本世紀(jì)各國的汽車工業(yè)均是“石油―汽車”的道路，汽車雖給國民經(jīng)濟(jì)帶來發(fā)展，給人類帶來方便，但也給人類全球環(huán)境帶來巨大災(zāi)害。42%的環(huán)境污染是來源于燃油汽車的排放，80%的城市噪聲是由交通車輛造成的，當(dāng)今世界石油儲量日趨減少，而燃油汽車是消耗石油的大戶，因而當(dāng)今汽車工業(yè)發(fā)展勢必尋求低噪聲、零排放、綜合利用能源的方向。電動汽車(Electric Vehicle)是以電池為動力的汽車，與燃油汽車有著顯著區(qū)別，電動汽車是涉及到機(jī)械、電力、電子、計算機(jī)控制等多種學(xué)科的高技術(shù)產(chǎn)品，是當(dāng)今汽車工業(yè)解決能源環(huán)保等問題的重要途徑，電動汽車勢必成為取代燃油汽車的主要交通工具。

1.電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的基本構(gòu)成

    驅(qū)動系統(tǒng)是電動汽車中最關(guān)鍵的系統(tǒng)，電動汽車的運(yùn)行性能主要決定于驅(qū)動系統(tǒng)的類型和性能。電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)由牽引電動機(jī)、控制系統(tǒng)、機(jī)械減速及傳動裝置、車輪等構(gòu)成，如圖1所示。控制系統(tǒng)從接收加速踏板信號（相當(dāng)于燃油車的油門）、剎車和PDRN（停車、前進(jìn)、倒車、空檔）、轉(zhuǎn)向盤的輸出信號，經(jīng)過信號處理，輸入到電機(jī)驅(qū)動器，控制功率電路的功率輸出量，實現(xiàn)控制驅(qū)動電動機(jī)轉(zhuǎn)速和扭矩，再通過機(jī)械傳動裝置，驅(qū)動車輪

                                                 圖1 驅(qū)動系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)


2.電動汽車車用各種電動機(jī)比較

    與一般的常規(guī)工業(yè)應(yīng)用不同,電動汽車由于其運(yùn)行非常復(fù)雜,因此對驅(qū)動系統(tǒng)有著很高的要求。電動汽車中的電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)應(yīng)具有較高的轉(zhuǎn)矩―慣量比, 盡可能寬廣的高效率區(qū)以及良好的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性。概括起來，其要求驅(qū)動電機(jī)具備下列特點：效率高，具有較長的續(xù)駛里程。瞬時功率大，過載能力強(qiáng)，加速能力好。具有寬廣的調(diào)速范圍，同時還能利用減速實現(xiàn)能量的回饋。此外，還要求電機(jī)具備可靠性好，噪聲低等優(yōu)點。目前，常用在電動汽車領(lǐng)域的電機(jī)包括直流電動機(jī)，交流感應(yīng)電動機(jī)，永磁同步電動機(jī)和開關(guān)磁阻電動機(jī)。

    (1).直流電動機(jī)
    直流電動機(jī)機(jī)械特性較好，具有良好的調(diào)速性能，控制較簡單，技術(shù)成熟，但是較大容量工作時電刷與換向器之間的換向火花和機(jī)械磨損使電動機(jī)需要經(jīng)常維護(hù)，能量損失不利于向高速發(fā)展，電機(jī)體積質(zhì)量較大，價格較高。
    (2).交流感應(yīng)電動機(jī)
    交流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單牢固，經(jīng)久耐用，轉(zhuǎn)速極限高，成本低，體積小，制動時還可將回收的能量對電池充電，但是其功率因數(shù)較低，控制裝置使用電源逆變器，比較復(fù)雜。
    (3).永磁同步電動機(jī)
    永磁同步電機(jī)具有高轉(zhuǎn)矩―質(zhì)量比和高功率―質(zhì)量比，體積較小，無須激磁電流，沒有激磁通損耗，具有較高的系統(tǒng)效率和功率因數(shù)，但是永磁材料價格昂貴，且存在退磁現(xiàn)象，因此可靠性和使用壽命指標(biāo)較差，而且永磁同步電機(jī)較難實現(xiàn)電動機(jī)最大功率的恒定輸出。
    (4).開關(guān)磁阻電動機(jī)(SRM)
    開關(guān)磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單牢固，特別適用于高速、低速轉(zhuǎn)矩大電流小的系統(tǒng)，且效率較高，轉(zhuǎn)子僅有疊片構(gòu)成，沒有任何形式的繞組，，適合于頻繁正反轉(zhuǎn)及沖擊負(fù)載等工況條件。驅(qū)動功率電路采用的功率元件較少，電路簡單，同時可以利用較簡單的控制電路實現(xiàn)較寬的調(diào)速范圍、低速大轉(zhuǎn)矩、制動能量反饋等特性，因此該驅(qū)動系統(tǒng)特別適合電動汽車。

