动力汽车与纯电动汽车是电动汽车研究的两个分支。经过近些年的发展，电动汽车技术日趋成熟，部分产品已进入商业化应用如Toyota Prius。目前，电动汽车传动系统多数在传统内燃机汽车的传动系基础上进行一些改变，进而将电动机及电池等部件加入总布置中。这种布置难以充分发挥电动汽车的优势。为使电动汽车对传统内燃机汽车形成更大的竞争优势，设计出适合电动汽车的底盘系统势在必行。而四轮独立驱动技术则可使电动汽车底盘实现电子化，主动化，大大提高电动汽车的性能。使电动汽车与传统汽车相比具有更强的竞争力。 1.2 四轮独立驱动技术的特点 电动汽车四轮独立驱动系统是利用四个独立控制的电动机分别驱动 汽车的四个车轮，车轮之间没有机械传动环节。其电动机与车轮之间可以是轴式联接也可以将电动机嵌入车轮成为轮式电机，车轮一般带有轮边减速器。这种驱
动系统与传统汽车驱动系统相比有以下特点： （一）传动系统得到减化，整车质量大大减轻。由电动机直接驱动车轮甚至两者集成为一体。这样省掉了离合器、变速器及传动轴等传动环节，传动效率得到提高，也更便于实现机电一体化。传动系质量在汽车整车质量中占有很大比重，机械传动系的消失，使汽车很好的实现了轻量化目标。另外，由于动力传动的中间环节减少，传动系的振动及噪声得到改善。甚至在采用纯电力驱动时，可实现无声行驶。这是美国海军的"RST-V"侦察车及其新一代军用"悍马"汽车采用四轮独立驱动技术的重要原因。 （二）与传统汽车相比，四轮独立驱动系统可通过电动机来完成驱动力的控制而不需要其他附件，容易实现性能更好的、成本更低的牵引力控制系统（TCS）、防抱死制动系统（ABS）及动力学控制系统（VDC）。传统汽车的TCS 与ABS系统均须对发动机与制动系进行联合控制才能达到较好性能，由于机械系统的响应较慢，且受制动器，液压管路及电磁阀的延迟等因素影响，传统内燃机汽车的ABS系统与TCS系统的实际时间延迟达50～100ms。限制了TCS系统与ABS系统的性能提高，而且增加能耗。与内燃机相比，无论在加速还是减速，电动机转矩响应都非常快且容易获得其准确值，这对TCS、ABS、VDC系统来说是非常重要的。因此电动机作为ABS、TCS及VDC系统的执行器是非常理想的。 （三）对各车轮采用制动能量回收系统，则可大大提高汽车能量利用效率，且与采用单电动机驱动的电动汽车相比，其能量回收效率也获得显著增加。这对提高电动汽车续驶里程是很重要的。 （四）实现汽车底盘系统的电子化、主动化。现代汽车驱动系统布置
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。
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
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
纯电动车驱动操纵系统 1驱动系统硬件设计 1．1制动能量回馈操纵过程能量回馈操纵主电路如图3所示，三相逆变电路采纳IGBT功率模块，模块中包括6个IGBT以及各开关管相对 应的续流二极管D1～D6［7-9］。本文采纳SVPWM磁链跟踪操纵技术，操纵PWM的开关时间，使逆变器的输出电压波形尽量接近正弦波，在 电机空间形成逼近圆形的旋转磁场。为了获得多边形旋转磁场逼近圆 形旋转磁场，在每个电压空间矢量的60°区间内能够有多个工作妆态。图4所示为第Ⅰ扇形区域，该扇形区内的T区间包括T0，T1，T2和T7对称分布，相对应的电压空间矢量为u0，u1，u2和u7，其功率开关管开关状态为000，100，110和111共4个状态［10］。该T区间内按 照开关序列输出的三相相电压波形如图5所示。状态1，给定电压空间矢量为u0(000)，功率开关管T2、续流二极管D4和D6导通，构成三 相回路，制动时的能量一部分由定子电阻消耗，另一部分存储于定子 电感中，此过程的电流流向如图6(a)所示。