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宇通混合动力城市客车原理及操作手册培训.ppt 68页
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故障指导简易教材 松正混合动力公交车动力总成简介及指 导使用学习教材
松正电动液压助力转向系统框图
六、车辆紧急处理 当发现电池电解液泄露出电池箱体时，注意以下事项:1、禁止上电行车并联系厂家处理；2、防止皮肤直接接触泄漏的电解液，如果不慎皮肤接触到电解液，请使用肥皂水清洗。
3、电池漏液
1、任何部位起火时，首先关机，关闭总电源开关、然后按下高压急断按钮切断高压电源；2、如果电池起火使用二氧化碳或者干粉灭火器（推荐方法），在远距离使用高压水枪灭火（替代方法）注：常规情况下，只能使用CO2或其他干式化学灭火器，使用水可能会因为高压元件漏电而导致人体触电。如果吸入电池起火造成的浓烟，会导致呼吸困难，赶紧移动到新鲜的空气中，并去就医。 2、起火 当车辆遇到紧急情况时，应先熄火关机，关机方法如下:将钥匙开关打到0FF挡、关闭总电源；注意:进行高压元件维修、维护时,应关机并等待五分钟以上方可进行,等待电容器电量释放完毕。
七、车辆维修注意事项 1、若仅对低压电器进行维修作业且不需行车时应把挡位开关打到空挡，然后可按一般燃油车方法进行；若仅对机械设备进行维修作业应在关闭钥匙开关和电源开关状态下进行；
2、车辆所有橙色线为高压线束，非专业人士不能对高压线路、高压元件进行切割或打开；
3、在进行一般维修作业时应严格防止高压线束的绝缘层破损漏电；
4、当进行维修作业需要对高压元件进行拆卸时请与厂家联系或由专业高压电工断开电池联结插头切断高压电源后进行；
5、在清洗车辆时，请避开高压元件，严禁用水直接冲洗高压元件；
6、进行任何焊接操作之前，请断开24V电源并拔掉发动机的ECU，否则可能导致ECU损坏。
* 4、重点技巧（未匹配动力电池车辆，车辆满载或爬长坡时应重点关注）A、在车速达到45-50km左右时（发动机转速），驾驶员应观察超级电容电量情况；B、若此时仪表台上显示超级电容电压大于320V，驾驶员可正常行驶；C、若此时仪表台上显示超级电容电压小于320V，则驾驶员应适当松油门，此时系统进入减速回电工况。在2~4秒时间内，车速会从45km（发动机1500转）左右降低到36km左右（发动机1200转），此时驾驶员再次踩油门控制车辆加速至驾驶员意愿车速。重复以上驾驶动作1-3次即可轻松控制超级电容储备电量大于320V。
3、减速制动时，驾驶员应依据当时车速及路况提前松油门或轻踩刹车回收能量：A、松油制动能量回收特性：回收电流较小；回收至330V后，进入滑行状态；B、轻踩刹车制动能量回收特性：回收电流较大，可恒流持续充电若干秒；回收至370V后，进入滑行状态。
2、起步后，观察道路情况，道路情况分拥堵、不拥堵两种情况：a.拥堵时，应避免急加油门，急加速急刹车会使超级电容电量下降较多；b.不拥堵时，车辆可正常加速至45-50km，此时对应发动机最大转速区间转/分钟。 b.不拥堵时，车辆可正常加速至45-50km，此时对应发动机最大转速区间转/分钟。 1、起步时，应缓缓加大油门，使得车辆线性加速，以保持乘客乘车舒适性；
6.节油操作： 如车辆出现故障需拖车时，将钥匙开关旋至ON挡（打着车的前一个挡位），只要气压足够，此时离合器分离可拖车，可从后舱启动发动机使转向助力工作；在行驶过程中如果出现亏电情况，可将车辆靠边，用“前进”挡发电，将电压发至320V以上方可起步行驶； 7.紧急情况
四、车辆常见故障处理 7、行驶过程中出现停止灯亮：A、等待10秒后按一下红色按钮，观察红灯是否熄灭，若熄灭则可正常行驶到终点站，联系维修人员；B、等待10秒后按一下红色按钮，观察红灯是否熄灭，若红灯继续亮，请立即联系维修人员。 6、松油门后发动机自动熄火：电机与发动机接口处冒黑烟（出现这种情况往往是离合器分离不彻底，离合器片烧蚀造成的，不必慌张。这时候会发出焦臭味，驾驶员应冷静操作，把车停在路边，关闭点火开关，打开应急灯，等候维修人员的到来）。 5、突然无油门：A、按“停止”按扭复位；B、踩刹车触发。 4、“停止”灯亮：A、再按“停止”灯至恢复正常；B、寻求技术服务。 3、速度超不过22km/h：A、“强分”灯亮：关闭强分开关；B、寻求技术服务。 2、无法充电：A、“发电”灯亮：a.到后设备仓合上100A断路器开关；b.寻求技术服务。B、看发动机皮带是否断裂； C、发电机是否跟转。 1、无法行车：A、轰油门“试验”灯亮：关闭试验开关；B、 “高压”“发电”灯亮：到后仓合上400A、100A断路器开关。C、踩油门电压急剧下降：a.手刹未放开；b.刹车抱死，寻求技术服务。D、踩1-2次刹车踏板，解除刹车踏板内部微动开关的异常情况，可正常行驶。
2.无法行车： 1、整车
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72页41页79页84页322页169页68页283页12页50页XX科技园电动汽车轮毂电机丶控制器及电池管理系统生产线建设项目可研报告doc下载_爱问共享资料
XX科技园电动汽车轮毂电机丶控制器及电池管理系统生产线建设项目可研报告.doc
XX科技园电动汽车轮毂电机丶控制器及电池管理系统生产线建设项目可研报告.doc
XX科技园电动汽车轮毂电机丶控制器及电池管理系统生产线建设项目…
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新能源城市客车说明书(中通客车米).
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新能源城市客车说明书(中通客车米).
关注微信公众号哈尔滨理工大学 硕士学位论文 基于DSP2812的混合动力汽车电机驱动控制器的研究 姓名：马骏杰 申请学位级别：硕士 专业：电力电子与电力传动 指导教师：王旭东
哈尔滨理Ｔ大学Ｔ学硕Ｉ：学位论文基于ＤＳＰ２８１２的混合动力汽车电机驱动控制器的研究摘 要混合动力汽车作为解决汽车节能、降低排放的汽车工业新技术，具有低 污染和低油耗的特点，尤其在油价日益攀高的今天，成为国内外汽车发展的 新热点。驱动控制器作为混合动力汽车中的主要部件，在混合动力汽车中起 到至关重要的作用，对其进行研究具有重要的理论和现实意义。 本文首先比较了常见的几种电动汽车的性能，概括了混合动力汽车的优 点，介绍了混合动力汽车发电机／电动机一体化技术的发展现状：其次探讨 了几种常用交流电动机的性能优劣。由于永磁同步电机具有高效、高功率密 度以及良好的调速性能，因此该电机成为本课题混合动力汽车传动中所使用的电机，论文建立了永磁电动机的数学模型，分析了矢量控制原理；在矢量控制原理的基础上，设计出了基于ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２的永磁同步电机矢量控制 系统的硬件结构，详细阐述了旋转变压器及其解码芯片在系统中的角度和速度的检测原理以及系统中其他重要的单元。设计了系统的软件结构，详细阐述了关键子程序如电流采集、位置检测程序和ＳＶＰＷＭ产生子程序：使用 ＵＧ软件设计出控制器的壳体。最后进行了实验研究，给出ＳＶＰＷＭ波形、 相电流波形，进行了全文总结，提出了下一步工作的建议。 关键词混合动力汽车；电动／发电一体化电机；旋转变压器；ＳＶＰＷＭ哈尔滨理１＝人学丁学硕．Ｉ：学位论文Ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｔｈｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｆｏｒ Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ ＶｅｈｉｃｌｅＭｏｔｏｒＢａｓｅｄｏｎＤＳＰ２１８２ＡｂｓｔｒａｃｔＡ ｎｅｗｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｈａｖｉｎｇｏｆＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅ ｏｆＩｎｄｕｓｔｒｙ，Ｈｙｂｒｉｄ ｌｏｗ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎＥｌｅｃｔｒｉｃ ａｎｄＶｅｈｉｃｌｅ ｆｕｅｌ（ＨＥＹ），ｗｈｉｃｈｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｌｏｗｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ，ｊｕｓｔｂｅｉｎｇａｂｅｃｏｍｅｓｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ａｎｄ ｎａｔｉｏｎａｌ ｆｏｃｕｓ．Ｄｒｉｖｅ ｍｏｔｏｒａｎｍａｉｎ ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ ＨＥＶ，ｐｌａｙｓｏｎｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｐａｒｔ ｉｎ ＨＥＶ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ．ａＳｏ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｉｓＤｒｉｖｅ ｍｏｔｏｒ ｈａｖｅ ｃｏｍｐａｒｅｄｇｒｅａｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ． ｃｏｍｍｏｎ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅｓ ｔｈｅｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ ｕｐ ｔｈｅｓｅｖｅｒａｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ，ｓｕｍｍｅｄａｄｖａｎｔａｇｅ ｏｆ ＨＥＶ，ａｎｄｔｈｅｎａｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｓｔａｒｔｅｒｇｅｎｅｒａｔｏｒ（ＩＳＧ），ａｓ ｗｅｌｌｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｔｈｏｍｅ ａｎｄ ａｂｒｏａｄ．Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ｔｈｅ ｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｔｈｅ ｒｅｑｕｅｓｔ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｔｏｒ ｆｏｒ ＨＥＶ，ａｎｄ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｍｅｒｉｔｓ ｏｆ ｓｅｖｅｒａｌ ｃｏｍｍｏｎ ＡＣ ｍｏｔｏｒｓ．Ｗｉｔｈｈｉｇｈ ｗｏｒｋｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｈｉｇｈｐｏｗｅｒｄｅｎｓｉｔｙ，ＰｅｒｍａｎｅｎｔｆｏｒＭａｇｎｅｔ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍｏｔｏｈ Ｌａｔｅｒ，ｔｈｅＭｏｔｏｒ（ＰＭＳＭ）ｂｅｃｏｍｅｓｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ ｓｅｔ ｕｐ Ｖｅｃｔｏｒａｔｈｅ ｆｉｒｓｔｃｈｏｉｃｅＨＥＶ ｄｒｉｖｅｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ＰＭＳＭ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆｏｎＣｏｎｔｒ０１．Ｔｈｉｒｄｌｙ，ｂａｓｅｄｔｈｅ ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２，ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｓｏｆｔｗａｒｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ ｏｆｗａｓＰＭＳＭ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ，ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎｆｏｒ ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｒｅｓｏｌｖｅｒ ａｎｄ ｉｔｓ ｄｅｃｏｄｅｒ ｃｈｉｐ ｆｏｒ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ａｎｇｌｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ，ａｓ ｗｅｌｌａｓｏｔｈｅｒ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｍｏｄｕｌｅｓ，ｗｏｕｌｄ ｂｅ ｄｅｔａｉｌｅｄ ｌａｔｃｈａｓＢｅｓｉｄｅｓ，ｔｈｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｓｕｂｐｒｏｇｒａｍ，ｓｕｃｈ ａｎｄｃｕｒｒｅｎｔ ｓａｍｐｌｉｎｇ，ｌｏｃａｔｉｏｎ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎＳＶＰＷＭｅｔｃ．ｗｏｕｌｄ ａｌｓｏ ｂｅ ｄｅｔａｉｌｅｄ．ｔｏＦｉｎａｌｌｙ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓ，ｓｏｍｅｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓ ｆｒｏｍ ｔｈｉｓ ｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｐｒｏｖｅｄ．Ｉｄｅａｓ ｆｏｒ ｆｕｔｕｒｅ ｗｅｒｅ ａｌｓｏ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ，ＩＳＧＲｅｓｏｌｖｅｒ，ＳＶＰＷＭ．１Ｉ．哈尔滨理工大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《基于ＤＳＰ２８１２的混合动力 汽车电机驱动控制器的研究》，是本人在导师指导下，在哈尔滨理工大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文研究工作做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承 担。作者签名：马为刍ｊ乙日期出夕扩年月日哈尔滨理工大学硕士学位论文使用授权书《基于ＤＳＰ２８１２的混合动力汽车电机驱动控制器的研究》系本人在哈尔滨 理工大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究 成果归哈尔滨理工大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解哈尔滨理工大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留 并向有关部门提交论文和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权哈尔滨理工大学可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部 或部分内容。 本学位论文属于 保密口，在 不保密口。 （请在以上相应方框内打ｖ） 年解密后适用授权书。作者签名：马缓。乏日期：∥－小年月日导师签名：儇够易日期：昆帅莎年罗月／蛤哈尔滨理工大学工学硕上学位论文第１章绪论１．１引言节能和环保是当今汽车工业发展的两大主题，围绕这两大主题各国竞相开展绿色环保汽车的开发，电动汽车成为主要的解决方案之一。根据动力源的不 同，电动汽车可分为混合动力电动汽车、燃料电池汽车和纯电动汽车三大类。 其中，纯电动汽车由于现有动力电池组的续驶里程短、成本高，适用范围受到 较大的限制；燃料电池汽车也由于燃料电池技术尚未发展成熟、成本高，大批 量投入市场也需很长一段时间；而混合动力电动汽车（ＨｙｂｒｉｄＥｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ，简称ＨＥＹ）同时具有纯电动汽车和传统内燃机汽车的优点，是目前电动汽车中 最具有产业化和市场化前景的车型之一，也是目前解决环境污染和能源问题切实可行的方案。其中，并联式混合动力电动汽车以其在结构、成本和性能上的 优势取得了广泛的应用。本章首先简要介绍了混合动力电动汽车的概念、结构特点、研究意义及国内外发展现状。详细介绍了并联式混合动力电动汽车的一 项关键技术．集成一体化起动发电机（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ 后，提出了本文的主要研究内容。Ｓｔａｒｔｅｒ ａｎｄＧｅｎｅｒａｔｏｒ，简称ＩＳＧｌ技术，分析了其技术特点，介绍了ＩＳＧ混合动力技术的国内外发展现状。最１．２课题研究的背景和意义１．２．１混合动力汽车的研究背景随着世界人口和经济的增长，对能源的需求量也不断增多。一方面是石化 能源的不可再生，一方面是消耗量的不断增大。以目前的发展速度，根据国际上通行的能源预测，地球上的石油、天然气和煤能供人类开采的年限，分别只有４０年、６０年和２２０年。世界能源短缺常常引起国家冲突和战争，温室气体 排放导致了大量气候性灾难，环境污染直接影响人类的生存质量，能源和环境 问题促使各国研究开发新能源和节能、环保产品。 交通工具的能量消耗量占世界总能源消费的４０％，汽车的能源消耗量约占 １／４，面对节能和环保的巨大压力，伴随高新技术的发展，世界各国纷纷开发哈尔滨理工人学Ｔ学硕一Ｉ：学位论文新能源汽车、节能环保型汽车。中国年产汽车近６００万辆，并且年增长速度达 到了２５％以上。据国务院发展研究中心产业部预测，到２０１０和２０２０年，我国 汽车的燃油需求分别为１．３８亿吨和２．５６亿吨，为当年全国石油总需求的４３％ 和５７％，汽车将要“吃”掉一半左右的自产、进口石油。因此，中国汽车能源应 该纳入国家安全战略高度来考虑，为此，国家在“九五”、“十五”规划都安排了 “８６３”电动车项目，“十一五”计划安排了“８６３”节能与新能源汽车项目。因此汽 车的节能与环保对促进我国汽车工业和国民经济的可持续发展具有重大意义。１．２．２电动汽车的分类与比较根据动力源的不同，电动汽车可以分为蓄电池电动汽车（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ 简称ＥＶ）、燃料电池电动汽车（Ｆｕｅｌ力电动汽车（ＨｙｂｒｉｄＥｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｅｌｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ，Ｖｅｈｉｃｌｅ，简称ＦＣＥＶ）和混合动Ｖｅｈｉｃｌｅ，简称ｒｔＥＶ）。１．蓄电池电动汽车蓄电池电动汽车（ＥＶ）Ｘ称纯电动汽车，仅依靠蓄电池提供动力源，由驱动电动机将电源的电能转化为机械能，通过传动装置或直接驱动车轮。蓄电池电动汽车结构简单，使用维修方便，能源效率高，无污染，噪 声低，是真正的零排放汽车。但目前电动汽车技术尚不完善，尤其是动力电池 组的寿命短，使用成本高（就成本而言，纯电动汽车比普通燃油汽车高出ｌ砣 倍）。而且电池的储能量小，不能够提供足够高的比能量和比功率，一次充电 后行驶里程不理想，使纯电动汽车难以得到普遍应用。 ２．燃料电池电动汽车燃料电池电动汽车（ＦＣＥＶ）以燃料电池为动力源，有 可能逐渐取代内燃机汽车。燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能 通过电极反应直接转化为电能的装置。燃料电池能量转换效率高，理论上可达 １００％，实际效率已达６０％－８０％，是普通内燃机热效率的２３倍。燃料电池电 动汽车（ＦＣＥＶ）结构简单、运行平稳（燃料电池发动机的能量转换是在静态下完 成的，构造简单），噪声、振动小，过载能力高，稳定性和可靠性高于内燃机 汽车。目前，燃料电池汽车普遍以氢气为燃料，种类单一，生产、储存、运输 都比较复杂。以氢为燃料的燃料电池比功率约为３００．．３５０ Ｗ／ｋｇ，功率密度为２８０Ｗ／Ｌ，为了满足ＦＣＥＶ动力性能的要求，需要进一步提高燃料电池发动机的比功率，并降低生产使用成本。虽然不少汽车企业称他们在燃料电池技术方面已经取得很大进展，但燃料电池技术目前还尚不完善，制造成本昂贵。燃料电池电动汽车技术实用并成为主流，尚需要几十年的时间。３．混合动力电动汽车混合动力电动汽车（ＨＥＶ）上装有两个或两个以上动力哈尔滨理．