混合动力电动汽车驱动系统设计与实现

混合动力电动汽车驱动系统设计与实现 本文主要介绍了一种大功率混合动力汽车驱动系统的设计与实现，全车采用并联驱动方式，通过减速器并行驱动车的前桥、中桥和后桥。文章研究了整车驱动控制系统的硬件和软件设计方法。 1. 混合动力电动汽车系统结构图 混合动力电动汽车系统主要由能源供给系统、电气驱动系统和机械传动系统三大部分构成。能源供给系统由动力电池组、发动机-发电机机组组成;电气驱动系统由逆变器和电动机组成;机械传动系统将电动机的机械输出通过减速器送给驱动桥。 2. 电机驱动系统主回路结构 电机驱动系统主回路原理如图2所示，采用三相桥式逆变器，根据牵引电机的参数：额定功率50kw; 额定电流167a; 额定电压240v;额定频率200hz; 峰值频率400hz。功率器件可选600v/600a，开关频率10khz。直流侧支撑电容采用4个3300μf的电解电容并联而成，并联在高压直流母线两端。 3. 上电/放电回路设计 上电/放电回路逆变电源上电/放电时，为了限制支撑电容的充/放电电流，设计了上电/放电回路，如图2所示。上电前，应先闭合充电继电器k2，给电容c充电，当c上电压充至直流侧电压udc的80%时断开k2，闭合主接触器k1，上电过程完毕，电路正常工作。放电时，则要断开k1，k2，闭合放电继电器k3，通过放电电阻r2放电。上电/放电逻辑通过dsp的i/o口软件进行控制。 4. 驱动系统控制部分设计 驱动系统控制部分设计如图3所示，它由传感器测量与信号处理电路、控制板以及驱动板等组成。逆变器控制板是整个系统的核心，其功能为：采集处理传感器信号;实施逆变器保护功能;实施电机驱动控制功能;实施逆变器与整车通讯功能。本系统选用ti公司的tms320f2407dsp作为主控cpu。 5. 软件设计 软件设计主要完成系统初始化及驱动控制功能。控制算法采用空间电压矢量调制，它是以逆变器不同的开关模式产生的实际磁通逼近三相对称正弦波电压供电时的理想圆形磁通轨迹，从而获得较高的控制性能。三相异步电动机采用dsp全数字控制，图4是三相异步电动机磁场定向矢量控制系统结构图，采用转速、电流双闭环的矢量控制方案。 系统初始化流程如图5所示。主程序共使用了三个中断子程序，即定时器t1下溢中断子程序、can的接收中断子程序和pdpint故障保护中断子程序。图6为定时器下溢中断子程序流程图。 can通讯部分设计可以分为3种工况：当车起动或爬坡时动力电池组和发动机-发电机组共同给逆变器供电;当汽车正常平稳行驶时，只由发动机-发电机组提供动力;当汽车刹车或下坡时，发动机-发电机组停止工作，电动机将制动能量转换为电能储存到动力电池组中。这3种工况是通过can通讯实现的。can采用定时发送，每10ms发送一次，接收信息采用can自带的接收中断功能。图7为can网络节点连接图。 2407dsp内部集成了完全的can总线控制器，它具有如下特性：支持can2.0a/b协议;可编程的中断配置、位定时器及can总线唤醒功能;自动重发功能和总线错误自诊断功能。在2407dsp芯片中没有集成can驱动芯片。本设计采用can收发器sn65hvd230（其供电电压为3.3v）来作为dsp内的can控制器与物理总线的接口。can总线传输波特率采用500kbps。 设计can通讯软件时，首先需要确定网络节点和各节点所需的通信内容。通过can网络需要传递的数据总体说来可分为输入信号和输出信号两类：（1） 输入信号指整车控制器发送给电机控制器的信号。这包括整车控制系统对驱动系统的运行状态控制信号，如电机运行使能信号、电机断电请求信号（紧急停车信号）、电机正反转信号（前进/后退信号）、刹车信号等;也包括整车控制系统对驱动系统的运行控制量，如电机驱动力矩等。（2） 输出信号指电机控制器发送给整车控制器的信号。这包括驱动系统运行状态信号，如上电完毕信号、断电完毕信号、电机工作状态（输出/吸收扭矩）以及故障信号;也包括驱动系统运行状态量信号，如电机工作温度及控制器温度、电机电压、电流、转速、加速度等。