基于STM32纯电动汽车电驱控制的研究.pdfVIP

2011 西部汽车产业·学术论坛暨四川省第十届汽车学术年会论文集 基于 STM32 纯电动汽车电驱控制研究 胡伟明 东风云南汽车有限公司 摘 要:本文首先以纯电动汽车车载电机为被控对象，分析与交流异步电机的矢量控制数学模型，同时分 析适合被控对象的相关控制器设计方法，提出以模糊神经元控制为主的设计方法。 同时文中给出以 STM32为基本硬件平台，设计相关控制电路和主功率电路，包含保护电路设计和通讯 CAN 总线设计等，以 STM32 平台为基础，设计了 SVPWM 算法，提出了模糊神经元网络控制器算法模块，CAN 通讯模块、保护电路模块等功能模块的软件设计及编程调试方法等。 最后给出了仿真验证算法及系统测试结果数据分析，验证了设计的有效性和提出了有待进一步研究之处。 关键词：电驱控制、纯电动汽车、STM32、模糊控制器、SVPW 1. 绪论 1.1 课题背景及意义 新能源汽车是指采用非常规的车用燃料，或使用常规车用燃料但采用新型车载动力装置作为动力来 源，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车，包括混合动力、纯电动、燃料电池汽车等。目 前世界汽车保有量约 9亿辆，并以每年 3000 万辆的速度递增。据美国能源部做出的长期估计：2050 年全 球的汽车保有量将增长到 35 亿辆，其中发展中国家增长 15倍。国际能源机构（IEA）的统计数据表明， 2003 年全球 57%的石油消费在交通领域，预计到 2020 年交通用油占全球石油总消耗的 62%以上。美国能 源部研究预测，2020 年以后，全球石油需求与常规石油供给之间将出现净缺口，2050 年的供需缺口将达 到 500 亿桶，几乎相当于 2000 年世界石油总产量的两倍。与此同时，交通能源消耗也是造成局部环境污 染和全球温室气体排放的主要来源之一，交通能源转型势在必行[1]。 我国早在“十五”期间，即确立了以混合动力汽车、纯电动汽车和燃料电池汽车为“三纵”，多能源 动力总成控制系统、驱动电机及其控制系统、锂离子电池及其管理系统为“三横”的产业发展布局，奠 定了新能源汽车及核心零部件的发展格局，技术取得了显著进展[2]。 研究全数字控制器技术和高速下的电机弱磁控制技术；开展基于模型的超快速响应动态特性的设计与工 程应用；开发高集成度和可靠性的电机控制器；研究高压电机驱动器技术，以减少电机驱动器工作电流 来减小电机体积与提高电机驱动器效率，开展齿轮变速技术研究。形成系统的、符合汽车工业标准的控 制器开发能力，电机系统的驱动功能满足整车功能要求，具备高效率、高可靠性、高性价比。 本文围绕纯电动汽车的驱动控制系统开展研究工作，驱动电机为交流异步电动机，该研究对于推动新 能源汽车的驱动控制有着重要意义。 1.2 纯电动汽车电驱控制应用研究现状 国际电动汽车技术当前的发展状况主要表现为：纯电动汽车技术相对成熟，在特定区域推广应用，等 待发展机遇；混合动力汽车技术渐趋完善，进入商业化推广阶段；燃料电池汽车技术处于新的突破前期， 正在成为新的研发热点[3]。 经历了长期发展，纯电动汽车技术日臻成熟，相关的技术检测标准体系已经完善，并在美、日、欧等国 家和地区得到商业化的推广应用。重点是市政特殊用车、固定线路的公交车、公务车队用车和私人用车 等领域。各种高新技术开始在纯电动汽车上应用，赋予其新的生命力和发展机遇，主要技术包括： 1) 电动汽车动力系统集成优化技术不断取得进展，节能效果不断提高； 2) 高性能的锂离子电池、镍氢电池取代传统的铅酸电池； 3) 高效的一体化电力驱动系统取代传统的直流电机； 4) 电动辅助系统的广泛应用提高了整车能量利用效率和性能； 16 2011 西部汽车产业·学术论坛暨四川省第十届汽车学术年会论文集 5) 网络系统的应用促进了电动汽车的模块化和智能化。 2. 纯电动汽车电驱控制策略研究 2.1 基于矢量控制模式的异步电动机数学模型 在忽略感应电动机的磁饱和、磁滞、涡流及气隙磁场谐波和忽略整流器直流电压的纹波波动影响和 逆变器的电流谐波输出及其本身的功耗的情况下，建立同步坐标系 MTO，异步机在 MTO 坐标系上的电压方 程为[6]： ⎛U