小型电动车驱动电机及控制器性能试验台构建

第３３卷第３期　２０ｌ　３年６月　辽宁工业大学学报（自然科学版）　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｌｉａｏｎｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｅｄｉｔｉｏｎ）　Ｖｏ１．３３，Ｎｏ．３　Ｊｕｎ．２０１３　小型电动车驱动电机及控制器性能　试验台构建　段摘敏１汪立伟　，李正操２，张大明１，杨祖浩　，崔维庚　（１．辽宁工业大学汽车与交通工程学院，辽宁锦州　１２１００１；２．锦卅Ｉ市公共交通总公司，　辽宁锦州　１２１０００）　要：搭建了一种小型电动汽车驱动电机及控制器性能试验台，利用该试验台可测试电机及其控制器输出　的机械特性及其电气性能，实现加载情况下对电机及控制器的各项性能参数进行准确的测试。同时对转速、转矩、　电压、电流信号进行硬件滤波，并搭建可对磁粉制动器转矩进行控制的ＭＯＳ管驱动电路、ＣＡＮ总线通讯电路，　实时快速地显示各个测定参数与计算参数的波形曲线，并能对数据进行存储。　关键词：小型电动车；驱动电机；试验台　中图分类号：Ｕ４６７　文献标识码：Ｂ　文章编号：１６７４－３２６１（２０１３）０３—０１８８－０４　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｓｍａｌｌ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｖｅｈｉｃｌｅ　Ｄｒｉｖｅ　Ｍｏｔｏｒ　ａｎｄ　Ｉｔｓ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　Ｔｅｓｔ　Ｒｉｇ　ＤＵＡＮ　Ｍｉｎ　，ＷＡＮＧ　Ｌｉ．ｗｅｉ　，ＬＩ　Ｚｈｅｎｇ．ｃａｏ　，ＺＨＡＮＧ　Ｄａ．ｍｉｎｇ　，ＹＡＮＧ　Ｚｕ—ｈａｏ　，ＣＵＩ　Ｗｅｉ．ｇｅｎｇ　（１．Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ＆Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｆｉｎｇ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｌｉａｏｎｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｊｉｎｚｈｏｕ　１２１００１，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｊｉｎｚｈｏｕ　Ｐｕｂｌｉｃ　Ｔｒａｆｉｃ　ｆＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｊｉｎｚｈｏｕ　１２１０００．Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ　ｓｍａｌｌ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｖｅｈｉｃｌｅ　ｄｒｉｖｅ　ｍｏｔｏｒ　ａｎｄ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｔｅｓｔ　ｂｅｎｃｈ　ｗａｓ　ｂｕｉｌｔ．　Ｔｌｌｅ　ｔｅｓｔ　ｂｅｎｃｈ　ｃａｎ　ｂｅ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｔｅｓｔ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ａｎｄ　ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｏｔｏｒ．ｔｈｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｏｔｏｒ　ａｎｄ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　ｕｎｄｅｒ　ｌｏａｄｉｎｇ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ａｓ　ａ　ｒｅｓｕｌｔ，ｔｈｅ　ａｃｃｕｒａｔｅ　ｔｅｓｔｉｎｇ　ｏｆｅｖｅｒｙ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｍｏｔｏｒ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　ｗｅｒｅ　ｃａｒｒｉｅｄ　ｏｕｔ．Ｈａｒｄｗａｒｅ　ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ　ｔｈｅ　ｓｐｅｅｄ，ｔｏｒｑｕｅ，ｖｏｌｔａｇｅ　ａｎｄ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｓｉｇｎａｌｓ．ＭＯＳ　ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ　ｄｒｉｖｅ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｗａｓ　ｓｅｔ　ｕｐ　ｔｏ　ｃａｒｒｙ　ｏｕｔ　ｔｈｅ　ａｇｎｅｔｍｉｃ　ｐｏｗｄｅｒ　ｂｒａｋｅ　ｔｏｒｑｕｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ，ＣＡＮ　ｂｕｓ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｄｉｓｐｌａｙｅｄ　ｔｈｅ　ｗａｖｅｆｏｒｍ　ｃｕｒｖｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ　ｑｕｉｃｋｌｙ　ｉｎ　ｔｉｍｅ，ａｎｄ　ｃａｎ　ａｌｓｏ　ｓｔｏｒｅ　ｄａｔａ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｍａｌｌ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｃａｒｓ；ｄｒｉｖｅ　ｍｏｔｏｒ；ｔｅｓｔ　ｂｅｎｃｈ　电动车辆采用电机作为动力源，其动力性能取　展有着重要的意义。　决于电机及其控制器的性能。在电机及其控制器产　品研发阶段，为了测试电机及其控制器输出的机械　特性及其电气性能，需要对电机进行加载测试。搭　建电动车辆驱动电机和控制器性能试验台，实现加　载情况下对电机及控制器的各项性能参数进行准　确的测试，对电动车辆的电机及其控制器技术的发　收稿日期：２０１３—０１－１４　基金项目：２０ｔ２年辽宁省大学生创新创业训练计划项目　作者简介：段敏（１９６３一），女，辽宁锦州人，教授，硕士。　１　试验台系统的组成　根据试验台各个部分功能以及结构上的特点，　将其划分为几个子系统，分别为测功机系统、下位　机数据采集及控制系统、通讯系统、动力电池系统、　上位机系统。其整体机构如图ｌ所示。　第３期　段敏等：小型电动车驱动电机及控制器性能试验台构建　１８９　１．１测功机系统　的存在，磁粉被甩在主动转子的内壁上，从而起不　到制动的作用。由于试验台是针对小型电动汽车驱　动电机设计的，所以选择磁粉制动器作为测功机比　较合适。本试验台选用的磁粉制动器是海安兰菱机　电设备有限公司生产的，型号是ＦＺ４００．Ｊ　，由下　本试验台选用磁粉制动器作为测功机。磁粉制　动器用磁粉作介质产生制动力，在通电情况下，磁　粉在电磁场的作用下形成磁粉链，使磁粉变“硬”，　所以内外转子和“硬”磁粉之间产剧烈的摩擦，把　机械能转为热能，起到制动作用。当线圈不通电时，　位机对其进行闭环控制。　磁粉很柔软，磁粉没有形成磁链，并且由于离心力　上位机　总线　图１试验台整体结构图　１．２下位机数据采集及控制系统　为减小信号传输过程中受到的干扰影响，本系　统采用的数据采集通过下位机数据采集控制系统　进行检测，通过ＣＡＮ总线与上位机电脑进行通讯　实现数据传输的方案。下位机数据采集系统使用高　速的单片机进行数据采集，其包括电源的输出电压　图２磁粉制动器ＰＩＤ控制图　信号和输出电流信号、电机的转速信号和转矩信　图中Ｅ（ｆ）为ＰＩＤ算法的输入，　（ｆ）为ＰＩＤ算　号、电机控制器的输出电压信号和输出电流信号、　法的输出，即脉宽调制信号ＰＷＭ，关系式为：　磁粉制动器控制器的输出电流信号。