状态2，开关状态从u0切 换到u1，功率开关管T2关断，但因为T1承受反压仍处于关断状态， 其续流二极管D1导通，b，c相下桥臂的D4和D6导通，构成三相回路;制动过程中，将电机电感释放的能量回馈到直流侧电容和蓄电池中， 达到制动能量回收的目的，如图6(b)所示。状态3，开关状态从u1切 换到u2，功率开关管T3、二极管D1和D6导通，制动时，电机a和c 相电感释放的能量储存有直流侧电容和电池，而b相电感储存能量， 电流流向如图6(c)所示。状态4，开关状态从u2切换到u7，功率开关管T3，T5以及二极管D1导通，制动过程中，一部分能量消耗在定子 电阻上，另一部分制动能量存储于定子电感中，电流流向如图6(d)所示。由上述对区间Ⅰ操纵过程的分析可得，制动过程中，给定电压空 间矢量为零矢量时，电机定子的电感处于储能状态且定子电阻消耗一 部分能量，电流不经过直流侧电容和电池;当给定电压空间矢量为非零 矢量时，电机将机械能转换成电能，利用三相逆变器的二极管将电能 反馈到直流侧，为电容和蓄电池充电，实现制动能量反馈功能。
论纯电动客车驱动电机冷却系统匹配及控制 摘要：本文主要对论纯电动客车驱动电机冷却系统匹配及控制进一步分析了解。新能源汽车产业作为我国汽车工业的发展战略，能够有效地解决日益严峻的能源 危机与环境污染问题。 关键词：纯电动客车；驱动电机；冷却系统；控制；现状 引言： 纯电动客车因具有零排放、低噪音等突出特点也成为各大客车生产商着重发 展的车型。纯电动客车驱动电机作为汽车唯一的动力源，其可靠性直接影响着电 动汽车的性能。为了防止由于温度过高的原因使得电机永磁体产生退磁现象，甚 至影响到电机及其控制器的寿命和整车安全性，驱动电机及其控制系统的温度控 制显得尤为重要。因此，对纯电动客车驱动电机冷却系统进行合理的匹配并制定 科学有效的控制策略具有重要工程实际意义。 一、纯电动客车发展现状 随着国家对新能源汽车产业的大力推广，补贴优惠政策相继出台，推动了我 国纯电动汽车行业的发展，各大汽车企业纷纷制定新能源汽车发展规划，电动汽 车产品产销量逐年稳步提升，纯电动客车现已成为我国城市公交、中短途客运、 观光旅游等众多领域备受关注的新兴产品。 纯电动汽车所使用的驱动电机主要可分为：直流电机、异步电机、永磁同步 电机、开关磁阻电机。早期电动汽车大多采用直流电机作为能量转换装置，直流 电机具有控制容易、调速方便、技术较为成熟等优点，但是机械结构较为复杂， 其瞬时过载能力较差，长时间工作损耗较大，维护成本高，运转时电刷易使转子 产热，并产生高频电磁干扰。异步电机主要由定子、转子、端盖、轴承基座风扇 等几部分组成。相对于永磁同步电机其突出优点是成本低、制造简单、转速范围广、可靠性强、维修方便。但由于异步电机的转速与其旋转磁场转速有一定的转 差关系，其调速性能较差。开关磁阻电机作为一种新型驱动电机，其结构简单、 转速范围广、整个转速范围内效率高、系统可靠性高、兼有直流、交流两种电机 的优点。其缺点是存在转矩脉动，转子上的转矩有一系列脉冲转矩的叠加，因双 凸极结构和磁路饱和非线性影响，合成转矩有一定的谐波分量，影响开关磁阻电 机的低速性能。永磁同步电机（PMSM）具有结构坚固、功率密度大、电机效率高、转矩密度高、控制精度高、良好的转矩平稳性及低振动噪声的特点。在新能 源汽车驱动方面具有很高的应用价值。其缺点是永磁体成本高、对温度敏感，在 温度较高时会产生不可逆的退磁现象影响其使用性能。 二、电动汽车驱动电机冷却系统简述 根据冷却系统所选用冷却介质不同，驱动电机的冷却形式可以分为风冷和液 冷两种方案。风冷可分为自然风冷和强迫风冷。液冷方案常用水、油等作为冷却液。由于纯电动客车驱动电机安装位置特殊，风冷不能满足其散热需求，目前普 遍采用液冷方式，包括油冷和水冷；冷却油的导热系数及热容量均小于水，且成 本较高。因此，纯电动客车驱动电机多采用冷却液冷却的形式。冷却液的主要成 分为：乙二醇、防腐蚀添加剂、抗泡沫添加剂、水。在电机机壳体中设计出水道 结构，通过冷却液在水道中的流动与机壳进行换热从而实现冷却功能。根据电机 水道布置方式的不同有以下四种结构方案：螺旋结构、半螺旋结构、圆周结构、 轴向结构。由于电动客车驱动电机散热环境的特殊性，电机的温度控制对冷却系 统有较高的要求。因此，结合电机布置方案和电动车行驶工况，设计有效的冷却
