【正文】 3. 蓄電池系統(tǒng)模塊 電池類型 額定電壓 電池容量 質(zhì)量 數(shù)量（塊） 鐵鋰。 2. 電機(jī)系統(tǒng)模塊 電機(jī)類型 最大功率 最大扭矩 額定轉(zhuǎn)速 無刷直流電機(jī) 75kw 40004500rpm 表 42 電機(jī)系統(tǒng)模塊參數(shù) 在 ADVISOR2020\data\motor中根據(jù)功率，扭矩和轉(zhuǎn)速等找到需要的電機(jī)類型，或者相近相似的電機(jī)類型。 veh_cg_height=(車輛重心高 米 )。 veh_CD=(車輛風(fēng)阻系數(shù) )。主要修改部分后的 .M 文件如下： 劉文 慶：混聯(lián)式電動(dòng)汽車整車匹配與無刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)該系統(tǒng)設(shè)計(jì) Page 26 of 47 注： 1） . 紅色圈住的部分為主要參數(shù)修改部分。 1. 車身系統(tǒng)模塊 車型 整車整備質(zhì)量 風(fēng)阻系數(shù) (CD) 迎風(fēng)面積 (FA) 重心高度(H) 軸距(L) 長寬高 比亞迪F3DM 1560kg *m ** 表 41 車身系統(tǒng)模塊參數(shù) 根據(jù)安裝時(shí) advisor 軟件所存儲(chǔ)的路徑，在 ADVISOR2020\data 下找到原來已有的車身文件，要求和所設(shè)計(jì)的汽車車身類型基本相近。Advisor 定義的所有模型和數(shù)據(jù)文件都是以一個(gè)規(guī)定前綴 (大寫 )加上下劃線構(gòu)成，在這些文件中定義的變量引用相同的前綴 (小寫 )，在 Simulink 的模型中則加上尖括號(hào) ()。 輸出文件 :也是 Matlab 的腳本文件 (*m)，對(duì)系統(tǒng)的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行處理，包括繪制成的關(guān)系圖表和錯(cuò)誤檢測。再如汽車部件描述文件 ， ” , 等。這些參數(shù)都將在仿真的計(jì)算過程中用到。其中車輛的部件數(shù)據(jù)文件 \ADVISOR2020\data\vehicle 目錄中。機(jī)械振動(dòng)、電磁振蕩等許多動(dòng)態(tài)特性也不能通過 ADVISOR 軟件進(jìn)行仿真 ,但它的優(yōu)越性仍然吸引了國內(nèi)外的眾多用戶。但是 ADVISOR 設(shè)計(jì)了開放的 軟件接口 ,能與 Saber、 Simplorer、 VisuaDOC、 Sinda/Fluint 等軟件進(jìn)行聯(lián)合仿真 ,為用戶改進(jìn)和拓展其功能提供了方便。 5)能與其他多種軟件進(jìn)行聯(lián)合仿真 (Cosimulation)。 MATLAB 是世界上頂尖的可視化科學(xué)計(jì)算與數(shù)學(xué) 應(yīng)用軟件 ,其語法結(jié)構(gòu)簡單、數(shù)值計(jì)算高效、圖形功能完備 ,集成了諸多專業(yè)仿真工具包 ,而且它還提供了方便的 應(yīng)用程序接口 (API),用戶可以在 MATLAB環(huán)境下直接調(diào)用 C、 Fortran 等語言編寫的程序。現(xiàn)在的汽車仿真方法主要有前向仿真和后向仿真兩種 ,仿真軟件 也多采用其中的一種方法 ,使兩種方法優(yōu)劣不能互補(bǔ) ,而 ADVISOR 采用了以后向仿真為主、前向仿真為輔的混合仿真方法 ,這樣便較好地集成了兩種方法的優(yōu)點(diǎn) ,即使仿真計(jì)算量較小 ,運(yùn)算速度較快 ,同時(shí)又保證了仿真結(jié)果的精度。用戶可以方便地研究 ADVISOR 的仿真模型及其工作原理 ,在此基礎(chǔ)上根據(jù)需要修改或重建部分仿真模型、調(diào)整或重新設(shè)計(jì)控制策略 ,使之更接近于實(shí)際情形 ,得出的仿真結(jié)果也會(huì)更合理。 2)仿真模型和源代碼全部開放。它主要有以下特點(diǎn) : 1)仿真模型采用模塊化的思想設(shè)計(jì)。 ADVISOR 是 MATLAB 和 SIMULINK 軟件環(huán)境 下的一系列模型、數(shù)據(jù)和 腳 本文件 ,它在給定的道路循環(huán)條件下利用車輛各部分參數(shù) ,能快速地分析傳統(tǒng)汽車、純電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性以及排放性等各種性能。目前最新的免費(fèi)版本是 ADVISOR2020，付費(fèi)版本為 ADVISOR2020，由于該軟件通過大量的實(shí)踐被證實(shí)具有較好的實(shí)用性 ,現(xiàn)在世界上許多生產(chǎn)企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)和高校都在使用該軟件做汽車仿真方面的研究。 