戚金鳳

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基于電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)控制器的傳感處理電路及控制策略的研究

戚金鳳

（廣州科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州 510550）

隨著人們生活水平的不斷提高，利用汽車(chē)作為代步工具的需求逐漸加大，傳統(tǒng)燃油汽車(chē)帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題也越來(lái)越引人關(guān)注，因而節(jié)能環(huán)保的新能源汽車(chē)受到了很大的重視，純電動(dòng)汽車(chē)和混合動(dòng)力汽車(chē)得到廣泛的應(yīng)用和普及，電機(jī)控制器成為新能源汽車(chē)的一個(gè)新研究領(lǐng)域。文章針對(duì)純電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)控制器的傳感器及其處理電路，電機(jī)轉(zhuǎn)速控制策略進(jìn)行了進(jìn)入研究。首先介紹直流電機(jī)控制器的組成，然后描述了直流電機(jī)控制器的傳感器及其處理電路，并根據(jù)傳感信號(hào)研究直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制策略。最后通過(guò)matlab simulink軟件對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制策略進(jìn)行仿真試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果良好。

電機(jī)控制器；電動(dòng)汽車(chē)；控制策略；控制器；傳感器

前言

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展和人類(lèi)生活水平的不斷提高，環(huán)保和能源成為人類(lèi)的最關(guān)注的問(wèn)題，為了解決該問(wèn)題，汽車(chē)生產(chǎn)廠商逐漸放棄傳統(tǒng)燃油汽車(chē)的開(kāi)發(fā)，轉(zhuǎn)而研制開(kāi)發(fā)更環(huán)保、更節(jié)能、零排放的新能源汽車(chē)，而純電動(dòng)汽車(chē)和混合動(dòng)力汽車(chē)成為這些汽車(chē)廠商的主要研究方向。純電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力系統(tǒng)主要由動(dòng)力電池、充電器、電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制器組成；混合動(dòng)力汽車(chē)是以油電混合的形式提供兩種或兩種以上的能量源輸出，其動(dòng)力系統(tǒng)既有純電動(dòng)汽車(chē)的結(jié)構(gòu)也有傳統(tǒng)燃油汽車(chē)的結(jié)構(gòu)，在電池能量不足的情況下轉(zhuǎn)為內(nèi)燃機(jī)發(fā)電補(bǔ)充。這兩種汽車(chē)的車(chē)輪驅(qū)動(dòng)都是通過(guò)電機(jī)來(lái)完成，因此，電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制器必不可少的核心部件，而研究電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)控制器的傳感器及其處理電路、電機(jī)轉(zhuǎn)速控制策略對(duì)電機(jī)控制器具有非常重要的意義。

1 電機(jī)控制器的組成

電機(jī)控制器主要由驅(qū)動(dòng)器（Driver)、功率變換模塊（Po -wer Converter)、電機(jī)控制模塊（Electronic Controller)、三部分組成。

驅(qū)動(dòng)器是將微處理器對(duì)電機(jī)輸出的控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為功率變換模塊需求的大電流驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并實(shí)現(xiàn)強(qiáng)弱信號(hào)的電氣隔離，增強(qiáng)抗干擾能力。

功率變換模塊的作用是將能量存儲(chǔ)裝置提供的高壓直流電變換成適合牽引電機(jī)運(yùn)行的電源形式, 是對(duì)電機(jī)電流的控制，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的不同轉(zhuǎn)速。一般由輸入濾波器、功率母線、功率開(kāi)關(guān)拓樸、驅(qū)動(dòng)電路和輸出濾波器組成。其中, 用于直流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的功率變換器一般稱(chēng)為斬波器[1]，其中關(guān)鍵是開(kāi)關(guān)功率器件，常用的功率器件有功率場(chǎng)效應(yīng)管、大功率晶體管、晶閘管、絕緣柵雙極晶體管和智能功率模塊等。