3.開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動控制調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理

    開關(guān)磁阻電動機(jī)(SRM)是20世紀(jì)70年代以后才逐漸發(fā)展起來的一種新型驅(qū)動裝置，是磁阻同步電動機(jī)和電力電子開關(guān)電路相結(jié)合而產(chǎn)生的一種機(jī)電一體化新產(chǎn)品。它可以實現(xiàn)高精度、快響應(yīng)、高效率以及高輸出的性能指標(biāo)。對SRM的研究和開發(fā)已經(jīng)引起了國際電工界的廣泛重視，近年來，開關(guān)磁阻電機(jī)（SRM）驅(qū)動系統(tǒng)也開始在電動汽車上進(jìn)行了試驗。

                                           圖2 開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動控制調(diào)速系統(tǒng)框圖

    如圖2表示開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動控制調(diào)速系統(tǒng)框圖，其結(jié)構(gòu)主要由磁阻式電動機(jī)和控制器兩部分組成。

開關(guān)磁阻電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單, 是一種雙凸極磁阻電動機(jī), 基于磁阻最小原理工作。考慮到要求電動機(jī)起動轉(zhuǎn)矩較大和轉(zhuǎn)矩脈沖較小，定轉(zhuǎn)子鐵心采用12/8極三相式結(jié)構(gòu)，如圖3所示

                           圖3 三相12/8極開關(guān)磁阻電機(jī)

    控制該電機(jī)三相繞組激勵電流的大小，可改變電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速；控制電流與轉(zhuǎn)子角位移的相對關(guān)系，可實現(xiàn)電動運(yùn)行和制動運(yùn)行；通過改變各相繞組的勵磁次序，還可改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)向。

控制器接受的操作指令來自汽車司機(jī)的面板開關(guān)信號和踏板信號，面板信號主要用于式電動機(jī)起動停止和正反向轉(zhuǎn)動；踏板信號用于電動機(jī)的轉(zhuǎn)速給定。控制器同時接收來自電動機(jī)傳感器的反映電動機(jī)運(yùn)行狀況的信號，調(diào)節(jié)并使電動機(jī)按操作指令運(yùn)行，且維持良好的工作特性狀態(tài)。

圖4表示了該控制器中不對稱半橋功率電路及其與電機(jī)繞組的連接關(guān)系，每相有兩個主開關(guān)管和一個續(xù)流二極管。

                                 圖5 控制電路框圖


    控制電路的輸出信號由相位電邏輯、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)和限流三路信號組合而成。其相位電邏輯電路決定三相功率開關(guān)的通斷區(qū)間，滿足電動機(jī)不同轉(zhuǎn)速、負(fù)載及電動制動轉(zhuǎn)換需要。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)是通過典型的轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)實現(xiàn)，并通過脈寬調(diào)制（PWM）方式對電機(jī)調(diào)速。限流電路用于保護(hù)電流不超過允許范圍。此外，控制電路對系統(tǒng)運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)測，實現(xiàn)對電源電壓越限、電機(jī)過載、電機(jī)堵轉(zhuǎn)、電機(jī)過電流、控制器過熱及短路等多項保護(hù)。

    電機(jī)驅(qū)動控制器采用DSPLF2407 芯片,控制一個IGBT 的半橋結(jié)構(gòu),實現(xiàn)電動汽車的驅(qū)動與再生制動. 倒車通過倒車擋來實現(xiàn),使電機(jī)由4 象限運(yùn)行變成2 象限運(yùn)行,因此節(jié)約了控制器的成本. 油門踏板與剎車踏板分別給出控制電機(jī)的驅(qū)動電流與能量回饋電流的指令,通過電流傳感器與電壓傳感器構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng),實現(xiàn)電機(jī)驅(qū)動力矩的控制與回饋電流的控制。

4.結(jié)論

    開關(guān)磁阻電動機(jī)驅(qū)動控制調(diào)速系統(tǒng)用于電動汽車有如下特點：電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、堅固、特別是轉(zhuǎn)子上無繞組，適用于頻繁正反轉(zhuǎn)及沖擊負(fù)載；功率電路采用的功率開關(guān)元件較少，電路較簡單。功率元件與電動機(jī)繞組相串聯(lián)，不易發(fā)生直通短路，因此成本較低，工作可靠；控制電路較簡單，能夠?qū)崿F(xiàn)寬調(diào)速、低速大轉(zhuǎn)矩和制動能量反饋等特性；系統(tǒng)效率高，啟動轉(zhuǎn)矩大、電流小。隨著技術(shù)的進(jìn)步，開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)以其優(yōu)越的價格性能比，將在電動汽車的開發(fā)研制中具有更加廣闊的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn):

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