ADVISOR(Advanced Vehicle Simulator,高級(jí)車輛 仿真器 )是由美國可再生能源實(shí)驗(yàn)室 NREL(National Renewable Energy Laboratory)在 MATLAB 和 SIMULINK 軟件環(huán)境 下開發(fā)的高級(jí)車輛 仿真軟件 。 EVSIM仿真軟件是香港大學(xué)電動(dòng)汽車國際研究中心的研究人員開發(fā)的一種電動(dòng)汽車仿真軟件，該軟件可用于電動(dòng)汽車系統(tǒng)水平上的設(shè)計(jì)、仿真和優(yōu)化，它是基于 MATLAB的Window版本的一種數(shù)學(xué)工具，可用于求解一系列代表 整車系統(tǒng)中各子系統(tǒng)之間相互作用的方程。美國能源部將 PSAT作為支持“ Freedom CAR”和“ Fuels Partnership”行動(dòng)的首選工具軟件。目前國內(nèi)較常用的有三種，即： ADVISOR仿真軟件、 PSAT仿真軟件和 EVSIM仿真軟件。 選擇基于 Windows環(huán)境的 MATLAB軟件作為仿真平臺(tái)。其實(shí)，早在 上個(gè)世紀(jì)七十年代就有很多國家開始研制電動(dòng)汽車仿真軟件，到現(xiàn)在為止，汽車的仿真軟件已經(jīng)發(fā)展很多種類了，而且他們各有所長。 劉文 慶：混聯(lián)式電動(dòng)汽車整車匹配與無刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)該系統(tǒng)設(shè)計(jì) Page 23 of 47 第 4 章：基于 ADVISOR2020 軟件的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車仿真 隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車在設(shè)計(jì)和 制造都又了新的要求。同樣采用柵極電阻的方法可以減少尖峰電流。由于 IR2101內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)器輸出阻抗較低，直接驅(qū)動(dòng)舯 S門功率器件，會(huì)引起它的快速開通和關(guān)斷，引起 MOSFET器件漏源極間電壓的震蕩，為此在 MOSFET器件的柵極與 IR2101的輸出之間串聯(lián)一個(gè)小電阻，如圖 3— 8（ a）中所示的 R R2。 劉文 慶：混聯(lián)式電動(dòng)汽車整車匹配與無刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)該系統(tǒng)設(shè)計(jì) Page 21 of 47 VCC1Hin2Lin3COM4VB8HO7VS6LO5U2IR2101+12D1C1C4R1R2R810KR910KGND GNDGNDPWM_1PWM_4控制信號(hào) 1控制信號(hào) 4VCC1Hin2Lin3COM4VB8HO7VS6LO5U3IR2101+12D2C2C5R3R4R1010KR1110KGND GNDGNDPWM_3PWM_6控制信號(hào) 3控制信號(hào) 6VCC1Hin2Lin3COM4VB8HO7VS6LO5U4IR2101+12D3C3C6R5R6R1210KR1310KGND GNDGNDPWM_4PWM_7控制信號(hào) 5控制信號(hào) 2 圖 38（ a） 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電路圖 劉文 慶：混聯(lián)式電動(dòng)汽車整車匹配與無刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)該系統(tǒng)設(shè)計(jì) Page 22 of 47 圖 38（ b） 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電路圖 電路中，與 IR2101的 8腳相連的電容是自舉電容，為 IR2101內(nèi)部的三路驅(qū)動(dòng)高端功率MOSFET器件的功率驅(qū)動(dòng)器提供懸浮電源。 本文所側(cè)重的是設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路如圖 3— 8（ a）所示。 ：無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 為了研究無刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，先選取霍爾傳感器的直流無刷電動(dòng)機(jī) (BLDCM)作為研究對(duì)象進(jìn)行研究，控制系統(tǒng)器硬件主要由中央處理單元電路、驅(qū)動(dòng)及逆變單元電路和外圍輔 助電路組成。 