纯电动汽车的电机驱动电流控制 在纯电动汽车的电机驱动控制系统中，电机驱动控制一般采用脉冲宽度调节控制（PWM）。而电机驱动控制输出电流来控制电机转速，从而调节电动汽车的速度。这不仅 仅和输入电压有关系，而且还和系统负载有关系，所以，采用闭环PWM方法是非常有必 要的。 电流PWM方法采用闭环控制算法，根据传感器中电流的反馈信息，对逆变器进行PWM控制。在使用电流PWM方法时，需要将传感器测量的三相电流与系统外环控制器产 生的3个参考电流信号进行比较。根据测量信号和参考信号之间的误差，PWM算法输出相应的选通信号。基于电流控的PWM方法也有很多，其中既有比较简单的，也有非常复杂的。 这些方法包括滞环电流控制法、斜坡交截控制法以及预测电流控制法等。预测电流控 制法是比较复杂的，它根据负载来进行电流预测。下面将简要介绍两种相对简单的电流控 制方法，滞环电流控制法和斜坡交截控制法。 滞环电流控制法 在滞环电流控制法中，测量电流和参考电流之间的误差与滞环带进行比较，滞环带如 图8-32a所示。如果电流误差在滞环带内，则PWM输出保持不变。如果电流误差超出了 滞环带，PWM会输出一个反向的作用，以di/dt的梯度变化。从数学的角度来讲，PWM的 输出可以表示为 如果PWM输出信号为“0”，指的是断开控制相的电压源，使电流衰减；如果PWM输 出信号为“1”，指的是闭合控制相的电压源，使电流变大。电压会强制电流这样变化，使其 保持在滞环内。 这种控制方法的优点是电流误差始终保持在一定的带宽内，这个带宽也是用户事先知 道的。在滞环电流控制方法中，开关频率是不知道的，这样就会使得设计滤波器变得比较 困难。对开关频率应该仔细进行监测，以免超出逆变器的极限。在实际使用时，通常会设 定开关频率的上限，以免超出逆变器开关频率的最大极限。滞环的带宽通常是根据功率器 件的开关频率来设计的。如果滞环带宽选得非常窄，那么开关频率就需要非常高，同时不 能超出功率器件的最大开关频率。另一方面，如果带宽比较宽的话，电流误差将会非常大。 滞环电流控制法可以应用于三相PWM逆变器，每一相都有一个PWM控制器。如果 实际电流比参考电流高出滞环带宽的一半，桥式逆变器的低压端将会闭合，以减小相电流。三相滞环控制也有一个难点，根据滞环控制，对各相开关状态的要求可能会有冲突。当考 虑三相系统滞环控制与各相独立的滞环控制之间的相互关系时，难度就更大了。这个难点 造成的结果是电流可能无法保持在滞环带宽内。 例如，有一个指令需要a相电流增加，需要使用b相或者c相的低压端作为回路，而 如果恰在此时b相或者c相的高压端正在闭合，这样a相电流就无法跟随指令使电流增加。
1.2 电机驱动系统效率优化控制技术研究现状 电动汽车的动力由电动机提供，电机驱动系统（简称驱动系统）的性能直接影响了电动汽车的性能。电动汽车系统需要能够满足频繁停车启动、加速、大负载爬坡以及紧急制动等要求，也需要考虑到汽车行驶路况复杂多变，存在雨天、酷热、下雪等恶劣天气，以及颠簸、泥泞等复杂路况。另外，在满足行驶条件的情况下还应最大限度地保证驾驶人员和乘坐人员的舒适安全。作为电动汽车的核心部分，驱动系统应满足宽调速范围、宽转矩输出范围、良好的加减速（起动、制动）性能、运行效率高（提高续航里程）以及高可靠性等要求。 针对永磁同步电机驱动系统的效率优化，总体来说可分为以下三个方向： 1）从电机本体的电磁设计、制造工艺以及电机的材料着手，开发高效电机。 