汽車中主要的電機(jī)類型

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

電機(jī)廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)，主要用于提高汽車的安全性和舒適性。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)子之間有一個碳刷，起到換向的作用。有刷直流電機(jī)廣泛應(yīng)用于電動車窗、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)動邏輯)。

2. 無刷直流電機(jī)：這類電機(jī)轉(zhuǎn)子采用永磁體。當(dāng)電流通過電機(jī)線圈(定子)時，轉(zhuǎn)子作為永磁體開始轉(zhuǎn)動。

3、交流感應(yīng)電機(jī)：這類電機(jī)是應(yīng)用最廣泛的電動汽車傳動系統(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，旋轉(zhuǎn)磁場使轉(zhuǎn)子移動，通過改變提供給電機(jī)的交流電的頻率可以改變電機(jī)的速度。

汽車無刷電機(jī)的結(jié)構(gòu)

汽車中的無刷電機(jī)由電機(jī)和控制器組成，控制器本質(zhì)上是一個電子控制單元(ECU)，就像汽車中的所有其他ECU一樣。它包括微控制器與電機(jī)驅(qū)動邏輯(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)動電機(jī)。門機(jī)驅(qū)動芯片、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)上是一個存儲電機(jī)驅(qū)動邏輯的組件。例如，在電子助力轉(zhuǎn)向應(yīng)用中，轉(zhuǎn)向控制算法將存儲在單片機(jī)平臺中。該算法利用脈寬調(diào)制(PWM)信號來改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。輸入和輸出按鈕可以與這個MCU接口。輸出的PWM信號連接到電機(jī)控制系統(tǒng)的下一個核心部分。

2.門驅(qū)動IC:門驅(qū)動IC又稱前驅(qū)動，是下一個核心組件!它從單片機(jī)接收PWM信號并進(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)動芯片的目的是什么呢？我們被告知有一個閾值電壓值，一個MOSFET需要工作;柵極驅(qū)動IC提供一個閾值電壓。此外，在柵極驅(qū)動芯片中還存在一些信號調(diào)理算法，可以去除信號中的噪聲，使信號平滑。

3.Mosfet:這是一種場效應(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)需要最小的開關(guān)時間來改變流向電機(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)上是一個傳感器，當(dāng)流動電荷作用于永磁體時產(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。

下圖為無刷電機(jī)控制系統(tǒng)的組成:

無刷電機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理

啟動或停止馬達(dá)的信號來自微控制器。無刷直流電動機(jī)采用霍爾效應(yīng)傳感器驅(qū)動電機(jī)線圈。微控制器使用霍爾效應(yīng)傳感器的輸入來確定轉(zhuǎn)子的位置。根據(jù)位置的不同，它會激發(fā)電機(jī)線圈，從而產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)電場。這個磁場會使轉(zhuǎn)子隨之移動。

電機(jī)在汽車上的一些常見應(yīng)用

采用單片機(jī)控制無刷直流電機(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)座椅也由電動馬達(dá)驅(qū)動。在電機(jī)控制系統(tǒng)中，一些先進(jìn)的算法可以確保沒有顛簸或突然啟動/停止在座椅。這叫做軟停止/軟啟動。

電動汽車傳動系統(tǒng):大多數(shù)電動汽車的傳動系統(tǒng)中都有一個交流感應(yīng)電動機(jī)。三相交流電源供給電機(jī)，電機(jī)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。通過改變交流電源的頻率可以調(diào)節(jié)車輪的速度。

電機(jī)的作用在電動車中最為突出。電動汽車的核心部件是直流電機(jī)和交流電機(jī)，其中最先進(jìn)的是直流無刷電機(jī)。電力電機(jī)在汽車無刷電機(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。