电动汽车电机驱动控制系统设计方法

雷显国

摘 要：目前我国汽车保有量在不断增加，满足了人们出行需求的同时，也造成了一系列问题。如汽车尾气就对空气造成了污染等等，因此电能替代作为一种解决方案日益受到社会重视。本文就电动汽车的核心部件之一——电机驱动控制系统的设计方法进行探讨。

关键词：电机驱动控制系统; PI控制; 电动汽车

与传统内燃机机车相比，电动汽车在环保方面占据了很大的优势。电动汽车以蓄电池代替传统汽车的油箱，在不产生废气的基础上，释放了更多的内部空间，因此电动汽车一经问世就受到了人们的广泛关注。而想要保证电动汽车正常运行，就要对其内部的电机驱动控制系统进行科学合理的设计，在确保安全的前提下提升操控能力以及驾驶体验。

一、电机驱动控制系统介绍

作为电动汽车的核心部件之一，电机驱动控制系统设计得是否合理，对于车辆的性能有着非常重要的影响。该系统最重要的功能就是在司机驾驶车辆的过程中，将蓄电池中的电能高效地转化为车辆行驶的动能，尽可能降低车辆行驶过程中所遇到的阻力[1]。从宏观层面上来看，电机驱动控制框架可以分为两个板块。第一个板块是电器系统，该系统由控制器、功率转换机以及电动机三个主要部分组成，是电动汽车与传统汽车区别最大的地方。第二个板块是机械系统，主要包括充电器、刹车踏板、加速踏板、差速器以及传动轴等。

二、驱动控制系统软件设计

电机驱动控制系统的软件可以将控制算法、控制逻辑和汽车的整个硬件资源进行高效连接。从微观层面上来讲，软件设计部分主要包括PI算法设定以及PI控制参数的整定工作，此外，还涉及到PWN输出系统以及中控/中断程序的设计。

（一）PI控制算法设计

1.设计思路。在完整的PID控制器当中，主要分为比例、积分、微分三个环节，其中比例模块的主要功能是对汽车运动中产生的偏差瞬间进行及时反映，通过比例的调节来减少偏差，比例的系数越高，则代表PID控制系统的控制能力越强。而积分模块的主要作用是将偏差的积累作为输出，借助这种累计输出来消除系统中的静态误差。这里需要注意的是，积分模块虽然可以避免静态误差对于驱动系统的影响，但也会影响到驱动系统的反应速度。积分常数的增加会减少超调量，让整个驱动控制系统变得更加稳定。而微分模块的主要功能是防止系统中的偏差出现变化，通过减少超调量的方式来解决振荡问题，让该系统的运行变得更加平稳[2]。利用PI系统来对电动车的电机驱动控制系统进行滞后—超前的校正工作有两个优势。第一是可以提升整个控制系统运行的稳定性;第二是可以在消除静差和快速响应之间寻找到巧妙的平衡。

2.算法实现与整定。对于PI算法的实现，该系统在运行的过程中，从CAN总线处接收PI控制参数，利用系统中的定时器每间隔一段时间就自动中断一次，以此来完成针对控制系统参数的调整。在LPC2119系统中的PWN单元，可以通过改变输出波形的方式来灵活调控波形占空比，进而完成对于驱动控制系统的实时控制。PI参数的整定方式目前主要有两种，第一种是理论计算整定，这种方式要利用已知过程数学模型，计算过程十分繁琐，工作量巨大，可靠性比较低。第二种是工程整定法，这种整定方式的特点是不需要已知数学模型，在电机驱动控制系统运行过程中直接进行整定。这种方式的优势在于计算量小，方法简便，是目前比较流行的一种整定方法。

（二）主程序与中断程序设计

主程序的主要任务是对整个控制系统进行初始化，主要包括模数转换模块初始化、PWN输出模块初始化以及LPC2119内核的初始化等工作，控制系统在完成初始化之后自动进入中断程序。当传感器传输的信号输入到LPC2119中以后，最先开始的就是对该信号进行AD采样工作，采样结束之后进行数字滤波[3]。控制系统中的判断子系统先对制动信号进行检查，如果存在制动信号，就要启动再生制动控制程序，如果没有制动信号，就检查有无加速信号，如果存在加速信号，那么就启动电流调节算法。反之则结束中断系统。

三、驱动控制装置硬件设计

（一）设计需求

在设计驱动控制装置硬件的过程中，主要考虑的需求包括以下几个方面。第一，在司机踩下加速踏板之后，可以对加速踏板的操纵变化做出及时的反馈，在确保操作准确的前提下，尽可能快速做出对于电机转速的调控。第二，硬件系统要收集与电机操纵相关的各种信号，对汽车运行中所产生的各种数据进行筛查。主要包括蓄电池的电压，电枢电流，加速踏板、制动踏板信号等数据。第三，硬件系统要保证与汽车外部设备之间顺畅的沟通，做好信号的检测工作。第四，要保证硬件的稳定性，任何零件在振动状态下都要保持紧固，可以在极端温度下进行正常工作。第五，当车辆由于某种原因而出现过电压或者过电流故障的时候，控制装置可以自动切断主控制回路，同时向司机发出警报信号。

（二）主控回路硬件设计

目前，主控回路在硬件层面的设计以PWM调速系统为主，其具有电路设计简单，零件数量少，反应速度快等特点[4]。LPC2119主控芯片可以同时支持6个PWM控制单元。这里需要注意的是，在车辆行驶过程中，需要实现前進以及倒退等功能，因为在采用内燃机变速器的情况下，电动汽车可以通过倒挡来实现倒车。PWM控制装置的另一个特点就是结构简单。这种组合模式中电枢电流无法实现逆向流动，因此其无法在制动状态下进行工作，因此只能作为单象限使用。电动汽车的兴起对于缓解能源压力以及环境保护工作都具有重要的意义，人们对于这种清洁环保的出行方式也越发认可，为了保证电动汽车能够稳定运行，设计人员要对电机驱动控制系统进行科学合理的设计，为该行业的稳定发展保驾护航。

参考文献：

[1]丁荣军，刘侃.新能源汽车电机驱动系统关键技术展望[J]中国工程科学，2019（3）

[2]范常胜.汽车发动机电控系统故障检测与维修[J]汽车实用技术，2017（6）：111-112

[3]陈睿.电动汽车电机控制技术研究[J]山东工业技术，2018（15）：52-52

[4]黄新宇.电动汽车控制系统研究[J]科学与信息化，2017（23）：116-117