驱动汽车电子节气门电机特性的测定

叼：鲁：警 Ｆ ２可
叼２
陆
喇
｜Ｐｌ“
将式（１１）及式（３）代入式（２２），得出
卵３百＋面万可
＇７
３鸶＋南
（２３） ¨ｊ’
当叼＝０，％＝０及％＝ｒ时，分解式（２３），最高效 能叼一可表示为
最后得出
％（叼～）＝以可订万瓢
一【－一霹】２
，（叼一）＝∥丁
（２４） 图５综合电机特性曲线 ‘２５’
２
电机特性测试平台系统构建
烈Ⅳ
ＶＣＣ ＶＤＤ
ｍ照
Ｇ７
嗍口一
３硬件设计
３．１
电阻式触摸屏ｐ
ｏ
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Ｔ Ｔ
ｍ一砌 一Ⅺ
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采用八线电阻屏，实际的控制方法与四线电阻屏 相同。触摸屏工作原理如图７所示。从图７中可知， 当ＰＡ２接低电平，ＰＡ３接高电平时，Ｑ１与Ｑ３导通，与 此同时，ＰＡ４接高电平，ＰＡ５接低电平，使Ｑ２与Ｑ４关 断，这时，测得ＸＶａｌ值送入Ａ／Ｄ采样模块，得到Ｙ坐 标；反之，测得ＹＶａｌ值，得到ｚ坐标。
１次的电流即为空载电流；随后利用定时器中断，每隔
功率。当转速小于１０ ｒ／ｍｉｎ时，读取电流、功率、转速 和转矩，此时电流为堵转电流，转矩为堵转转矩。 ③上位机读取下位机所保存的空载电流、空载转 速、堵转电流、堵转转矩，再根据电机特性的绘制原理 和相应公式在屏上绘制光滑曲线。实际上，由于电压 不稳定、电机机械结构发生微小变形等情况，实际的曲 线不可能非常光滑，而即使是同型号的电机也存在细 微区别，因此要给出相应的误差率，再读取下位机其他 转矩下的电流、功率及转速，与计算得出的数值进行比 较，计算出平均误差率。
％（Ｐｈ）＝÷ｒ
量度转矩为
（１７）
如果式（８）中“。转换成％，则数值上托＝Ｋ，
将式（１）代入式（９），消掉Ｅ，得出
ｒ＝鲁一瓦＝ｒ．－瓦
将式（１７）代人式（３），可得出此负载点电流为
（１８）
ｙ—ＩＲ＝Ｋ‰
（１０）
为了获得电枢上的转矩ｒ与转速』ｖ。。的关系，将 式（３）及式（６）代入，消掉，，得出
ｔ（Ｐｈ）＝詈一是
中图分类号：ＴＨ７４１．６ 文献标识码：Ａ
文章编号：１０００—８８２９（２０１３）０１－０１１２－０５
Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ Ｄｒｉｖｉｎｇ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｈｒｏｔｔｌｅ Ｍｏｔｏｒ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ
ＱＩＡＮ Ｗｅｉ－ｋａｎｇ，ＨＵＡＮＧ
Ｘｉａｏ—ｙｉｎ，ＬＵ Ｚｈａｎ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ—Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｈａｎｇｈａｉ ｆｏｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００９３，Ｃｈｉｎａ）
．１１３．
：：：：＝ ：：：： ：：：＝＝：：
：：＝：：：：
＝：
：：＝
‰对ｒ曲线，如图２所示。线性斜率统称为Ｒｅｇｕｌａ一
肼＝－朵ｒ．Ｎ。＋Ｐｈ
后，得出
％＝Ｋ，ｔ—Ｋ，０
（２）ｔｉｏｎｏ
式中，％Ｋ。为传动到轴枝上的机械功率，整理式（２）
（３）
令袁
当转速‰＝０，电机变成堵转状态，即
Ｌ
式中，转矩常数
２言
在电子节气门总成中，节气门阀片的位置由一个 永磁直流电动机调节控制，该马达能够让节气门阀片
在０—９００的范围内转动，以得到期望的节气门开度。
矩和脉冲宽度调制信号的占空比成正比。当占空比一 定、电机输出转矩与复位弹簧阻力矩保持平衡时，节气 门开度不变；占空比较大时，电机驱动力矩克服复位弹 簧阻力矩，节气门开度增大，反之占空比减小时，电机 输出转矩和节气门开度也随之减小。在整个调整范围 内，节气门都是通过电机来驱动的，关键技术在于提供 优良的非接触式位置传感器和电机的伺服特性。因此 要求电机调整特性好、起动迅速、力矩大、控制方便，且
ｔｏ
ｍｏｔｏｒ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｉＳ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ ｂｙ
ｏｂｊｅｃｔ
ｔｅｓｔ
ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｃｏｎｔｒ０１ ｓｔｒａｔｅｇｙ
ｃｕｒｖｅｓ
ｄｒｉｖｅ ｖｅｈｉｃｌｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
ｔｈｒｏｔｔｌｅ ｂｏｄｙ．ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｄｅｐｔｈ．Ｆｉｎａｌ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ
ｂｉｆｆｓ。
③自动励磁加载启动，发送ａｂＨ，返回５ａＨ。 ④自动励磁加载停止，发送ａｆＨ，返回５ａＨ。 ⑤读测试数据。发送５１Ｈ，则返回８字节数据， 前４字节为转速，后４字节为转矩；发送２０Ｈ，则返回 ２６字节数据，首：字节为标志位２０Ｈ，其后每５字节为 一组，前３组分别代表电流、电压和功率。
Ｕ３
硅蒋 匿
ｏｆ ｔｈｅ ＤＣ ｍｏｔｏｒ ｉＳ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｉｎ－
