【正文】 為兩者之和 75kw。在一般情況下，電量充足是，只有電動機運行，發(fā)動機不工作，動力和 75kw；當電量消耗到一定程度時，汽油發(fā)動機就會介入工作，副電動劉文 慶：混聯(lián)式電動汽車整車匹配與無刷直流電機驅動該系統(tǒng)設計 Page 12 of 47 機就會變成發(fā)電機對電池等 充電，此時動力為 100kw。在剎車或者其他需要的工況時，副電動機也可以對電池進行充電。默認把兩個電機模型簡化成一個電機模 型。提供兩種充電方式，快充 80%左右電量只需要 15 到 20 分鐘；普通充電也僅僅只需要 1 到 2個小時。 此外，鐵電池的原材料廣泛，無污染，可回收利用，其耐熱性和抗壓性等都已經通過了國家的相關測試，而且電池循環(huán)充電可達到 4000 此，甚至更多。官方給出的綜合油耗為，市區(qū)油耗 ，百公里等速綜合油耗 。在電路中用字母 M（舊標準用 D）表示。發(fā)電機在電路中用字母 G表示。 按工作電源種類劃分：可分為 直流電機 和 交流電機 。 2）其中交流電機還可劃分： 單相電機 和 三相電 機。 1）同步電機可劃分：永磁同步電動機、磁阻同步電動機和磁滯同步電動機。 按起動與運行方式可劃分：電容起動式單相異步電動機、電容運轉式單相異步電動機、電容起動運轉式單相異步電動機和分相式單相異步電動機。 1）驅動用電動機可劃分： 電動工具 （包括鉆孔、拋光、磨光、開槽、切割、擴孔等工具）用電動機、 家電 （包括洗衣機、電風扇、電冰箱、空調器、 錄音機 、錄像機、影碟機、 吸塵器 、照相機、電吹風、電動剃須刀等）用電動機及其它通用小型機械設備（包括各種小型機床、小型機械、醫(yī)療器械、電子儀器等）用電動機。 按轉子的結構可劃分：籠型感應電動機（舊標準稱為鼠籠型異步電動機）和繞線轉子感應電動機（舊標準稱為繞線型異步電動機）。低速電動機又分為齒輪 減速電動機 、電磁減速電動機、力矩電動機和爪極同步電動機等。它是能實現(xiàn)直流電能和機械能互相轉換的電機。 直流電機的結構應由 定子和轉子 兩大部分組成。運行時轉動的部分稱為 轉子 ，其主要作用是產生 電磁轉矩 和感應電動勢，是直流電機進行能量轉換的樞紐，所以通常又稱為 電樞 ，由轉軸、電樞鐵心、 電樞繞組 、 換向器 和風扇等組成。 本研究將重點研究直流電機，下面給出兩款直流電機的比較情況： 項目 無刷直流電機 有刷直流電機 換向 借助轉子位置傳感器實現(xiàn)電子換向 由電刷和換向器進行機械換向 維護 由于沒有電刷和換向器，很少需要維護 需要周期性維護 壽命 比較長 比較短 機械特性（速度 /力矩） 平（硬）在負載條件下能在所有速度上運行 中等平（中等硬）。這種優(yōu)異的熱傳導特性允許減小電動機的尺寸，所以輸出功率 /外形尺寸之比高 中等 /低。因為永磁體設置在轉子上，改善了動態(tài)響應 轉子慣量高，限制了動態(tài)特性 速度范圍 比較高。考慮到其各自的有缺點和本課題的需求上，本文選擇無刷直流電機作為研究的主要對象，進行整車的匹配。為了有效的減少控制系統(tǒng)的設計時間，驗算各種控制算法，優(yōu)化整個控制系統(tǒng)，有必要建立 BLDCM 控制系統(tǒng)仿真模型。 圖 33 無刷直流電機控制原理框圖 以上圖為基礎，按照模塊化建模的思想搭建的系統(tǒng)的仿真模型。 利用 MATLAB的 豐富的電氣元件庫的豐富性，在 SIMULINK環(huán)境下的 SIMPOWERSYSTEM中的 machine的仿真模型， 但又因為在 SIMLINK中電氣元件都是封裝好了的，在調用的時候，如果不展開只是會顯示一個符號 。 