四輪獨立驅(qū)動電動車的控制器設(shè)計
周 勇，李聲晉，田海波，方宗德，周奇勛
(西北工業(yè)大學(xué)，陜西西安710072)
摘要：設(shè)計了基于Plc和cPLD的四輪獨立驅(qū)動電動車控制器。對控制器的硬件電路組成進(jìn)行了詳細(xì)的闡述；對電動車的閉環(huán)調(diào)速控制策略進(jìn)行了分析。電動車涮速的相關(guān)實驗驗證了電動車控制器設(shè)計合理，能夠?qū)崿F(xiàn)對四輪獨立驅(qū)動電動車進(jìn)行良好的驅(qū)動控制。
關(guān)鍵詞：電動車；輪轂電．機；控制器
0引 言
伴隨著日益嚴(yán)重的大氣污染和能源危機，傳統(tǒng)交通工具一汽車的可持續(xù)發(fā)展面臨越來越嚴(yán)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(fā)展。目前大部分電動車是后兩輪或前兩輪驅(qū)動方式�；谀芰總鬟f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(qū)動式電動車已經(jīng)成為研究熱點。輪轂驅(qū)動電機****改變了汽車傳統(tǒng)的驅(qū)動方式，電動機安裝在車輪的輪轂內(nèi)，電機的轉(zhuǎn)子為外轉(zhuǎn)子，輸出轉(zhuǎn)矩直接傳輸?shù)杰囕�，舍棄了傳統(tǒng)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(qū)動電動車為平臺，以四臺輪轂電機作為驅(qū)動裝置，設(shè)計了電動車控制器，其主要任務(wù)是協(xié)調(diào)控制四臺電機的轉(zhuǎn)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(shè)計
為了實現(xiàn)四臺無刷直流輪轂電機的協(xié)調(diào)控制，本文設(shè)計了基于單片機(PIc)和復(fù)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(qū)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(guān)系.
l 2控制電路工作過程
系統(tǒng)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(zhuǎn)向、制動、停車等外部模擬指令。指令經(jīng)過位移傳感器轉(zhuǎn)換為模擬電信號輸入到PIcl8F662l，經(jīng)過A／D轉(zhuǎn)換、解算后產(chǎn)生相應(yīng)的PwM信號，PwM通過EPM7128送給EPM7064，EPM7064根據(jù)轉(zhuǎn)子位置信號，通過邏輯組合計算出每臺電機的相序，再根據(jù)PwM信號對電機進(jìn)行轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向的控制。同時EPM7064將電機轉(zhuǎn)速等信息送回EPM7128，18F6621讀取EPM7128的電機實時轉(zhuǎn)速并與外部指令相比較，進(jìn)行速度閉環(huán)控制，最終達(dá)到控制電動車運行的目的。
l 3過流保護(hù)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(shè)計了過流保護(hù)電路。
霍爾電流傳感器以及雙比較器LM393組成了過流保護(hù)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(jīng)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(dāng)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(hù)限)，過流信號I輸出高電平；當(dāng)，IxH低于0．5 V或高于4．5 V時，I輸出低電平。保護(hù)電路的工作過程是：當(dāng)過流發(fā)生時，比較器LM393輸出I發(fā)生電平跳變一控制電路報警一控制器停機。
1，4驅(qū)動電路分析
考慮本文電機電壓、電流要求，同時為了實現(xiàn)電動車再生制動，輪轂電機采用雙極性驅(qū)動，驅(qū)動芯片需要有兩路信號輸入，故采用門極驅(qū)動光耦合器HcPL一316J。其內(nèi)部集成集電極一發(fā)射極V電壓欠飽和檢測電路及故障狀態(tài)反饋電路，它具有兼容cMOs／_TTL電平、光隔離、耐高壓(****電壓可達(dá)1 200 V)、可過大電流(驅(qū)動電流可達(dá)150 A)、快反應(yīng)(最長時間500 ns)、寬工作電壓范圍(15～30v)、故障狀態(tài)反饋、“軟”關(guān)斷等特點，同時還提供過流保護(hù)、帶滯環(huán)欠壓鎖定保護(hù)、邏輯故障、自恢復(fù)等保護(hù)功能，為驅(qū)動電路的可靠工作提供了保障，同時還具有簡單易實現(xiàn)的特點。
本設(shè)計共采用了6片HcPL-316J，每一片驅(qū)動一個M0sFET。驅(qū)動電路連接圖如圖3所示：ZCA、FGA是由EPM’7064發(fā)出的正向PwM和反向PwM信號，經(jīng)過光耦由管腳11輸出驅(qū)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(tǒng)復(fù)位信號；FAuLT為HcPL一316J低電壓檢測故障信號，當(dāng)檢測到MOsFET的漏一源極電壓V低于額定值， |
