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本世紀各國的汽車工業(yè)均是“石油―汽車”的道路，汽車雖給國民經(jīng)濟帶來發(fā)展，給人類帶來方便，但也給人類全球環(huán)境帶來巨大災害。42%的環(huán)境污染是來源于燃油汽車的排放，80%的城市噪聲是由交通車輛造成的，當今世界石油儲量日趨減少，而燃油汽車是消耗石油的大戶，因而當今汽車工業(yè)發(fā)展勢必尋求低噪聲、零排放、綜合利用能源的方向。電動汽車(Electric Vehicle)是以電池為動力的汽車，與燃油汽車有著顯著區(qū)別，電動汽車是涉及到機械、電力、電子、計算機控制等多種學科的高技術產(chǎn)品，是當今汽車工業(yè)解決能源環(huán)保等問題的重要途徑，電動汽車勢必成為取代燃油汽車的主要交通工具。

1.電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的基本構成

    驅(qū)動系統(tǒng)是電動汽車中最關鍵的系統(tǒng)，電動汽車的運行性能主要決定于驅(qū)動系統(tǒng)的類型和性能。電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)由牽引電動機、控制系統(tǒng)、機械減速及傳動裝置、車輪等構成，如圖1所示。控制系統(tǒng)從接收加速踏板信號（相當于燃油車的油門）、剎車和PDRN（停車、前進、倒車、空檔）、轉(zhuǎn)向盤的輸出信號，經(jīng)過信號處理，輸入到電機驅(qū)動器，控制功率電路的功率輸出量，實現(xiàn)控制驅(qū)動電動機轉(zhuǎn)速和扭矩，再通過機械傳動裝置，驅(qū)動車輪

                                                 圖1 驅(qū)動系統(tǒng)的基本結構


2.電動汽車車用各種電動機比較

    與一般的常規(guī)工業(yè)應用不同,電動汽車由于其運行非常復雜,因此對驅(qū)動系統(tǒng)有著很高的要求。電動汽車中的電機驅(qū)動系統(tǒng)應具有較高的轉(zhuǎn)矩―慣量比, 盡可能寬廣的高效率區(qū)以及良好的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性。概括起來，其要求驅(qū)動電機具備下列特點：效率高，具有較長的續(xù)駛里程。瞬時功率大，過載能力強，加速能力好。具有寬廣的調(diào)速范圍，同時還能利用減速實現(xiàn)能量的回饋。此外，還要求電機具備可靠性好，噪聲低等優(yōu)點。目前，常用在電動汽車領域的電機包括直流電動機，交流感應電動機，永磁同步電動機和開關磁阻電動機。

    (1).直流電動機
    直流電動機機械特性較好，具有良好的調(diào)速性能，控制較簡單，技術成熟，但是較大容量工作時電刷與換向器之間的換向火花和機械磨損使電動機需要經(jīng)常維護，能量損失不利于向高速發(fā)展，電機體積質(zhì)量較大，價格較高。
    (2).交流感應電動機
    交流電機結構簡單牢固，經(jīng)久耐用，轉(zhuǎn)速極限高，成本低，體積小，制動時還可將回收的能量對電池充電，但是其功率因數(shù)較低，控制裝置使用電源逆變器，比較復雜。
    (3).永磁同步電動機
    永磁同步電機具有高轉(zhuǎn)矩―質(zhì)量比和高功率―質(zhì)量比，體積較小，無須激磁電流，沒有激磁通損耗，具有較高的系統(tǒng)效率和功率因數(shù)，但是永磁材料價格昂貴，且存在退磁現(xiàn)象，因此可靠性和使用壽命指標較差，而且永磁同步電機較難實現(xiàn)電動機最大功率的恒定輸出。
    (4).開關磁阻電動機(SRM)
    開關磁阻電機結構簡單牢固，特別適用于高速、低速轉(zhuǎn)矩大電流小的系統(tǒng)，且效率較高，轉(zhuǎn)子僅有疊片構成，沒有任何形式的繞組，，適合于頻繁正反轉(zhuǎn)及沖擊負載等工況條件。驅(qū)動功率電路采用的功率元件較少，電路簡單，同時可以利用較簡單的控制電路實現(xiàn)較寬的調(diào)速范圍、低速大轉(zhuǎn)矩、制動能量反饋等特性，因此該驅(qū)動系統(tǒng)特別適合電動汽車。

