四轮全驱电动汽车步进电机驱动及细分控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种四轮全驱电动汽车的驱动结构，具体指一种应用于四轮全驱电动汽车的步进牵引电机细分控制驱动方法。
【背景技术】
[0002]与传统汽车相比，电动汽车对环境污染小，其前景被广泛看好。电动汽车采用牵引电机控制车轮转矩，与传统汽车相比，控制响应更加快速精确，更能发挥汽车底盘集成控制的优势。电动汽车采用蓄电池为驱动电机提供电能，汽车将电源的电能转化为机械能，并通过传动装置驱动车轮。目前市场上量产的电动汽车驱动电机主要有永磁同步电机和三相异步电机两种，其控制转速的方法主要应用逆变器改变交变电流的频率控制电机转速。
[0003]电动汽车的运行对于驱动系统有很高的要求，驱动电机必须具有很宽的调速范围来满足不同路况的需求，同时还需要有在减速时实现再生制动的能力，将能量回收回蓄电池，使电动汽车具有更长的续航里程。本发明采用步进电机作为电动汽车的驱动轮电机，主要优势在于降低了电机控制难度，减少了高频污染，另外，步进电机结构简单、可靠，也可以降低生产成本。由于步进电机的转速和停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，不受负载变化影响，使得步进电机的控制十分简单，而且步进电机没有累积误差使得控制精度更高。
【发明内容】
[0004]本发明公开一种四轮全驱电动汽车步进电机驱动及细分控制方法，其目的在于采用步进电机作为四轮全驱电动汽车的牵引电机，同时利用细分控制方法实现汽车的差速及稳定性控制。
[0005]为实现上述目的，本发明采用以下技术方案:
四轮全驱电动汽车步进电机驱动及细分控制方法，包括驾驶员操纵平台将操纵指令传递给整车控制器，生成转速分别控制四个牵引系统:左前轮牵引电机及其控制系统、右前轮牵引电机及其控制系统、左后轮牵引电机及其控制系统、右后轮牵引电机及其控制系统，能量管理系统一方面连接整车控制器，另一方面连接蓄电池，给四个牵引电机及其控制系统供电，牵引电机连接减速机构，最后分别连接至左前驱动轮、右前驱动轮、左后驱动轮、右后驱动轮，其特征在于:车身横摆角速度传感器连接姿态补偿控制单元，计算出保持车辆稳定的四轮牵引电机转速补偿量，将补偿信号输出到整车控制器，调整牵引电机速度。
[0006]电动汽车四个驱动轮(左前轮、右前轮、左后轮、右后轮)的牵引电机均采用三相反应式步进电动机，步进电机为三相三拍工作方式。
[0007]每个步进牵引电机的驱动方法均采用可提高步进电机控制精度的细分控制策略。
[0008]细分控制电路采用DSP2812芯片为步进电机细分控制器，通过脉宽调制产生细分控制PWM信号，形成生细分控制的阶梯电流，信号经过功率驱动环节的功率放大和光耦隔离后，驱动步进电机；转速采样电路和电流采样电路检测牵引步进电机的转速和电流，反馈到细分控制器，闭环调节PWM信号的频率，动态调节步进电机转速；蓄电池为驱动电路供电，当牵引电机过载时，由电流采样电路测出过流信号，送入细分控制器和整车控制器，由细分控制器控制该牵引电机转速下降，同时由整车控制器调节其他三轮牵引电机的转速。
[0009]车身横摆角速度传感器动态检测车辆的横摆角，输入到姿态补偿控制单元，姿态补偿控制单元根据整车控制器给出的横摆角速度目标值与车身横摆角速度传感器给出的检测值之间的偏差进行控制计算，生成四个牵引电机转速补偿量，送入整车控制器，用于补偿步进电机步进角误差产生的牵引偏差。
[0010]【附图说明】:
图1为本发明的四轮全驱电动汽车驱动控制系统结构示意图；
图2为牵引电机及其控制系统结构的示意图。
[0011]【具体实施方式】:
如图1所示，四轮全驱电动汽车驱动控制系统，包括驾驶员操纵平台I将操纵指令传递给整车控制器2，生成四个牵引电机的转速目标值，输入到四个牵引电机控制系统:左前轮牵引电机及其控制系统7、右前轮牵引电机及其控制系统8、左后轮牵引电机及其控制系统9、右后轮牵引电机及其控制系统10，能量管理系统3 —方面连接整车控制器2，另一方面连接蓄电池4，给四个牵引电机及其控制系统供电，牵引电机连接减速机构，并分别连接至左前驱动轮15、右前驱动轮16、左后驱动轮17、右后驱动轮18，姿态补偿控制单元5 —方面连接到车身横摆角速度传感器6，另一方面连接到整车控制器2。
[0012]电动汽车四个驱动轮的牵引电机均采用三相三拍工作方式的三相反应式步进电动机。
[0013]如图2所示，四轮全驱电动汽车牵引电机及其控制系统，步进电机23通过转速采样电路22和电流采样电路24将转速和电压、加上整车控制器2的输出端信号传递给步进细分控制器19，步进细分控制器19连接功率驱动20控制步进电机23。电流采样电路24同时连接故障处理电路21，其输出信号传递给功率驱动20、步进细分控制器19及整车控制器2。
