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本世紀各國的汽車工業均是“石油―汽車”的道路，汽車雖給國民經濟帶來發展，給人類帶來方便，但也給人類全球環境帶來巨大災害。42%的環境污染是來源于燃油汽車的排放，80%的城市噪聲是由交通車輛造成的，當今世界石油儲量日趨減少，而燃油汽車是消耗石油的大戶，因而當今汽車工業發展勢必尋求低噪聲、零排放、綜合利用能源的方向。電動汽車(Electric Vehicle)是以電池為動力的汽車，與燃油汽車有著顯著區別，電動汽車是涉及到機械、電力、電子、計算機控制等多種學科的高技術產品，是當今汽車工業解決能源環保等問題的重要途徑，電動汽車勢必成為取代燃油汽車的主要交通工具。

1.電動汽車驅動系統的基本構成

    驅動系統是電動汽車中最關鍵的系統，電動汽車的運行性能主要決定于驅動系統的類型和性能。電動汽車驅動系統由牽引電動機、控制系統、機械減速及傳動裝置、車輪等構成，如圖1所示。控制系統從接收加速踏板信號（相當于燃油車的油門）、剎車和PDRN（停車、前進、倒車、空檔）、轉向盤的輸出信號，經過信號處理，輸入到電機驅動器，控制功率電路的功率輸出量，實現控制驅動電動機轉速和扭矩，再通過機械傳動裝置，驅動車輪

                                                 圖1 驅動系統的基本結構


2.電動汽車車用各種電動機比較

    與一般的常規工業應用不同,電動汽車由于其運行非常復雜,因此對驅動系統有著很高的要求。電動汽車中的電機驅動系統應具有較高的轉矩―慣量比, 盡可能寬廣的高效率區以及良好的轉矩轉速特性。概括起來，其要求驅動電機具備下列特點：效率高，具有較長的續駛里程。瞬時功率大，過載能力強，加速能力好。具有寬廣的調速范圍，同時還能利用減速實現能量的回饋。此外，還要求電機具備可靠性好，噪聲低等優點。目前，常用在電動汽車領域的電機包括直流電動機，交流感應電動機，永磁同步電動機和開關磁阻電動機。

    (1).直流電動機
    直流電動機機械特性較好，具有良好的調速性能，控制較簡單，技術成熟，但是較大容量工作時電刷與換向器之間的換向火花和機械磨損使電動機需要經常維護，能量損失不利于向高速發展，電機體積質量較大，價格較高。
    (2).交流感應電動機
    交流電機結構簡單牢固，經久耐用，轉速極限高，成本低，體積小，制動時還可將回收的能量對電池充電，但是其功率因數較低，控制裝置使用電源逆變器，比較復雜。
    (3).永磁同步電動機
    永磁同步電機具有高轉矩―質量比和高功率―質量比，體積較小，無須激磁電流，沒有激磁通損耗，具有較高的系統效率和功率因數，但是永磁材料價格昂貴，且存在退磁現象，因此可靠性和使用壽命指標較差，而且永磁同步電機較難實現電動機最大功率的恒定輸出。
    (4).開關磁阻電動機(SRM)
    開關磁阻電機結構簡單牢固，特別適用于高速、低速轉矩大電流小的系統，且效率較高，轉子僅有疊片構成，沒有任何形式的繞組，，適合于頻繁正反轉及沖擊負載等工況條件。驅動功率電路采用的功率元件較少，電路簡單，同時可以利用較簡單的控制電路實現較寬的調速范圍、低速大轉矩、制動能量反饋等特性，因此該驅動系統特別適合電動汽車。

3.開關磁阻電機驅動控制調速系統的結構原理

    開關磁阻電動機(SRM)是20世紀70年代以后才逐漸發展起來的一種新型驅動裝置，是磁阻同步電動機和電力電子開關電路相結合而產生的一種機電一體化新產品。它可以實現高精度、快響應、高效率以及高輸出的性能指標。對SRM的研究和開發已經引起了國際電工界的廣泛重視，近年來，開關磁阻電機（SRM）驅動系統也開始在電動汽車上進行了試驗。

                                           圖2 開關磁阻電機驅動控制調速系統框圖

    如圖2表示開關磁阻電機驅動控制調速系統框圖，其結構主要由磁阻式電動機和控制器兩部分組成。

開關磁阻電動機結構簡單, 是一種雙凸極磁阻電動機, 基于磁阻最小原理工作。考慮到要求電動機起動轉矩較大和轉矩脈沖較小，定轉子鐵心采用12/8極三相式結構，如圖3所示

                           圖3 三相12/8極開關磁阻電機

    控制該電機三相繞組激勵電流的大小，可改變電機的轉矩和轉速；控制電流與轉子角位移的相對關系，可實現電動運行和制動運行；通過改變各相繞組的勵磁次序，還可改變電動機的轉向。

控制器接受的操作指令來自汽車司機的面板開關信號和踏板信號，面板信號主要用于式電動機起動停止和正反向轉動；踏板信號用于電動機的轉速給定。控制器同時接收來自電動機傳感器的反映電動機運行狀況的信號，調節并使電動機按操作指令運行，且維持良好的工作特性狀態。

圖4表示了該控制器中不對稱半橋功率電路及其與電機繞組的連接關系，每相有兩個主開關管和一個續流二極管。

                                 圖5 控制電路框圖


    控制電路的輸出信號由相位電邏輯、轉速調節和限流三路信號組合而成。其相位電邏輯電路決定三相功率開關的通斷區間，滿足電動機不同轉速、負載及電動制動轉換需要。轉速調節是通過典型的轉速、電流雙閉環實現，并通過脈寬調制（PWM）方式對電機調速。限流電路用于保護電流不超過允許范圍。此外，控制電路對系統運行情況進行監測，實現對電源電壓越限、電機過載、電機堵轉、電機過電流、控制器過熱及短路等多項保護。

    電機驅動控制器采用DSPLF2407 芯片,控制一個IGBT 的半橋結構,實現電動汽車的驅動與再生制動. 倒車通過倒車擋來實現,使電機由4 象限運行變成2 象限運行,因此節約了控制器的成本. 油門踏板與剎車踏板分別給出控制電機的驅動電流與能量回饋電流的指令,通過電流傳感器與電壓傳感器構成閉環系統,實現電機驅動力矩的控制與回饋電流的控制。

4.結論

    開關磁阻電動機驅動控制調速系統用于電動汽車有如下特點：電動機結構簡單、堅固、特別是轉子上無繞組，適用于頻繁正反轉及沖擊負載；功率電路采用的功率開關元件較少，電路較簡單。功率元件與電動機繞組相串聯，不易發生直通短路，因此成本較低，工作可靠；控制電路較簡單，能夠實現寬調速、低速大轉矩和制動能量反饋等特性；系統效率高，啟動轉矩大、電流小。隨著技術的進步，開關磁阻電機驅動控制系統以其優越的價格性能比，將在電動汽車的開發研制中具有更加廣闊的發展前景。

參考文獻:

[1] 陳清泉,孫逢春,祝嘉光. 現代電動汽車技術[M]. 北京:北京理工大學出版社,2002. 1～22.

[2] 萬沛霖. 電動汽車的關鍵技術[M]. 北京：北京理工大學出版社，1998. 13～19，63～66.

[3] 王宏華" 開關型磁阻電動機調速控制技術[M］" 北京：機械工業出版社，1998.