Ｔ火学－Ｔ学硕ｌ：学位论文源，其动力传动系统主要由发动机、电动机两套系统组成。混合动力电动汽车 结合了传统燃油汽车和纯电动汽车的优点，兼顾降低燃油消耗和减少排放污 染，成为许多国家和汽车厂商应对环境污染和能源危机的重要途径之一。混合 动力电动汽车的尾气排放不到常规汽车的３０％，油耗降低２５％－３０％。三种类 型电动汽车的缺点和技术经济特征比较分别如下表１．１和表１．２所示。表１－１电动汽车优缺点一览表、＼＼＼垡缺点 。＼车型＼●优点 １）价格高缺点１）不耗石油、零排放 ２）平稳、低噪声２）车身重量重３）电池寿命短 ４）续驶里程少‘ １）生产成本高（普通汽车１０ 倍以上） ２）总体安全性差 ３）批量生产技术不成熟 钔寿命短、重量雷 １）成本是传统汽车１３倍 ２）电池的耐用性及使用寿命 有待提高．纯电动汽车ＥＶ ３）操作简单 ４）制动摩擦小 １）能量转换高（普通汽车 的２－３倍）燃料电池电动车ＦＣＥＶ２）污染小 ３）噪声低 钔运动部件少 １）基础设施不改变 ２）技术性能相对成熟混合动力电动汽车ＨＥＶ３）污染小 ４）噪声低 ５）操作简单、成本稍高汰气体排放 燃油消耗表１—２ ＥＶ、ＨＥＶ、ＦＣ与传统汽车技术经济特性的比较传统汽车１００ １００纯电动汽车ＥＶＦＣＥＶ０ Ｏ ０燃料电池电动车混合动力电动 汽车ＨＥＶ４６．６０ ４０．６０性能参数＼＼哈尔滨理Ｔ大学工学硕．１：学位论文续驶里程 电池寿命 加油站改造 成本 性能 技术成熟度中很短 １－２年１００短 ＞５年１００长 ＞５年０ｌｏｏ１００１１５ ５０＞１０００５０１３０ ９０成熟成熟不成熟成熟经过比较，混合动力汽车在现阶段最具优势，其次是纯电动汽车，最后是燃料电池汽车。１．３混合动力电动汽车１．３．１混合动力汽车简介混合动力电动汽车是指具有两个或两个以上动力源，包括内燃机驱动、电 动机驱动，符合汽车道路交通、安全法规的汽车，它是介于内燃机汽车和电动汽车之间的一种独立车型。一般意义上的混合动力电动汽车是指同时安装了发 动机（柴油机、汽油机）和电动机，以蓄电池组作为电能存储装置的车辆。与传统燃油汽车相比，混合动力电动汽车（ＨＥＶ）的优点主要包括： １）采用混合动力技术后，在在保证汽车动力性能不变的条件下，发动机 的功率可以选择得更小，而且发动机有更多的时间在油耗低、污染少的最优工 况下工作：．２）优化发动机的工作区域。在发动机工作在低效率区域时，可以关闭发动机，由电动机单独驱动汽车，从而降低燃油消耗，提高效率； ３）动力辅助。汽车在起动、加速、爬坡时，电动机工作在电动状态，提 供附加扭矩，能提高汽车的动力性能；４）能量回馈。在汽车刹车制动、下坡时，电动机工作在发电状态，可以实现汽车的无接触制动，产生的电能可以储存在动力电池组中，降低了汽车的 燃油消耗： ５）发动机起／停控制，使发动机的起动不受环境温度的影响：６）合理控制发动机与电动机的功率输出，可让电池保持在良好的工作状．４．哈尔滨理工大学Ｔ学硕：Ｉ：学位论文态，不发生过充、过放，延长其使用寿命，降低成本。 混合动力电动汽车的缺点在于结构复杂，技术难度大，价格较高。经过十 多年的发展，混合动力传动系统总成己从原来发动机、电机分离结构向发动 机、电动机、变速箱一体化结构发展，即集成化混合动力传动系统。 目前，各大汽车公司均对混合动力技术给予了高度重视，大力研发混合动 力电动汽车，已经有１０多款车型亮相，如丰田公司的ＨＥＶ车型ＰＲＩＵＳ、本田 公司的ＣＩＶＩＣ、ＩＮＳＩＧＨＴ、福特公司的ＥＳＣＡＰＥ。截至２００５年，全球共销售 混合动力轿车超过５４万辆，占据了全球ＨＥＶ市场近９０％的份额。中国厂商也 纷纷加入研发ＨＥＶ的长春一汽、一汽大众、东风、上汽、长安、比亚迪、奇 瑞、华普、沈阳金杯和厦门金龙等都在加紧研发自己的ＨＥＶ。２００５年１０月， 中国《国家混合动力汽车标准》开始进入正式实施阶段，这在一定程度上推动了国内ＨＥＶ的发展。１．３．２混合动力汽车分类混合动力汽车根据结构和驱动模式加以区根据结构和驱动模式的不同，可 分为串联式、并联式和混联式三种形式，相应的混合动力电动汽车称为串联式 混合动力电动汽车（Ｓｅｒｉｅｓ 力电动汽车（ＰａｒａｌｌｅｌＨｙｂｒｉｄ ＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ，简称ＳＨＥＶ）、并联式混合动Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ ＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ，简称ＰＨＥＶ）、混联式混合动力电Ｖｅｈｉｃｌｅ，简称ＰＳＨＥＶ）１１Ｉ。动汽车（Ｐａｒａｌｌｅｌ—Ｓｅｒｉｅｓ Ｈｙｂｒｉｄ１．３．２．１串连式混合动力电动汽车（ＳＨＥＶ）串联式混合动力汽车主要由发动机、发电机和驱动电动机三大动力总成组成如图１－１所示。它们通过串联方式 组成ＳＨＥＶ动力传动系统，发动机驱动发电机发电，电能通过控制器输送到电 动机，电动机驱动汽车行驶。动力电池组能储存电能，起到平衡发电机输出功率和电动机输入功率的作用。串联式混合动力汽车结构简单，发动机和车轮之 间没有机械连接，效率低于内燃机汽车，质量较重，一般适合大型汽车采用。图１－１串联式混合动力电动汽车结构模型简图Ｆｉｇ．１—１ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ＳＨＥＶ１．３．２．２并联式混合动力电动汽车（ＰＨＥＶ）并联式混合动力汽车主要由发动机和电动／发电机两部分动力总成组成如图１．２所示，可由发动机和电动机共同驱．动或单独驱动。汽车起动时，电动机和发动机能够同时提供驱动力矩，汽车速度达到发动机起动转速后，由发动机单独驱动汽车。与串联式混合动力汽车相比，并联式混合动力汽车电机具有电动和发电双重功能，发动机可以直接通过 传动机构驱动车轮，能量的利用率相对较高，燃油经济性比较高。并联式混合 动力系统更接近传统汽车的驱动系统，可在传统内燃机汽车动力传动系统的基础上进行改造，成本较低。并联式混合动力系统质量轻，适用于小型轿车，适合在城市间公路和高速公路上稳定行驶工况，动力性能更接近内燃机汽车。图１－２并联式混合动力电动汽车（ＰｒｍＶ）结构模型简图Ｆｉｇ．１－２ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ＰＨＥＶ１．３．２．３混联式混合动力电动汽车（ＰＳＨＥＶ）混联式混合动力汽车由发动机、发电机、电动机三部分动力总成组成如图１．３所示。发动机发出的功率一部分通 过机械传动装置输送给驱动轮，另一部分则驱动发电机发电。发电机发出的电 能输送给电动机或动力电池，电动机产生的驱动力矩通过动力复合装置传送给 驱动轮混联式混合动力汽车低速行驶时，驱动系统主要以串联方式工作；当汽 车高速稳定行驶时，则以并联工作方式为主。混联式混合动力汽车充分发挥了 串联式和并联式混合动力汽车的优点，在转矩分配和功率流的控制上有更大的 灵活性，能实现发动机、发电机、电动机的优化匹配。混合动力汽车的混联式 驱动方式在结构上保证了混合动力汽车在复杂行驶工况下的最优工作状态，能 实现低排放、低油耗的最佳控制。与并联式相比，混联式的动力复合形式更复 杂，对动力复合装置的要求更高。混联式结构中还需要复杂的控制系统，提高 了制造成本。丰田公司ＰＲＩＵＳ车的混合动力系统被公认为目前最先进、最成 功的结构。图１．３混联式混合动力电动汽车ｆｆｓｍ！ｖ）结构模型简图Ｆｉｇ．１－３ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ＰＳＨＥＶ１．４ＩＳＧ混合动力技术１．４．１ＩＳＧ技术的发展传统汽车动力传动系统中，同时安装起动电动机和发电机，如图１．４所 示。发动机起动时，起动机带动发动机飞轮旋转实现发动机的起动。为了满足 车用电器的电能需求，还需要在汽车上安装发电机，通过带传动与发动机主轴 相连，产生的电能存储于蓄电池中。图１－４传统汽车电动机、起动机布置Ｆｉｇ．１－４ Ｌｏｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｔｏｒ ａｎｄ ｓｔａｒｔｅｒ ｉｎ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｖｅｈｉｃｌｅｓ传统的发电机成本低，易于批量生产，通过起动控制电子装置可以提高起 动机的寿命并能够实现简单的起／停功能。但其缺点是显而易见的，发电机功率小，功能单一，只能实现起／停控制。传动装置需要皮带传动或齿轮传动装置，发电机功率受到限制，没有电动驱动功能，起动系统易磨损。为了降低发 动机油耗，提高能量效率，并使发动机模块化和简单化，现代汽车上越来越多 地采用各种电子控制辅助装置替代机械驱动的辅助装置（例如燃料泵，冷却水 泵，动力转向，助力制动，阀门控制装置等）。同时为了提高机动车的舒适性哈尔滨理。ｒ大学丁学砸Ｉ．学位论文和安全性，汽车电气需求功率的不断增大，传统汽车的１４ ｖ电源系统已经逐 渐不能满足需要，现代汽车的电源系统正在向４２ Ｖ到１４ ｖ电源系统过渡，最 终将发展到４２ ｖ电源系统［６１。增加蓄电池的容量，在４２ ｖ到１４ ｖ或４２ ｖ电 源系统中可采用更大功率电动｛ｄＬ（１０ ｋＷ以上），取代飞轮以及原有的起动机、 发电机，这就是集成一体化启动／发电机技术。图１－５为混合动力电动汽车中 ＩｓＧ电机的实物图。 随着混合动力技术的成熟以及４２ ｖ车载电源系统时代的到来，ＩＳＧ技术 会显示出其更大的技术优势，将成为未来汽车的一个标准模块。ＩＳＧ技术将传 统内燃机汽车中功能单一的电动机和发电机合二为一，电机能够在电动或发电 状态下运行，用一个电机取代了发动机起动机和电动机。采用ＩＳＧ技术，汽车 动力传动系统还可以省掉齿形皮带以及齿轮组等传动部件，内燃机部件可以全 部采用电驱动方式，布置更加灵活。由于电动机具有较大的功率，ＩＳＧ电动机 对汽车的动力辅助具有重要的作用。ＩＳＧ在形式上与传统内燃机汽车相似，但 在汽车节油、排放、发动机控制及能源管理等方面都有本质的提升。在控制器 的控制下，ＩＳＧ电机能在发电或电动状态下工作，可以方便地根据汽车的不同 运行状态，实现宽变速大容量发电、能量再生制动、发动机快速起／停控制、 电动助力、主动减振等主要功能，从而提高燃油经济性、降低排放、增加舒适性。图１—５ ＩＳＧ电动机在混合动力汽车的实物豳Ｆｉｇ １－５ Ｐｈｙｓｉｃａｌ ＩＳＧ ｉｎ Ｉｈｅ ＨＥＶ１．４２国内外ＩＳＧ技术发展现状１．４．２．１国外ＩＳＧ技术的发展现状在混合动力汽车研究领域．日本汽车公司是哈尔滨理Ｔ大学Ｔ学硕十学位论史国际混合动力汽车制造企业的一个标杆。上世纪９０年代以来，国外所有知名 汽车公司均投入巨资开始进行电动汽车和混合动力汽车实用车型的研发。由于 ＩＳＧ技术是一项比较新的技术，在国外大批量生产的汽车上应用较少，只有在 小批量生产的车型上用到ＩＳＧ技术，如丰田、本田的混合动力轿车。 