微型纯电动汽车用直流无刷电机动力系统
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直流无刷电机动力总成结构图如图1所示。该 控制器以汽车主控MCU为核心，通过MOSFET全桥电 路与直流无刷电机连接构成闭环回路。控制器将油 门、温度、电压、电流等模拟信号，钥匙门、前 进/后退等输入/输出信号采集到MCU中，进行数学 计算和分析，从而实现故障诊断、智能化运行等功 能；通过实时检测电机位置传感器的输出信号，判 断出电机的定、转子相对位置，根据此位置，转换 功率部分的输出，保证电机的持续运转；通过CAN 总线与行车监控仪进行通讯，将实时数据传送到监 控中心，使控制器保持在最优的状态。
能量回馈制动：根据电动汽车运行过程中对制 动力的需求，判断油门踏板的信号自动开启能量回 馈功能，减少对刹车片的磨损，提高电动汽车的续 驶里程。
故障信息存储：故障发生时，控制器将发生故 障时的详细情况记录在外部EEPROM中，防止控制器 掉电时信息的丢失，以便后续分析。
CAN通讯：通过CAN总线实现控制器的对外通 讯，以实现电机和控制器状态的检测、显示，并实 现控制器在线参数标定。
1 概述
1.1 研究背景 目前，汽车用油大量消耗了我国有限的石油能
源，也严重污染了环境，从国民经济发展战略出 发，现在非常有必要制订和实施汽车新能源发展计 划，将能源结构调整为环保型、可持续发展型的新 能源。国外电动汽车用电机驱动系统技术趋于成 熟，以博世公司、大陆公司为代表的国外企业在电 动汽车领域相对积累充足，控制策略成熟度高，驱 动系统产品通过市场检验证实了其可靠性，而我国 大部分车企推出量产电动汽车时更倾向于选择国外 动力总成及驱动系统硬件供应商，所以积极发展民 族汽车品牌，大力提高自有核心技术，构建具有自 身特点的汽车工业，是中国汽车工业的发展之路。 1.2 研究意义
表1 三种电机性能比较
性能 系统
机 械 特 性
过 载 能 力
可 控 性
平 稳 性
噪维体效 成 声护积率 本
交流异步 电机
软
小
难
较差
较 大
易
大
低
低
有刷直流 电机
硬
大
易
较好
大
难
较 小
高
较 高
直流无刷 电机
硬
大
易
好
小易小高
较 高
直流无刷电机和其他电机相比具有高可靠性、高 效率、优良的调速性能等诸多优越性，并且随着新型 稀土永磁材料性能的提高与价格的下降，带来直流无 刷电机成本的降低，这种优越性将更加明显。
2 直流无刷电机动力系统研究
2.1 总体技术方案 以我公司自行研发的JHWZT-72400A型直流无
刷电机动力总成来说，该直流无刷电机动力总成， 主要包括直流无刷电机、直流无刷控制器、电子油 门踏板等。系统根据微型纯电动汽车对动力总成性 能及功能的要求，综合运用电流及转速双闭环智能 控制，系统软、硬件保护，故障诊断与处理，CAN
驱动控制：根据直流无刷电机位置传感器的信 号，转换功率部分的输出，保证电机的持续运转， 并采用电流、转速双闭环控制做出反馈，快速实现 对电机的转矩控制。
保护功能：保证控制器在初始化及后续电机的 持续运行中，实现电机电流、电压、温度的实时采 样及处理；实现油门、档位及各种传感器的故障检 测功能，并做到详尽有效的故障管理措施。
直流无刷电机是永磁电机的一种，具有效率 高、体积小、重量轻、起动转矩大、结构简单、工 作可靠、调速性能好等优点，能够很好地满足纯 电动汽车频繁起动/制动、能量回馈和高效率的要 求，是理想的电动汽车驱动电动机。表1从机械特 性、过载能力、可控性等九个方面对交流异步电
机、有刷直流电机和直流无刷电机作定性的比较。
如表2所示：
表2 电动车参数
整车实验质量 （kg）
轴距（mm）
966 整车尺寸（mm） 2558×1450×1597
2012 年第 26 期 （总第 233 期）
NO.26.2012 （CumulativetyNO.233）
微型纯电动汽车用直流无刷电机动力系统研究
李兴全
（锦州海伯伦汽车电子有限公司，辽宁 锦州 121000）