無刷直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制原理與普通直流電動(dòng)機(jī)一樣，可以通過 P雕方法來控制電樞電流，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速控制。軟件控制導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)換非常簡單，即根據(jù)位置傳感器的輸出信號(hào)H H H3，使用控制器不斷地輸出命定，使相應(yīng)的功率管導(dǎo)通。三相全橋無刷直流電機(jī)中，不管采用二二導(dǎo)通方式還是三三導(dǎo)通方式，都有 6種導(dǎo)通狀態(tài)，轉(zhuǎn)予每轉(zhuǎn) 60。依次類推，當(dāng)轉(zhuǎn)子繼續(xù)沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，功率開關(guān)管的導(dǎo)通順序?yàn)?v3V2一 V3V4一 v5v4一 v5V6一 VIV6??，轉(zhuǎn)子受到合成磁場的作用沿順時(shí)針方向連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。位置傳感器輸出信號(hào)，經(jīng)邏輯控制后使開關(guān)管 V6截止、 V2導(dǎo)通， Vl仍導(dǎo)通，則 A、 C二相通電， A進(jìn) C出。電流的流通路徑為：電源正極一 V1管一 A相一 B相一 V6管一電源負(fù)極，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過 60。圖中的 BLDCM為無刷直流電動(dòng)機(jī)本體， PS為電動(dòng)機(jī)本體同軸連結(jié)的轉(zhuǎn)子位置傳感器，控制電路對(duì)位置傳感器的信號(hào)進(jìn)行邏輯變換后產(chǎn)生脈寬調(diào)制 PI『 M信號(hào)，經(jīng)過驅(qū)動(dòng)放大送至逆變器各功率開關(guān)管，從而控制電動(dòng)機(jī)的各相繞組按一定順序工作，而在電機(jī)氣隙中產(chǎn)生跳躍式旋轉(zhuǎn)磁場。位置傳感器的種類很多，且各具有特點(diǎn)，目前在無刷直流電機(jī)中常用的有以下的幾種：電磁式位置傳感器，光電式位置傳感器 ，霍爾式位置傳感器等等。 3)位置傳感器 位置傳感器在直流無刷電機(jī)中起著檢測轉(zhuǎn)予磁極位置的作用，位置傳感器與電機(jī)本體一樣也由 靜止部分和運(yùn)動(dòng)部分組成，即由位置傳感器定子和位置傳感器轉(zhuǎn)予組成。全橋式與 H式電子開關(guān)電路都要注意通相上、下橋功率管同時(shí)導(dǎo)通會(huì)引起電源回路直接短路的問題。全橋式電子開關(guān)電路的特點(diǎn)是功率開關(guān)器數(shù)目等 于繞組相數(shù)的 2倍，每個(gè)繞組的首端與一個(gè)橋臂相連。 H橋式電子開關(guān)電路的特點(diǎn)是每個(gè)繞組獨(dú)立并采用一個(gè) H橋電子開關(guān)電路控制，可以靈活地改變繞組電流的大小和方向，易于實(shí)現(xiàn)四象限驅(qū)動(dòng)控制。半橋式電子換向電路的特點(diǎn)是繞組采用星形結(jié)法，中性點(diǎn)接電源，每相繞組用一個(gè)功率開關(guān)控制，繞組中的電流方向不能變化，因此繞組產(chǎn)生磁場的方向也不能變化，在一個(gè) 360。由于電子換向線路的導(dǎo)通次序與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角同步，因而起到了機(jī)械電刷和換向器的換向作用。 2)電子換向器 電子換相器是由功率開關(guān)和位置信號(hào)處理電路構(gòu)成，主要用來控制定子各繞組通電的順序和時(shí)間。但是輪轂式電機(jī)是扁平形的，如果采用大跨距的重疊繞組則繞組端部的周向長度可能比繞組有效軸向長度大得多，甚至于繞組端部的軸向長度 也比有效長度大，繞組的利用率顯然不高。無刷永磁直流電動(dòng)機(jī)的定子結(jié)構(gòu)類似于普通的交流電機(jī)。其轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)主要有三種：圓柱式、星形式和拼塊式。 