本田自１９９９年１１月开始在日本推出安装ＩＳＧ系统的混合动力轿车 ＩＮＳＩＧＨＴ。本田ＩＮＳＩＧＨＴ的动力系统包括一台作为主动力源的１．Ｏ Ｌ稀薄燃烧 汽油机（空燃比为２６：１）和作为辅助动力的１０ ｋＷ的ＩＳＧ，ＩＳＧ采用了抗热性强 的永磁体，薄型线圈，风冷，超薄型电机的厚度仅为６０ ｍｍ。此后，本田共推 出了３款混合动力产品。２００１年１２月，在主力车型ＣⅣｌ℃上加载混合动力技术的ＣＩＶＩＣ Ｈｙｂｒｉｄ开始在日本市场销售。２００４年１２月，安装可变气缸系统的Ｖ６发动机和ＩＳＧ系统的Ａｃｃｏｒｄ Ｈｙｂｒｉｄ开始在北美销售。 ２０００年２月，戴克公司在华盛顿的国家博物馆推出了其轻度混合型概念车ＤｏｄｇｅＥＳＸ３。ＥＳＸ３采用先进的共轨式柴油高压供油系统、变截面涡轮增压系统和多气门顶置双凸轮轴的直喷式柴油机，并采用铝合金结构降低重量，达到 了最好的燃料经济性。安装ＩＳＧ系统可减少系统重量、优化启动性能、回收制 动能量，并通过怠速关机来降低燃料消耗和排放，使动力系统的匹配达到最优 组合。 美国通用的ＰＲＥＣＥＰＴ混合动力车使用一台１０ ｋｗ的ＩＳＧ电机与柴油机安 装在一起，共同组成轻度并联式混合动力系统。 福特（Ｆｏｒｄ）ｔ氐储能型（Ｌｏｗ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ，简称ＬＳＲ）混合动力概念车 Ｐｒｏｄｉｇｙ属于轻度混合方式，采用了ＩＳＧ技术，电机输出的连续功率为３ ｋＷ， 峰值功率为２５ ｋＷ，由２８个镍氢电池组供电。福特的另一款混合动力车Ｅｓｃａｐｅ也采用ＩＳＧ并联式结构，ＩＳＧ电动机的功率为３５ ＫＷ，由２８８ ＶＮｉＭＨ 电池组供电。沃尔沃，西门子，Ｄｅｌｐｈｉ，博Ｌ生．（Ｂｏｓｃｈ）等汽车零配件公司也对ＩＳＧ技术进 行了研究，并且其产品已经批量投入市场【８１。西门子ＶＤＯ汽车公司为４２ Ｖ电源系统研发的ＩＳＧ系统采用鼠笼式转子感应电动机，最大输出功率２０ ｋｗ，起 动扭矩可达２００ Ｎｍ，ＩＳＧ发电机在整个速度范围内输出效率高于８０％，可以 使汽车燃油经济性提高１５％。２０％。 １－４．２．２国内ＩＳＧ技术的发展现状从新世纪初开始，在“８６３”计划的推动下，中国汽车制造企业和科研机构在混合动力汽车方面也取得了很大的发展。 长安汽车公司联合清华大学、重庆大学等高校，开展了对ＩＳＧ型混合动力 长安轿车整车匹配的研究。２００７年长安杰勋ＨＥＶ混合动力车型在长安重庆工厂下线，这是中国首款自主品牌混合动力轿车动力系统，系统是由永磁电机与 传统汽油发动机组成，采用起动机，发电机一体化０ＳＧ）技术，构成高性能、高 效率的并联式驱动系统，多能源动力总成控制系统和ＩＳＧ电机、镍氢电池等混 合动力零部件更是处于国内领先地位。整车排放达到欧ＩＩＩ标准，价格只比同档 次的传统汽车增加不到３０％。图１－６为长安杰勋的整车及其ＩＳＧ部分图１４５长安杰勋的整车及其ＩＳＧ部分Ｆｉｇ．１－６ Ｊｉｅ—ｂｏｏｎ ｗｉｔｈ ｉｔｓ ＩＳＧ ｐａｒｔ东风汽车公司的ＥＱ７２００ＨＥＶ混合动力轿车采用ＩＳＧ技术，其中１ＳＧ及其 控制系统由中科院电工技术研究所研制，装载电控汽油机、永磁同步驱动电 机，高性能镍氢电池作辅助动力，混联方式驱动，最大车速大于１６０ ｋｍ／ｈ，整 车排放达到欧ＩＩＩ标准，预计２０１０年量产。 ２００６年１月奇瑞汽车有限公司承担“ＩＳＧ混合动力轿车用汽油发动机研发” 和“Ｂ—ＩＳＧ轿车关键技术与核心零部件研发”两个项目顺利通过验收。奇瑞ＩＳＧ 动力系统由“１．３ Ｌ汽油机＋５速手动变速器＋１０ ｋＷ电机＋１４４ ｖ镍氢电池”组 成，电机采用永磁同步电机并带有电机控制系统、逆变器以及ＤＣ／ＤＣ转换 器。最高稳定车速犬于１８０ ｋｍ／ｈ，０－１００ ｋｍ加速时间小于１１．３ ｓ，加速行驶时车外最大噪声小于７１ ｄＢ，在城郊综合工况下油耗４．９５ Ｕ１００ｋｍ。该类型车排放达欧Ｖ标准。奇瑞动力系统由“１１２ １２ ８６Ｌ汽油机、５速手动变速器、２ ｋＷ电机和Ｖ铅酸屯池”组成。最高稳定车速大于１８０ ｋｍ／ｈ，０－１０９ ｋｍ加速时问小于 ｓ，在城郊综合工况下油耗为６．３ Ｌ／１００ｋｍ，排放达欧ＩＶ标准。 ２００６年北京车展上展出了该公司一款并联式中度油电混合动力车Ａ５１３／１ＳＧ，动力由ＡＣＴＥＣ０１．３ Ｌ发动机和～块仅比普通笔记本电脑大一点的燃料电池交替驱动，在怠速和低速时，使用燃料电池驱动，汽油发动机停止工 作，即完全没有油耗、没有排放。在正常速度行驶时，靠汽油发动机驱动，在 制动时，动能转化为电能，储藏在燃料电池中。它将比普通汽油驱动的汽车节油３５％以上，排放降低５０％以上，图１．７为奇瑞Ａ５整车及其ＩＳＧ部分，预计 在今年上市。图１．７奇瑞Ａ５整车及其ＩＳＧ部分Ｆｉｇ．１—７ Ｑｉｒｕｉ Ａ５ ａｎｄ ｉｔｓ ＩＳＧ ｐａｒｔ吉利华普海尚ＭＡ（海尚３０５）在２００７年第７届上海工业博览会上登场。这 款车是由上海交通大学自主知识产权的混合动力技术改造开发的一台中度混合 动力轿车。该车采用发动机曲轴ＩＳＧ双离合方案，１．５ Ｌ发动机曲轴并联电动 机的一体化设计，优点是结构紧凑、可靠性高、成本低，可节省燃料２０％左 右。图１—８为海尚３０５整车及其ＩＳＧ部分。图１－８海尚３０５整车及其ＩＳＧ部分Ｆｉｇ．１—８ Ｈａｉｓｈａｎｇ ３０５ ａｎｄ ｉｔｓ ＩＳＧ ｐａｒｔ１．５本文研究的主要内容本课题是黑龙江省科技攻关项目，本课题主要研究混合动力汽车ＩＳＧ电机 控制器的硬件设计，并研究其控制算法。 本文主要完成了以下几个方面的工作： １）根据ＩＳＧ混合动力系统的结构形式和性能要求，选择合适的电动机结 构与额定参数，使得该电机与混合动力系统合理匹配：哈尔滨理Ｔ大学－Ｔ学硕：ｌ：学位论文２１设计ＩＳＧ电机控制器，应用矢量控制算法，满足ＩＳＧ系统对电动机启 动转矩、动态与稳态相应性能、效率、可靠性等方面要求：３１ ＩＳＧ电动机控制系统以ＴＩ公司的ＤＳＰ，ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２为核心，搭建ＩＳＧ电机实验台以进行控制器的开发与调试； ４）设计控制算法时，首先根据电动机的设计结构，通过实验确定电动机 的基本运行参数，设计电动机的控制算法； ５．）在实际的ＩＳＧ电机实验平台上进行控制系统的调试，并进行控制器结 构与控制参数的整体优化； 国使用ＵＮＩＧＲＡＰＨＩＣＳ软件，画出控制器的底壳及散热水道；刀在硬件平台进行实验研究。哈尔滨理丁大学工学硕ｌ：学位论文第２章ＩＳＧ混合动力汽车的结构及电机的选型２．１引言ＩＳＧ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｓｔａｒｔｅｒ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）技术可追溯到上世纪３０年代，是当前国际 公认的未来汽车先进技术之一，能够满足现代汽车高效率、低排放等方面的性 能要求。ＩＳＧ电机综合了起动发电机功能，由于被替代的发电机是一个交流电 机，因此ＩＳＧ通常也被称作ＩＳＡ系统。２．２ＩＳＧ系统综述通常说来，汽车由８个系统构成，动力传动系统就是其中之一。传统的汽车系统由发动机，电池，机械传送装置和动力传动控制单元构成，若加入ＩＳＧ系统，那么这种传统的动力传动系统就变成混合动力系统。ＩＳＧ电子驱动系统由电机和功率电子器件构成。 ＩＳＧ技术作为混合动力电动汽车的一项关键技术，具备混合动力技术的一 般优点【１１ｉ。但ＩＳＧ技术也是一种特殊的混合动力技术，具有其自身固有的特 点。相比其他形式的混合动力电动汽车，ＩＳＧ技术具有如下的优势： １）ＩＳＧ混合动力系统是最容易实现的混合动力系统结构，只需要结构上的 微小改动，它就能继续使用传统燃油汽车的动力传动系统。而且成本增加少，使混合动力汽车的成本接近于一辆传统汽车；２）ＩＳＧ混合动力系统中电动机直接与发动机主轴相连，新增加的传动部件 很少，结构紧凑，电动机与发动机以扭矩并联的方式驱动汽车，这使ＩＳＧ系统具有较高的效率；３）发动机工作时，电动机可以取代飞轮，通过自身的转动惯量以及在电 动、发电状态之间的切换，平衡内燃机曲轴的转矩波动，减少振动与噪声，能增加汽车的舒适性ｆ１２１：４）ＩＳＧ电机具备电动与发电的功能，功率大，完全可以取代发动机飞轮以及原有的起动机、发电机，同时省掉了齿形皮带以及齿轮组等传动部件，能使 发动机模块化和简单化：５）ＩＳＧ型混合动力汽车动力传动系统采用并联驱动方式和一体化电动／发电哈尔滨理－Ｔ大学工学硕一Ｉ：学位论文机，特别适合于中小排量的中低档汽车或主流车型的改造，是一种应用开发潜 力较大的混合动力汽车，已成为当今混合动力汽车开发中的重要车型。２．３ＩＳＧ系统分类根据ＩＳＧ电机的安装位置的不同，系统分为两种：一种通过曲轴直接与发 动机进行直接连接，该系统又称为单轴ＩＳＧ技术；另一种通过皮带转动系统进 行间接连接，该系统又称为ＢＡＳ（ｂｅｌｔ—ｄｒｉｖｅｎａｌｔｅｒｎａｔｏｒｓｔａｒｔｅｒ）技术。２．３．１单轴ＩＳＧ系统ＩＳＧ型混合动力传动系统中，一体化起动发电机直接与发动机曲轴同轴连 接，作为汽车的辅助动力源，并取代了飞轮以及原有的起动机和发电机。ＩＳＧ 型混合动力传动系统是并联式混合动力系统的一种典型结构，ＩＳＧ混合动力汽 车是基于一体化起动发电机技术的混合动力汽车。ＩＳＧ混合动力电动汽车由发 动机、电动／发电机两大动力总成组成，发动机、电动／发电机采用“并联”的方 式组成驱动系统，ＩＳＧ电动机的扭矩与发动机的扭矩在发动机输出轴处进行组 合，又称为发动机轴动力组合式ＰＨＥＶ。根据ＩＳＧ电机、发动机、离合器的布 置方式的不同，ＩＳＧ系统的结构有三种典型的结构，分别是发动机侧单离合器 系统，双离合器系统同，变速器侧单离合器系统，它们都有各自不同的特点。 ２．３．１．１发动机侧单离合器ＩＳＧ系统ＩＳＧ电机直接与发动机曲轴输出端连接如 图２－１所示，然后通过离合器与传动系统相连。这种结构方式是一种最简单、也是最常用的一种结构。图２．１发动机侧单离合器ＩＳＧ系统Ｆｉｇ．２—１ Ｅｎｇｉｎｅ－ｓｉｄｅｄ ｓｉｎｇｌｅ－ｃｌｕｔｃｈ ＩＳＧ ｓｙｓｔｅｍ将电动机的转子直接安装到曲轴上，ＩＳＧ电机的转子就可以取代传统内燃 机汽车的飞轮。这种安装方式结构简单，发动机可以直接起动，起动快，无噪 声，元件少，避免了元件受到磨损，提高了可靠性，能传递较高的功率，但是对电机控制系统提出了更高的要求。哈尔滨理工人学Ｔ学硕一｝。学位论文 ＝＝＝！！！＝！！＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝！＝！＝＝＝＝＝＝＝＝＝自Ｅ２＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝！＝＝２＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝％＝＝由于电机在低温状态下必须能直接起动，所以不能随意选择电机规格，须 按照发动机的最大牵引力矩来设计电动机的功率。发动机冷起动时，所需起动 转矩大，用于向电动机供电的逆变器必须能够产生较大的电流，且需要提高蓄 电池的功率（要提高３－４倍）。对大功率内燃机而言，合适体积、质量和功率的 蓄电池成本较高。图２．２为该结构ＩＳＧ系统实物图。图２－２发动机侧单离合器ＩＳＧ系统实物图Ｆｉｇ．２—２ Ｐｈｙｓｉｃａｌ ｆｉｇｕｒｅ ｏｆ ｅｎｇｉｎｅ—ｓｉｄｅｄ ｓｉｎｇｌｅ－ｃｌｕｔｃｈ ＩＳＧ ｓｙｓｔｅｍ２．３．１．２双离合器ＩＳＧ系统双离合器系统ＩＳＧ系统中，电机通过离合器与发动 机连接，然后通过另一个离合器连接到传动系统如图２．３所示。在发动机与电 动机之间、电动机与离合器之阳Ｊ都装置有离合器，ＩＳＧ电机可以与发动机相连 接或与变速器相连接。ＩＳＧ图２—３双离合器ＩＳＧ系统Ｆｉｇ．２—３ Ｄｏｕｂｌｅ—ｃｌｕｔｃｈ ＩＳＧ ｓｙｓｔｅｍ起动发电机和内燃机之间的第二个离合器的应用开辟了广泛的功能，与电 机和变速器之间的离合器协调切换操作，能实现混合动力传动系统的多种驱动 状态。发动机起动可以通过脉冲起动模式来实现，而其在该起动模式下所需要 的电起动功率较小。在起动过程中打开起动发电机与发动机之问的离合器，发 动机起动获得一定的转速并形成动能。起动时间结束后发动机侧的离合器关 闭，离合器的摩擦力矩使内燃机加速运转，直至起动转速。发动机关闭或发动 机牵引力切掉的情况下，发电机可以单独驱动汽车或二［作在发电状态回收制动哈尔滨理Ｔ大学工学硕‘Ｉ：学位论文能量。温度不同时，发动机的起动力矩也不同。 ２．３．１．３变速器侧单离合器ＩＳＧ系统变速器侧单离合器ＩＳＧ系统中，电机通过 离合器与发动机连接，然后通过另一个离合器连接到传动系统如图２—４所示。 起动发电机在变速器侧与主轴相连接，这种结也能实现脉冲起动和制动能量回 收。发动机能实现脉冲或直接起动，但是由于发动机只有在变速器空转条件下 才能实现起动，需要对变速器作改动，还需要一个智能变速器管理系统，成本较高。目糖ＢＡＳ技术及其特点匡¨Ｎ国２．３．２图“变速器侧单离合器ＩＳＧ系统Ｆｉｇ．２４ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ－ｓｉｄｅｄ ｓｉｎｇ］ｅ－ｃｌｕｔｃｈ ＩＳＧ ｓｙｓｔｅｍＢＡＳ技术是基于起动发电机一体化的轻度混合动力汽车传动系统结构，也 是当今最常用的混合动力系统。它在发动机前端用一个皮带传动机构，将发电 机和发动机联结起来。图２－５为轻度混合动力汽车ＢＡＳ典型连接实物图。ＢＡＳ 混合动力汽车在提高汽车性能，降低油耗等方面具有如下优点： １）ＢＡＳ系统支持４２ Ｖ电源系统，满足目前正在日益提高的汽车电器负 荷，车辆上的辅助设备都可以改成直接用电来控制，提高设备效率； ２）ＢＡＳ系统结构简单，与现有内燃机汽车的动力总成相比改动很小，可 以在现有传统的动力总成结构上进行很小的改动获得，大大减小了机构的复杂 程度，降低了成本； ３）ＢＡＳ技术兼有混合动力系统的很多优点，可以实现发动机起／停控制、 电动助力、制动能量回收等功能，其最主要的就是它改善了汽车在起步时候的工作状况，取消了怠速工况，可以使燃料消耗量在城市工况下降１５％～２５％，降低了排放； ４）ＢＡＳ系统皮带驱动平稳、无噪声，而且结构简单，方便维修，相对造 价较低，能大大降低整个动力总成结构的质量与成本； ５）电机通过皮带与发动机曲轴相连：该传动方式节省空间，安装方便，但是输出功率较低，常用于轻度混合动力系统。但是ＢＡＳ采用皮带驱动，需要增加一定的附件，如张紧轮。同时，会产生皮带滑动、发热、磨损损坏，功率损失等问题；其次，皮带寿命也是一个需要考虑的因素。图２－５汽车ＢＡＳ系统实物图Ｆｉｇ．２－５Ｐｈｙｓｉｃａｌｃｈａｒｔ ｏｆ ｔｈｅ ＢＡＳ ｉｎ ｖｅｈｉｃｌｅｓ２．４ＩＳＧ电动机的选型上一节介绍了ＩＳＧ电动汽车的结构特点以及不同的汽车结构的优劣和使用场合，本节将介绍ＩＳＧ汽车的电机选型方面的内容。２．４．１混合动力汽车ＩＳＧ电机的性能要求电机是ＩＳＧ混合动力系统的关键之一，需要根据混合动力汽车的性能指标 合理设计，主要包括功率、转速、转矩等额定运行参数。电机的主要设计指标包括：１１功率要求，混合动力汽车驱动力矩大，根据性能设计指标，ＩＳＧ电机 要求具有较大的起动转矩，能够在指定时间内单独驱动汽车发动机的起动转 速，实现发动机的起动； ２）转速要求，混合动力汽车的发动机使用汽油机，最高转速达６０００ ｒ／ｍｉｎ 左右，电动机的经济转速必须与该转速相匹配。高转速的电动机的体积较小， 质量较轻，有利于降低ＨＥＶ的整车装备质量； ３）效率要求，ＩＳＧ电机的效率在很大程度上决定混合动力汽车在纯电动状态和混合驱动模式下动力传动系统的效率，因此要求ＩＳＧ电机及控制系统能高 效电动和高效发电，并能在两种状态之问快速切换：钔高电压，在允许的范围内，尽可能采用高电压，以降低供电电流，减 小电动机和导线的尺寸，同时减低逆变器、驱动电机及控制系统的成本，另一 方面，电压过高会带来安全问题，同时电池组过大； ５１质量及可靠性要求。电动机最好采用铝合金外壳，以降低电动机的质量。各种控制装置的质量和，冷却系统的质量等也要求尽可能轻，以使混合动力汽车具有较高的效率。电动机还要求可靠性好，耐温和耐潮湿，运行时噪音 低，能够在较恶劣的环境下长时间工作，结构简单，适合大批量生产，使用维 护方便，价格便宜等。２．４．２ＩＳＧ电动机选型高功率密度、高效率、宽调速的车辆牵引电机既是混合动力汽车的心脏，又是混合动力汽车研制的关键技术之一。随着功率电子和微处理器的发展，多种类电机开始应用到ＩＳＧ电机领域中。这些电动机包括：直流电机（ＤＭ）、永 磁同步电机（ＰＭＳＭ）、感应电动机（１Ｍ）和开关磁阻电动机（ＳＲＭ）。由于直流电动机依靠电刷换向，高速运行时会产生电弧，维护成本较高，因此目前已很少采 用，在此不作过多论述。表２－１给出混合动力系统中常用几种电动机的性能比 较。、＼装 参数＼功率密度 负载效率（％） 转速范围（ｒ／ｍ） 可靠性 尺寸 过载能力（％） 控制性能 控制器成本表２－１三种电机性能比较Ｔａｂｌｅ ２－１ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ ｍｏｔｏｒｓ感应电机 中９０—９２ ＜３０００开关磁阻电机 较高７８—８６ ＞１５０００永磁电机 高８５．９７ ４０００—１００００好 中３００．５００好 小３００．５００最好 小３００好局好 高好 最高２．４．２．１感应电动机由于感应电动机低成本、高可靠性及免维护等特性，因而 在电动汽车驱动电动机领域里，它是应用很广的一种无换向器电动机。但传统的变频变压控制技术，不能使感应电动机满足所要求的驱动性能。主要原因在于它的动态模型的非线性。随着微机时代的到来，采用矢量控制法控制感应电哈尔滨理－Ｔ火学工学硕十学位沦文动机可以克服由于其非线性带来的控制难度。不过，采用矢量控制的电动汽车感应电动机在轻载及有限的恒功率工作区域内运行时效率较低。感应电动机其特点是结构简单、坚固耐用、成本低廉、运行可靠，低转矩脉动，低噪声，不需要位置传感器，转速极限高。感应电机矢量控制技术调速 技术比较成熟，使得感应电机驱动系统具有明显的优势，因此被较早应用于电 动汽车的驱动系统。目前仍然是电动汽车驱动系统的主流产品尤其在美国，但 已被其它新型无刷永磁牵引电机驱动系统逐步取代。最大缺点是驱动电路复 杂，成本高相对永磁电机而言，感应电机效率和功率密度偏低。 ２．４．２．２开关磁阻电动机开关磁阻电机基本上是由可变磁阻步进电动机直接衍 生而来。开关磁阻电动机具有结构简单，制造成本低廉，转矩转速特性好等优 点，适合于电动汽车驱动。虽然它的结构简单，但决不意味着其设计和控制也简单。由于其磁极端部的严重磁饱和以及磁极和沟槽的边缘效应，使其设计和 控制非常困难和精细。而且，经常引起噪声问题。２．４．２．３永磁电动机永磁电动机具有较高的功率密度、效率，调速范围大，起 动转矩大，可以方便的实现电动或发电工作模式，已在国内外多款混合动力电 动车辆中获得应用，发展前景十分广阔。根据定子绕组中反电动势波形的不 同，可以分为永磁无刷直流电动机和永磁同步电动机两种形式ｍ２１Ｉ。永磁无刷直流电动机转矩、功率密度大，位置检测和控制方法简单，效率 高。但是由于换相电流难以达到理想状态，永磁无刷直流电动机转矩脉动大，存在振动噪声的问题１２２，２３１。Ｍｏｔｏｒ，简称ＰＭＳＭ）是 反电动势波形为正弦波的永磁电动机系统。永磁同步电机功率／质量比高、转Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ永磁同步电动机（Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔｉｃ矩／惯量比大，转矩平稳性好，效率高，结构紧凑、振动噪声低，通过合理设 计永磁磁路结构能获得较好的弱磁性能，适合ＩＳＧ系统的电机需求，在混合动力汽车中具有很高的应用价值【２４ｉ。由于ＩＳＧ电机直接装在发动机曲轴输出端，取代了飞轮，决定了这种电机 的外形尺寸与普通电机不同：径向尺寸较大，轴向尺寸较小。由于永磁同步电动机依靠永磁体产生气隙磁场，启动转矩大，运行平稳，可靠性好，控制相对简单，运行模式（电动／发电）转换加工及控制技术发展成熟。２．４．３ＩＳＧ电机参数考虑电机参数选择包括：电动机的最大功率、最高转速、最大转矩。电机参数哈尔滨理Ｔ大学丁学硕Ｉｊ学位论文的选择要与汽车发动机相匹配。从现有的小排量汽油机中选择，最后选择功率４８ｌ【Ｗ、排量１．１ Ｌ的ＤＡ４６８Ｑ多点电喷发动机。通过发动机台架试验，可画出发动机万有性特性图如图２－６所示。１２∞１８００ ２‘∞３０００３８００４２００４８００５４００６０００Ｓｐｅｅｄ（ｑ）ｎｉ）图２－６发动机万有性特性图Ｆｉｇ．２－６ Ｃｈａｒｔ ｏｆ ｃｈａｒａｃｔｅｒｓ ｏｆ ｅｎｇｉｎｅ从试验得出的万有特性图可以看出，在巡航功率带为１４－－２９ ＫＷ。在发动 机的转速内，巡航功率带对应的发动机经济性能是比较好的。２．４．３．１电动机的功率选择在整车动力性要求已经确定的前提下，整车所需的功率是一定的。其中，电动机功率所占比值越大，经济性就越好，但所需电池组数目也就越多，这样不但增加了整车的质量，而且增加了整车的制造成本。 辅助动力源匹配的总原则可考虑如下：降低整车油耗和整车价格，使整车油耗 和成本较低。电动机的最大功率主要从混合最高车速出发进行选择。发动机最大功率￡眦力ｎ＿ｋ Ｆｇ动机最大功率己一应满足混合最高车速的功率要求只ｍⅡ，即己。。＋￡。。＞￡吣（２—１）实例中，混合动力汽车最高车速为１３５ ｋｍ／ｈ，￡叫为７５ ｋＷ，￡。。为４８ ｋｗ，选择电机的额定功率己，为２５ ｋｗ，最大功率己衄为２７ ｋＷ。