電機(jī)控制模塊包含硬件電路和相應(yīng)的軟件，硬件電路主要包括微處理器及其以該處理器為核心組成的外圍電路，外圍電路有監(jiān)測(cè)電機(jī)電流、電壓、溫度、轉(zhuǎn)速的傳感監(jiān)測(cè)電路，以及數(shù)據(jù)交換通信電路。軟件是根據(jù)不同類(lèi)型電機(jī)的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制算法的程序。

電機(jī)控制器的硬件是控制電機(jī)的載體，是以單片機(jī)為核心組成的電子電氣電路，通過(guò)各種傳感器和開(kāi)關(guān)信號(hào)，監(jiān)測(cè)判斷駕駛員的意圖和汽車(chē)的運(yùn)行狀況，通過(guò)控制策略的邏輯判斷，輸出控制信號(hào)，完成對(duì)電機(jī)的控制，同時(shí)，還要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信和對(duì)關(guān)鍵元器件的保護(hù)功能。

電機(jī)控制器整體框圖如圖1所示，該控制器由輸入裝置、單片機(jī)和輸出裝置組成。輸入裝置由加速踏板位置傳感器、電機(jī)溫度傳感器、驅(qū)動(dòng)器溫度傳感器、電機(jī)電流檢測(cè)器、蓄電池電壓檢測(cè)器、電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、點(diǎn)火開(kāi)關(guān)和擋位開(kāi)關(guān)等組成；輸出裝置是由驅(qū)動(dòng)器、指示燈等設(shè)備組成。單片機(jī)選擇飛思卡爾S9KEA128P80M48SF0處理器，該處理器是飛思卡爾半導(dǎo)體公司最近新出的電機(jī)控制微處理器，是一種高性能、低功耗電機(jī)32位微處理器。該處理器運(yùn)行速度快、功耗低、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性及性?xún)r(jià)比高，內(nèi)部集成了 PWM 信號(hào)產(chǎn)生電路，其輸出的 PWM 信號(hào)可靈活控制電機(jī)，應(yīng)用廣泛。

圖1 電機(jī)控制器整體框圖

2 電機(jī)控制器的傳感器及其處理電路

2.1 加速踏板位置傳感器處理電路

加速踏板位置傳感器是采用兩個(gè)接觸式的滑動(dòng)電位器，每個(gè)滑動(dòng)電位器是由電阻和滑動(dòng)觸點(diǎn)組成，電阻固定，滑動(dòng)觸點(diǎn)隨加速踏板一起運(yùn)動(dòng)，滑動(dòng)到不同的位置對(duì)應(yīng)不同的電阻，從而產(chǎn)生不同的電壓，由兩個(gè)滑動(dòng)電位器組成的加速踏板位置傳感器隨加速踏板的開(kāi)度同步線性變化，兩個(gè)輸出信號(hào)為2倍關(guān)系，提高了踏板冗余度。圖2(a)為加速踏板位置傳感器內(nèi)部電路圖，圖2(b)為兩個(gè)輸出信號(hào)隨踏板開(kāi)度的線性變化圖。

圖2 加速踏板位置傳感器

圖3為信號(hào)輸出P1的加速踏板位置傳感器處理電路，圖中電阻R1、C1與運(yùn)算放大器LM324組成有源低通濾波器，濾除度高頻信號(hào)干擾，其截止頻率為：

根據(jù)式（1）計(jì)算，R1的電阻值選取1K，C1的容量選取1uF,所以該濾波器的截止頻率為159.235HZ,運(yùn)算放大器LM324輸出信號(hào)的一部分反饋回其負(fù)輸入端，組成了電壓跟隨器，既隔離了輸入端和輸出端，又具有低阻抗，滿足微處理器的輸入要求。穩(wěn)壓二極管D1選取穩(wěn)壓值為4.5V的IN4747，與電阻R2、C2組成穩(wěn)壓電路，防止瞬間電壓超過(guò)5V而損壞單片機(jī)內(nèi)部的A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器。

