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    汽车无刷电机控制器概述

    2020-04-13 11:47:17 68

    汽车中主要的电机类型

    在任何机械或电子系统中,只要有一个连续的旋转运动,就有一个电机。在现代汽车中,舒适性和驾驶效率一样重要,而电机起着关键作用。无论是窗户、座椅、方向盘、涡轮增压器、引擎盖还是刹车,每个部分都有一个电机。然而,电机不启动和停止自己。像许多其他由电子控制单元(ECU)控制的汽车部件一样,也有驱动电机的控制系统。以下是汽车工程师在这些电机控制系统上的经验。

    电机广泛应用于汽车工业,主要用于提高汽车的安全性和舒适性。根据不同的应用,有三种主要类型的电机:

    1. 有刷直流电机:这些电机的线圈和转子之间有一个碳刷,起到换向的作用。有刷直流电机广泛应用于电动车窗、座椅调节和其他类似的机械部件,这些机械部件不需要任何辅助电子系统(如MCU或驱动逻辑)。

    2. 无刷直流电机:这类电机转子采用永磁体。当电流通过电机线圈(定子)时,转子作为永磁体开始转动。

    3、交流感应电机:这类电机是应用最广泛的电动汽车传动系统,其工作原理是法拉第感应定律。线圈中的交流电产生旋转磁场,旋转磁场使转子移动,通过改变提供给电机的交流电的频率可以改变电机的速度。

    汽车无刷电机的结构

    汽车中的无刷电机由电机和控制器组成,控制器本质上是一个电子控制单元(ECU),就像汽车中的所有其他ECU一样。它包括微控制器与电机驱动逻辑(软件)的迁移和与一些其他电机控制外围设备(硬件)的集成。电机控制器是软件算法,以期望的方式驱动电机。门机驱动芯片、mosfet等外围设备是控制系统的一部分,执行误差反馈处理、信号调理、电流电压放大等辅助任务。电机控制系统组成:

    1.微控制器:微控制器单元(MCU)本质上是一个存储电机驱动逻辑的组件。例如,在电子助力转向应用中,转向控制算法将存储在单片机平台中。该算法利用脉宽调制(PWM)信号来改变电机的转速。输入和输出按钮可以与这个MCU接口。输出的PWM信号连接到电机控制系统的下一个核心部分。

    2.门驱动IC:门驱动IC又称前驱动,是下一个核心组件!它从单片机接收PWM信号并进行放大,使之适合于MOSFET。这让我们有点困惑,因为我们知道mosfet通常用于放大电压,那么在电机控制系统中使用栅极驱动芯片的目的是什么呢?我们被告知有一个阈值电压值,一个MOSFET需要工作;栅极驱动IC提供一个阈值电压。此外,在栅极驱动芯片中还存在一些信号调理算法,可以去除信号中的噪声,使信号平滑。

    3.Mosfet:这是一种场效应晶体管,可以将几毫安的电流放大到十倍,将小电压放大到几百伏特。Mosfet是电机控制系统中不可缺少的一部分,因为电机需要最小的开关时间来改变流向电机的电流。

    4.霍尔效应传感器:霍尔效应传感器在汽车电机控制应用中的作用是确定电机的位置。它本质上是一个传感器,当流动电荷作用于永磁体时产生电压。霍尔传感器安装在转子上,在电机线圈通电之前就知道转子的位置。

    下图为无刷电机控制系统的组成:

    Automotive Brushless Motor Controller.png

    无刷电机控制系统的工作原理

    启动或停止马达的信号来自微控制器。无刷直流电动机采用霍尔效应传感器驱动电机线圈。微控制器使用霍尔效应传感器的输入来确定转子的位置。根据位置的不同,它会激发电机线圈,从而产生一个旋转电场。这个磁场会使转子随之移动。

    电机在汽车上的一些常见应用

    采用单片机控制无刷直流电机,具有转向控制算法、PWM、电流环PI等功能。

    座椅调节:电子调节座椅也由电动马达驱动。在电机控制系统中,一些先进的算法可以确保没有颠簸或突然启动/停止在座椅。这叫做软停止/软启动。

    电动汽车传动系统:大多数电动汽车的传动系统中都有一个交流感应电动机。三相交流电源供给电机,电机产生旋转磁场。通过改变交流电源的频率可以调节车轮的速度。

    电机的作用在电动车中最为突出。电动汽车的核心部件是直流电机和交流电机,其中最先进的是直流无刷电机。电力电机在汽车无刷电机控制器上投入了大量的资金,以最少的投资获得最大的电机输出。


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