電動汽車電機驅動系統設計研究

摘 要：隨著低碳經濟時代的到來，全球都在積極部署新能源的建設，以此來減輕不可再生能源的消耗，達到節約能源與保護環境的雙贏局面。在此背景下，新能源汽車行業呈現出蓬勃的發展勢頭，本文從電動汽車電機驅動系統的設計進行分析，從硬件與軟件的設計進行分析，對電氣動車伺服電機控制策略、電動汽車能源動力的要求和電機的調速策略進行分析，設計出系統的主要控制方案。

關鍵詞：電動汽車;電機驅動;系統設計;新能源

隨著工業化的高度發展，對環境和能源問題提出了新的挑戰。汽車作為能源消耗的主要產品，降低電機驅動的損耗具有重要的意義。電機驅動系統的控制技術對新能源電動汽車的動力性能等有著極大的影響，電機驅動系統作為新能源電動汽車的主要構件，在車輛行駛的過程中承擔著越來越重要的作用，隨著世界新能源汽車產業的快速發展，電機驅動系統的市場前景更為樂觀，會有越來越多的制造商和相關客戶會涉足。

一、電動汽車電機驅動系統的設計

新能源純電動汽車的動力性能是由電機驅動系統的特性所決定的，而作為電動汽車三大核心功能之一的電機驅動系統對整車的輕量化也有一定的影響。在我國新能源汽車產業的發展過程中，電機驅動系統技術的發展有著重要的社會意義、實際意義和適用意義，電機驅動系統技術的工程化與產業化問題也一直是各大研究機構和所涉企業關注的重點所在?？傮w來看，我國驅動電機行業已取得了較大進步，相同功率等級下的主要參數方面均接近世界先進水平。

現階段，電動汽車電機驅動系統中可選擇的電機類型主要有永磁同步電機、開關磁阻電機以及交流異步電機三種。其中，永磁同步電機具有較高的性價比，控制效果好;開關磁阻電機由于成本比較低，但其在運行時會形成比較大的轉矩波動，使電動汽車存在明顯的電機噪聲;交流異步電機具有造價低廉、質量輕便等特點，但效率比永磁同步電機低不少。從當前的趨勢看，為適應電池縮短充電時間的需求，汽車主驅電機的電壓平臺應會朝中電壓的方向發展。

二、電動汽車電機驅動系統的軟硬件設計

1.電機驅動系統的硬件要求與設計

在設計電動汽車電機驅動系統的硬件結構時，應滿足電動汽車在驅動接口、控制單元、系統集成和長期穩定的要求。其中，首先應滿足驅動系統硬件體系應保有充足的外部接口，以實現電動汽車內部受控器件的有效連接與工況監測;其次，也應該考慮驅動系統微控單元應具備高水平的數據處理能力，可在滿足電動汽車基本控制需求的前提下，實現更加復雜的數據運算工作。再者，需要考慮的因素是驅動系統并不是“孤島式”獨立運行，而是始終與電動汽車保持一體化連接。最后，電機驅動系統與電動汽車駕駛運行的安全性、穩定性具有直接關聯，存在嚴格的標準化需求。所以，在驅動系統硬件體系的設計實踐中，應將符合相關國家規范作為最基本要求，并在此基礎上進行硬件電路的先進化、模塊化設計。

針對硬件設計的需要包含基本的電路與模塊，比如需要包括微處理器、互鎖電路、信號電路和電源驅動電路等，微處理器是電機驅動系統核心控制模塊的頭腦所在，其性能直接決定了控制模塊的算力。互鎖電路為電動汽車電機專用的PWM電路，并能滿足死區時間的設計需求。具體來講，電路型號為T1公司生產的SN74L系列芯片電路，其開啟時間與關閉時間均在10ns以內，可滿足快速率、高精度的橋臂開關互鎖需求。其次，信號處理模塊的硬件電路設計可分為信號采集電路、編碼處理電路、溫度測量電路、開關測量電路四個部分，在電動汽車電機驅動系統中加入硬件保護模塊，可提升過電流、過電壓等特殊情況下的控制保護能力。當控制軟件的保護機制未達效果時，保護電路可觸動PMW輸出完成快速鎖定，從而避免電機受損，使電動汽車持續處在安全穩定的狀態。

2.電機驅動系統的軟件要求與設計

嵌入式軟件程序設計的優劣與否，對電動汽車電機驅動系統的性能穩定性具有很大影響，故而成為了現階段業內控制器開發的重點和難點問題。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，需針對電機驅動設計一整套完整的操作流程。在電機驅動系統的軟件系統運行中，初始化模塊主要負責參數設定、通訊自檢、電能預充、高壓上電等控制指令，運行模塊則為控制系統循環的主體部分，實現電機乃至電動汽車運行狀態下的信息采集與控制反饋，以此達成調整電機驅動狀態、促進車輛高效行駛的效果。

隨著新能源汽車大規模的推廣，對于整車的動力性能、續駛里程和成本的要求也越來越高。為趕上世界先進水平的電機驅動系統發展的步伐，為滿足業內對電機驅動系統的需求，高度智能化及非線性智能控制化、數字化的系統控制將會逐步實現。提升車輛行駛過程中的能量管理，優化動能回饋策略，都將應用到電動汽車的電機控制系統中。使得電機控制系統的結構變得簡單、綜合性能得到了飛躍式的提升。因此，高效集成化、輕量平臺化及控制數字化和智能化的電機驅動技術必將成為可能。

三、結語

在進行電動汽車電機驅動系統的設計開發時，相關人員必須要從經濟性、安全性、穩定性、便捷性等多個角度出發，進行硬件電路與軟件程序的合理選用，以達到驅動系統的高精度控制目的，為汽車的行駛安全做出保障。

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作者簡介：

作者名： ? 李群安

出生年月： 1949年12月22日

性別 ： 男

民族：漢

單位：廣東南方職業學院

職稱：工程師

研究方向：電氣自動化

學歷和籍貫：本科畢業，廣東省江門市新會區

（廣東南方職業學院 ?529100）