圖3 加速踏板位置傳感器處理電路

2.2 電機(jī)溫度和驅(qū)動(dòng)器溫度采樣電路

電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器的溫度過(guò)高會(huì)影響器件性能的正常發(fā)揮，甚至損壞元器件，因此需要溫度傳感器采樣溫度信號(hào)，溫度傳感器是由負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻制作而成，該電阻是由具有半導(dǎo)體特性的金屬氧化物組成，本文針對(duì)NTSD1XH103F型負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻進(jìn)行研究，它在某一溫度點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電阻RT的阻值公式如下：

式（2）中：

RT為周?chē)鷾囟龋ń^對(duì)溫度）在T時(shí)的電阻值；

RN為周?chē)鷾囟仍赥N時(shí)的電阻值；

B 為熱敏電阻的材料常數(shù)。

根據(jù)公式計(jì)算，該熱敏電阻在-50℃至250℃范圍內(nèi)的電阻值如圖4所示，由圖可知，溫度為-20℃---130℃區(qū)間，電阻值與溫度接近線性關(guān)系，滿足監(jiān)測(cè)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器溫度的要求。圖5所示為其中一組的溫度采樣處理電路，電阻R1起分壓作用，電容C11起濾波作用，端口output將信號(hào)電壓送至單片機(jī)的A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊。熱敏電阻安裝在電機(jī)接線端子附近，另一個(gè)熱敏電阻安裝在驅(qū)動(dòng)器的功率管散熱片上。

圖4 電阻值與溫度接近線性關(guān)系

圖5 溫度采樣處理電路

2.3 電機(jī)電流采樣電路

為了避免電機(jī)電流過(guò)大而損壞線圈繞組，需要對(duì)電機(jī)電流進(jìn)行檢測(cè)，本文選取ACS772霍爾電流傳感器，該傳感器是應(yīng)用霍爾效應(yīng)制作的傳感器?；魻栃?yīng)原理是將一塊長(zhǎng)為l、寬度為b、厚度為d的半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)（磁場(chǎng)方向垂直于薄片大面）中，如圖6所示，當(dāng)有電流I流過(guò)半導(dǎo)體薄片時(shí)，在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)EH，電動(dòng)勢(shì)EH表達(dá)式[2]為：

式中：RH為霍爾系數(shù)，與材料本身的載流子濃度有關(guān)；I為電流；B為磁感應(yīng)強(qiáng)度；d為霍爾元件的厚度。

式（4）中KH為霍爾元件靈敏度系數(shù)，它與材料的摻雜濃度和幾何尺寸有關(guān)。根據(jù)公式（4）可得出以下結(jié)論：

①若I不變，B變化，EH將正比于磁感應(yīng)強(qiáng)度B；

②若B不變，I變化，EH將正比于電流I；

③若I變化，B變化，EH將正比于磁感應(yīng)強(qiáng)度B和電流I的乘積。

ACS772霍爾電流傳感器是利用結(jié)論②的原理制作的，它是汽車(chē)級(jí)別的200KHz頻率帶寬的電流傳感器IC,主要由靠近芯片表面銅制電流通路和精確的低偏置線性霍爾感應(yīng)電路等組成，被測(cè)的電機(jī)電流流經(jīng)由引腳IP+與IP-的銅制電流通路后會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)（如圖7（a)所示），該磁場(chǎng)能夠被片內(nèi)的霍爾IC感應(yīng)出來(lái)并將其轉(zhuǎn)化為成比例的電壓信號(hào)，該電壓與被測(cè)電流的關(guān)系如圖7（b)所示。該傳感器在25℃時(shí)，電流與感應(yīng)電壓呈最精確的線性關(guān)系，它采用5V供電，它對(duì)電機(jī)的電流檢測(cè)范圍是：50A---400A，其導(dǎo)電路徑內(nèi)部電阻僅為 100μΩ，功率損耗極低，滿足對(duì)電機(jī)的檢測(cè)需求。

