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1、 电动汽车的驱动系统设计 中国西部科技杂志2023年第五期 1电动汽车掌握系统中矢量掌握技术 电动汽车系统掌握电路中系统功率局部采纳直-交电压型电路，功率回路有蓄电池、滤波电路和智能功能模块IPM逆变电路组成。系统掌握器采纳TI公司推出的TMS320LF2812-DSP作为掌握主芯片，用它来完成电子差速算法、及高阶掌握器离散化的鲁棒掌握器，它们的实现需要记忆大量的历史数据，且完成电动机矢量掌握系统的转速掌握器、电流掌握器的算法、以及电压空间矢量PWM的产生、A/D转换以及坐标变换等。帮助电路由速度检测电路、电流检测电路以及故障检测电路等组成。实现异步电机的转速检测、电流检测以及转速和电流的双闭
2、环掌握。DSP掌握器负责将电动汽车驾驶员依据自己的意图与行车线路给定目标车速Vc、方向盘转角信号、刹车信号、电机转速、蓄电池电压、电容储能状态等进展A/D转换，应用电子差速算法计算电机的转速和位置，最终应用矢量掌握算法和鲁棒掌握算法，得到电压空间矢量PWM的掌握信号，经过光电隔离电路后，驱动IPM功率开关器件。DSP掌握器还负责整个系统的爱护和监控，一旦系统消失过压、过电流、欠压等故障，DSP将封锁SVPWM输出信号，以爱护IPM模块。异步电动机矢量掌握根本思想就是把异步电机的电子电流分解为直轴电流重量ids和交轴电流重量iqs。矢量掌握策略是当转子磁通恒定时，电磁转矩与定子电流的q轴重量成正
3、比，通过掌握定子电流的q轴重量就可以掌握电磁转矩。这样由定子电流d轴重量掌握转子磁通，q轴重量掌握转矩实现了系统的完全解耦掌握，形成经过SVPWM逆变调制信号，将期望电压矢量值供应逆变器，对异步电机进展供电，一旦掌握器的参数设定好后，在电机的运行条件不发生转变的前提下，这个掌握系统具有较好的动态响应性能。但由于电动汽车在行驶过程中道路工况简单，且驾驶模式多变，那么电机的自身参数也随之转变，假如不对速度掌握器的参数和输出不进展校正，驾驶性能会变差，所以利用通过脉冲编码盘获得的电机速度n反应值，与经过电子差速算法输入的速度参考量refn和转向信号形成闭环。同时编码盘的另一个作用是获得转子的肯定位置
4、，从而通过磁通观测环节，输出正确的磁通角以实现准确的PARK逆变换，这样对输出进展准时的校正，使真个系统在运行条件发生变化时，加快动态响应过程。为了抑制干扰对掌握误差的影响，使得闭环掌握系统正常工作，系统中的速度调整器采纳H鲁棒标准掌握问题的混合灵敏度设计算法以加强内部稳定性。采纳矢量掌握方案的沟通异步电机的系统构造如图1所示。 2掌握器硬件电路设计 掌握系统的任务是依据驾驶员依据由方向盘、驱动踏板和制动踏板设定的指令信号，以及车辆当前的运行状态，即电机转速、蓄电池电压、电容储能状态等。首先调整主回路使其工作于某一特定的状态，然后调整相应功率器件的占空比，使电机电枢电流或者储能器件的充电功率满
5、意驱动或制动踏板设定的指令值。掌握系统硬件局部为以美国德州仪器（TI）公司的TMS320F2812型DSP（数字信号处理器）芯片为核心的掌握电路板和相应的外围电路构成，如图2所示。系统主回路的电压、电流信号及驱动和制动踏板位置信号经传感器采集后，通过信号调理电路由DSP的A/D转换模块进展模数转换。掌握系统的输出为多路SVPWM信号，电路中采纳Avago公司的HCPL-316J门驱动光电耦合器对SVPWM信号进展处理，经光耦隔离处理后接入IGBT的门极。IGBT的故障信号经光耦隔离后接入DSP的功率驱动爱护中断引脚。在主回路进展相应的调整后可用于电机的驱动和再生制动掌握，霍尔传感器检测到的电机