劉文 慶：混聯(lián)式電動(dòng)汽車整車匹配與無刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)該系統(tǒng)設(shè)計(jì) Page 17 of 47 圖 34 Simulink下電機(jī)封裝模型 如上圖紅色的圈住部分和紅色箭頭指示所顯示，就會(huì)一步步的調(diào)用出庫里面的電機(jī)模型，把剛調(diào)用封裝好的的電機(jī)模型，展開就會(huì)看到其內(nèi)部仔細(xì)的電路原理圖，如下： 圖 35 Simulink下電機(jī)展開模型 電機(jī)封裝模型 劉文 慶：混聯(lián)式電動(dòng)汽車整車匹配與無刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)該系統(tǒng)設(shè)計(jì) Page 18 of 47 注：在上圖中的各符號(hào)代表的意思是， ：無刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) :無刷直流電機(jī)結(jié)構(gòu) 無刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)原理圖如下所示：它是由電機(jī)本體，位置傳感器和電子換向器組成，下面將分別對(duì)無 刷直流電機(jī)的每一部分進(jìn)行討論。整個(gè)控制系統(tǒng)主要包括電動(dòng)機(jī)本體模塊、逆變器模塊、電流滯環(huán)控制模塊、速度控制模塊等。 大家都知道仿真模型都是基于數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上建立，高度抽象出來的模型。 ：無刷直流電機(jī)仿真模塊解讀 無刷直流電機(jī)（ Brushless DC Motor，簡稱 BLDCM），是隨著電力電子技術(shù)和永磁材料的發(fā)展而逐漸成熟起來的一種新型電 機(jī)。沒有電刷 /換向器給予的機(jī)械限制 比較低，存在電刷給予的機(jī)械限制 電氣噪聲 低 電刷的電弧將對(duì)附近的設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾 制造價(jià)格 比較高 低 控制 復(fù)雜和價(jià)格貴 簡單和價(jià)格不貴 劉文 慶：混聯(lián)式電動(dòng)汽車整車匹配與無刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)該系統(tǒng)設(shè)計(jì) Page 16 of 47 控制要求 為了使電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)必須要有控制器，但同樣的控制器 可用于變速控制 對(duì)于一個(gè)固定的速度而言，不需要控制器；有變速要求的時(shí)候才需要控制器 表 31 兩款直流電機(jī)比較 這兩款電機(jī)都是屬于直流電機(jī)，無刷直流電動(dòng)機(jī)是在有刷直流電動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，這一淵源關(guān)系從其名稱中就可以看出來。電樞產(chǎn)生的熱量消散在氣隙內(nèi)，這樣增加了氣隙溫度，從而限制了輸出功率 /外形尺寸之比 轉(zhuǎn)子慣量 低。在較高速度上運(yùn)行時(shí)，電刷摩擦增加，有用力矩減小 效率 由于沒有電刷壓降，所以效率高 有點(diǎn)刷地影響，中等 速出功率 /外形尺寸 由于電樞繞組設(shè)置在與機(jī)殼相連的定子上，容易 散熱。 劉文 慶：混聯(lián)式電動(dòng)汽車整車匹配與無刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)該系統(tǒng)設(shè)計(jì) Page 15 of 47 圖 31 直流電機(jī) 圖 32 直流電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) 國產(chǎn)電機(jī)型號(hào)一般采用大寫的英文的 漢語拼音字母 的阿拉伯?dāng)?shù)字表示， 其格式為：第一部分用大寫的拼音字母表示產(chǎn)品代號(hào)，第二部分用阿拉伯?dāng)?shù)字表示設(shè)計(jì)序號(hào)，第三部分用阿拉伯?dāng)?shù)字表示機(jī)座代號(hào)，第四部分用阿拉伯?dāng)?shù)字表示電樞鐵心 長度代號(hào)。直流電機(jī)運(yùn)行時(shí)靜止不動(dòng)的部分稱為 定子 ，定子的主要作用是產(chǎn)生 磁場 ，由機(jī)座、主 磁極 、換向極、端蓋、軸承和 電刷 裝置等組成。當(dāng)它作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)是直流電動(dòng)機(jī)，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能；作發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)是直流發(fā)電機(jī)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。 ：直流電機(jī)簡介 直流電機(jī)（ direct cur