圖6 霍爾效應(yīng)原理

圖7 霍爾電流傳感器及特性圖

圖8為電機(jī)電流采樣電路，由運(yùn)算放大器LM321組成的反向比例運(yùn)算放大器對(duì)霍爾電流傳感器輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行放大，以滿足微處理器中的A/D轉(zhuǎn)換器的信號(hào)輸入要求。霍爾電流傳感器輸出的電壓信號(hào)通過(guò)電阻RF送入運(yùn)算放大器的反向輸入端，經(jīng)放大后反相輸出，輸出信號(hào)的一部分經(jīng)反饋電阻R3反饋給運(yùn)算放大器的反向輸入端，形成閉環(huán)控制，以增加輸出信號(hào)和輸入信號(hào)的線性關(guān)系，增強(qiáng)運(yùn)算放大器的工作穩(wěn)定，輸出信號(hào)和輸入信號(hào)比例關(guān)系可由公式計(jì)算：

流過(guò)RF的電流：

IF= (VIOUT-V-) / RF（5）

流過(guò)R3的電流：

IR3= (V--Vout) / R3（6）

由于反相比例運(yùn)算放大器具有“虛短”的特點(diǎn)，所以

求解上面（5）（6）（7）(8）中的代數(shù)方程得：

由此可見(jiàn)，輸出信號(hào)和輸入信號(hào)的放大倍數(shù)關(guān)系為21.5 -0.3VIOUT?？蓾M足微處理器對(duì)電機(jī)電流采樣電路的需求。

圖8 為電機(jī)電流采樣電路

2.4 電機(jī)轉(zhuǎn)速采樣電路

對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行檢測(cè)可應(yīng)用霍爾轉(zhuǎn)速傳感器、光電轉(zhuǎn)速傳感器、磁電轉(zhuǎn)速傳感器。由于霍爾轉(zhuǎn)速傳感器有結(jié)構(gòu)牢固、體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，因此本文對(duì)霍爾轉(zhuǎn)速傳感器及其采樣電路進(jìn)行分析研究。

圖9 霍爾轉(zhuǎn)速傳感器結(jié)構(gòu)

霍爾轉(zhuǎn)速傳感器是根據(jù)霍爾效應(yīng)原理制作的開(kāi)關(guān)型傳感器，如圖9所示，它將磁性轉(zhuǎn)盤(pán)的輸入軸與電機(jī)輸出軸相連，磁性轉(zhuǎn)盤(pán)跟隨電機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)，固定在磁性轉(zhuǎn)盤(pán)附近的霍爾開(kāi)關(guān)集成傳感器便可在每一個(gè)小磁鐵通過(guò)時(shí)產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的脈沖(開(kāi)關(guān)），檢測(cè)出單位時(shí)間的脈沖（開(kāi)關(guān)）數(shù)，便可知道電機(jī)輸出軸的轉(zhuǎn)速，磁性轉(zhuǎn)盤(pán)上的小磁鐵數(shù)目的多少，將決定傳感器的分辨率，其頻率和轉(zhuǎn)速成正比。脈沖信號(hào)的周期與電機(jī)的轉(zhuǎn)速有以下關(guān)系[3]：

式（9）中，n為電機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)速；P為電機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)一圈的脈沖數(shù)；T為脈沖信號(hào)的周期。

根據(jù)式（9）即可計(jì)算出電機(jī)的轉(zhuǎn)速，本文以型號(hào)為SS3144霍爾開(kāi)關(guān)傳感器作為研究對(duì)象，它是由電壓調(diào)節(jié)器（Voltage Regulator)、霍爾片（Hall Plate)、運(yùn)算放大器（Chopper)、斯密特觸發(fā)器組成。其功能框圖如圖11（a)所示，霍爾片感應(yīng)出來(lái)的電壓經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器放大后，再利用斯密特觸發(fā)器的遲滯特性，增加抗干擾能力，其特性如圖10（b）所示，當(dāng)磁性轉(zhuǎn)盤(pán)的磁感應(yīng)強(qiáng)度超過(guò)Bop時(shí)，傳感器輸出低電平，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度降到BOP以下時(shí)，其輸出的電平不變，直到磁感應(yīng)強(qiáng)度降到BRP時(shí)，傳感器才由低電平跳變?yōu)楦唠娖?，BOP與BRP之間的滯后使開(kāi)關(guān)動(dòng)作更為可靠。