6、转子位置信号经信号调理电路接入DSP的捕获单元。制动系统由电机和能量储存器件，即超级电容或者高速飞轮组成。车辆制动时，电机在驱动掌握系统的调整下工作于发电机工况，将车辆的局部动能或重力势能转化为电能经过掌握储存在超级电容或飞轮中。这局部能量在车辆加速和爬坡时释放出来，帮助电池向电机供电，使回收的能量得到再利用。超级电容通过双向DC/DC连接到直流母线，和电池并联通过电机掌握器向电机供电。电机掌握器在刹车踏板被踩下后，使电机工作于发电机工况，将回馈能量送至直流母线；双向DC/DC作为超级电容充放电掌握器使用。车辆制动时将直流母线上的电机回馈能量进展电压变换后向超级电容充电；车辆起动或加速时使电容
7、放电，电容储存能量经电压变换后送至直流母线，和电池并联向电机供电，一方面改善车辆加速性能，另外还可以避开电池大电流放电，延长电池寿命。掌握系统外围电路主要包括PWM输出与IGBT故障信号输入光耦隔离电路，主回路电压、电流信号调理电路，以及电机转子位置检测信号调理电路。 3掌握系统软件设计 掌握系统软件设计采纳基于空间磁场定向掌握策略，即在速度掌握器采纳H鲁棒标准掌握问题的混合灵敏度设计算法，系统q轴、d轴电流环采纳PI掌握器。利用TMS320F2812强大的实时算术运算力量，对异步电机的速度、转矩进展实时掌握。系统掌握软件先完成系统的初始化工作，包括DSP的内核初始化，模数转换（ADC）子模块
8、的初始化，以及PWM输出子模块的初始化和数字输入输出（DIO）子模块的初始化。系统初始化完成后进入等待定时器周期中断循环状态。掌握软件主程序如图3所示。图3掌握器主程序流程图主回路的电压、电流和车辆的驱动、制动指令经滤波电路输入到DSP中，在定时器周期中断效劳子程序中，首先对这些信号进A/D转换和数字滤波，在掌握系统对车辆的运行状态做出推断后，运行相应的掌握算法，并用掌握量，即IGBT的占空比设置相应的PWM模块及PWM引脚的输出。中断处理模块程序流程图如图4所示。 4试验结果 以7.5KW电动汽车用沟通异步电机为掌握对象，其最大功率15KW、额定电压72V、额定扭矩为32N.m、最大转速为5
9、600rpm、效率95%，依据异步电机的技术指标得到在MTS-II电机测试台架上的测试结果如表1，电机及其掌握器外特性曲线如图5。将给定目标车速cV、方向盘转角信号、刹车信号、电机转速检测信号、蓄电池电压、电容储能状态等进展A/D转换的信号输入到上述设计的驱动掌握系统中，相应沟通电机侧得的技术参数如电压为72V、输入功率为6.6KW，转矩得到11.9N.m、转速为4609rpm、输出功率为5.7KW、均低于额定值。依据试验结果说明，电动汽车异步电机驱动掌握器具有较好的系统稳定运行性能，较快的转速响应速度、到达预期的设计效果。 5结论 选择适宜的电动机是提高各类电动汽车性价比的重要因素，因此研发
10、或完善能同时满意车辆行驶过程中的各项性能要求，并具有结实耐用、造价低、效能高等特点的电动机驱动方式显得极其重要。本文从选择适宜的沟通选择异步电机，设计基于矢量掌握的变频调速系统，采纳H鲁棒标准掌握问题的混合灵敏度设计算法，解决简单系统在不确定条件下维持系统牢靠性和稳定性；采纳的新型的PWM调制方式空间电压矢量（SVPWM）脉宽调制原理与实现直-交PWM电流源型异步电机变频器掌握器，提高了能量的利用效率；同时采纳电子差速掌握技术，解决电动汽车进展瓶颈中的电机及其掌握系统中需要协调掌握电机差速，实现倒退，转弯等功能。通过以上技术应用与传统PID掌握器相比，非线性方法具有更好的掌握效果，改善了电动车运行的稳定性和牢靠性，而且在制动过程中可以回收更多的能量，提高了整车的能量利用效率，并且再生能源便利地回馈到电动汽车的蓄电池中，实现了能量回收。 ：黄英 殷军 单位：江苏省光伏风电掌握工程技术研发中心 苏州经贸职业技术学院 苏州秉立电动汽车科技有限公司