汽車(chē)中主要的電機(jī)類型

在任何機(jī)械或電子系統(tǒng)中，只要有一個(gè)連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，就有一個(gè)電機(jī)。在現(xiàn)代汽車(chē)中，舒適性和駕駛效率一樣重要，而電機(jī)起著關(guān)鍵作用。無(wú)論是窗戶、座椅、方向盤(pán)、渦輪增壓器、引擎蓋還是剎車(chē)，每個(gè)部分都有一個(gè)電機(jī)。然而，電機(jī)不啟動(dòng)和停止自己。像許多其他由電子控制單元(ECU)控制的汽車(chē)部件一樣，也有驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制系統(tǒng)。以下是汽車(chē)工程師在這些電機(jī)控制系統(tǒng)上的經(jīng)驗(yàn)。

電機(jī)廣泛應(yīng)用于汽車(chē)工業(yè)，主要用于提高汽車(chē)的安全性和舒適性。根據(jù)不同的應(yīng)用，有三種主要類型的電機(jī):

1. 有刷直流電機(jī)：這些電機(jī)的線圈和轉(zhuǎn)子之間有一個(gè)碳刷，起到換向的作用。有刷直流電機(jī)廣泛應(yīng)用于電動(dòng)車(chē)窗、座椅調(diào)節(jié)和其他類似的機(jī)械部件，這些機(jī)械部件不需要任何輔助電子系統(tǒng)(如MCU或驅(qū)動(dòng)邏輯)。

2. 無(wú)刷直流電機(jī)：這類電機(jī)轉(zhuǎn)子采用永磁體。當(dāng)電流通過(guò)電機(jī)線圈(定子)時(shí)，轉(zhuǎn)子作為永磁體開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)。

3、交流感應(yīng)電機(jī)：這類電機(jī)是應(yīng)用最廣泛的電動(dòng)汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)，其工作原理是法拉第感應(yīng)定律。線圈中的交流電產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)使轉(zhuǎn)子移動(dòng)，通過(guò)改變提供給電機(jī)的交流電的頻率可以改變電機(jī)的速度。

汽車(chē)無(wú)刷電機(jī)的結(jié)構(gòu)

汽車(chē)中的無(wú)刷電機(jī)由電機(jī)和控制器組成，控制器本質(zhì)上是一個(gè)電子控制單元(ECU)，就像汽車(chē)中的所有其他ECU一樣。它包括微控制器與電機(jī)驅(qū)動(dòng)邏輯(軟件)的遷移和與一些其他電機(jī)控制外圍設(shè)備(硬件)的集成。電機(jī)控制器是軟件算法，以期望的方式驅(qū)動(dòng)電機(jī)。門(mén)機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片、mosfet等外圍設(shè)備是控制系統(tǒng)的一部分，執(zhí)行誤差反饋處理、信號(hào)調(diào)理、電流電壓放大等輔助任務(wù)。電機(jī)控制系統(tǒng)組成:

1.微控制器:微控制器單元(MCU)本質(zhì)上是一個(gè)存儲(chǔ)電機(jī)驅(qū)動(dòng)邏輯的組件。例如，在電子助力轉(zhuǎn)向應(yīng)用中，轉(zhuǎn)向控制算法將存儲(chǔ)在單片機(jī)平臺(tái)中。該算法利用脈寬調(diào)制(PWM)信號(hào)來(lái)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。輸入和輸出按鈕可以與這個(gè)MCU接口。輸出的PWM信號(hào)連接到電機(jī)控制系統(tǒng)的下一個(gè)核心部分。

2.門(mén)驅(qū)動(dòng)IC:門(mén)驅(qū)動(dòng)IC又稱前驅(qū)動(dòng)，是下一個(gè)核心組件!它從單片機(jī)接收PWM信號(hào)并進(jìn)行放大，使之適合于MOSFET。這讓我們有點(diǎn)困惑，因?yàn)槲覀冎�道m(xù)osfet通常用于放大電壓，那么在電機(jī)控制系統(tǒng)中使用柵極驅(qū)動(dòng)芯片的目的是什么呢？我們被告知有一個(gè)閾值電壓值，一個(gè)MOSFET需要工作;柵極驅(qū)動(dòng)IC提供一個(gè)閾值電壓。此外，在柵極驅(qū)動(dòng)芯片中還存在一些信號(hào)調(diào)理算法，可以去除信號(hào)中的噪聲，使信號(hào)平滑。

3.Mosfet:這是一種場(chǎng)效應(yīng)晶體管，可以將幾毫安的電流放大到十倍，將小電壓放大到幾百伏特。Mosfet是電機(jī)控制系統(tǒng)中不可缺少的一部分，因?yàn)殡姍C(jī)需要最小的開(kāi)關(guān)時(shí)間來(lái)改變流向電機(jī)的電流。

4.霍爾效應(yīng)傳感器:霍爾效應(yīng)傳感器在汽車(chē)電機(jī)控制應(yīng)用中的作用是確定電機(jī)的位置。它本質(zhì)上是一個(gè)傳感器，當(dāng)流動(dòng)電荷作用于永磁體時(shí)產(chǎn)生電壓。霍爾傳感器安裝在轉(zhuǎn)子上，在電機(jī)線圈通電之前就知道轉(zhuǎn)子的位置。

下圖為無(wú)刷電機(jī)控制系統(tǒng)的組成:

無(wú)刷電機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理

啟動(dòng)或停止馬達(dá)的信號(hào)來(lái)自微控制器。無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)采用霍爾效應(yīng)傳感器驅(qū)動(dòng)電機(jī)線圈。微控制器使用霍爾效應(yīng)傳感器的輸入來(lái)確定轉(zhuǎn)子的位置。根據(jù)位置的不同，它會(huì)激發(fā)電機(jī)線圈，從而產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)電場(chǎng)。這個(gè)磁場(chǎng)會(huì)使轉(zhuǎn)子隨之移動(dòng)。

電機(jī)在汽車(chē)上的一些常見(jiàn)應(yīng)用

采用單片機(jī)控制無(wú)刷直流電機(jī)，具有轉(zhuǎn)向控制算法、PWM、電流環(huán)PI等功能。

座椅調(diào)節(jié):電子調(diào)節(jié)座椅也由電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。在電機(jī)控制系統(tǒng)中，一些先進(jìn)的算法可以確保沒(méi)有顛簸或突然啟動(dòng)/停止在座椅。這叫做軟停止/軟啟動(dòng)。

電動(dòng)汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng):大多數(shù)電動(dòng)汽車(chē)的傳動(dòng)系統(tǒng)中都有一個(gè)交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。三相交流電源供給電機(jī)，電機(jī)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。通過(guò)改變交流電源的頻率可以調(diào)節(jié)車(chē)輪的速度。

電機(jī)的作用在電動(dòng)車(chē)中最為突出。電動(dòng)汽車(chē)的核心部件是直流電機(jī)和交流電機(jī)，其中最先進(jìn)的是直流無(wú)刷電機(jī)。電力電機(jī)在汽車(chē)無(wú)刷電機(jī)控制器上投入了大量的資金，以最少的投資獲得最大的電機(jī)輸出。