圖 36 無刷直流電機結構 1)電機本體 無刷直流電動機在磁路結構上最大特點是用永久磁鋼做轉子。由于圓柱式和星形式性能比較差．現(xiàn)在一般采用拼塊式轉子磁路結構。繞組跨距大，在電磁上接近或等于電弧度兀繞組的各個線圈在空間上存在重疊區(qū)域，故將這種繞組稱作重疊繞組。如果采用軸向氣隙結構，則有效氣隙往往很大，降低了磁鋼的利用率和電機的效率。無刷直流電動機本質上是自控同步電動機，電機轉子跟隨定子旋轉磁場運動，因此，應按一定的順序給定子各相繞組輪流通電，使之產生旋轉的定子磁場，而各相繞組導通的順序和時間主要取決于來自位置傳感器的信號。電子開關的結構與相數(shù)和 驅動方式有關，主要有 3種形式：半橋、 H橋和全橋功率控制器等。電角周期內每相繞組導通一次。因為功率開關器件數(shù)量等于相數(shù)的 4倍，所以 H橋功率控制器一般只在單相或兩相無刷直流劉文 慶：混聯(lián)式電動汽車整車匹配與無刷直流電機驅動該系統(tǒng)設計 Page 19 of 47 電機中采用。全橋式電子開關電路中，電樞繞組中只有導通相繞組才有電流流過，而沒有導通的相繞組沒有電流流過。早期的無刷直流電機的換向器大多由晶閘管組成，但隨著新型可關斷全控型器件的發(fā)展，在中小功率的電動中換向器多由功率 MOSFET或 IGBT構成，具有控制容易、開關頻率高、可靠性高等諸多優(yōu)點。當定子繞組的某一相通電時，該電流與轉子磁極所產生的磁場互相作用而產生轉矩，驅動轉子旋轉，再由位置傳感器將轉予磁極位置變換成電信號，去控制電子換向線路，從而使定子各相繞組按一定次序通電，使定子相電流隨轉子位置的變化按一定的次序換向，從而使電機能夠連續(xù)工作，因而位置傳感器與功率開關一起，起著與傳統(tǒng)有刷直流電機的機械換向器和電刷相類似的作用。 ：無刷直流電機工作原理 圖 37 無刷直流電機工作原理圖 1）工作原理 現(xiàn)以圖 37所示來說明。 現(xiàn)以常用的二相導通星形三相六狀態(tài)無刷直流電動機為例來說明其工作原理，當轉子稀土永磁體適當位置時，轉子位置傳感器輸出磁極 位置信號，經過控制電路，使功率 VV6導通，即繞組 A、 B二相通電， A進 B出，電樞繞組在空間的合成磁勢為 Fl，使轉子順時針方向轉動。電角度，到達另一適當位置時。此時轉子繼續(xù)沿順時針方向劉文 慶：混聯(lián)式電動汽車整車匹配與無刷直流電機驅動該系統(tǒng)設計 Page 20 of 47 轉動，電流路徑為：電源正極一 V1管一 A相一 c相一 v2管一電源負極。 2)無刷直流電機的單片機控制 無刷直流電動機是伴隨數(shù)字控制技術而產生和發(fā)展起來的，因此，采用單片機為主數(shù)字控制是無刷直流電機的主要控制手段。換一種狀態(tài)．導通狀態(tài)的轉換通過軟件來完成。通過適當?shù)目刂瓶梢詫崿F(xiàn)二二導通和三三導通方式的功率管導通情況。只要根據(jù)三個位置傳感器信號來改變開關管的通電順序就可以實現(xiàn)電動機的正、反轉，這可以由軟件控制來完成。外圍輔助電路有：位置檢測電路、蓄電池電壓采集電路、電機主回路電流采樣電路、串口通訊接口電路、駕駛員的轉速給定電路、 DC／ DC變換電路等。在驅動電路中， PWM0～ PWM3為中央處理電路輸出的 3路 PWM波， PWM0、 2由 IR2101的 8in腳輸入， HO腳輸出控制功率逆變電路中上半橋的三個高端功率開關管，而三路開關量 D00、 D0 D02由 IR2101的Lin腳輸入， L0腳輸出控制功率逆變電路中下半橋的三個低端功率開關管。 