此时油耗定 为３６０ ｇＣｋＷ?ｈ。 同时，要验算电动机最大功率是否满足循环工况时的峰值功率要求和加速 时的功率要求；电动机额定功率是否满足纯电动驱动时的功率要求：电动机作为发电机时是否满足整车能量管理策略中充电功率的要求。２．４．３．２电动机转矩和转速的探讨电动机最大转矩的选择主要从纯电动动力性 要求，特别是纯电动最大爬坡度出发。实例中电动机的额定转矩为１３８最高车速６０００ ｒ／ｒａｉｎ。Ｎｍ，除此之外，电动机的参数还有好多，在此笔者只是做了简单的探讨。２．５本章小节集成一体化起动发电机（ＩＳＧ）技术是并联式混合动力电动汽车的关键技术 之一，非常适合今天及未来提高效率及降低排放等方面的要求。将起动机和发 电机功能综合在一个装置中并安装在传动系统中有不同的解决方案，本章介绍了ＩＳＧ混合动力技术的主要分类，包括Ｂ．ＩＳＧ（Ｂｅｌｔ．ｄｒｉｖｅｎＩｎｔｅｇｒａｔｅｄ了比较。ＳｔａｒｔｅｄＧｅｎｅｒａｔｏｒ）技术与单轴ＩＳＧ技术，并对它们的系统组成、结构特点和性能进行 Ｂ．ＩＳＧ是轻度混合动力汽车中常采用的一种技术，也是传统内燃机汽车最 直接、最容易的改进方案。Ｂ．ＩＳＧ系统对特定行驶工况的燃油消耗量的减少有 着突出的作用，适用于对价格较为敏感的经济车型，适合大规模的生产。但 是，Ｂ．ＩＳＧ采用皮带或齿轮驱动，需要增加一定的附件。同时，由于电动机及发电机的功率较小，一般应用于轻度混合动力电动汽车，所以对燃油经济性的改善能力有限，只适合在城市工况下使用。 单轴ＩＳＧ系统中，电动机与发动机同轴连接，具有较大的功率，可以应用 于中度、重度混合，动力电动汽车。采用ＩＳＧ技术的混合动力电动汽车具有突 出的节油效果、低排放污染、快速起、停控制、动力辅助性强、能量再生利用 等优点，具有很重要的应用价值，已成为当今混合动力汽车开发中的重要车 型。本设计采用单轴变速器侧单离合器的结构，将ＩＳＧ电机，旋转变压器与发 动机同轴相接。 在本章最后提出了混合动力汽车ＩＳＧ电动机选型与要求。首先，分析了 ＩＳＧ混合动力汽车动力传动系统对电动／发电机的功率、效率、可靠性等性能要求对电机选型设计进行了研究，由于ＩＳＧ电机设计不是课题的重点，因此文章 在电机的制造，参数的设计以及力ｎａ－－ｒ艺等方面不做论述，只提出设计要求以便后人参考。第３章ＩＳＧ永磁同步电机数学模型及矢量控制原理３．１引言本章首先对ＩＳＧ永磁同步电动机的建模进行了研究，建立了ＩＳＧ永磁同步 电动机在不同坐标系下的数学模型，以及不同坐标系下坐标变量的相互转化关 系；其次研究了ＩＳＧ永磁同步电动机的矢量控制，后来对逆变器的空间矢量脉宽调制方法（ＳｐａｃｅＶｅｃｔｏｒ Ｐｕｌｓｅｗｊｄ国Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ，简称ＳＶＰＷＭ）进行了研究，阐述了其基本原理。 ３．２ＩＳＧ永磁同步电机的数学模型为了建模与分析方便，首先简化ＰＭＳＭ的数学模型，作如下的假设：１’ｌ忽略铁心饱和；２１忽略电机绕组漏感； ３１转子上没有阻尼绕组； ４）永磁材料的电导率为零； ５）不计涡流和磁滞损耗，认为磁路是线性的； ６）不考虑温度、频率等的变化对电机参数的影响； ７）转子永磁磁场在气隙空间分布为正弦波，定子电枢绕组中的感应电势 也为正弦波。 永磁同步电动机满足以上条件的电机称为理想电机，虽然实际的永磁同步 电机可能不具备理想电机的苛刻条件，但是这样可以使分析工作大大简化。下 面研究的工作都是建立在坐标变化原理的基础上，先讨论坐标变化。３．２．１参考坐标系在永磁同步电机中存在两种坐标系，一种是固定在定子上的，它相对我们 是静止的，即：ａｐｏ坐标系。它的方向和定子三相绕组的位置相对固定，它的 方向定位于定子绕组Ａ相的产生磁势的方向；另一种是固定在转子上的旋转坐 标系，我们通常称之为ｄｑＯ坐标，其中ｄ轴跟单磁极的Ｎ极方向相同，即和磁 力线的方向相同，ｑ轴超前ｄ轴９０－０，如图３－１所示。哈尔滨理Ｔ火学丁学硕十学位论文在矢量控制中，我们获取的是定子绕组上的三相电流，所以我们还需要做的问题是怎么把三相电流产生等效电流矢量等效到筇０坐标系中和ｄｑ０坐标系中去。先讨论ａ＃ｏ坐标系和Ａ，Ｂ，Ｃ三相之间的变换（以电流为例）。图３－１坐标系的相对位置关系Ｆｉｇ．３－１ Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｏｆ ｔｈｅ ｔｗｏ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ ｓｙｓｔｅｍｓ。★Ｂｌ‘１３Ｉ＼…一：＼：Ｌ ； ＼＼１２０。 ｝Ａ．岩Ｆｉｇ．３—２ Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ／１２０。成图３—２Ａ，Ｂ，Ｃ三相与筇的关系ｏｆ～Ｂ，Ｃａｎｄ ｔｈｅｏ【ｐ对于任意矢量有一．１ ｌ一．乞＋ 一．“ ＋一．匕（３—１） （３－２）同时有ｆ一‘＋ｉｐ 把电流在如图３．２进行分解得到ｆ玷＝‘ｃｏｓ３０。一‘ｃｏｓ３０。 Ｉｆａ＝‘一‘ｓｉｎ３０。一ｆｃｓｉｎ３００（３－３）式中：‘，‘，ｆｃ，屯和ｆＢ分别为向量在Ａ、Ｂ、Ｃ、口和卢轴上的投影。 把该式写成矩阵形式得到它们的转化阵为哈尔滨理Ｔ大学－Ｔ学硕：Ｌ学位论文１一！２一１２ｏ鱼一鱼２ ２（３—４）但是，考虑到电枢绕组在不同坐标系系的合成磁势相等和功率不变等因 数，需要在它前面加了个系数。Ｑ％ｃ变换也称ａａｒｋｅ变换如Ｖ１一！２一１２阶层 ｏ鱼一鱼２ ２（３－５）口％ｐ变换也称为ｃｌ出逆变换如下１ ０黔示）的夹角。１ ２ １ ２压２（３－６）压２％（Ｐａｒｋ变换）和其逆变换如下，其中口为两个坐标系之间（如图３．３所。夕人０瞳。图３－３筇０与ｄｑＯ坐标系之间关系 Ｆｉｇ．３－２ Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｏｆ ｔｈｅ筇０ ａｎｄ ｄｑＯ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ ｓｙｓｔｅｍ［窆】。卜ｃｓｏ；ｓｎｏｐ∞ｓｉｎｓ０８。］［审ｉｃ，】ｃ３－７，Ｈ。ｆｃｏｓ日川【ｓｉｎ０－ｓｉｎＯ］．［ｉ列ｄＣＳ０ｌ｜ｆ。Ｉ（３－８）３．２．２永磁同步电机在ｄ，ｑ，０坐标系下的数学模型雕ｄ １磊Ｒ嚣等１．２Ｉ石ｏ ｉ％一ｉ～＋芎Ｍ。一ｉｒｅ－－１．５ｐ．Ｌ．Ｈ㈣、’ｆＫ＋（乙一三。）ｉｑｉｄ １（３—１０）式中：‘，‘为ｄ，ｑ轴方向的电流分量；Ｌ，Ｌｑ为ｄ，ｑ轴上的电感量；ｖａ＾为３．３ＩＳＧ永磁同步电动机的矢量控制永磁同步电动机的调速方法主要有外同步控制策略和自同步控制策略两种方式，其中，矢量控制是一种广泛应用的高性能调速方法（２９ｌ。矢量控制最早实 在１９７１年由Ｂｌａｓｈｋｅ等人针对异步电动机提出的。矢量控制的基本思路是把交流电机三相坐标系中的各变量通过坐标变换（转子磁场定向）到二相旋转坐标系 上，将定子电流分解为励磁分量和转矩分量，获得很好的解耦特性，从而可以 按照直流电机的控制规律来控制交流电动机，使电机系统具有较好的动态特 性。矢量控制的基本原理是通过电流空间矢量的坐标变换，将永磁同步电动机 等效成为直流电动机，再沿用直流电动机的控制方法进行控制。 永磁同步电机的永磁体励磁磁势与电枢磁势在空间相互垂直，没有耦合关 系。当永磁体的励磁磁链和直、交轴电感确定后，电动机的转矩便取决于定子电流的空间矢量。因此，对永磁同步电机的矢量控制是相对较为简单、直接的控制方式。３．３．１矢量控制的基本原理图３．４所示即为ＩＳＧ永磁同步电动机矢量控制控制系统示意图。该矢量控 制系统中采用双闭环系统，外环为转速调节器（ＰＩ算法），转速调节器的输出作 为电流调节器的给定输入，经电流调节器（Ｐｌ算法）计算，输出定子绕组ｄ轴和 ｑ轴的电压给定值。经过Ｐａｒｋ逆变换，把ｄ，ｑ坐标系的电压给定值转换为二 相静止坐标系口ｐ的口轴、芦轴给定电压。逆变器采用先进的ＳＶＰＷＭ调制方 法，将蓄电池的直流电压转换为三相交流电流，施加到定子绕组上。图３＿４ ＩＳＧ永磁同步电动机矢量控制控制系统示意图Ｆｉｇ．３４ Ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ＰＭＳＭｖｅｃｔｏｒｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ矢量控制的主要缺点在于，坐标变换比较复杂、对电机参数的依赖性大， 由于电机机械设计、参数时变等原因，不能实现完全的参数解耦。矢量控制系 统需要安装转子位置检测装置以得到转子位置信息用于磁场定向，增加了系统的成本。更为重要的是，由于设计时的机械误差，电动机气隙磁场通常不是严格的正弦波形，这将直接影响矢量控制的解耦效果，使坐标变换的误差加大，控制系统的性能不理想。３．３．２ＳＶＰＷＭ产生原理电压空间矢量ＰＷＭ实际是磁通ＰＷＭ，是从电机角度出发，着眼于通过 控制电机端电压，使电机获得幅值恒定的空间旋转磁场。三相异步电动机要求定子输入三相对称正弦电流的最终目的是在电机内产生圆形气隙旋转磁场，从而产生恒定的电磁转矩。因此，把逆变器和电机视为一体，以跟踪圆形旋转磁哈尔滨理Ｔ大学工学硕二ｌ二学位论文场为目标来控制逆变器的输出电压波形，一定会产生更好的控制效果。从这一 思路出发，提出了磁通轨迹控制的思路，而磁通轨迹的控制是通过电压空间矢量合成实现的，所以又称为电压空间矢量控制。电压空间矢量是按照电压所加绕组的空间位置来定义的。三相定子绕组可以定义一个三相平面静止坐标系。图３－５电压空间矢量Ｆｉｇ．３－５ Ｓｐａｃｅ－ｖｏｌｔａｇｅ ｖｅｃｔｏｒ该坐标系有三个相互间隔１２＆的轴，代表三相。定子相电压以，以， 玑分别加在三相绕组上，他们的方向在各相的轴线上，大小随着时间的变化 按正弦规律变化。因此，三个相电压空间矢量相加所形成的一个合成的电压空 间矢量“是一个以电源角频率∞速度旋转的空间矢量。 口－Ｕ。＋Ｕ６＋Ｕ。（３—１１） 这样可以定义电流和磁链的空间矢量，。因此有 云．ＲＪ＋尘生ｄｔ（３—１２）当转速不是很低时，定子电阻压降较小，可以忽略，则有一ｄ Ｖ ｄｆ（３—１３）戥Ⅷ。ｌ诎所以有◇?１４）五；掣， 洲。ｅ脚驯２’（３－１５）ｄｔ…式３—１５说明，当磁链幅值一定时“的大小与ｎ，成正比，或者供电电压与频率厂成正比。其方向是磁链圆的切线方向。当磁链矢量在空间旋转一周时，电哈尔滨理Ｔ大学Ｔ学硕ｆ：学位论文如上所述的逆变器ａ、ｂ、ｃ分别代表３个桥臂的开关状态。当上桥臂开关【Ｕ仙，ＵＢｃ，Ｕ“】ｆ和相电压［吼，Ｕ口，玑ｒ。间的关系分别用式（３—１６）、（３—１７）表示。ｆ％１ 『１—１ ０ １ ｆ口１ Ｉ‰Ｉ副Ｄｃ １ ０ １—１ ｌＩ ｂ Ｉ【叱Ｊ【一１０ １（３－１６）Ｊ【ｃＪ阱‰匪湘∽乃矢量就称为基本电压空间矢量，根据其相位角的不同命名为：Ｄ啷、砜、‰、阢∞、Ｕ舯、Ｕ瑚、ｕ姗、Ｄｌ。。。