摘要 ：直流无刷电机是集交流电机和直流电机的优点于一体的机电一体化产品，它既具有交流电机结构简单、 运行可靠、维护方便等优点，又具备直流电机运行效率高、调速性能好的特点，同时无励磁损耗。文章首先 对项目研究背景及意义进行简单介绍，并与其他类型电机进行对比分析，然后对直流无刷电机动力总成及控 制器设计方案进行阐述，最后介绍技术指标、测试结果以及产生的社会效益。直流无刷电机动力系统可适用 于各种微型纯电动汽车。 关键词 ：直流无刷电机 ；纯电动汽车 ；动力总成 ；控制器 中图分类号 ：U469 文献标识码 ：A 文章编号 ：1009-2374（2012）26-0019-04
19
通讯等技术可以实现电动汽车要求的各项功能，达 到电动汽车对电机动力系统的特殊要求，这些要求 包括：瞬时功率大，短时过载能力强，以满足爬坡 及加速的需要；调速范围宽广；在运行的全部速度 范围和负载范围内具有较高的效率；可靠性高，使 用方便简单，性价比高；功率密度高，体积小，质 量轻。
在实现阶段，本项目基于成本考虑，功率驱动 部分采用MOSFET并联方式，并采用IR公司的专用驱 动芯片；采用自主研发的电流、电压传感器等；软 件方面，选取汽车级MCU作为核心控制器，利用CAN 总线进行通信，遵循国际上的汽车软件设计标准， 实现控制电机的正反向运转、稳定的转矩输出以及 控制系统的各项保护、再生制动、CAN通讯、故障 检测及故障存储等功能。 2.2 直流无刷电机动力总成设计
模拟量采样 故障检测
油门分析 执行操作 CAN发送
图2 程序流程图 2.4 测试结果
图3和图4为5.5kW直流无刷电机及控制器在测 Hale Waihona Puke Baidu机上实测的特性曲线。
20
图3 转速-转矩特性及效率外特性曲线
图4 过载能力和峰值功率曲线 JHWZT-72400A型直流无刷电机动力总成应用于
实际，安装于某微型纯电动车中，该车的具体参数
直流无刷控制器程序流程图如图2：
开始
空档判断
预充电控制程序
定时时间到？
Y
方向判断
故障指示 转速信号
I/O信号
AD信号 转速
串口 CAN
汽车
IIC
主控
MCU
直流无刷电机
M
程序下载
监控软件
故障存储
MO SF ET 全 桥
图1 直流无刷电机动力总成结构图 2.3 直流无刷控制器设计
直流无刷控制器主要功能有：
能量回馈制动：根据电动汽车运行过程中对制 动力的需求，判断油门踏板的信号自动开启能量回 馈功能，减少对刹车片的磨损，提高电动汽车的续 驶里程。
故障信息存储：故障发生时，控制器将发生故 障时的详细情况记录在外部EEPROM中，防止控制器 掉电时信息的丢失，以便后续分析。
CAN通讯：通过CAN总线实现控制器的对外通 讯，以实现电机和控制器状态的检测、显示，并实 现控制器在线参数标定。
1 概述
1.1 研究背景 目前，汽车用油大量消耗了我国有限的石油能
源，也严重污染了环境，从国民经济发展战略出 发，现在非常有必要制订和实施汽车新能源发展计 划，将能源结构调整为环保型、可持续发展型的新 能源。国外电动汽车用电机驱动系统技术趋于成 熟，以博世公司、大陆公司为代表的国外企业在电 动汽车领域相对积累充足，控制策略成熟度高，驱 动系统产品通过市场检验证实了其可靠性，而我国 大部分车企推出量产电动汽车时更倾向于选择国外 动力总成及驱动系统硬件供应商，所以积极发展民 族汽车品牌，大力提高自有核心技术，构建具有自 身特点的汽车工业，是中国汽车工业的发展之路。 1.2 研究意义
表1 三种电机性能比较
性能 系统
机 械 特 性
过 载 能 力
可 控 性
平 稳 性
噪维体效 成 声护积率 本
交流异步 电机
软
小
难
较差
较 大
易
大
低
低
有刷直流 电机
硬
大
易
较好
大
难
较 小
高
较 高
直流无刷 电机
硬
大
易
好
小易小高
较 高
直流无刷电机和其他电机相比具有高可靠性、高 效率、优良的调速性能等诸多优越性，并且随着新型 稀土永磁材料性能的提高与价格的下降，带来直流无 刷电机成本的降低，这种优越性将更加明显。
