本世纪各国的汽车工业均是“石油―汽车”的道路，汽车虽给国民经济带来发展，给人类带来方便，但也给人类全球环境带来巨大灾害。42%的环境污染是来源于燃油汽车的排放，80%的城市噪声是由交通车辆造成的，当今世界石油储量日趋减少，而燃油汽车是消耗石油的大户，因而当今汽车工业发展势必寻求低噪声、零排放、综合利用能源的方向。电动汽车(Electric Vehicle)是以电池为动力的汽车，与燃油汽车有着显著区别，电动汽车是涉及到机械、电力、电子、计算机控制等多种学科的高技术产品，是当今汽车工业解决能源环保等问题的重要途径，电动汽车势必成为取代燃油汽车的主要交通工具。

1.电动汽车驱动系统的基本构成

    驱动系统是电动汽车中最关键的系统，电动汽车的运行性能主要决定于驱动系统的类型和性能。电动汽车驱动系统由牵引电动机、控制系统、机械减速及传动装置、车轮等构成，如图1所示。控制系统从接收加速踏板信号（相当于燃油车的油门）、刹车和PDRN（停车、前进、倒车、空档）、转向盘的输出信号，经过信号处理，输入到电机驱动器，控制功率电路的功率输出量，实现控制驱动电动机转速和扭矩，再通过机械传动装置，驱动车轮

                                                 图1 驱动系统的基本结构


2.电动汽车车用各种电动机比较

    与一般的常规工业应用不同,电动汽车由于其运行非常复杂,因此对驱动系统有着很高的要求。电动汽车中的电机驱动系统应具有较高的转矩―惯量比, 尽可能宽广的高效率区以及良好的转矩转速特性。概括起来，其要求驱动电机具备下列特点：效率高，具有较长的续驶里程。瞬时功率大，过载能力强，加速能力好。具有宽广的调速范围，同时还能利用减速实现能量的回馈。此外，还要求电机具备可靠性好，噪声低等优点。目前，常用在电动汽车领域的电机包括直流电动机，交流感应电动机，永磁同步电动机和开关磁阻电动机。

    (1).直流电动机
    直流电动机机械特性较好，具有良好的调速性能，控制较简单，技术成熟，但是较大容量工作时电刷与换向器之间的换向火花和机械磨损使电动机需要经常维护，能量损失不利于向高速发展，电机体积质量较大，价格较高。
    (2).交流感应电动机
    交流电机结构简单牢固，经久耐用，转速极限高，成本低，体积小，制动时还可将回收的能量对电池充电，但是其功率因数较低，控制装置使用电源逆变器，比较复杂。
    (3).永磁同步电动机
    永磁同步电机具有高转矩―质量比和高功率―质量比，体积较小，无须激磁电流，没有激磁通损耗，具有较高的系统效率和功率因数，但是永磁材料价格昂贵，且存在退磁现象，因此可靠性和使用寿命指标较差，而且永磁同步电机较难实现电动机最大功率的恒定输出。
    (4).开关磁阻电动机(SRM)
    开关磁阻电机结构简单牢固，特别适用于高速、低速转矩大电流小的系统，且效率较高，转子仅有叠片构成，没有任何形式的绕组，，适合于频繁正反转及冲击负载等工况条件。驱动功率电路采用的功率元件较少，电路简单，同时可以利用较简单的控制电路实现较宽的调速范围、低速大转矩、制动能量反馈等特性，因此该驱动系统特别适合电动汽车。

3.开关磁阻电机驱动控制调速系统的结构原理

    开关磁阻电动机(SRM)是20世纪70年代以后才逐渐发展起来的一种新型驱动装置，是磁阻同步电动机和电力电子开关电路相结合而产生的一种机电一体化新产品。它可以实现高精度、快响应、高效率以及高输出的性能指标。对SRM的研究和开发已经引起了国际电工界的广泛重视，近年来，开关磁阻电机（SRM）驱动系统也开始在电动汽车上进行了试验。

                                           图2 开关磁阻电机驱动控制调速系统框图

    如图2表示开关磁阻电机驱动控制调速系统框图，其结构主要由磁阻式电动机和控制器两部分组成。

开关磁阻电动机结构简单, 是一种双凸极磁阻电动机, 基于磁阻最小原理工作。考虑到要求电动机起动转矩较大和转矩脉冲较小，定转子铁心采用12/8极三相式结构，如图3所示

                           图3 三相12/8极开关磁阻电机

    控制该电机三相绕组激励电流的大小，可改变电机的转矩和转速；控制电流与转子角位移的相对关系，可实现电动运行和制动运行；通过改变各相绕组的励磁次序，还可改变电动机的转向。

控制器接受的操作指令来自汽车司机的面板开关信号和踏板信号，面板信号主要用于式电动机起动停止和正反向转动；踏板信号用于电动机的转速给定。控制器同时接收来自电动机传感器的反映电动机运行状况的信号，调节并使电动机按操作指令运行，且维持良好的工作特性状态。

图4表示了该控制器中不对称半桥功率电路及其与电机绕组的连接关系，每相有两个主开关管和一个续流二极管。

                                 图5 控制电路框图


    控制电路的输出信号由相位电逻辑、转速调节和限流三路信号组合而成。其相位电逻辑电路决定三相功率开关的通断区间，满足电动机不同转速、负载及电动制动转换需要。转速调节是通过典型的转速、电流双闭环实现，并通过脉宽调制（PWM）方式对电机调速。限流电路用于保护电流不超过允许范围。此外，控制电路对系统运行情况进行监测，实现对电源电压越限、电机过载、电机堵转、电机过电流、控制器过热及短路等多项保护。

    电机驱动控制器采用DSPLF2407 芯片,控制一个IGBT 的半桥结构,实现电动汽车的驱动与再生制动. 倒车通过倒车挡来实现,使电机由4 象限运行变成2 象限运行,因此节约了控制器的成本. 油门踏板与刹车踏板分别给出控制电机的驱动电流与能量回馈电流的指令,通过电流传感器与电压传感器构成闭环系统,实现电机驱动力矩的控制与回馈电流的控制。

4.结论

    开关磁阻电动机驱动控制调速系统用于电动汽车有如下特点：电动机结构简单、坚固、特别是转子上无绕组，适用于频繁正反转及冲击负载；功率电路采用的功率开关元件较少，电路较简单。功率元件与电动机绕组相串联，不易发生直通短路，因此成本较低，工作可靠；控制电路较简单，能够实现宽调速、低速大转矩和制动能量反馈等特性；系统效率高，启动转矩大、电流小。随着技术的进步，开关磁阻电机驱动控制系统以其优越的价格性能比，将在电动汽车的开发研制中具有更加广阔的发展前景。

参考文献:

[1] 陈清泉,孙逢春,祝嘉光. 现代电动汽车技术[M]. 北京:北京理工大学出版社,2002. 1～22.

[2] 万沛霖. 电动汽车的关键技术[M]. 北京：北京理工大学出版社，1998. 13～19，63～66.

[3] 王宏华" 开关型磁阻电动机调速控制技术[M］" 北京：机械工业出版社，1998.