D3與 0． 1uF的電容串聯(lián)，要求它們具有足夠的反向耐壓值，并且必須大于被驅動 MOSFET器件工作的主電路中的峰值母線電壓，同時為了防止自舉電容兩端電壓放電，并且滿足主電路功率開關頻率的要求，應選擇高頻快恢復二極管。另外，當功率管處于關斷狀態(tài)時，電機電流通過開關管兩端的續(xù)流二極管續(xù)流，當開關管導透時，續(xù)流二極管通過其反向恢復狀態(tài)脫離導通狀態(tài)．這時出現(xiàn)一個尖峰電流，也會帶來振蕩和射頻干擾。柵極電阻增大，開關時間變長，開關損耗增加，但是尖峰電壓和電流減少。更貼近實際的一些仿真軟件開始應運而生。其總結起來有如下特點：仿真模型采用模塊化的思想設計開放仿真模型和源代碼與其它多種軟件進行聯(lián)合仿真通常電動汽車的仿真方法分為前向方法和后向方法電動汽車仿真軟件的仿真模型采用動態(tài)模型、穩(wěn)態(tài)模型、準穩(wěn)態(tài)模型和實驗數(shù)據(jù)；實驗圖表相結合的設計策略；智能化輔助設計功能；硬件在回路的實時仿真和快速原型功能；虛擬現(xiàn)實。采用標準的 Windows操作系統(tǒng)的GUI(圖形用戶界面 )界面。 ：仿真軟件簡介 PSAT仿真軟件為響應美國政府的新一代車輛合作計劃 (Partnership for a New Generation of Vehicles，簡稱 PNGV)，美國 Argonne國家實驗室 (Argonne National Laboratory，簡稱 ANL)開發(fā)了 PSAT(PNGV System Analysis Toolkit， PNGV系統(tǒng)分析工具包 )軟件。 PSAT是一種靈活的，并且可以反復使用的車輛模擬工具，是為了滿足對汽車系統(tǒng)建模和控制的需要而設計的。為了便于用戶輸入數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)采用交互式的圖形用戶界面。 該軟件從 1994 年 11 月份開始開發(fā)和使用 ,最初是用來幫助美國能源部DOE(Department of Energy)開發(fā)某混合動力汽車的動力系統(tǒng) ,隨后功能逐漸擴展 ,可以對傳統(tǒng)汽車、純電動汽車和混合動力汽車的各種性能作快速分析 ,是世界上能在網站上免費下載和用戶數(shù)量最多的汽車 仿真軟件 。 2020 年被其競爭對手年奧地利國李斯特內燃機及測試設備公司 AVL 收購了版權，自此， AVL 公司停止了對 Advisor 的研發(fā)更新，全心研發(fā)和銷售其 Cruise 軟件。此外 ,該軟件的開放性也允許對用戶自定義的汽車模型和仿真策略做仿真分析。 ADVISOR 軟件分模塊建立了發(fā)動機、離合器、變速器、主減速器、車輪和車軸等部件的仿真模型 ,各個模塊都有標準的數(shù)據(jù)輸入 /輸出端口 ,便于模塊間進行數(shù)據(jù)傳遞 ,而且各總成模塊都很容易擴充和修改 ,各模塊也可以隨劉文 慶：混聯(lián)式電動汽車整車匹配與無刷直流電機驅動該系統(tǒng)設計 Page 24 of 47 意地組合使用 ,用戶可以在現(xiàn)有模型的基 礎上根據(jù)需要對一些模塊進行修改 ,然后重新組裝需要的汽車模型 ,這樣會大大節(jié)省建模時間 ,提高建模效率。 ADVISOR2020 的仿真模型和源代碼在全球范圍內完全公開 ,可以在網站上免費下載。 