四轮独立驱动汽车用开关磁阻电机管控系统设计

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1、四轮独立驱动汽车用开关磁阻电机管控系统设计1绪论1.1课题背景及意义随着经济的快速发展和人们生活水平的提高，汽车已经成为了人们不可或缺的代步工具之一，汽车产业也成为了国民经济的支柱产业。由于环境污染的日益严重和石油资源的日益耗竭，以内燃机为动力的传统汽车面临着巨大的挑战。电动汽车作为一种新能源汽车，具有零排放、低噪音、能源利用多元化、能源利用效率高和结构简单等优点，成为了未来汽车发展的必然趋势[1]。自20世纪90年代以来，世界各大汽车生产商如Ford、GM、Nissan、Toyota和Honda等，都在电动汽车的研究上投入了大量的人力和财力，并研究出多

2、种电动汽车和电动汽车概念车，如Ford的Thinkcity，GM的EV1，Toyota的RAV4、Prius和FCEV，Honda的EVPlus、Insight和FCX-V3等[2-3]。我国自九五期间开始电动汽车的技术攻关；十五和十一五期间，确立了电动汽车三纵三横的总体研发布局；十二五期间，将新能源汽车产业技术作为科技部重点扶持领域，并在重点发展技术方面，将推进关键零部件技术、整车集成技术和公共平台技术的研究与攻关[4]。国内各大汽车生产企业，如上汽、东风、奇瑞、比亚迪和江淮等，也纷纷推出了自主研发的电动汽车，如比亚迪的E6纯电动汽车，奇瑞的A5混合动

3、力汽车、东方之子燃料电池汽车，江淮的同悦纯电动汽车等。综上所述，国内外对电动汽车的研究正在如火如荼的进行。根据动力驱动形式不同，电动汽车可分为两类，即采用电机替代内燃机并配备传统机械传动系统的集中驱动型电动汽车，和采用轮毂电机直接驱动车轮的轮边驱动型电动汽车，其结构如图1.1所示。其中，轮边驱动型电动汽车将驱动电机直接安装在车轮内，取消了传统汽车的机械传动系统，使结构变得简洁紧凑，增加了可利用空间，降低了整车质量，缩短了传动链，提高了传动效率。同时，由于轮毂电机转矩响应比内燃机快速而精确，可以通过线控技术直接实现各轮驱动力和制动力的独立控制，便于车辆AB

4、S、ESP、TCS、DYC、EBD等底盘稳定性系统的集成，大大的改善了车辆的行驶安全性和操纵稳定性[5-6]。因此，轮边驱动系统比传统内燃机或集中电机驱动系统更易于实现复杂的运动和动力学控制，被视为电动汽车的最终驱动形式，是国内外电动汽车技术研究的重点和热点之一，成为电动汽车发展的一个独特方向。..1.2国内外研究现状轮边驱动系统按照驱动方式不同可分为减速驱动型和直接驱动型[16]。减速驱动型通常采用内转子电机，且在电机与车轮之间安装轮边减速器。减速驱动的优点是电机一般在高速下运行，具有较高的比功率和效率，体积小，重量轻，成本低；直接驱动型通常采用外转子

5、电机，且转子直接安装在轮辋上。直接驱动的优点是省略了减速机构，降低了非簧载质量，且使结构更加紧凑，响应速度更快，但对电机的要求变高，增加了电机成本[17]。作为电动汽车的最终驱动形式，国内外对轮边驱动系统进行了大量的研究，并且有不少研究成果在实践中得到应用。通用汽车高级技术研发中心成功地将自行研制的轮毂电机应用到雪弗兰s-l0皮卡车中。该电机给车轮增加的重量只有约l5kg，却可产生约25k4公司设计了具有制动鼓特性的一体化电动轮驱动系统，并采用永磁无刷直流电机作为驱动电机。另外德国西门子公司开发的ecorner将车轮部件、轮毂电机、主动悬架和楔块制动器全

6、部集成到车轮轮辋里面。英国贝姆勒公司在最近英国车展上展示的轮边驱动电动车Miniqed，它的4个车轮均采用永磁无刷电机驱动[7]。福特公司近期与舍弗勒合作开始研发eC9S12XF512及其最小系统......495.3MC9S12XF512外围模块电路设计.........535.4控制系统的实现与测试.....585.5本章小结....605开关磁阻电机控制系统设计与实现5.1控制系统硬件设计总体方案①实时性程度高。开关磁阻电机在工作过程中需要实时的得到电机当前的转子位置、相电流和相电压信息，控制器根据这些状态信息来确定电机的工作情况，并进行换相控制。

7、②响应速度快。开关磁阻电机的每相绕组由功率变换器控制其通电和断电，当电机运行在高速情况下时，功率管的开关频率会很高，因此控制芯片与功率管的选型必须能够高频率的工作，响应速度要快。③具有CAN(ControllerAreaNetunicationInterface)串行通信接口。由于开关磁阻电机应用于轮边驱动系统中，其控制必须与汽车中其他系统交换信息，协调工作。CAN通信接口能够连接至CAN总线网络与其它ECU通信；SCI通信接口能够与上位机进行通信。④具有故障检测功能。能够实时的检测电机的相电流和相电压，当出现过流和欠压时，能够自动切断供电电路，防止损坏

8、电机。⑤具备实时运行闭环算法的能力。⑥具备承受恶劣环境的能力。由于汽车在运行中的