2 直流无刷电机动力系统研究
2.1 总体技术方案 以我公司自行研发的JHWZT-72400A型直流无
刷电机动力总成来说，该直流无刷电机动力总成， 主要包括直流无刷电机、直流无刷控制器、电子油 门踏板等。系统根据微型纯电动汽车对动力总成性 能及功能的要求，综合运用电流及转速双闭环智能 控制，系统软、硬件保护，故障诊断与处理，CAN
驱动控制：根据直流无刷电机位置传感器的信 号，转换功率部分的输出，保证电机的持续运转， 并采用电流、转速双闭环控制做出反馈，快速实现 对电机的转矩控制。
保护功能：保证控制器在初始化及后续电机的 持续运行中，实现电机电流、电压、温度的实时采 样及处理；实现油门、档位及各种传感器的故障检 测功能，并做到详尽有效的故障管理措施。
直流无刷电机是永磁电机的一种，具有效率 高、体积小、重量轻、起动转矩大、结构简单、工 作可靠、调速性能好等优点，能够很好地满足纯 电动汽车频繁起动/制动、能量回馈和高效率的要 求，是理想的电动汽车驱动电动机。表1从机械特 性、过载能力、可控性等九个方面对交流异步电
机、有刷直流电机和直流无刷电机作定性的比较。
如表2所示：
表2 电动车参数
整车实验质量 （kg）
轴距（mm）
966 整车尺寸（mm） 2558×1450×1597
2012 年第 26 期 （总第 233 期）
NO.26.2012 （CumulativetyNO.233）
微型纯电动汽车用直流无刷电机动力系统研究
李兴全
（锦州海伯伦汽车电子有限公司，辽宁 锦州 121000）
摘要 ：直流无刷电机是集交流电机和直流电机的优点于一体的机电一体化产品，它既具有交流电机结构简单、 运行可靠、维护方便等优点，又具备直流电机运行效率高、调速性能好的特点，同时无励磁损耗。文章首先 对项目研究背景及意义进行简单介绍，并与其他类型电机进行对比分析，然后对直流无刷电机动力总成及控 制器设计方案进行阐述，最后介绍技术指标、测试结果以及产生的社会效益。直流无刷电机动力系统可适用 于各种微型纯电动汽车。 关键词 ：直流无刷电机 ；纯电动汽车 ；动力总成 ；控制器 中图分类号 ：U469 文献标识码 ：A 文章编号 ：1009-2374（2012）26-0019-04
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通讯等技术可以实现电动汽车要求的各项功能，达 到电动汽车对电机动力系统的特殊要求，这些要求 包括：瞬时功率大，短时过载能力强，以满足爬坡 及加速的需要；调速范围宽广；在运行的全部速度 范围和负载范围内具有较高的效率；可靠性高，使 用方便简单，性价比高；功率密度高，体积小，质 量轻。
在实现阶段，本项目基于成本考虑，功率驱动 部分采用MOSFET并联方式，并采用IR公司的专用驱 动芯片；采用自主研发的电流、电压传感器等；软 件方面，选取汽车级MCU作为核心控制器，利用CAN 总线进行通信，遵循国际上的汽车软件设计标准， 实现控制电机的正反向运转、稳定的转矩输出以及 控制系统的各项保护、再生制动、CAN通讯、故障 检测及故障存储等功能。 2.2 直流无刷电机动力总成设计
模拟量采样 故障检测
油门分析 执行操作 CAN发送
图2 程序流程图 2.4 测试结果
图3和图4为5.5kW直流无刷电机及控制器在测 Hale Waihona Puke Baidu机上实测的特性曲线。
20
图3 转速-转矩特性及效率外特性曲线
图4 过载能力和峰值功率曲线 JHWZT-72400A型直流无刷电机动力总成应用于
实际，安装于某微型纯电动车中，该车的具体参数
直流无刷控制器程序流程图如图2：
开始
空档判断
预充电控制程序
定时时间到？
Y
方向判断
故障指示 转速信号
I/O信号
AD信号 转速
串口 CAN
汽车
IIC
主控
MCU
直流无刷电机
M
程序下载
监控软件
故障存储
MO SF ET 全 桥
图1 直流无刷电机动力总成结构图 2.3 直流无刷控制器设计
直流无刷控制器主要功能有：