3.開關磁阻電機驅(qū)動控制調(diào)速系統(tǒng)的結構原理

    開關磁阻電動機(SRM)是20世紀70年代以后才逐漸發(fā)展起來的一種新型驅(qū)動裝置，是磁阻同步電動機和電力電子開關電路相結合而產(chǎn)生的一種機電一體化新產(chǎn)品。它可以實現(xiàn)高精度、快響應、高效率以及高輸出的性能指標。對SRM的研究和開發(fā)已經(jīng)引起了國際電工界的廣泛重視，近年來，開關磁阻電機（SRM）驅(qū)動系統(tǒng)也開始在電動汽車上進行了試驗。

                                           圖2 開關磁阻電機驅(qū)動控制調(diào)速系統(tǒng)框圖

    如圖2表示開關磁阻電機驅(qū)動控制調(diào)速系統(tǒng)框圖，其結構主要由磁阻式電動機和控制器兩部分組成。

開關磁阻電動機結構簡單, 是一種雙凸極磁阻電動機, 基于磁阻最小原理工作。考慮到要求電動機起動轉(zhuǎn)矩較大和轉(zhuǎn)矩脈沖較小，定轉(zhuǎn)子鐵心采用12/8極三相式結構，如圖3所示

                           圖3 三相12/8極開關磁阻電機

    控制該電機三相繞組激勵電流的大小，可改變電機的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速；控制電流與轉(zhuǎn)子角位移的相對關系，可實現(xiàn)電動運行和制動運行；通過改變各相繞組的勵磁次序，還可改變電動機的轉(zhuǎn)向。

控制器接受的操作指令來自汽車司機的面板開關信號和踏板信號，面板信號主要用于式電動機起動停止和正反向轉(zhuǎn)動；踏板信號用于電動機的轉(zhuǎn)速給定?？刂破魍瑫r接收來自電動機傳感器的反映電動機運行狀況的信號，調(diào)節(jié)并使電動機按操作指令運行，且維持良好的工作特性狀態(tài)。

圖4表示了該控制器中不對稱半橋功率電路及其與電機繞組的連接關系，每相有兩個主開關管和一個續(xù)流二極管。

                                 圖5 控制電路框圖


    控制電路的輸出信號由相位電邏輯、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)和限流三路信號組合而成。其相位電邏輯電路決定三相功率開關的通斷區(qū)間，滿足電動機不同轉(zhuǎn)速、負載及電動制動轉(zhuǎn)換需要。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)是通過典型的轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)實現(xiàn)，并通過脈寬調(diào)制（PWM）方式對電機調(diào)速。限流電路用于保護電流不超過允許范圍。此外，控制電路對系統(tǒng)運行情況進行監(jiān)測，實現(xiàn)對電源電壓越限、電機過載、電機堵轉(zhuǎn)、電機過電流、控制器過熱及短路等多項保護。

    電機驅(qū)動控制器采用DSPLF2407 芯片,控制一個IGBT 的半橋結構,實現(xiàn)電動汽車的驅(qū)動與再生制動. 倒車通過倒車擋來實現(xiàn),使電機由4 象限運行變成2 象限運行,因此節(jié)約了控制器的成本. 油門踏板與剎車踏板分別給出控制電機的驅(qū)動電流與能量回饋電流的指令,通過電流傳感器與電壓傳感器構成閉環(huán)系統(tǒng),實現(xiàn)電機驅(qū)動力矩的控制與回饋電流的控制。

4.結論

    開關磁阻電動機驅(qū)動控制調(diào)速系統(tǒng)用于電動汽車有如下特點：電動機結構簡單、堅固、特別是轉(zhuǎn)子上無繞組，適用于頻繁正反轉(zhuǎn)及沖擊負載；功率電路采用的功率開關元件較少，電路較簡單。功率元件與電動機繞組相串聯(lián)，不易發(fā)生直通短路，因此成本較低，工作可靠；控制電路較簡單，能夠?qū)崿F(xiàn)寬調(diào)速、低速大轉(zhuǎn)矩和制動能量反饋等特性；系統(tǒng)效率高，啟動轉(zhuǎn)矩大、電流小。隨著技術的進步，開關磁阻電機驅(qū)動控制系統(tǒng)以其優(yōu)越的價格性能比，將在電動汽車的開發(fā)研制中具有更加廣闊的發(fā)展前景。

參考文獻:

[1] 陳清泉,孫逢春,祝嘉光. 現(xiàn)代電動汽車技術[M]. 北京:北京理工大學出版社,2002. 1～22.

[2] 萬沛霖. 電動汽車的關鍵技術[M]. 北京：北京理工大學出版社，1998. 13～19，63～66.

[3] 王宏華" 開關型磁阻電動機調(diào)速控制技術[M］" 北京：機械工業(yè)出版社，1998.