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          電機技術 | 汽車無刷電機控制器概述

          2020-04-13 11:47:17 720

          汽車中主要的電機類型

          在任何機械或電子系統中,只要有一個連續的旋轉運動,就有一個電機。在現代汽車中,舒適性和駕駛效率一樣重要,而電機起著關鍵作用。無論是窗戶、座椅、方向盤、渦輪增壓器、引擎蓋還是剎車,每個部分都有一個電機。然而,電機不啟動和停止自己。像許多其他由電子控制單元(ECU)控制的汽車部件一樣,也有驅動電機的控制系統。以下是汽車工程師在這些電機控制系統上的經驗。

          電機廣泛應用于汽車工業,主要用于提高汽車的安全性和舒適性。根據不同的應用,有三種主要類型的電機:

          1. 有刷直流電機:這些電機的線圈和轉子之間有一個碳刷,起到換向的作用。有刷直流電機廣泛應用于電動車窗、座椅調節和其他類似的機械部件,這些機械部件不需要任何輔助電子系統(如MCU或驅動邏輯)。

          2. 無刷直流電機:這類電機轉子采用永磁體。當電流通過電機線圈(定子)時,轉子作為永磁體開始轉動。

          3、交流感應電機:這類電機是應用最廣泛的電動汽車傳動系統,其工作原理是法拉第感應定律。線圈中的交流電產生旋轉磁場,旋轉磁場使轉子移動,通過改變提供給電機的交流電的頻率可以改變電機的速度。

          汽車無刷電機的結構

          汽車中的無刷電機由電機和控制器組成,控制器本質上是一個電子控制單元(ECU),就像汽車中的所有其他ECU一樣。它包括微控制器與電機驅動邏輯(軟件)的遷移和與一些其他電機控制外圍設備(硬件)的集成。電機控制器是軟件算法,以期望的方式驅動電機。門機驅動芯片、mosfet等外圍設備是控制系統的一部分,執行誤差反饋處理、信號調理、電流電壓放大等輔助任務。電機控制系統組成:

          1.微控制器:微控制器單元(MCU)本質上是一個存儲電機驅動邏輯的組件。例如,在電子助力轉向應用中,轉向控制算法將存儲在單片機平臺中。該算法利用脈寬調制(PWM)信號來改變電機的轉速。輸入和輸出按鈕可以與這個MCU接口。輸出的PWM信號連接到電機控制系統的下一個核心部分。

          2.門驅動IC:門驅動IC又稱前驅動,是下一個核心組件!它從單片機接收PWM信號并進行放大,使之適合于MOSFET。這讓我們有點困惑,因為我們知道mosfet通常用于放大電壓,那么在電機控制系統中使用柵極驅動芯片的目的是什么呢?我們被告知有一個閾值電壓值,一個MOSFET需要工作;柵極驅動IC提供一個閾值電壓。此外,在柵極驅動芯片中還存在一些信號調理算法,可以去除信號中的噪聲,使信號平滑。

          3.Mosfet:這是一種場效應晶體管,可以將幾毫安的電流放大到十倍,將小電壓放大到幾百伏特。Mosfet是電機控制系統中不可缺少的一部分,因為電機需要最小的開關時間來改變流向電機的電流。

          4.霍爾效應傳感器:霍爾效應傳感器在汽車電機控制應用中的作用是確定電機的位置。它本質上是一個傳感器,當流動電荷作用于永磁體時產生電壓?;魻杺鞲衅靼惭b在轉子上,在電機線圈通電之前就知道轉子的位置。

          下圖為無刷電機控制系統的組成:

          Automotive Brushless Motor Controller.png

          無刷電機控制系統的工作原理

          啟動或停止馬達的信號來自微控制器。無刷直流電動機采用霍爾效應傳感器驅動電機線圈。微控制器使用霍爾效應傳感器的輸入來確定轉子的位置。根據位置的不同,它會激發電機線圈,從而產生一個旋轉電場。這個磁場會使轉子隨之移動。

          電機在汽車上的一些常見應用

          采用單片機控制無刷直流電機,具有轉向控制算法、PWM、電流環PI等功能。

          座椅調節:電子調節座椅也由電動馬達驅動。在電機控制系統中,一些先進的算法可以確保沒有顛簸或突然啟動/停止在座椅。這叫做軟停止/軟啟動。

          電動汽車傳動系統:大多數電動汽車的傳動系統中都有一個交流感應電動機。三相交流電源供給電機,電機產生旋轉磁場。通過改變交流電源的頻率可以調節車輪的速度。

          電機的作用在電動車中最為突出。電動汽車的核心部件是直流電機和交流電機,其中最先進的是直流無刷電機。電力電機在汽車無刷電機控制器上投入了大量的資金,以最少的投資獲得最大的電機輸出。


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