（a）霍爾轉(zhuǎn)速傳感器功能圖 （b）霍爾轉(zhuǎn)速傳感器特性圖

霍爾轉(zhuǎn)速傳感器采樣電路如圖11所示，由霍爾轉(zhuǎn)速傳感器輸出的轉(zhuǎn)速信號(hào)經(jīng)過(guò)電阻 R2限流后，將脈沖信號(hào)送入到微處理器中配置為捕捉模式的I/O端口，電路中二極管D1防止轉(zhuǎn)速脈沖信號(hào)的反向擊穿，R1為上拉電阻，電容C1起濾波作用，穩(wěn)壓二極管D2是將輸出信號(hào)的幅值穩(wěn)定在4.7V，防止輸出信號(hào)過(guò)高損壞微處理器。

2.5 開(kāi)關(guān)采樣電路

圖11 霍爾轉(zhuǎn)速傳感器采樣電路

圖12 開(kāi)關(guān)采樣電路

幵關(guān)信號(hào)有檔位信號(hào)、點(diǎn)火開(kāi)關(guān)、駐車(chē)信號(hào)、車(chē)門(mén)狀態(tài)等，分兩類(lèi)：一類(lèi)是由電機(jī)控制器提供的5V電源，另一類(lèi)是蓄電池提供的12V電源。5V電壓電源符合微處理器 I/O 口的電壓要求，12V電壓電源需要進(jìn)行電氣隔離及電平轉(zhuǎn)換，如圖12所示，點(diǎn)火開(kāi)關(guān)SW2開(kāi)關(guān)信號(hào)是由12V電源供電，因此需經(jīng)過(guò)由三極管Q1、Q2和光電隔合器MOC3021等組成的隔離電路進(jìn)行電氣隔離，再通過(guò)并聯(lián)在輸出端穩(wěn)壓二極管 D2將信號(hào)電壓穩(wěn)定在 4.7V，防止電電壓過(guò)高或者瞬間電壓過(guò)高而損失微處理器，電容 C2起濾波作用?？論蹰_(kāi)關(guān)SW1開(kāi)關(guān)信號(hào)是由5V電源供電，通過(guò)R1、R2分壓電阻分壓，R3電阻限流后輸出，穩(wěn)壓二極管 D1和電容 C1的作用與D2和C2的作用相同。

2.6 蓄電池電壓采樣電路

防止蓄電池使用過(guò)度，影響電池壽命，需要采樣蓄電池電壓，或蓄電池電量不能滿足純電坳汽車(chē)行駛要求，控制器禁止PWM信號(hào)輸出，控制電機(jī)停止工作從而保護(hù)電機(jī)，蓄電池電壓采樣電路與溫度傳感器采樣處理電路原理相同，不再論述。

3 電機(jī)轉(zhuǎn)速控制策略

由直流電機(jī)的基本原理推導(dǎo)出直流電機(jī)轉(zhuǎn)速[4]為：

式中：為電機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min)；為電樞電壓(V)；為電樞電流(A)；為電樞回路電阻(Ω)；K為電動(dòng)勢(shì)常數(shù)；為勵(lì)磁磁通(Wb)。

由式（10）可得，電機(jī)轉(zhuǎn)速n的調(diào)節(jié)可通過(guò)改變電樞電壓、電樞回路電阻、勵(lì)磁磁通三個(gè)量，其中以改變電樞電壓的方式最優(yōu)，這種方式能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。而電樞電壓的改變可通過(guò)由微處理器控制輸出的PWM(脈寬調(diào)制）信號(hào)改變，如圖13所示。

