四轮独立驱动电动车的控制器设计

    周  勇，李声晋，田海波，方宗德，周奇勋

    (西北工业大学，陕西西安710072)

    摘要：设计了基于Plc和cPLD的四轮独立驱动电动车控制器。对控制器的硬件电路组成进行了详细的阐述；对电动车的闭环调速控制策略进行了分析。电动车涮速的相关实验验证了电动车控制器设计合理，能够实现对四轮独立驱动电动车进行良好的驱动控制。

    关键词：电动车；轮毂电．机；控制器

  0引  言

    伴随着日益严重的大气污染和能源危机，传统交通工具一汽车的可持续发展面临越来越严峻的形势。电动车(以下简称EV)是解决上述问题的有效途径，得到了越来越广泛的研究与发展。目前大部分电动车是后两轮或前两轮驱动方式。基于能量传递效率和车体空间限制等考虑，近年来无刷直流轮毂电机四轮独立驱动式电动车已经成为研究热点。轮毂驱动电机****改变了汽车传统的驱动方式，电动机安装在车轮的轮毂内，电机的转子为外转子，输出转矩直接传输到车轮，舍弃了传统的离合器、减速器、传动桥、差速器等机械部件，整车重量减轻，降低了机械传动损耗，并具有灵活的行驶特性。

    本文以四轮独立驱动电动车为平台，以四台轮毂电机作为驱动装置，设计了电动车控制器，其主要任务是协调控制四台电机的转速，使电动车具备ABs、电子差速等功能，提高车辆能量利用率、确保行车安全可靠。

  l控制器硬件设计

    为了实现四台无刷直流轮毂电机的协调控制，本文设计了基于单片机(PIc)和复杂可编程逻辑器件(cPLD)的四通道电动车控制器，它主要包括：控制电路、驱动电路和功率变换电路。

l 1控制电路组成

    控制电路的核心由PIcl8F6621及两款cPLD共同组成，两款cPLD分别为EPM7064sLc44-lO(以下简称为EPM7064)和EPM7128sTcl00(以下简称为EPM7128)。从图1可清晰看出PIc与两款CPLD问的关系.

l 2控制电路工作过程

    系统上电后，驾驶者通过方向盘、加速踏板、制动踏板提供起动、加减速、转向、制动、停车等外部模拟指令。指令经过位移传感器转换为模拟电信号输入到PIcl8F662l，经过A／D转换、解算后产生相应的PwM信号，PwM通过EPM7128送给EPM7064，EPM7064根据转子位置信号，通过逻辑组合计算出每台电机的相序，再根据PwM信号对电机进行转速、转向的控制。同时EPM7064将电机转速等信息送回EPM7128，18F6621读取EPM7128的电机实时转速并与外部指令相比较，进行速度闭环控制，最终达到控制电动车运行的目的。

l 3过流保护电路

    为了防止轮毂电机绕组电流过载而造成损坏，控制电路中设计了过流保护电路。

霍尔电流传感器以及双比较器LM393组成了过流保护电路，如图2所示。

    霍尔电流传感器检测电流范围为O～100A，输出电压0～5 V。经过滤波、限流等外围电路，图2中LM393的管脚6的I输入值为O～5 V。由图可知，当I的输入在0．5～4. 5 V时(可通过改变R、R61、R62和R66的阻值来改变该保护限)，过流信号I输出高电平；当，IxH低于0．5 V或高于4．5 V时，I输出低电平。保护电路的工作过程是：当过流发生时，比较器LM393输出I发生电平跳变一控制电路报警一控制器停机。

1，4驱动电路分析

    考虑本文电机电压、电流要求，同时为了实现电动车再生制动，轮毂电机采用双极性驱动，驱动芯片需要有两路信号输入，故采用门极驱动光耦合器HcPL一316J。其内部集成集电极一发射极V电压欠饱和检测电路及故障状态反馈电路，它具有兼容cMOs／_TTL电平、光隔离、耐高压(****电压可达1 200 V)、可过大电流(驱动电流可达150 A)、快反应(最长时间500 ns)、宽工作电压范围(15～30v)、故障状态反馈、“软”关断等特点，同时还提供过流保护、带滞环欠压锁定保护、逻辑故障、自恢复等保护功能，为驱动电路的可靠工作提供了保障，同时还具有简单易实现的特点。

本设计共采用了6片HcPL-316J，每一片驱动一个M0sFET。驱动电路连接图如图3所示：ZCA、FGA是由EPM’7064发出的正向PwM和反向PwM信号，经过光耦由管脚11输出驱动MOsFET门极，即接插件_jAl的管脚3。JAl的管脚l连接MOs—FET的漏极，管脚4连接M0sFET的源极；REsET为系统复位信号；FAuLT为HcPL一316J低电压检测故障信号，当检测到MOsFET的漏一源极电压V低于额定值，