四輪獨立驅動電動車的控制器設計

    周  勇，李聲晉，田海波，方宗德，周奇勛

    (西北工業大學，陜西西安710072)

    摘要：設計了基于Plc和cPLD的四輪獨立驅動電動車控制器。對控制器的硬件電路組成進行了詳細的闡述；對電動車的閉環調速控制策略進行了分析。電動車涮速的相關實驗驗證了電動車控制器設計合理，能夠實現對四輪獨立驅動電動車進行良好的驅動控制。

    關鍵詞：電動車；輪轂電．機；控制器

  0引  言

    伴隨著日益嚴重的大氣污染和能源危機，傳統交通工具一汽車的可持續發展面臨越來越嚴峻的形勢。電動車(以下簡稱EV)是解決上述問題的有效途徑，得到了越來越廣泛的研究與發展。目前大部分電動車是后兩輪或前兩輪驅動方式。基于能量傳遞效率和車體空間限制等考慮，近年來無刷直流輪轂電機四輪獨立驅動式電動車已經成為研究熱點。輪轂驅動電機****改變了汽車傳統的驅動方式，電動機安裝在車輪的輪轂內，電機的轉子為外轉子，輸出轉矩直接傳輸到車輪，舍棄了傳統的離合器、減速器、傳動橋、差速器等機械部件，整車重量減輕，降低了機械傳動損耗，并具有靈活的行駛特性。

    本文以四輪獨立驅動電動車為平臺，以四臺輪轂電機作為驅動裝置，設計了電動車控制器，其主要任務是協調控制四臺電機的轉速，使電動車具備ABs、電子差速等功能，提高車輛能量利用率、確保行車安全可靠。

  l控制器硬件設計

    為了實現四臺無刷直流輪轂電機的協調控制，本文設計了基于單片機(PIc)和復雜可編程邏輯器件(cPLD)的四通道電動車控制器，它主要包括：控制電路、驅動電路和功率變換電路。

l 1控制電路組成

    控制電路的核心由PIcl8F6621及兩款cPLD共同組成，兩款cPLD分別為EPM7064sLc44-lO(以下簡稱為EPM7064)和EPM7128sTcl00(以下簡稱為EPM7128)。從圖1可清晰看出PIc與兩款CPLD問的關系.

l 2控制電路工作過程

    系統上電后，駕駛者通過方向盤、加速踏板、制動踏板提供起動、加減速、轉向、制動、停車等外部模擬指令。指令經過位移傳感器轉換為模擬電信號輸入到PIcl8F662l，經過A／D轉換、解算后產生相應的PwM信號，PwM通過EPM7128送給EPM7064，EPM7064根據轉子位置信號，通過邏輯組合計算出每臺電機的相序，再根據PwM信號對電機進行轉速、轉向的控制。同時EPM7064將電機轉速等信息送回EPM7128，18F6621讀取EPM7128的電機實時轉速并與外部指令相比較，進行速度閉環控制，最終達到控制電動車運行的目的。

l 3過流保護電路

    為了防止輪轂電機繞組電流過載而造成損壞，控制電路中設計了過流保護電路。

霍爾電流傳感器以及雙比較器LM393組成了過流保護電路，如圖2所示。

    霍爾電流傳感器檢測電流范圍為O～100A，輸出電壓0～5 V。經過濾波、限流等外圍電路，圖2中LM393的管腳6的I輸入值為O～5 V。由圖可知，當I的輸入在0．5～4. 5 V時(可通過改變R、R61、R62和R66的阻值來改變該保護限)，過流信號I輸出高電平；當，IxH低于0．5 V或高于4．5 V時，I輸出低電平。保護電路的工作過程是：當過流發生時，比較器LM393輸出I發生電平跳變一控制電路報警一控制器停機。

1，4驅動電路分析

    考慮本文電機電壓、電流要求，同時為了實現電動車再生制動，輪轂電機采用雙極性驅動，驅動芯片需要有兩路信號輸入，故采用門極驅動光耦合器HcPL一316J。其內部集成集電極一發射極V電壓欠飽和檢測電路及故障狀態反饋電路，它具有兼容cMOs／_TTL電平、光隔離、耐高壓(****電壓可達1 200 V)、可過大電流(驅動電流可達150 A)、快反應(最長時間500 ns)、寬工作電壓范圍(15～30v)、故障狀態反饋、“軟”關斷等特點，同時還提供過流保護、帶滯環欠壓鎖定保護、邏輯故障、自恢復等保護功能，為驅動電路的可靠工作提供了保障，同時還具有簡單易實現的特點。

本設計共采用了6片HcPL-316J，每一片驅動一個M0sFET。驅動電路連接圖如圖3所示：ZCA、FGA是由EPM’7064發出的正向PwM和反向PwM信號，經過光耦由管腳11輸出驅動MOsFET門極，即接插件_jAl的管腳3。JAl的管腳l連接MOs—FET的漏極，管腳4連接M0sFET的源極；REsET為系統復位信號；FAuLT為HcPL一316J低電壓檢測故障信號，當檢測到MOsFET的漏一源極電壓V低于額定值，