圖13 PWM調(diào)速原理及波形圖

PWM的調(diào)速原理[4]是：施加在電樞繞組兩端平均電壓為：

點(diǎn)火開(kāi)關(guān)的起動(dòng)（START)擋接通，并且變速手柄處于P擋或空擋，即控制電機(jī)起動(dòng)，此時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制分電動(dòng)汽車(chē)怠速、加速、異常保護(hù)三種控制策略決定。

3.1 電動(dòng)汽車(chē)怠速時(shí)的電機(jī)轉(zhuǎn)速控制策略

點(diǎn)火開(kāi)關(guān)自動(dòng)回位至 ON 檔，變速手柄處于P擋或空擋，加速踏板無(wú)動(dòng)作，電機(jī)即進(jìn)入空擋怠速控制模式。微處理器輸出的PWM信號(hào)占空比為0.3，目標(biāo)轉(zhuǎn)速700（RPM),將電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速與預(yù)先設(shè)定的目標(biāo)轉(zhuǎn)速值進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制。

3.2 電動(dòng)汽車(chē)加速時(shí)的電機(jī)轉(zhuǎn)速控制策略

當(dāng)加速踏板有動(dòng)作時(shí)，加速踏板傳感器及其處理電路輸出的電壓范圍是0.5V到4.5V，設(shè)加速踏板的上下閥值電壓為Vmin = 0.75V和Vmax = 4.35V，定義加速踏板當(dāng)前電壓為U,則加速踏板的開(kāi)度百分比P[5]為：

圖14 加速踏板特性響應(yīng)圖

3.3 電動(dòng)汽車(chē)異常保護(hù)時(shí)的電機(jī)轉(zhuǎn)速控制策略

異常保護(hù)的電機(jī)控制策略是指對(duì)電機(jī)實(shí)行過(guò)流與過(guò)熱保護(hù)，對(duì)控制器實(shí)行過(guò)熱保護(hù)和對(duì)蓄電池的欠壓保護(hù)。

電動(dòng)汽車(chē)運(yùn)行環(huán)境是惡劣的，會(huì)出現(xiàn)瞬間加速、爬坡和電機(jī)堵轉(zhuǎn)等大轉(zhuǎn)矩需求情況，此時(shí)電機(jī)電樞電流會(huì)突然增大，導(dǎo)致銅線繞組發(fā)熱而損害電機(jī)。根據(jù)式（12）和（13）可推導(dǎo)計(jì)算出[5]：

由于轉(zhuǎn)速不能突變，當(dāng)負(fù)載突然增大時(shí)，根據(jù)電機(jī)的最大允許電流，則可依據(jù)式(16)計(jì)算出下一時(shí)刻最大允許占空比，該占空比作為與據(jù)式（15）計(jì)算得到的占空比的限值，使控制電樞電流不超過(guò)限值，從而保護(hù)電機(jī)不會(huì)因過(guò)流而損壞。

過(guò)熱保護(hù)控制包括電機(jī)過(guò)熱保護(hù)和控制器過(guò)熱保護(hù)。電機(jī)過(guò)載會(huì)使電機(jī)發(fā)熱量會(huì)急劇增加，為了避免燒毀電機(jī)，通過(guò)限制電機(jī)超額運(yùn)行的時(shí)間或者根據(jù)電機(jī)溫度來(lái)限定其扭矩輸出。當(dāng)電機(jī)溫度傳感器檢測(cè)溫度過(guò)高，限制或減少電機(jī)扭矩的輸出。當(dāng)電機(jī)溫度高于75℃，禁止 PWM 信號(hào)輸出，直到電機(jī)溫度小于 75℃，恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)控制器溫度大于 80℃時(shí)禁止 PWM 信號(hào)輸出，當(dāng)溫度低于 80℃時(shí)恢復(fù)正常運(yùn)行。蓄電池欠壓保護(hù)是采取實(shí)時(shí)響應(yīng)，每隔10ms采樣蓄電池電壓，并與預(yù)設(shè)的極值進(jìn)行比較，當(dāng)電壓低于設(shè)定最小保護(hù)值時(shí)，若超過(guò)設(shè)定時(shí)間，則認(rèn)為故障，禁止PWM 信號(hào)輸出。