2）改进脉宽调制(Pulse Width Modulation，PWM)技术，降低功率开关器件上的损耗从而提高逆变器的整体效率；降低变频器输出电压的谐波含量，如采取空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation，SVPWM)技术和软开关技术，减小谐波含量从而提高驱动系统的整体效率。 3）研究合适的控制策略，在保证电机满足运行条件的情况下减小直流侧的功率输入，提高驱动系统的效率。 目前，针对永磁同步电机驱动系统效率优化所提出的控制策略很多，总体来说可以分为两大类：第一类是基于损耗模型的效率优化控制(Loss Model Control，LMC)策略；第二类是基于搜索法的效率优化控制(Search Control，SC)策略。下面分别进行概述。 1.2.1 基于损耗模型的效率优化控制策略 该控制策略作为一种基于前馈式的控制方法，基本原理是：在充分考虑电机各部分损耗的基础上，建立较为精确的损耗模型，根据电机运行状况（负载转矩和实际转速）计算出该运行状况下最优的控制变量（一般为磁场、电压或者电流）以减小驱动系统的损耗。若控制变量为电枢电流，对永磁电机驱动系统来讲一般选择最优的直轴电流i d和交轴电流i q，对混合励磁电机驱动系统来讲包括i d、i q以及励磁电流I f。这种控制策略目前已被广泛应用到了闭环传动系统中，可以保障电机驱动系统在全局运行范围内都能实现效优化。基于损耗模型的同步电机效率优化控制基本框图如图1.1所示。 基于损耗模型的驱动系统效率优化策略最早由T.M.Rowan和T.A.Lipo[1]，以及H.G.Kim [2]等人提出并进行研究；1987年Bose[3][4]等人将该策略运用到永磁同步电机驱动系统中。美国学者X.Wei和R.D.Lorenz已将基于损耗模型控制策略结合直接转矩控制(Direct Torque Control，DTC)中，以提高永磁同步电机在瞬态过程中的效率[5]。针对同步电机而言，基于损耗模型的效率优化策略总共可以分为五种类型：考虑铁损的损耗模型控制策略[6][7]、考虑铜损的损耗模型控制策略[8][9]、考虑铁损和铜损的损耗模型控制策略[10][11]、基于电机精确损耗模型损耗模型控制策略[12][13]和约束条件下的损耗模型控制策略[14][15]。
电机驱动控制系统 摘要 由于单片机具有体积小、集成度高、运算速度快、运行可靠、应用灵活、价格低廉以及面向控制等特点，因此在工业控制、数据采集、智能仪器仪表、智能化设备和各种家用电器等领域得到广泛的应用，而且发展非常迅猛。随着单片机应用技术水平不断提高，目前单片机的应用领域已经遍及几乎所有的领域。 与交流电动机相比，直流电机结构复杂、成本高、运行维护困难，但是直流电机具有良好的调速性能、较大的启动转矩和过载能力强等许多优点，因此在许多行业仍大量应用。近年来，直流电动机的机构和控制方式都发生了很大的变化。随着计算机进入控制领域以及新型的电力电子功率元器件的不断出现，采用全控型的开关功率元件进行脉宽调制（Pulse Width Modulation，简称PWM）已成为直流电机新的调速方式。这种调速方法具有开关频率高、低速运行稳定、动态性能良好、效率高等优点，更重要的是这种控速方式很容易在单片机控制系统中实现，因此具有很好的发展前景。 本设计为单片机控制直流电机，以AT89C51单片机为核心，采用了PWM技术对电机进行控制，通过对占空比的计算达到精确调速的目的。由键盘控制电动机执行启停、速度和方向等各种功能，用红外对管测量电机的实际转速，并通过1602液晶显示出控制效果。设计上，键盘输入采用阵列式输入，用4*4的矩阵键盘形式，这样可以有效的减少对单片机I/O口的占用。
关键词：AT89C51 PWM 电机测速 一、硬件设计 1、总体设计
20 929303456781011121314151617318RFB 91112 10k 23