[0014]细分控制电路采用DSP2812芯片为步进电机细分控制器19，通过脉宽调制产生细分控制PWM信号，形成生细分控制的阶梯电流，信号经过功率驱动20环节的功率放大和光耦隔离后，驱动步进电机23 ;转速采样电路22和电流采样电路24检测牵引步进电机的转速和电流，反馈到细分控制器，闭环调节PWM信号的频率，动态调节步进电机23转速；蓄电池4为驱动电路供电，当步进牵引电机23过载时，由电流采样电路24测出过流信号，送入细分控制器19和整车控制器4，由细分控制器19控制该步进牵引电机23转速下降，同时由整车控制器4调节其他三轮牵引电机的转速。
[0015]车身横摆角速度传感器动态检测车辆的横摆角，输入到姿态补偿控制单元，姿态补偿控制单元根据整车控制器给出的横摆角速度目标值与车身横摆角速度传感器给出的检测值之间的偏差进行控制计算，生成四个牵引电机转速补偿量，送入整车控制器，用于补偿步进电机步进角误差产生的牵引偏差。
【主权项】
1.四轮全驱电动汽车步进电机驱动及细分控制方法，包括驾驶员操纵平台(I)、整车控制器(2)、能量管理系统(3)、蓄电池(4)、姿态补偿控制单元(5)、横摆角速度传感器(6)、左前轮牵引电机及其控制系统(7)、右前轮牵引电机及其控制系统(8)、左后轮牵引电机及其控制系统(9)、右后轮牵引电机及其控制系统(10)、左前驱动轮(15)、右前驱动轮(16)、左后驱动轮(17)、右后驱动轮(18);其特征在于:驾驶员操纵平台(I)将操纵指令传递给整车控制器(2)，计算出满足驾驶指令的四个牵引电机的转速目标值，并分别作为四个牵引电机及其控制系统(左前轮牵引电机及其控制系统(7)、右前轮牵引电机及其控制系统(8)、左后轮牵引电机及其控制系统(9)、右后轮牵引电机及其控制系统(10))的输入，能量管理系统(3) —方面连接整车控制器(2)，另一方面连接蓄电池(4)，为四个牵引电机及其控制系统供电，四个牵引电机通过减速机构，分别连接至左前驱动轮(15)、右前驱动轮(16)、左后驱动轮(17)、右后驱动轮(18);其特征还在于:车身横摆角速度传感器(6)连接姿态补偿控制单元(5)，计算出保持车辆稳定的四轮牵引电机转速补偿量，将补偿信号输出到整车控制器(2)，调整牵引电机速度。
2.根据权利要求1所述四轮全驱电动汽车步进电机驱动及细分控制方法，其特征在于:电动汽车四个驱动轮(左前轮、右前轮、左后轮、右后轮)牵引电机及其控制系统(7) (8)(9) (10)中的牵引电机均采用三相反应式步进电动机，步进电机为三相三拍工作方式。
3.根据权利要求1所述四轮全驱电动汽车步进电机驱动及细分控制方法，其特征在于:电动汽车四个驱动轮(左前轮、右前轮、左后轮、右后轮)牵引电机及其控制系统(7) (8)(9)(10)中步进牵引电机的驱动方法均采用可提高步进电机控制精度的细分控制策略。
4.根据权利要求3所述四轮全驱电动汽车步进电机驱动及细分控制方法，其特征在于:细分控制电路采用DSP2812芯片为步进电机细分控制器(19)，通过脉宽调制产生细分控制PWM信号，形成生细分控制的阶梯电流，信号经过功率驱动(20)环节的功率放大和光耦隔离后，驱动步进电机(23);其特征还在于:转速采样电路(22)和电流采样电路(24)检测牵引步进电机(23)的转速和电流，反馈到细分控制器(19)，闭环调节PWM信号的频率，动态调节步进电机转速；其特征还在于:蓄电池(4)为驱动电路供电，当牵引电机过载时，由电流采样电路(24)测出过流信号，送入细分控制器(19)和整车控制器(2)，由细分控制器(19)控制该牵引电机转速下降，同时由整车控制器(2)调节其他三轮牵引电机的转速。
5.根据权利要求1所述四轮全驱电动汽车步进电机驱动及细分控制方法，其特征在于:由车身横摆角速度传感器(6)检测车辆的横摆角，输入到姿态补偿控制单元(5)，姿态补偿控制单元(5)根据整车控制器(2)给出的横摆角速度目标值与车身横摆角速度传感器(6)给出的检测值之间的偏差进行控制计算，生成四个牵引电机转速补偿量，送入整车控制器(2)，用于补偿步进电机步进角误差产生的牵引偏差。
【专利摘要】四轮全驱电动汽车步进电机驱动及细分控制方法，其结构特点是电动汽车四个驱动轮的牵引电机均采用三相三拍工作方式的三相反应式步进电动机，步进牵引电机控制单元中的步进细分控制器进一步提高牵引电机的控制精度，同时解决了步进电机在低频工作时振动大、噪声大的问题。本发明采用步进电机的细分控制驱动电动汽车，使得汽车控制系统简单，系统中高频污染少，步进电机没有累积误差，使控制精度提高。而且步进电机结构简单可靠，同时可以降低生产成本。
【IPC分类】B60L15-20
【公开号】CN104590050
【申请号】CN201310525834
【发明人】不公告发明人
【申请人】沈阳工业大学
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2013年10月31日