其中‰、ｏｌ。。被称为零向量。各个基ｐ’、Ｕ１２０Ｕ６０２儿∞０（伽）＼．～１＼／。，图３－６基本电压空间矢量及扇区编号Ｆｉｇ．３－６ Ｂａｓｉｃ ｖｏｌｔａｇｅ ｖｅｃｔｏｒｓ ａｎｄ ｓｅｃｔｏｒ ｎｕｍｂｅｒ通过Ｃｌａｒｋｅ变换，以每个坐标系中的电动机的总功率不变为原则，得到如式（３．１８）变换矩阵２ ２ 压 Ｉ胱卅２ Ｖｊ ｏ鱼一鱼个１～！一１（３－１８）２２所以，通过这个变换矩阵可以将三相ＡＢＣ平面的坐标系中的相电压转换为筇平面直角坐标系中的电压。变换式如式３－１９所示 １ 一！ 一１阶层 ｏ鱼一鱼２ ２２２（３—１９）当逆变器单独输出基本电压空间矢量砜时，电动机的定子磁链矢量妒的 矢端从Ａ到Ｂ沿平行于砜方向移动，如图３－７所示。当移动到Ｕ∞点时，矢量 端也改为从Ｂ到Ｃ的移动。这样下去，当全部六个非零基本电压空间矢量分别依次单独输出后，电子磁链矢量ｌｆ，矢端的运动轨迹就是一个正六边形。图３－７磁链运动轨迹Ｆｉｇ．３－７ Ｆｌｕｘｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ要获得圆形旋转磁场，可以通过获得～个正多边形来实现。显然，正多边 形的边越多，越近似于圆形旋转磁场。但是非零的基本空间矢量只有六个，如 果想获得尽可能多的多边形旋转磁场。可以利用六个非零的基本电压空间矢量 的线性时间组合得到更多的开关状态。在图３－８中，玑和Ｕ枷代表相邻的两个基本电压空问矢量；吒，是输出的Ｉ．。；：———些堡塑坠塑丝型兰型鎏—————————一参考相电压矢量，其幅值代表相电压的幅值，其旋转角速度就是输出正弦电压的角频率。‰可由ｕ。和玑。∞线性时间组合来合成，它等于＾／耳哪倍的ｕｘ和ｆ：／耳聊倍的Ｕｚ。印的矢量和，其中ｆｌ和ｆ：时ｕｚ和％。印的作用时间，耳哪是‰作用的时间。图３．８电压空间矢量的线性组合Ｆｉｇ．３?８ Ｌｉｎｅａｒ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｖｏｌｔａｇｅ ｓｐａｃｅ ｖｅｃｔｏｒ按照这样的方式，在下一个砟附周期，仍然用虬和以枷线性时间组合，但作用的时间‘’和ｆ：’与上一次的时间不同，它们必须保证所合成的新的电压空间矢量讥。’与原来的电压空间矢量‰的幅值相等。如此下去，在每一个耳哪期间，都改变相邻的基本矢量作用的时间，并保证所合成的电压空间矢量的幅 值都相等，因此，当耳啊取足够小时，电压空间矢量的轨迹就是一个近似于圆形的多边形。３．４本章小节本章的主要任务是介绍永磁同步电机和矢量控制原理，从永磁同步电机的 结构出发，简要介绍了永磁同步电机的结构和现有永磁同步电机的分类和永磁 同步电机在ｄ，ｑ，０坐标系下的数学模型，围绕永磁同步电机的矢量控制原 理，介绍了其整体实现、坐标变换并着重介绍了ＳＶＰＷＭ波的产生原理。哈尔滨理Ｔ大学Ｔ学硕’ｌ：学位论文第４章混合动力汽车电机驱动控制器设计４．１引言电动机控制器的设计是ＩＳＧ系统性能好环的关键。ＩＳＧ电机工作在电动状 态时，根据整车控制器的指令，输出一定的转矩与转速。本设计采用发动机侧 单离合器ＩＳＧ系统，并联式结构。 本章首先介绍了主电路设计应当注意的某些问题，又介绍了以 ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２为核心的控制电路设计思路，并对某些模块的设计进行了较为 详细地阐述。最后根据第三章介绍的矢量控制原理，编写软件算法，在软件设 计这部分中，主要是对电压空间矢量脉宽调制技术实现的软件编程进行了分析 介绍，给出了各个程序的基本框图及要实现的功能。同时，在每种技术的程序 介绍之前，给出了这种技术实现的理论基础和计算脉宽的理论公式。４．２电机驱动控制器性能要求电动机控制器的设计是ＩＳＧ系统性能好环的关键。混合动力汽车ＩＳＧ电 机及控制系统设计时主要考虑的指标包括： １．具有较大的起动转矩起动时间是混合动力汽车ＩＳＧ电机驱动系统的重要性能指标之一。发动机的起动是指发动机曲轴在外力作用下开始转动，直到 发动机开始进入到怠速运转或设定转速，然后进行起动的全过程。发动机起动可分为两个阶段，首先曲轴从静止状态加速到设定转速，然后保持这一转速到发动机点火喷油。要完成上述两个阶段，保证发动机顺利起动，必须克服发动 机曲轴旋转时的各种阻力矩（摩擦阻力、气缸内压缩气体的反作用力、运动部件的惯性力等），并在很短的时间内把发动机转速带到设定转速，ＩＳＧ电机及控 制系统必须提供足够大的起动力矩。 ２．动态与稳态性能混合动力汽车换档时，电动机必须拖动发动机至换档后 转速。根据工程经验，混合动力汽车的换档时间为０．４ ｓ，为机械动作时间预留０．２Ｓ，电动机的响应时间为０．２ Ｓ。ＩＳＧ电机及控制系统要具有较高的动态响应性能较好，能在０．２ Ｓ内就要将发动机转速调整至换档后匹配转速。电机控制 系统要具有较好的动态与稳态性能，输出扭矩平稳，以实现平滑发动机转矩，哈尔滨理工大学Ｔ学硕：ｌ：学位论文降低噪声，提高乘车舒适度等功能。 ３．效率与可靠性要求ＩＳＧ控制系统的高效率是混合动力汽车取得高效率的 关键，包括电动运行效率和发电运行效率。混合动力汽车运行工况复杂，电动 机定子绕组反电势变化剧烈，对控制器的可靠性设计是一个很大的挑战。除此 之外，电机驱动控制器还要能够在高温、灰尘、潮湿等恶劣环境下安全工作。４．３系统主电路设计系统的主电路由动力直流电源、分压电阻、稳压电容、Ｓｎｕｂｂｅｒ电容、电荷指示灯（可选）、熔断丝和智能功率模块构成，如图４－１所示。ＩＩＩｌ口．，。。Ｉ动 力 电 池ｌ驴十帮：ｌ图４－１系统主Ｆｉｇ．４１ Ｔｅ ｍａｎ ｃｉｒｃｕｔｆｔｅ智 能 功 率 模ｓｙｓｔ１．稳压电容当智能功率模块吸收功率的瞬间，电压从电容Ｃ１提供，充从电池提供过程中导线的不２．Ｓｎｕｂｂｅｒ电容母线电感、缓冲电路及其元件内部的杂散电感，对ＩＧ电路尤其是大功率ＩＧＢＴ电路，有极大的影响。因此，希望它愈小愈好，量减少直流母线的电感，降低峰值电压，要减小这些电感，需从多方面入 例如：直流母线要尽量地短：选用低电感的聚丙烯无极电容等美国ＣＤＥ公司的Ｓｎｕｂｂｅｒ电容无疑是很好的选择，其电容产品因品越为美国家宇航局选用，随航天器而播誉太空。ＣＤＥ公司的缓冲电容模块 充分满足ＩＧＢＴ电路尤其是大功率ＩＧＢＴ电路的要 ３．快速熔断丝当主电路电流超过额定值时，熔断丝ＦＵＳＥ断掉，切断 路，保证智能功率模块不因过流而被烧４．智能功率模块不仅把功率开关器件和驱动电路集成在一起，而且还 有过电压，过电流和过热等故障检测电路，并可将检测信号送到ＣＰＵ。它哈尔滨理工人学工学硕上学位论文速低功耗的管芯和优化的门极驱动电路以及快速保护电路构成。即使发生负载 事故或使用不当，也可以保证ＩＰＭ自身不受损坏。ＩＰＭ一般使用ＩＧＢＴ作为功 率开关元件，内藏电流传感器及驱动电路的集成结构。口Ｍ以其高可靠性，使 用方便赢得越来越大的市场，尤其适合于驱动电机的变频器和各种逆变电源， 是变频调速，冶金机械，电力牵引，伺服驱动，变频家电的一种非常理想的电 力电子器件。 由于系统电流电压的要求，我们选用了三菱公司的ＰＭ６００ＣＬＡ０６０这一款ＩＰＭ。它的额定电压为６００ Ｖ，电流为６００ Ａ；工作温度：．４０ＱＣ一＋１２５２Ｃ；开关频率可达２０ ｋＨｚ。结构紧凑，体积较小，电磁兼容性能较好，机械参数满足车载要求，ＰＭ６００蚴６０内部结构如图４．２所示。由于口Ｍ内部集成了驱动电路，工作时我们仅需要在端口通以ＴｒＬ电平的ＰＷＭ信号，此控制电路部分将在下文进行讨论。图牝ＰＭ６００ＣＬＡ０６０内部结构Ｆｉｇ．４—２ Ｉｎｔｅｒｎａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ＰＭ６００ＣＬＡ０．６０４．４电机驱动控制系统设计电机控制系统主要由ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２最小系统、逻辑控制单元、驱动单 元、速度及角度反馈单元（旋转变压器及其解码芯片）、保护电路、电流反馈单 元和电源管理等组成。采用矢量控制原理，实现ＩＳＧ电机的矢量控制系统。ＩＳＧ电机控制系统框图如图４．３所示。图４．３ ＩＳＧ电机控制系统框图Ｆｉｇ．４－３ Ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ＩＳＧ ｍｏｔｏｒＴＭＳ３２０Ｆ２８１２外接ＪＴＡＧ口便于系统仿真和烧写２８１２，外扩ＥＶ、ＳＰＩ、 ＣＡＮ及ＡＤＣ接口和２８１２运行必备的电路；逆变电路采用的是三菱ＩＰＭ，使用的多电源供电方式，通过内置三相桥路的不同导通状态产生了电机控制信号；转角信号的采集是采用旋转变压器配以解码芯片，使用联轴节和ＩＳＧ电机 的轴相连，测得电机的位置信号，为矢量控制系统提供了转角信号；相电流采 集使用的是ＬＥＭ公司出品的磁平衡式电流霍尔传感器。 旋转变压器通过解码芯片解码后得到的位置和转速信息经过ＤＳＰ的串行口或者并行口或者捕获口送入ＤＳＰ内部与通过ＣＡＮ接口读入的速度给定进行速度ＰＩ调节，电流霍尔传感器感应转子绕组电流大小，经过电流调节单元处 理后，ＤＳＰ对其进行ＡＤ采样，得到的反馈电流参与电流ＰＩ调节，最终得到的ＰＷＭ信号经过逻辑控制、光电隔离驱动ＩＰＭ。此外，还要检测系统的温度（主要是ＩＰＭ工作温度）和直流母线电压，当温 度或者直流电压超出设定值时，ＤＳＰ关断输出ＰＷＭ信号，保护ＩＰＭ不被烧坏。检测到的温度、电压和电流大小可以通过ＣＡＮ接口读出。口尔演ⅨＴ太｝Ｔ｝面ｔ￥ⅡⅪｉ４．４．１ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２最小系统简介ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２最小系统由电源模块、ＪＴＡＧ口、品振、复位电路及其它功 能口，它是整个系统得核心载体，也是软件开发的载体。下面先介绍其核心器件ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２。４．４．１．１ＤＳＰ２８１２芯片简介ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２是ＴＭＳ３２０Ｃ２８ｘ系列中一款，是＿ｎ为电机控制提供的高集成度和高速的ＤＳＰ，是２０００系列特殊功能ＤＳＰ中的最 新成员，它具有如下特点： １）高速低功耗：为了实现该目的，它采用１．８ ｖ和３．３ Ｖ两种供电方式， 最高频率能达到１５０ Ｍ； ∞支持ＪＴＡＧ边沿扫描技术。支持多ＤＳＰ同时仿真； ３１定点ＣＰＵ：内含３２＋３２乘加器，提高运算速度； ４１内部存储资源丰富：１２８＇１６Ｋ Ｆｌａｓｈ、４Ｋ＊１６ ＳＡＲＡＭ、４Ｋ＊１６ＳＡＲＡＭ、８Ｋ＋１６ ＳＡＲＡＭ、１１（＇１６ ＳＡＲＡ／Ｖ／和１Ｋ＋１６ ＳＡＲＡＭ等等：５１拥有多种启动模式，用户可以根据需要来选择想要的模式；６）可吼自己设定读写等待时间，可以和不同速度外设更好的工作；７）内置１２位ＡＤＣ，拥有１６个采集通道、２个采样保持器，为电机控制 中的电流信号采集部分的实现带来极大的便利； ８）为电机控制特设事件管理器．