1918 2122232425262728 1.2.2 1602液晶显示模块 本模块实现了转速等显示功能。 D ：方向；占空比；预设转速；实测速度； 1.2.3键盘模块 根据实验要求，需由按键完成对直流电机的控制功能，并经分 析得出需要16个按键，为节省I/O 口并配合软件设计，此模块使用了4*4的矩阵模式。并通过P1口与主机相连。 1.2.4 PWM 驱动电路模块设计与比较
纯电动汽车的驱动电机系统 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。本文将以北汽新能源EV200车型所采用的驱动电机系统为例来介绍相关技术。 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。 图1 驱动电机系统结构 图2 永磁同步电机结构 图3 电机传感器 表1 驱动电机技术参数 表2 驱动电机控制器技术参数 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。 类型永磁同步基速 2 812r/min 转速范围0~9000r/min 额定功率30kW 峰值功率53kW 额定扭矩102N.m 峰值扭矩180N.m(相当于2.0排量的汽油机)重量 45kg 技术指标 技术参数 直流输入电压 336V 工作电压范围265~410V 控制电源 12V 控制电源电压范围9~16V(所有控制器具有低压电路控制)标称容量85kVA 重量 9kg 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。 DOI:10.13825/https://www.doczj.com/doc/df17648119.html,ki.motorchina.2016.03.023
近年来，在我国作为技术的纯的研发与应用取得了突破性发展。这就客观要求行业提升维修 水平，升级故障维修手段，利用有效的电子诊断技术提升效率。本文以北汽纯的具体故障作 为切入点，通过故障分析及其排除过程，对关键技术进行相应的探究。 一、故障现象 一辆北汽生产的EV 160新能源纯，整车型号为：BJ7000B3D5－BEV，电机型号为： TZ20S02，电池型号为：29/135/220－80Ah，电池工作电压为320V。该车行驶里程为0.56万km，出现无法行驶且仪表报警灯常亮、报警音鸣叫的故障；故障发生时电机有沉闷的“咔、咔”声。 二、系统重要作用及其结构原理 驱动电机系统由驱动电动机（DM）、驱动电机控制器（MCU）构成，通过高低压线束与 整车其它系统作电气连接。驱动电机系统是纯三大核心部件之一，是车辆行驶的主要执行机构，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。 1．驱动电机系统工作原理 在驱动电机系统中，驱动电机的输出动作主要是执行控制单元给出的命令，即控制器输出 命令。如图1所示，控制器主要是将输入的直流电逆变成电压、频率可调的三相交流电，供 给配套的三相交流永磁同步电机使用。 整车控制器（VCU）根据驾驶员意图发出各种指令，电机控制器响应并反馈，实时调整驱 动电机输出，以实现整车的怠速、前行、倒车、停车、能量回收以及驻坡等功能。电机控制 器另一个重要功能是通信和保护，实时进行状态和故障检测，保护驱动电机系统和整车安全 可靠运行。 电机控制器（MCU）由逆变器和控制器两部分组成。驱动电机控制器采用三相两电平电 压源型逆变器。逆变器负责将动力电池输送的直流电电能逆变成三相交流电给汽车驱动电机 提供电源；控制器接受驱动电机和其它部件的信号反馈到仪表，当发生制动或者加速行为时，它能控制频率的升降，从而达到加速或减速的目的。 电机控制器是依靠内置旋转变压器、温度传感器、电流传感器、电压传感器等来提供电 机的工作状态信息，并将驱动电机运行状态信息实时发送给VCU。驱动电机系统的控制中心，又称智能功率模块，以绝缘栅双极型晶体管模块（IGBT）为核心，辅以驱动集成电路、主控集成电路，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的信息通过 CAN2.0网络发送给整车控制器，同时也会储存故障码和数据。