4 仿真試驗(yàn)及分析

加速踏板位置傳感器處理電路通過(guò)Proteus電路仿真軟件進(jìn)行仿真，其電路性能如圖15所示，性能良好。

圖15 加速踏板處理電路輸入與輸出信號(hào)的關(guān)系

圖16 加速踏板控制的可調(diào)PWM信號(hào)模塊

圖17 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

利用Matlab Simulink軟件建立加速踏板控制電機(jī)轉(zhuǎn)速模型，該模型由加速踏板控制的可調(diào)PWM信號(hào)模塊（如圖16所示）和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊（如圖17所示）組成。

設(shè)置加速踏板加速踏板特性響應(yīng)值為75%，加速踏板采樣處理電路電壓從0.5V到4.5V變化時(shí)，其輸出曲線圖如圖18(a)所示，經(jīng)過(guò)式（1-15）變換得出的PWM信號(hào)如圖18(b)所示，圖19為受的PWM信號(hào)控制的電機(jī)正反轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速、電樞電流和負(fù)載的仿真曲線圖。由此圖看出本文的控制策略能夠獲得隨加速踏板開(kāi)度變化穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速。

圖18 加速踏板采樣處理電路電壓變化及PWM信號(hào)圖

圖19 電機(jī)正反轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速、電樞電流和負(fù)載的仿真曲線圖

5 結(jié)論

本文中研究基于純電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)控制器的加速踏板位置傳感器及其處理電路、電機(jī)和控制器溫度傳感器及其處理電路、電機(jī)電流檢測(cè)及其處理電路、蓄電池電壓檢測(cè)及其處理電路、電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器及其處理電路等關(guān)鍵技術(shù)，所提出的電機(jī)控制策略在直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制中可靠，具有廣泛的應(yīng)用前景。

[1] 孫逢春,程夕明.電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)現(xiàn)狀及發(fā)展[J].汽車(chē)工程, 2000.

[2] 牛彩雯,何成平.傳感器與檢測(cè)技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2016:89-90.

[3] 霍爾傳感器如何測(cè)轉(zhuǎn)速---霍爾傳感器測(cè)轉(zhuǎn)速原理.http://www.elec -fans.com/yuanqijian/sensor/20180113615017_a.html.

[4] 伊偉.純電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)控制器的研究[D].山東:山東大學(xué),2014:19- 20.

[5] 伊偉.純電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)控制器的研究[D].山東:山東大學(xué),2014:52- 53.

Research On Sensor Processing Circuit And Control Strategy Based OnPure Electric Vehicle Motor Controller

Qi Jinfeng

( Guangzhou Vocational College of Science and Technology, Guangdong Guangzhou 510550 )

With the continuous improvement of people's living standards, the demand for using automobiles as a means of transportation is gradually increasing, and the environmental pollution caused by traditional fuel vehicles is attracting more and more attention. Therefore, new energy vehicles with energy saving and environmental protection have been paid great attention to. Pure electric vehicle (EV) and hybrid electric vehicle (HEV) have been widely used and popularized. Motor controller has become a new research field of new energy vehicle. In this paper, the sensor of motor controller of pure electric vehicle and its processing circuit, motor speed control strategy are studied. Firstly, the composition of DC motor controller is introduced, then the sensor and its processing circuit of DC motor controller are described, and the speed control strategy of DC motor is studied according to the sensing signal.Finally, the control strategy of motor speed is simulated by matlab simulink software, and the result is good.

Motor controller; electric vehicle; control strategy; controller; sensor

U469.7

A

1671-7988(2019)07-14-06

戚金鳳，學(xué)士，講師，就職于廣州科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院，從事汽車(chē)電子研究工作。

U469.7

A

1671-7988(2019)07-14-06

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.07.004