ａ
ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｉｓ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ａｎｄ
ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ａｎｄ
ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｉＳ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｆｏｒ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｔｏｒ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｔｈｒｏｔｔｌｅ；ｄｙｎａｍｏｍｅｔｅｒ；ＤＣ ｍｏｔｏｒ；ｍｏｔｏｒ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ；ＳＴＭ３２
瓦＝Ｋ，０ （６）
Ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ为
咕鑫＝百Ｎｏ＝等（１４）
Ｎｒ“Ｎ：ｄ
ｋ Ｊ
转矩常数Ｋ表示斜率，Ｚ为量度堵转转矩，有
Ｋ
２彘
Ⅳｏ
‘７）
Ｒ％Ｔａ
＼
％
＼。
Ｐｏ＝％Ⅳ俐 （１５） （１６）
ｔ７
图２转速一转矩曲线
１．３输出功率特性 电机的输出功率完全产生在轴枝上。所以
图１电流一转矩曲线
将式（１１）代人式（１５）可消‰，得出二次方程式为
ｍｏｔｏｒ ｉＳ
ｏｎｅ
ｏｆ ｔｈｅ ｍａｉｎ
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ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｔｏｒ ｃｈａｒａｃｔｅｒ－
ｉｓｔｉｃｓ ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｒｅｌａｔｅｄ
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ｔｈｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｔｈｅ
ａｕｔｏ
ｅｘｅｃｕｔｉｎｇ ａｇｅｎｃｉｅｓ．Ａ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ＤＣ
ｍｓ发送５１Ｈ给测功机控制器读取转速和转矩，同 样，第１次的转速即为空载转速。每当转矩增加１０ ｍＮ・ｍ时，再次发送２０Ｈ给测功机控制器读取电流和
４０
万方数据
驱动汽车电子节气门电机特性的测定 测功机控制器通信协议如下： ①自动励磁加载周期，设为Ｔ。发送以ａ８Ｈ为首
的４字节，ｂｕｒ（０）＝Ｏｘａ８，ｂｕｆ（１）＝Ｔ／２５６，ｂｕｒ（２）＝
调节ＰＷＭ信号的占空比来控制电机转速和方向，带
电机特性曲线的绘制原理
动配比传动齿轮控制节气门阀片转角的大小，反方向 还存在和节气门相连的复位弹簧阻力矩。电机输出转
收稿日期：２０１２—０９—２５ 作者简介：钱伟康（１９５７一），男，浙江宁波人，副教授，硕士，硕 士生导师，主要研究方向为电子信息、检测技术、嵌入式系统设 计、ＦＰＧＡ可编程技术及应用等。
电机特性测试平台系统框图如图６所示。 系统工作原理主要分成３步： ①将测功机调至通信模式下，在上位机设定测功
测 功 机 控 制 器
将式（２４）代入式（３），得出最高电流下效能
卜ｗ （２７）
对应转速
‰（叩一）＝西Ｒ，（叼一）＋瓦Ｖ
儿液
篓瀑量 Ｗ路
上位机
旌． 山 习篓翼雾零匝 蕊 Ｗ ｌ Ｉ Ｉ
（数据）
同理，得出此负载点转速为
（１９）
‰＝一丧（死＋死）＋ｉＶ（１１）
式（１１）为转速一转矩特性。用Ｔ＝％＋瓦绘制 万方数据
或
Ｎ一（ＰｏｍⅡ）＝ｉＶ一尝（‘叫‰）＋Ｉｏ）
（２０）
＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝
（１２）
Ｋ，－磊６０砝Ｅ
及
（４）
对应的堵转电流值ｔ＝Ｖ／Ｒ。没有产生机械功率 输出，而电流则全部产生热能，这是一个不利于电机的
状态。
，０＝等
（５’
理论上当损耗不存在时，Ｔ＝％＝０，转速等同于 空载转速Ⅳ０。实际上，固有损耗及转矩损耗瓦是存在 的，空载转速联真正的量度为
聪＝Ｎｏ—Ｒ。咒 （１３）
如果损耗不存在，Ｐｋ＝０及Ｉｏ＝０得出％＝Ｋ，。 当损耗不存在Ｐｋ，＝０及（轴上）加载转矩％不存在 时，理论上电流不产生。当损耗存在，即Ｐ鼬＞０时，则 使电机无负载（屯＝Ｏ），电流，０需要补偿固有的损耗。 电流一转矩曲线如图１所示。 因有功率：损耗Ｐｋ，，瓦为转矩损耗，
．１１４．
《测控技术》２０１３年第３２卷第１期
（２８）
‰（ｋ）＝一扣吖ｒ＋聪
图３所示为输出功率曲线。
（２１）
或
‰（田一）＝嚣（‰。。）一，ｏ）＋聪
电机的效率曲线如图４所示；综合电机特性曲线
如图５所示。
图３输出功率曲线
砌（叩～） 图４效率曲线 义为输出功率和输人功率的比值：
３．３
・１１５・
串口模块
Ｔ％２５６，ｂｕｆ（３）＝ｂｕｆ（１）ｘｏｒ ｂｕｆ（２）。 ②自动励磁加载量，设为Ｘ。发送以ａ９Ｈ为首的
４字节，ｂｕｒ（０）．－０ｘａ９，ｂｕｒ（１）＝ｘ／２５６，ｂｕｆ（２）＝ｘ％ ２５６，ｂｕｆ（３）＝ｂｕｆ（１）ｘｏｒ ｂｕｒ（２）。
如图９所示，系统采用ＲＳ－２３２串口通信，Ｊ１（串 口１）用于和上位机通信，波特率为１１５２００ ｂｉｔ／ｓ；Ｐ３０１ （串口２）用于和测功机控制器通信，波特率为９６００