一个ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２内部拥有２个事件管 理器，分别为ＥＶＡ和ＥＶＢ，每个事件管理器内都有２个定时器、６路ＰＷＭ 波产生器、３个捕捉口（可以用于光电编码器测角１等等； ９）多种通讯方式：ＳＰＩ、ＳＣＩ、ＥＣＡＮ、ＭＣＢＳＰ等等； 除此之外，兼顾到老客户和已经开发的产品，ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２具有和 ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０Ｘ系列代码兼容的特点。４．４ １．２ＤＳＰ供电电源模块如今，为ＤＳＰ的供电电源模块很多，本系统采用了ＴＩ公司专门为ＤＳＰ２８１２配置的电源模块——ＴＰｓ７３ＨＤ３１８。该电源模块输 入电压为＋５ Ｖ?取电源输出＋３ ３ Ｖ和＋１．８ Ｖ，满足ＤＳＰ２１８２供电需求。并且， 该电源的工作温度范围较宽为：一４０＂Ｃ－＋１２５。ｃ，适合车载需要。其他部分较 为简单，故在此不作论述。４．４．２速度及角度检测单元转速信号就是系统的控制月标，所以它的准确与否直接关系着控制性能的好坏。通常转速信号与位置信号的获得可以通过光电编码器、旋转变压器或脉 冲编码器等获得。几种速度反馈元件的牲能比较见表４－１。×精确度ｎ输ＨＪ信号 跟踪速度 ｔ作温度 抗震力 可靠性 分辨率（Ｐ／Ｒ１ 外观表４－１几种常见的速度检测元件性能比较旋转变压器中ｆ０３－１１磁阻传感器良ｆ０ ３山５、霍尔传感器 中ｆ０ ５－１１ 增越式＞２００００ｍｉｎ。 ０－１２０ ２Ｃ光ｌＵ编硝器忧｜。０２４）１１ 增量式０．８５ ｏＣ绝对式＞５００００ ｒｐｍｌ ０．１５０ ｏＣ增量式ｍ１２０ ｏＣ瓤 霸 园 Ｏ优良优～■掣从功能上来讲，他们都能完成速度反馈的功能。但是编码器由于码盘防护 等级不尚，容易震坏，虽然有较高的分辨率，但是维修频率高，从而影响整台 车质量可靠性；霍尔速度传感器价格便宜、但是分辨率低，使得控制精度受到 限制．而且霍尔元件氏时间受热后磁性会减弱．所以使用寿命不眭；旋转变压 器由于转于和定子分离，无接触，而且采用无刷设计，所以有很高的防护等 毁，能耐高强度的震动，不怕水和油污，使用寿命可以长达数十年，另外采用 专Ｊ；｝ｊ的转换芯片解码，可以将旋变输出的模拟信号转换为数字信号．有和旋转 编码器相当的解码精度。因此，用于混合动力汽车的速度反馈元件，旋变可以 说一种比较理想的选择。 旋转变眶器、解码芯片、外围电路；Ｆ１Ｉ机械连接其同掏成系统中的速度反馈单元，以下部分就详细介绍这些构成部分。４．４２．１旋转变压器旋转变堆器，简称为旋变，是一种输出电压随转子转角变化的信号元件。当励磁绕组以定频率的交流电雎励磁时，输咀绕组的电瓜幅值与转子转角成ｌＦ、余弦甬数关系，或保持某一比例关系，或在一定转角范阿内与转角成线性关系。它其有耐高温、耐湿度、抗冲Ｔｈ性好、抚干扰能力强等突出优点．副时与 旌转变Ｊ｛、器，数字转换器配合使用能够产生转子绝对位鼍信息。闻此．旋转变！！！！！！！！二：！！：￡』！！压器适用二Ｉ二永磁同步电机数字控制系统，能够满足电动汽车驱动系统高性能、 码后得到的速度和角度信息送入ＤＳＰ巾，完成速度和角度信息的采集。 旋变在汽车中的应用特＊Ｕ广泛，图４－４显示了旋变在汽车中主要的应用。一高可靠性的要求。汽车中使用时，旋转变压器输出的信号通过专片ｊ芯片进行解同轴式ＥＰＳ检测轮速 图斗４旋变在汽车中土要的应心Ｆｉ９４４Ｍａｉｎ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ咒ｓｏｉｖｅｒｉｎ ｖｅｈｉｃｌｅ本系统巾选用的旋变结构如图４－５所示，转子山硅铜片叠成。硅钢片的外形轮廓视旋变檄数而定，图中旋变为ｌ对极．转子外形似椭圆状。图４ ５旋变实物酬Ｆｉ９４?５ Ｐｈｙｓｉｃａｌ ｃｈａｒｔ ｏｆ ｒｅｓｏｌｖｅｒ堕ｉ：堡型三皇童：！兰些！兰些坚！定子上丌有齿槽，一相初极励磁线圈和两相次极输出线圈都绕在齿槽内， 定子旋转改变和定子之间空气厚度，从而改变仞、次极绕组问的耦台系数。使 得在初极输入交流励磁电压的情况下，输出电压的幅度和转子转过的角度成比例。旋转变压器安装的位置可以在电机外部，这种情况是与发动机曲轴输出端 相连，这种安装相对简单；另一种情况是安装在电机内部时。由于马达内部的 磁场会影响旋变本身的磁通量变化率，从而影响其解码精度，因此必须加装屏 蔽罩。并且在旋变的输出线上套上屏蔽线．降低空｜ＩｌＪ电磁干扰。采用这种安装 因此旋变使 方法将使旋变得到很好的保护，不会受到灰尘、油污等的影响， 用寿命长，故障率低，是一种理想的使用方法。目前丰田、凌志等就是采用这 种方法。而且经实践检验确实非常可靠。图４—６是丰田混合动力汽车动力部 分，图中的旋变是日本多摩川公司一款Ｓｉｎｇｌｓｙａ装在电动机主轴上的展示图。嘲４｛本田汽车中的旋变Ｆｉ９４－６ＲｅｓｏｌｖｅｒｉｎＨｏｎｄａ旋变的输山信号是连续变化的模拟信号．用户一般不能直接使用，需解码 芯片将模拟信号转换为方波信号。４．４ ２２解码芯片ＡＤ２Ｓ１２００是最新的旋转变压秣／数字转换器单片集成电路，输出１２位绝对位置信息和带符号的１１位速度信息，＋－１１弧分精确度，摄大跟 踪速度１０００ ｒｐｓ?工作温度一４０。Ｃ～＋１２５ ｅｃ，相对于前一代的ＡＤ２Ｓ９０，它集成了可编程的难弦波振荡器，励躜频率１０ｋＨｚ、１２ ｋＨｚ、１５ ｋＨｚ、２０ ｋＨｚｉｒ编枰，因此币再需要搭配ＡＤ２Ｓ９９『Ｆ弦波励磁芯片：ＡＤ２Ｓ１２００；ｆＥ保圉审行通讯接口的同时，增加了并行输出接口：速度检测输出由模拟信号升级到数字信 号。雎上特点不仅简化了外围电路设计，而且功能得到丰富，性价比很高。 １内部结构殛原理ＡＤ２Ｓ１２００的内部包括可编程的正弦波振荡器、错误检 测电路、ＩＩ型闭环系统及数据总线接口等四个单元构成，其中处于核心功能的 ＩＩ型闭环系统负责位置和速度的检测，其内部结构框图如图４．７所示。图４－７ＡＤ２Ｓ１２００内部结构框图Ｆｉｇ－４－７Ｉｍｃｍａｌ￥１ｒｔｌ岫ｏｆＡＤ２Ｓ１２００由ＥＸＣ两端向旋转变压器提供励磁信号。承载位置信息的两路旋转变压器模拟信号送Ａ．ｓｉｎ／ｓｉｎＬｏ、ｃｏｓ／ｃｏｓＬｏ输入端，分别经过ＡＤ采样后送入乘法 器。假设此时位置积分器（增减训数器）输出的数字角度为≠，也送入乘法器，分别经过乘法运算ＫＥｏｓｉｎ（ｗｔ）ｓｉｎｏｃｏｓ≠（４—１）Ⅻｏ ｓｉｎ（ｗｔ）ｃｏｓｏｓｉｎ＃，式（４－１）减去式（４—２）并简化得件２）ＫＥｏ一ＫＥｏ！ｉ：！！二！｜．！；！！！！：！！ｌ！．一ｓｉｎ（ｗ０（ｓｉｎｏｃｏｓ４，一“ｄ３ｉ“≠）ｓｉｎ（ｗｔ）ｓｉｎ（０一ｐ）ｆ４．３１式中（ｅ?≠）为角度误差ａ ２．通讯模式ＡＤ２Ｓ１２００与ＤＳＰ的通讯既可以采用并行模式．也可以采用 串行模式。系统中的硬件电路兼顾具并行和串行两种模式，电路如图４－８所示：图禾８旋变的接口电路薅 嘏Ｆｉｇ．４－８Ｒｃｓｏｌｖｅｒ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｃｉｒｃｕｉｔ并行模式：ＡＤ２Ｓ１２００有ＤＢＯ—ＤＢｌｌ共１２位的数据输出总线，可直接或 光耦隔离后连接至ＤＳＰ的数据总线上。 当ＳＯＥ为高电平时，ＡＤ２Ｓ１２００处于并行输出模式；ＣＳ低电平对 ＡＤ２Ｎ１２Ｑ０实行片选；在ＳＡＭＰＬＥ引脚电平由高到低的跳变过程中，位置和速 度积分器的数据采样至位置和速度寄存器中；由ＲＤＶＥＬ的高低状态选择传送 位置或速度寄存器中的数据到输出寄存器；是后，ＲＤ置低电平，启动读输出奇存器和使能输出缓冲器。串行模式：ＡＤ２Ｓ１２００的３线式串行总线引脚为ＲＤ、ＳＣＬＫ和Ｓ０（ＳＣＬＫ 与ＤＢｌ０，ＳＯ与ＤＨＩＩ引脚复用１，串行输出频率屉高可达２５ ＭＨｚ。当ＳＯＥ为 低电平时，ＡＤ２￥１２００被设置为串行输出模式；ＳＡＭＰＬＥ、ＲＤＶＥＬ的工作机哈尔滨理工人学．Ｔ学硕｝：学位论文制同并行模式相同；串行通讯时，时钟由ＳＣＬＫ引脚引入；当ＲＤ置低电平 时，启动读输出寄存器，数据将会随着时钟频率从输出寄存器串行输出至Ｓ０引脚。串行输出时ＤＢ０一ＤＢ９处于高阻状态。３．ＡＤ２Ｓ１２００在永磁同步电机控制中的应用本系统的控制器以专用于电机 控制的高速数字信号处理器ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２为核心。ＳＰＩＣＬＫ为时钟输出引 脚，ＳＰＩＳＯＭＩ为从出主入引脚，ＳＰＩＳＴＥ为数据传送使能引脚。Ｆ２８１２的ＳＰＩ 设为主模式工作，总线频率２ ＭＨｚ。为了分别传送位置和速度信息，串行通讯 需要执行两次。在第一次ＳＰＩ通讯之前，需要对控制引脚ＳＡＭＰＬＥ置低电 平，且延时７个晶振时钟后置高电平；ＳＰＩ通讯时，首先空发一个数据以产生 通讯时钟和通讯使能信号；位置信息传送完毕后，读ＳＰＩＲＸＢＵＦ寄存器，进 行数据移位存储。ＲＤＶＥＬ置低电平，且延时２个晶振时钟脉冲后第二次开启ＳＰＩ通讯，接收过程和第一次时相同，传送完毕后ＲＤＶＥＬ置高电平。４．４．３电流反馈单元４．４．３．１霍尔传感器将一块半导体垂直放入半导体平面的磁场Ｂ中，当半导体 中通过电流，Ⅳ时，在半导体中与磁场Ｂ和电流，Ⅳ垂直的方向将产生电动势， 这种现象称为霍尔效应。 以霍尔效应为基本原理做出的霍尔检测元件有电流霍尔、功率霍尔以及霍 尔位置传感器等。本课题采用的ＬＥＭ公司生产的电流霍尔传感器ＬＡｌ２８．Ｐ，采样比率为１：１０００，其封装及管脚如图４．９所示。图４－９电流霍尔传感器Ｆｉｇ．４—９ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｈａｌｌｓｅｎｓｏｒ正负两端分别接±１５ Ｖ电源，被测电流从传感器中的方孔穿出，Ｍ脚将输出于绕组电流成比例的电流信号，经过电阻采样将电流信号变换成电压信号，哈尔滨理Ｔ火学工学硕：Ｉ：学位论文且该信号随着输入电流信号发生同步变化。 ４．４．３．２电路设计电流霍尔传感器采样反馈电流后，由于ＤＳＰ不能输入负信 号，因此需要对其信号进行一定的处理，后才能送入到ＤＳＰ中。这部分电路如图４．１０所示。被测电流通过电流霍尔传感器，并经过电阻采样后，所得信号偏置１．５ ｖ，使负信号变成正信号，再通过二极管的限幅保护后送到ＤＳＰ的ＡＤ转换单 元，进行电流检测。图４－１０电流处理电路Ｆｉｇ．４—１０ Ｃｉｒｃｕｉｔ ｏｆ ｃｕｒｒｅｎｔ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ４．５系统的}