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
新能源汽车电机驱动系统关键技术解析 内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！ 更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、数控系统、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展. 近年随着我国交通事业的飞速发展，交通领域成为我国能耗增长最快的领域。能源危机和环境污染的加剧，使电动汽车研发成为世界汽车工业可持续发展的战略性项目，世界各国也普遍将发展电动汽车确立为保障能源安全和转型低碳经济的重要途径。1881 年，第一辆电动汽车由法国工程师古斯塔夫. 士维（GustaveTrouve）制造问世，它是采用铅酸蓄电池供电，由0.1 hp（英制马力，1 hp=745.7 W）的直流电机驱动的三轮电动汽车，整车及其驾驶员的重量约160 kg。两位英国教授在1883年制成了相似的电动汽车。因当时该应用技术尚未成熟到足以与马车竞争，因此这些早期构造并没有引起公众很多的注意。 20 世纪40 年代之后，半导体技术快速发展，随后出现的晶闸管、三极管，尤其是在20 世纪80年代问世的绝缘栅双极型晶体管（IGBT）为电机调速与控制提供了便利，同时伴以电力电子技术的快速发展，为以电能为能源的电机取代以石油为能源的内燃机提供了技术基础。 一、电动汽车分类 根据国标GB/T 19596-2004 电动汽车术语，电动汽车可分为由动动力电池提供能源的纯电动汽车、电机和内燃机共存的混合动力汽车和以燃料电池为能源的燃料电池
电动汽车，这三类电动汽车均采用一个及以上的电机驱动系统将电能转换为机械能，进而驱动汽车，同时回收刹车的制动能量，从而实现了能量利用率的提升。 1. 纯电动汽车 纯电动汽车由电机驱动汽车，能量完全由二次电池（如铅酸电池、镍镐电池、镍氢电池或锂离子电池）提供。由于一次石化能源的日趋匮乏，纯电动汽车被认为是汽车工业的未来。典型的纯电动汽车动力结构如图1 所示。电池组的电能通过充电系统在车辆行驶一定里程后进行补充。纯电动汽车的特点是车辆 实现零排放，不依赖汽油，完全采用电能驱动车辆，但是由于蓄电池的能量密度和功率密度比汽油或柴油低很多，因此纯电动汽车的连续行驶里程有限。 2. 混合动力汽车 混合动力汽车按动力总成结构及能量流传递方案不同，可分为串联、并联及混联三种混合动力方式。串联混合动力车辆中，发动机动力与电动机动力通过电气系统传递；并联和混联混合动力车辆中，发动机动力与电动机动力通过一个专门的机电耦合机构实现向车轮的传递，常用的机电耦合机构包括行星齿轮耦合、变速器耦合及离合器耦合等。 串联式混合动力系统的动力总成，发动机的机械能通过发电机转化为电能，电动机将电能转换为机械能传到驱动桥，驱动桥和发动机之间没有直接的机械连接。该方案的优点是系统控制简单，缺点是难以应对复杂路况，电池充放电压力较大，电池寿命要求较高。
