串联式混合动力电动汽车电机控制系统探析

徐启端

摘 要：本文围绕串联式混合动力电动汽车电机控制系统的关键问题进行分析与探讨，首先从弱电部分、强电部分两个方面着手，就电机控制系统的硬件设计要点进行总结，然后对电机控制系统的软件设计内容进行分析，仅供参考。

关键词：电动汽车;混合动力;电机控制系统

1 电机控制系统硬件设计

1.1 弱电部分

对于串联式混合动力电动汽车而言，弱电部分所需要实现的功能包括逻辑运算、外部接口以及供电模块提供这三个方面。根据功能可以将模块划分为电源、接口驱动、以及微处理器这三个部分。微处理器的部分选用MCS96单片机，系统搭载CAN总线以及RS232总线提供通信结构支持，CAN控制器选用协议SJA1000系列，以满足基于CAN总线的局域网控制功能（整套局域网由显示器、变速箱装置、电池管理系统、电池控制器、以及整车控制器这几个部分构成）。除此以外，有关驱动控制单元的硬件设计会直接对电动汽车的行驶安全性以及能源利用效率产生影响，因此设计过程中必须高度关注对逻辑信号的处理问题，通过CPLD可编程逻辑器件与处理器相协调的方式，确保控制安全，芯片上选择XC9572系列低功耗快闪存芯片，并打造VHDL语言编写实现逻辑运算、地址译码、以及数据总线等相关功能。

1.2 强电部分

对于串联式混合动力电动汽车而言，电机控制系统强电部分的基本工作原理如下图（见图1）所示。结合图1，1#以及4#接触器装置均属于基于主回路的电源控制器装置，搭载统一信号实现控制指令。2#、3#接触器装置具备励磁输出控制功能，搭载两组信号满足独立控制功能需求。5#接触器装置为基于电枢回路输出端的控制装置。基于励磁回路系统信号满足电动汽车档位调节的基本工作原理可以概括为：在空挡运行状态下，无电流流经励磁绕组。当电动汽车档位切换至前进挡的工况下，励磁电路中会生成与之对应的前进逻辑信号，并导致E2接触片切换至常开状态，E21接触点切换至闭合状态，E22常闭触点切换至断开状态。当电动汽车档位切换至后退档的工况下，通过对后退逻辑信号的响应，导致E2接触片回落至常态，E32常闭触点自联通调整至断开模式。在此过程当中，通过调节接触器装置通断性能的方式，实现控制励磁电流方向的目的，支持电机转向调节功能的实现，在此基础之上满足电动汽车前进/后退的状态需求。在此过程当中，为确保电动汽车挂挡动作的可靠性，对电机励磁电流大小的调节可以通过控制功率晶体管装置所对应GTR导通占空比的方式实现。与此同时，电枢回路电流大小的调节可以基于对绝缘栅双极型晶体管装置所对应导通占空比进行调节的方式予以满足。在IGBT处于关断状态的情况下，搭载续流二极管D5确保电机处于较为平稳的运行状态下。

2 电机控制系统软件设计

串联式混合动力电动汽车电机控制系统软件部分程序编写基于与MCS96系列相匹配的单片机语言C196实现，可支持包括控制信号输出、中断函数处理、以及系统初始化操作等一系列功能的实现。

在系统初始化环节中，通过对电机控制系统程序相关控制参数初始值进行设置的方式，确保系统串口通信以及中断功能的可靠实现。完成参数设置后开启中断并等待系统响应。此过程中所涉及到的中断处理内容包括CAN总线中断、档位变化中断、HS0中断、以及串口接收数据中断这几个方面。特别需要注意的一点是，驱动控制功能实现会直接受到档位信号变化的影响，在信号调整的过程当中，电机控制系统中CPLD会生成与之相对应的信号跳变，可以搭载80C196KC进行非可屏蔽终端处理的方式，及时响应电机控制系统中的相关档位信号，以免因切换档位而对电机控制系统的运行产生不良影响。

3 结束语

本文上述分析中尝试围绕串联式混合动力电动汽车电机控制系统的关键问题进行分析与探讨，首先从弱电部分、强电部分两个方面着手，对串联式混合动力电动汽车电机控制系统的硬件电路进行设计优化，对解决强弱电隔离以及高压强流检测控制问题有重要意义，可以以台架为基础满足驱动控制系统调试功能的实现。通过对后续分析实验结果的验证，确保了电机控制系统辅助动力可行性以及有效性，对于多能源动力总成控制而言有非常积极的辅助意义与价值。

参考文献：

[1]许力，曹青松，易星.基于Z源逆变器的电动汽车永磁同步电机驱动控制策略[J].微电机，2019，52（11）：56-60.

[2]王露峰.基于PID控制的電动汽车直流驱动电机调速研究[J].汽车实用技术，2020（10）：106-108.