3)采用了獨特的混合仿真方法。 4)在 MATLAB 和 SIMULINK 軟件環(huán)境 下開發(fā)研 制。 MATLAB 內置的計算程序、專業(yè)的仿真工具以及與其他應用程序的接口 ,會減少汽車模型的搭建和仿真計算過程中工作量 ,同時也方便了熟悉不同 編程語言 的用戶之間的合作。汽車是一個復雜的系統(tǒng) ,其仿真更是涉及機械、電子、控制等多個領域 ,工作量很大 ,ADVISOR 軟件開發(fā)過程中也難以涉及所有領域 ,這樣就限制了它一些功能的 實現(xiàn)。 雖然 ADVISOR 軟件也有一些缺陷 ,例如 ,它的部件模型都是準靜態(tài)的(quasistatic),不能預測小于十分之一秒左右時間范圍內的一些現(xiàn)象 。 ：混合動力電動汽車建模 ADVISOR 設計了車輛 (vehicle)、發(fā)動機 (Fuel Converter，燃料轉換器 )，蓄電池系統(tǒng) (Energy Storage System，能源儲存系統(tǒng) )和電機系統(tǒng) (Motor)等多個部件的仿真模型，每個仿真模型都有各自的部件數(shù)據(jù)文件，它們 \Advisor2020\data 目錄下的各自子目錄中。 以下給出它 的格式： Advisor 的文件系統(tǒng)包括四種類型的文件： 輸入文件 :輸入文件是 Mat lab 的腳本文件 (*.m)，又包括汽車描述文件和汽車部件文件，它們在材泛 mat lab 的工作空間中定義汽車各項參數(shù)以及各個部件參數(shù)，必要時調用其他輸入文件，以完成對汽車的定義。例如 Prius:的汽車描述文件為 ，它定義了汽車的質量、運行中的阻力系數(shù)等等各項參數(shù)。 模型文件 :Simulink 模型文件 (*mdl)，描述汽車的模型，調用計算公式對輸入計算，得到輸出結果。 劉文 慶：混聯(lián)式電動汽車整車匹配與無刷直流電機驅動該系統(tǒng)設計 Page 25 of 47 控制文件 :對輸入輸出的處理，包括 Advisor 的圖形用戶界面和優(yōu)化程序等。 Advisor 的所有組件文件如下： ACC*m附加負載文件； CYC*m循環(huán)工況文件； ESS*m尾氣處理裝置數(shù)據(jù)文件； FC*m燃油轉化裝置數(shù)據(jù)文件； PTC_*m傳動系統(tǒng)數(shù)據(jù)文件 (包括齒輪箱的 gb_文件和最終驅動裝置的 fd文件； MC_*m驅動電動機及其控制器數(shù)據(jù)文件； PTC_*m傳動控制數(shù)據(jù)文件，包括發(fā)動機控制、離合器控制和混合系統(tǒng)控制策略； TC*m轉矩連接裝置數(shù)據(jù)文件； VEH*m汽車數(shù) 據(jù)文件； 根據(jù)相關情況的具體需要，可以從以下的幾個方面來具體去建立該系統(tǒng)模型的文件。復制原有車身文件，重命名后并 在此基礎上面修改相關參數(shù)。 2） . the vehicle is 1560kg(整車整備質量 1560kg)。 veh_FA=(車輛迎風面積 平方米 )。 veh_wheelbase=(車輛軸距 米 )。復制原有 .M 文件電機模型文件程序，重命名后，在此基礎上面修改文件程序，如下： 劉文 慶：混聯(lián)式電動汽車整車匹配與無刷直流電機驅動該系統(tǒng)設計 Page 27 of 47 注： 1） . 紅色圈住的部分為主要參數(shù)修改部分