纯电动汽车驱动系统的参数设计及匹配 张珍 （长安大学） 摘要：本文系统的介绍了纯电动汽车驱动系统主要部件的选型及根据电动汽车主要性能的要求进行主要参数的设计及匹配，并通过对具体的车型的计算，进一步探讨了主要参数的确定。 关键词：纯电动汽车(EV) 驱动系统参数设计 1、前言 纯电动汽车(EV)即蓄电池电动汽车是“零污染”的绿色环保交通工具，它没有噪声和振动、操作性能好等远远优于内燃机汽车。EV是当前开发和研制取代内燃机汽车的首选车型，其前景广阔。 目前，我国的EV大都建立在改装车的基础上，其设计是一项机电一体化的综合工程。改装后的EV高性能的获得并不是简单地将内燃机汽车的发动机和然油箱换成电动机和蓄电池便可以实现的，它必须对储能装置、动力装置及变速器、减速器等参数进行合理的匹配。鉴于目前国内对EV研究的现状，故本论文的研究建立在传统汽车驱动系统的基础上。 2、电动汽车的驱动系统的基本结构 本文研究的EV的电力驱动结构形式如图1所示 图1 电驱动的形式 C——离合器；D——差速器；GB——变速器；M——电动机
3、主要部件的选型及主要参数的确定 EV 驱动系统的关键部件为：电动机、蓄电池、变速器等，这些部件类型的选择及参数设置直接决定着EV 的动力性和续驶里程等主要性能。 3.1电动机的选型及其参数的设计 3.1.1电动机的选型 电动机的选择要满足EV 对电动机性能的要求：①高电压、高转速、质量轻；②电动机具有较大的起动转矩和较宽的调速性能；③高效率、低能耗、实现制动能量的收回；④安全性必须符合相关部门的标准和规定。另外，电动机还要求可靠性好、寿命长；结构简单，适合大批生产，使用维修方便，价格低等。 3.1.2电动机额定功率的选择 本课题采用某电动汽车的部分技术参数如表1 表1 电动汽车的部分技术参数 电动机额定功率可根据EV 的最高行驶车速、爬坡和加速性能来确定[1]。建立电动机额定功率的数学模型： t D a m V A C V f g m P η÷??? ???????+???≥7614036003max max 1 (1) t a D a a a a m V A C V g m V f g m P ηαα÷??????? ???+???+????≥761403600sin 3600cos 32 (2) t a a D a m V dt du m V A C V f g m P ηδ÷?????????+??+???≥360076140360033 (3) 式中： m ax V =100km/h ；a m =1600(kg)；D C =0.2；a V =30km/h ；ηt =0.9；
编号：35 《电动汽车》课程论文 电动车电机驱动控制技术的研究现状及 其发展趋势 Study Status and DeveIopment Trend of EIectric VehicIe ControI TechnoIogy of Motor Driving 班级：车辆1103 姓名（及手机）：李朗 学号：1101504321 任课教师：郑建祥 2013年5月14号
电动车电机驱动控制技术的研究现状及其发 展趋势 摘要：当今世界上节能和环保日益受到重视，因此电动车技术的发展步伐正在加快。本文综合评述了电动车的关键技术—电机驱动技术，并对未来的发展趋势作了展望。 关键词：电动汽车；电机；驱动系统 Study Status and DeveIopment Trend of EIectric VehicIe ControI TechnoIogy of Motor Driving Abstract：The development of the technology for electric vehicle is speeding up，as more attentions have been paid to the world energy saving and environment protection.This article described the key technology to electric vehicle———the motor driving control system，and made a prospect for the future technology. Key words：electric vehicle；motor；driving
