電動汽車電機驅動控制系統設計方法

雷顯國

摘 要：目前我國汽車保有量在不斷增加，滿足了人們出行需求的同時，也造成了一系列問題。如汽車尾氣就對空氣造成了污染等等，因此電能替代作為一種解決方案日益受到社會重視。本文就電動汽車的核心部件之一——電機驅動控制系統的設計方法進行探討。

關鍵詞：電機驅動控制系統; PI控制; 電動汽車

與傳統內燃機機車相比，電動汽車在環保方面占據了很大的優勢。電動汽車以蓄電池代替傳統汽車的油箱，在不產生廢氣的基礎上，釋放了更多的內部空間，因此電動汽車一經問世就受到了人們的廣泛關注。而想要保證電動汽車正常運行，就要對其內部的電機驅動控制系統進行科學合理的設計，在確保安全的前提下提升操控能力以及駕駛體驗。

一、電機驅動控制系統介紹

作為電動汽車的核心部件之一，電機驅動控制系統設計得是否合理，對于車輛的性能有著非常重要的影響。該系統最重要的功能就是在司機駕駛車輛的過程中，將蓄電池中的電能高效地轉化為車輛行駛的動能，盡可能降低車輛行駛過程中所遇到的阻力[1]。從宏觀層面上來看，電機驅動控制框架可以分為兩個板塊。第一個板塊是電器系統，該系統由控制器、功率轉換機以及電動機三個主要部分組成，是電動汽車與傳統汽車區別最大的地方。第二個板塊是機械系統，主要包括充電器、剎車踏板、加速踏板、差速器以及傳動軸等。

二、驅動控制系統軟件設計

電機驅動控制系統的軟件可以將控制算法、控制邏輯和汽車的整個硬件資源進行高效連接。從微觀層面上來講，軟件設計部分主要包括PI算法設定以及PI控制參數的整定工作，此外，還涉及到PWN輸出系統以及中控/中斷程序的設計。

（一）PI控制算法設計

1.設計思路。在完整的PID控制器當中，主要分為比例、積分、微分三個環節，其中比例模塊的主要功能是對汽車運動中產生的偏差瞬間進行及時反映，通過比例的調節來減少偏差，比例的系數越高，則代表PID控制系統的控制能力越強。而積分模塊的主要作用是將偏差的積累作為輸出，借助這種累計輸出來消除系統中的靜態誤差。這里需要注意的是，積分模塊雖然可以避免靜態誤差對于驅動系統的影響，但也會影響到驅動系統的反應速度。積分常數的增加會減少超調量，讓整個驅動控制系統變得更加穩定。而微分模塊的主要功能是防止系統中的偏差出現變化，通過減少超調量的方式來解決振蕩問題，讓該系統的運行變得更加平穩[2]。利用PI系統來對電動車的電機驅動控制系統進行滯后—超前的校正工作有兩個優勢。第一是可以提升整個控制系統運行的穩定性;第二是可以在消除靜差和快速響應之間尋找到巧妙的平衡。

2.算法實現與整定。對于PI算法的實現，該系統在運行的過程中，從CAN總線處接收PI控制參數，利用系統中的定時器每間隔一段時間就自動中斷一次，以此來完成針對控制系統參數的調整。在LPC2119系統中的PWN單元，可以通過改變輸出波形的方式來靈活調控波形占空比，進而完成對于驅動控制系統的實時控制。PI參數的整定方式目前主要有兩種，第一種是理論計算整定，這種方式要利用已知過程數學模型，計算過程十分繁瑣，工作量巨大，可靠性比較低。第二種是工程整定法，這種整定方式的特點是不需要已知數學模型，在電機驅動控制系統運行過程中直接進行整定。這種方式的優勢在于計算量小，方法簡便，是目前比較流行的一種整定方法。

（二）主程序與中斷程序設計

主程序的主要任務是對整個控制系統進行初始化，主要包括模數轉換模塊初始化、PWN輸出模塊初始化以及LPC2119內核的初始化等工作，控制系統在完成初始化之后自動進入中斷程序。當傳感器傳輸的信號輸入到LPC2119中以后，最先開始的就是對該信號進行AD采樣工作，采樣結束之后進行數字濾波[3]。控制系統中的判斷子系統先對制動信號進行檢查，如果存在制動信號，就要啟動再生制動控制程序，如果沒有制動信號，就檢查有無加速信號，如果存在加速信號，那么就啟動電流調節算法。反之則結束中斷系統。

三、驅動控制裝置硬件設計

（一）設計需求

在設計驅動控制裝置硬件的過程中，主要考慮的需求包括以下幾個方面。第一，在司機踩下加速踏板之后，可以對加速踏板的操縱變化做出及時的反饋，在確保操作準確的前提下，盡可能快速做出對于電機轉速的調控。第二，硬件系統要收集與電機操縱相關的各種信號，對汽車運行中所產生的各種數據進行篩查。主要包括蓄電池的電壓，電樞電流，加速踏板、制動踏板信號等數據。第三，硬件系統要保證與汽車外部設備之間順暢的溝通，做好信號的檢測工作。第四，要保證硬件的穩定性，任何零件在振動狀態下都要保持緊固，可以在極端溫度下進行正常工作。第五，當車輛由于某種原因而出現過電壓或者過電流故障的時候，控制裝置可以自動切斷主控制回路，同時向司機發出警報信號。

（二）主控回路硬件設計

目前，主控回路在硬件層面的設計以PWM調速系統為主，其具有電路設計簡單，零件數量少，反應速度快等特點[4]。LPC2119主控芯片可以同時支持6個PWM控制單元。這里需要注意的是，在車輛行駛過程中，需要實現前進以及倒退等功能，因為在采用內燃機變速器的情況下，電動汽車可以通過倒擋來實現倒車。PWM控制裝置的另一個特點就是結構簡單。這種組合模式中電樞電流無法實現逆向流動，因此其無法在制動狀態下進行工作，因此只能作為單象限使用。電動汽車的興起對于緩解能源壓力以及環境保護工作都具有重要的意義，人們對于這種清潔環保的出行方式也越發認可，為了保證電動汽車能夠穩定運行，設計人員要對電機驅動控制系統進行科學合理的設計，為該行業的穩定發展保駕護航。

參考文獻：

[1]丁榮軍，劉侃.新能源汽車電機驅動系統關鍵技術展望[J]中國工程科學，2019（3）

[2]范常勝.汽車發動機電控系統故障檢測與維修[J]汽車實用技術，2017（6）：111-112

[3]陳睿.電動汽車電機控制技術研究[J]山東工業技術，2018（15）：52-52

[4]黃新宇.電動汽車控制系統研究[J]科學與信息化，2017（23）：116-117