其中，电流信　ｕ（ｔ）＝　∽ｄｆ＋　＋　（１）　号和电压信号时由电流传感器和电压传感器隔离　检测得到，转速转矩信号是由中航科电生产的转速　式中：　为比例系数；　为积分常数；　为微分　转矩仪测得的，转速转矩仪型号为ＺＨ０７—１００．　常数；　为控制常数。　此外，下位机系统还对电机和磁粉制动器进行　１．３通讯系统　控制。对电机的控制是给电机控制器发送转速信　为减小信号传输干扰，信号检测采集通过下位　号。方式是电机控制器通过给出的转速信号匹配合　机实现，下位机通过总线与上位机电脑进行通讯。　适占空比的ＰＷＭ对电机进行控制。对磁粉制动器　本试验台选择ＣＡＮ总线连接上位机和下位机。　控制是通过检测转矩仪信号，对转矩进行闭环控　ＣＡＮ总线是德国ＢＯＳＣＨ公司在１９８６年开发出来　制，功率输出通过ＭＯＳ管实现，调制方式为控制　的，是一种解决现代汽车中众多的控制与测试仪器　占空比的ＰＷＭ方式，闭环控制为ＰＩＤ算法。　之间串行数据通信协议。因为其具有高可靠性和良　ＰＩＤ调节转矩系统如图２所示，上位机给定转　好的错误检测能力，并且其节点之间的数据通讯实　矩　（Ｏ与磁粉制动器的实际转矩　相比较，经ＰＩＤ　时性强，所以，本实验台选择ＣＡＮ总线进行上位　控制器后输出控制磁粉制动器电流的ＰＷＭ信号，　机与下位机之间的数据通讯。下位机把检测到的数　达到调节磁粉制动器转矩的目的。　第３期　段敏等：小型电动车驱动电机及控制器性能试验台构建　ｌ９Ｉ　计算该点电机的效率，然后把效率相等的点连成一　条曲线，及电机电动效率等高曲线。通过该图，可　发现电机ｎ＝３　５００　ｒ／ｍｉｎ，Ｔ＝１２．５　Ｎ．ｍ左右时，具有　较高效率，通过式（２）计算得到该工况下电机输出功　率为４．５８　ｋＷ，与电机额定功率相比较，误差为１．８　％，符合要求。　参考文献：　［１】孙善辉，夏超英．中国电动汽车及驱动系统试验平台的　设计与研发［Ｊ】．电气传动，２００６，３６（２）：４２—４４．　［２】宫唤春．电动汽车动力测试平台设计与试验分析［Ｊ】．山　东交通科技，２０１０（４）：１８－２１．　３　结　语　［３】邹见效，凡时财．电机控制系统综合试验平台的设计［Ｊ】．　实验科学与技术，２０１２，ｌＯ（１）：２０—２１．　本文对小型电动汽车驱动电机的试验台结构　［４】贾燕茹，胡代弟．基于ＬａｂＶＩＥＷ的ＰＩＤ电动机远程实验　以及工作原理进行了详细的阐述。最后还对试验台　与平台［Ｊ］．矿山机械，２０１１，３９（５）：１０９—１１１．　进行了电机试验。试验结果表明，该试验台能够有　责任编校：刘亚兵　效的测出电机的性能，试验结果符合要求。　（上接第１７０页）　最大流量可达１　６００　ｍ３／ｈ，最高全压可达１６５　ｎｌｌｌｌ　有效的运行范围。性能表则是根据这一范围而制定　ｗａｔｅｒ完全满足电子管的冷却要求，在实际使用中　的。建议选择的范围是风机在较高效率工作的范　无阳极烧熔现象出现。　围。　和玎这两点给出了推荐的工作范围。而那些　工作状态差的低效率范围则是不宜　３　结　论　目前，在国内风冷电子管的使用中大多比较注　为了保证风冷电子管的正常合理使用，电子管　重冷却的风量，而忽视风压对风量的影响。这是由　制造厂在其产品说明书中不仅要给出阳极冷却的　于风量指标比较直观，而对风压数据则不十分清楚　最小风量，同时也要给出风冷系统最小风压值指　所致。因此也造成在风冷系统配置上的失误，使电　标，以方便用户正确使用。　子管在使用中因冷却不佳而出现故障。例如南方某　地区使用ＦＵ一８３４Ｆ型电子管多次出现阳极烧熔现　参考文献：　象，经现场调查发现电子管风冷使用的冷却风机功　【１１许肇钧．传热学ｐ　．北京：机械工业出版社，１］９８０．　率为７５０　Ｗ，其性能参数不能满足该管最小冷却风　［２】电子管设计手册编辑委员会．发射管设计手册［Ｓ】．北京：　量１８　ｍ３／ｍｉｎ，最小风压９０　ｎｌｌＴ１　ｗａｔｅｒ的要求。而同　国防工业出版社，１９８０．　样使用该管的华北地区，冷却风机功率为１．１　ｋＷ，　责任编校：刘亚兵