越博动力驱动电机的设计及控制技术分析（图文）作为新能源汽车的核心部件之一，在业内人士看来驱动电机及其控制系统未来发展前景可观。电机驱动控制系统是新能源汽车车辆行使中的主要执行结构，其驱动特性决定了汽车行驶的主要性能指标，它是电动汽车的重要部件。电动汽车的整个驱动系统包括电动机驱动系统与其机械传动机构两个部分。电机驱动系统主要由电动机、功率转换器、控制器、各种检测传感器以及电源等部分构成。 据了解，我国现有的新能源驱动电机类型主要有4种，包括异步电动机、永磁无刷电动机、开关磁阻电动机及直流电动机。基于电动汽车市场发展需要和技术现状，设计开发可靠、低成本、性能优良的全数字化电动汽车永磁无刷电机驱动系统，对于电动汽车产业的发展有着重要的现实意义。因而南京越博动力系统股份有限公司的驱动电机的设计及控制技术就属于永磁同步电机，具有体积小，质量轻，功率密度高，转矩密度高，功率因素高，效率高等优点。
（永磁同步电机结构示意图） 越博动力采用永磁电机作为驱动电机的优越性主要体现在4方面： 首先，在设计过程中，通过电磁仿真、热分析、结构仿真、模态仿真等手段，确保驱动电机具有高可靠性和高效率； 其次，采用高性能永磁材料，轻量化结构设计，提高永磁体的利用率，提高驱动电机的功率密度、转矩密度及效率，降低了驱动电机的成本； 第三，研发DET产品，采用双电机输入，使电机的工作区间尽可
能在电机的高效区，降低了整车的能耗，提高了整车的换挡舒适性； 第四，研发高转速电机，具有较高的功率密度，既可以节省电机的生产材料，降低电机的重量，节约成本，又可以满足对体积、尺寸有特殊限制的应用需求。
纯电动汽车动力系统及驱动技术 一、电动汽车简介及现状 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，电动汽车可分为三种:蓄电池式纯电动车、燃料电池电动汽车和混合动力电动汽车。电动汽车历史悠久，世界上的第一辆电动汽车于1834年诞生，比1886年问世的世界上第一辆内燃机汽车还要早半个世纪。 大力发展新能源汽车从而实现世界交通及能源结构的转型已经成为当代汽车行业实现可持续发展的重要趋势。和传统燃油汽车相比，电动汽车尽管目前技术不太成熟，但凭借其能源效率高、环境污染小、能源多样化的优点已经成为汽车行业发展的必然选择，其发展也得到世界各国政府的重视与支持。 国内电动汽车发展现状 我国的电动汽车研究大约开始于上个世纪60年代，自“八五”以来，通过大量人力、物力和财力在纯电动汽车研究上的投入，正式把电动汽车的研究列入攻关计划，并在在北京、杭州等城市开展了不同形式的小规模示范运行。 2001年我国正式启动了“十五”国家高新技术研究发展计划(863)，电动汽车被列入其中并投资数亿，确立了以燃料电池汽车、混合动力汽车和纯电动汽车为“三纵”，以多能源动力总成、驱动电机和动力蓄电池共性关键技术为“三横”的“三纵三横”研发布局川，具体分工如下:承担电动大客车项目的有北方车辆厂和北京理工大学，承担纯电动轿车研发的是上海汽车、上海交通大学、天津汽车集团等。 自2009年以来，国家陆续出台《汽车产业调整振兴规划》、电动汽车“十城千辆”项目，这表明在低碳经济的政策背景下，国家对于纯电动汽车的扶持力度正在不断加大。 国外电动汽车发展现状 在电动汽车的发展进程中，各国和各地区都依据自己的国情和特点择了不同的技术路线，而处在技术领先位置的仍然是日本、美国和欧洲，他们在电动汽车的车速、续驶里程、加速性能、动力蓄电池、基础设施等方面都有较大的优势。纯电动汽车已经在欧洲各国中拥有大量的用户，特别是在当地政府部门。但是由于没有成功地解决电动汽车续驶里程问题，商业化进程缓慢。各大汽车厂商发展电动汽车的热情明显不如日本和美国，所以其注意力更多地转向了其它清洁能源车的开发。下表是国外几种电动汽车的技术指标。