[00136958]電動汽車用無刷直流電機多模式抑制轉矩脈動技術

電動汽車已成為世界各國的研究熱點,也成為汽車領域進行技術變革與創新的必然選擇。我國電動汽車產業發展迅速、需求巨大,但驅動電機性能一直是制約其快速發展的技術瓶頸。相比國外企業如美國ABEL公司等生產的電機驅動系統,國內現有電驅動系統的功率密度較低,且集成化程度也不高。 電動汽車的關鍵技術包括整車設計、車身結構、能量源及管理和電力驅動系統。其中,電力驅動系統是電動汽車的心臟,包括電動機驅動裝置、機械傳動裝置和車輪,而電機驅動裝置是電力驅動系統的核心。用于電動汽車的電機主要有直流電機、感應電機、永磁無刷直流電機（Brushless DC Motor,BLDCM）,開關磁阻電機等。為滿足汽車的使用需要,作為電動汽車的核心部件,驅動電機系統既需要減小體積重量,又需要保持較高輸出功率和效率。這就要求電動汽車用驅動電機系統在有限的空間內盡可能輸出較高的功率,即應具有較高功率密度。BLDCM繼承了直流電機轉矩高且容易控制的優勢,又具有效率高,過載能力強,無電刷,結構簡單牢固,體積小質量輕,可以實現高功率密度等優點。無刷直流電機可以滿足電動汽車低速大轉矩輸出、高速巡航低轉矩性能要求,并在較寬轉速和轉矩范圍內實現各工況運行,具有較高魯棒性和能量效率。因此,作為其核心技術之一,BLDCM高功率密度驅動技術是電動汽車驅動的重要發展趨勢,也是其它工業領域一項基礎研究技術。 為充分發揮我區稀土資源豐富的優勢,本成果所研究的高功率密度電驅動系統電機本體采用稀土永磁無刷直流電動機,控制電路采用集成化和模塊化設計思路,重點研究在保證電動汽車所需功率和系統可靠性的前提下的高功率密度驅動技術。主要研發一種適用于電動汽車的無刷直流電動機的數字化控制系統,以轉速和轉矩性能為主要技術指標,圍繞其展開矢量控制策略和速度、電流雙閉環控制技術研究,通過瞬態切換控制方法達到滿足轉速要求和轉矩性能的控制思路,在保留BLDCM高速狀態高扭矩優點的同時,抑制低速時轉矩脈動,同時利用虛擬儀器編制上位機軟件,通過CAN總線通信方式實時監控系統運行參數,便于下一步開展能量管理系統研究和整車優化設計。具體包括如下： 1、BLDCM高功率密度驅動方法 為提高系統功率密度,充分發揮內蒙古地區的稀土資源優勢,設計高功率密度稀土永磁無刷直流電動機,采用高集成化、模塊化設計理念,研究采用智能功率模塊（Intelligent Power Module,IPM）的高性能機電一體化產品驅動方法; 2、系統能量損耗情況 電機在高速情況下溫升較快,為增強系統可靠性,研究電動汽車在額定狀態、加速、制動、剎車等不同工作模式下電驅系統的能量損耗情況,以進一步提高系統功率密度和整車性能; 3、設計先進控制策略 依托新一代高速數字信號處理芯片TMS320F28335的強大數字處理功能,設計用于實現轉速-電流雙閉環模糊PID控制策略的算法,解決BLDCM的轉矩脈動和非線性控制問題,包括閉環控制策略的設計、控制算法的確立和運行狀態下樣機系統性能測試; 4、系統機內自檢測（Built-in Test,BIT）技術 設計電流、電壓、溫度等BIT檢測與保護電路,一旦發生過流、過壓、過熱等故障,控制器迅速做出保護動作并將故障信息上傳至上位機等待指令; 5、蓄電池管理技術 采用脈寬調制技術對蓄電池充放電電流進行斬波控制,并采用軟件電流截止負反饋方式限制電流幅值,提高蓄電池充放電可靠性; 6、實現CAN總線通信 充分發揮CAN總線通信方式可靠性高、抗干擾性強、傳輸距離遠等優勢,與上位機進行實時數據交換,實現遠程控制和總線控制; 7、編制虛擬儀器（Visual Instrument）上位機 利用國家儀器公司虛擬儀器LabVIEW軟件編制上位機,向控制器接發送控制指令并實時接收運行參數,從而實時監控系統,保證系統穩定安全運行。 本成果將為我國電動汽車產業擁有相關技術的自主知識產權,進而實現其產業化提供一種思路,亦將為校方與其它單位在相關領域實現合作研發提供重要技術儲備,具有顯著的經濟和社會效益。