电动汽车电机驱动系统设计研究

2020-03-11李群安

科学与财富 2020年35期

摘要：随着低碳经济时代的到来，全球都在积极部署新能源的建设，以此来减轻不可再生能源的消耗，达到节约能源与保护环境的双赢局面。在此背景下，新能源汽车行业呈现出蓬勃的发展势头，本文从电动汽车电机驱动系统的设计进行分析，从硬件与软件的设计进行分析，对电气动车伺服电机控制策略、电动汽车能源动力的要求和电机的调速策略进行分析，设计出系统的主要控制方案。

关键词：电动汽车;电机驱动;系统设计;新能源

随着工业化的高度发展，对环境和能源问题提出了新的挑战。汽车作为能源消耗的主要产品，降低电机驱动的损耗具有重要的意义。电机驱动系统的控制技术对新能源电动汽车的动力性能等有着极大的影响，电机驱动系统作为新能源电动汽车的主要构件，在车辆行驶的过程中承担着越来越重要的作用，随着世界新能源汽车产业的快速发展，电机驱动系统的市场前景更为乐观，会有越来越多的制造商和相关客户会涉足。

一、电动汽车电机驱动系统的设计

新能源纯电动汽车的动力性能是由电机驱动系统的特性所决定的，而作为电动汽车三大核心功能之一的电机驱动系统对整车的轻量化也有一定的影响。在我国新能源汽车产业的发展过程中，电机驱动系统技术的发展有着重要的社会意义、实际意义和适用意义，电机驱动系统技术的工程化与产业化问题也一直是各大研究机构和所涉企业关注的重点所在。总体来看，我国驱动电机行业已取得了较大进步，相同功率等级下的主要参数方面均接近世界先进水平。

现阶段，电动汽车电机驱动系统中可选择的电机类型主要有永磁同步电机、开关磁阻电机以及交流异步电机三种。其中，永磁同步电机具有较高的性价比，控制效果好;开关磁阻电机由于成本比较低，但其在运行时会形成比较大的转矩波动，使电动汽车存在明显的电机噪声;交流异步电机具有造价低廉、质量轻便等特点，但效率比永磁同步电机低不少。从当前的趋势看，为适应电池缩短充电时间的需求，汽车主驱电机的电压平台应会朝中电压的方向发展。

二、电动汽车电机驱动系统的软硬件设计

1.电机驱动系统的硬件要求与设计

在设计电动汽车电机驱动系统的硬件结构时，应满足电动汽车在驱动接口、控制单元、系统集成和长期稳定的要求。其中，首先应满足驱动系统硬件体系应保有充足的外部接口，以实现电动汽车内部受控器件的有效连接与工况监测;其次，也应该考虑驱动系统微控单元应具备高水平的数据处理能力，可在满足电动汽车基本控制需求的前提下，实现更加复杂的数据运算工作。再者，需要考虑的因素是驱动系统并不是“孤岛式”独立运行，而是始终与电动汽车保持一体化连接。最后，电机驱动系统与电动汽车驾驶运行的安全性、稳定性具有直接关联，存在严格的标准化需求。所以，在驱动系统硬件体系的设计实践中，应将符合相关国家规范作为最基本要求，并在此基础上进行硬件电路的先进化、模块化设计。

针对硬件设计的需要包含基本的电路与模块，比如需要包括微处理器、互锁电路、信号电路和电源驱动电路等，微处理器是电机驱动系统核心控制模块的头脑所在，其性能直接决定了控制模块的算力。互锁电路为电动汽车电机专用的PWM电路，并能满足死区时间的设计需求。具体来讲，电路型号为T1公司生产的SN74L系列芯片电路，其开启时间与关闭时间均在10ns以内，可满足快速率、高精度的桥臂开关互锁需求。其次，信号处理模块的硬件电路设计可分为信号采集电路、编码处理电路、温度测量电路、开关测量电路四个部分，在电动汽车电机驱动系统中加入硬件保护模块，可提升过电流、过电压等特殊情况下的控制保护能力。当控制软件的保护机制未达效果时，保护电路可触动PMW输出完成快速锁定，从而避免电机受损，使电动汽车持续处在安全稳定的状态。

2.电机驱动系统的软件要求与设计

嵌入式软件程序设计的优劣与否，对电动汽车电机驱动系统的性能稳定性具有很大影响，故而成为了现阶段业内控制器开发的重点和难点问题。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，需针对电机驱动设计一整套完整的操作流程。在电机驱动系统的软件系统运行中，初始化模块主要负责参数设定、通讯自检、电能预充、高压上电等控制指令，运行模块则为控制系统循环的主体部分，实现电机乃至电动汽车运行状态下的信息采集与控制反馈，以此达成调整电机驱动状态、促进车辆高效行驶的效果。

随着新能源汽车大规模的推广，对于整车的动力性能、续驶里程和成本的要求也越来越高。为赶上世界先进水平的电机驱动系统发展的步伐，为满足业内对电机驱动系统的需求，高度智能化及非线性智能控制化、数字化的系统控制将会逐步实现。提升车辆行驶过程中的能量管理，优化动能回馈策略，都将应用到电动汽车的电机控制系统中。使得电机控制系统的结构变得简单、综合性能得到了飞跃式的提升。因此，高效集成化、轻量平台化及控制数字化和智能化的电机驱动技术必将成为可能。

三、结语

在进行电动汽车电机驱动系统的设计开发时，相关人员必须要从经济性、安全性、稳定性、便捷性等多个角度出发，进行硬件电路与软件程序的合理选用，以达到驱动系统的高精度控制目的，为汽车的行驶安全做出保障。

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作者简介：

作者名：李群安

出生年月： 1949年12月22日

性别：男