如何使用DSP實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車多輪驅(qū)電機(jī)的協(xié)調(diào)控制

　　承載、轉(zhuǎn)向和牽引是地面運(yùn)行車輛的三大基本功能。目前純電動(dòng)汽車正在向多輪驅(qū)方向發(fā)展，這種系統(tǒng)至少含有兩臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，通過對(duì)多電機(jī)的協(xié)調(diào)控制，不僅可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車的雙向牽引，而且為同時(shí)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向協(xié)調(diào)提供了可能。為此，本文圍繞多輪驅(qū)電機(jī)的協(xié)調(diào)控制技術(shù)進(jìn)行相關(guān)的理論與試驗(yàn)研究。

　　首先，對(duì)永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的工作原理與特性進(jìn)行分析；借鑒經(jīng)典汽車技術(shù)，系統(tǒng)的研究了輪驅(qū)式電動(dòng)車的控制功能及實(shí)現(xiàn)方法；給出一個(gè)由人工轉(zhuǎn)向輪+兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪組成的電動(dòng)三輪車概念模型，并提出了一種基于雙電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)、電流指令靈活分配的控制系統(tǒng)策略。該系統(tǒng)接收電流調(diào)節(jié)手把指令和電流分配指令，通過雙電機(jī)電流信號(hào)分配及閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩協(xié)調(diào)控制，使電動(dòng)車在牽引驅(qū)動(dòng)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向協(xié)調(diào)控制。

　　其次，針對(duì)上述電動(dòng)三輪車的控制需求，在對(duì)電機(jī)功率驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)與控制方式、電流及轉(zhuǎn)子位置信號(hào)檢測(cè)方法進(jìn)行比較分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了無刷直流電動(dòng)機(jī)的硬件驅(qū)動(dòng)電路，搭建了以TMS320F2812開發(fā)板為主控制器的雙電機(jī)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)硬件試驗(yàn)研究平臺(tái)；分析了控制系統(tǒng)軟件整體需求，編寫了系統(tǒng)輸入、輸出及控制模塊軟件，完成了雙電機(jī)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。

　　最后，在試驗(yàn)研究平臺(tái)上，完成了系統(tǒng)軟件與硬件聯(lián)合調(diào)試。通過電機(jī)開環(huán)調(diào)試，標(biāo)定了速度檢測(cè)子系統(tǒng)；單獨(dú)施加恒定激勵(lì)電流，標(biāo)定了電流檢測(cè)子系統(tǒng)；外加可變負(fù)載，驗(yàn)證了電機(jī)電流閉環(huán)控制功能。調(diào)試結(jié)果表明，控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)電機(jī)啟動(dòng)、調(diào)速、正反轉(zhuǎn)和電流閉環(huán)控制。

　　全部試驗(yàn)結(jié)果表明，基于DSP的電動(dòng)車多輪驅(qū)電機(jī)協(xié)調(diào)控制可在牽引驅(qū)動(dòng)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向協(xié)調(diào)，采用成熟的電流閉環(huán)控制技術(shù)，以軟件代替機(jī)械差速器的功能，可供多輪驅(qū)電動(dòng)汽車的研究參考。

　　采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車最早誕生于1873年，而采用內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的經(jīng)典汽車要晚10余年。由于發(fā)現(xiàn)了廉價(jià)的化石能源，且電池的能量/重量比居高不下，經(jīng)典內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車得到了百余年的發(fā)展，給人類帶來了極大的方便，但也帶來了極大的污染。大約從1980年開始，人們轉(zhuǎn)而積極發(fā)展電動(dòng)汽車，其采用電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)源，不僅具有較高的驅(qū)動(dòng)效率，并且最大的特點(diǎn)是環(huán)保，所以有逐漸取代內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的趨勢(shì)。坦克及裝甲車的電驅(qū)化，移動(dòng)機(jī)器人的電動(dòng)控制，輪軌機(jī)車的電氣化都是電機(jī)驅(qū)動(dòng)優(yōu)勢(shì)的具體體現(xiàn)。

　　傳統(tǒng)電力驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車是在內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，采用電動(dòng)機(jī)代替內(nèi)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)一輛車采用一臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，利用離合器、齒輪箱和差速器等一系列機(jī)械裝置，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)到車輪之間的動(dòng)力傳遞。

　　隨著電動(dòng)車的發(fā)展，其電力驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)也出現(xiàn)了多種不同的形式，逐漸由傳統(tǒng)的單電機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)展為多電機(jī)驅(qū)動(dòng)即一個(gè)車輪采用一臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)輸出力矩直接通過減速器作用于車輪，使機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)一步得到減化。

　　最新的發(fā)展是將電動(dòng)機(jī)直接裝在車輪里面，使車速控制直接等同于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制，使多電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)徹底擺脫了齒輪箱和差速器等機(jī)械裝置，實(shí)現(xiàn)了車輛底盤系統(tǒng)的電子化、主動(dòng)化，因此多電機(jī)輪式驅(qū)動(dòng)（多輪驅(qū)）電動(dòng)車越來越受到人們的重視。

　　對(duì)多個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)協(xié)調(diào)控制，電動(dòng)車不僅可實(shí)現(xiàn)牽引功能，而且為同時(shí)實(shí)現(xiàn)主動(dòng)或被動(dòng)轉(zhuǎn)向提供了可能。采用良好的協(xié)調(diào)控制策略，軌道車輛可以提高彎道牽引力，節(jié)省能源，降低噪音；電動(dòng)汽車可以降低輪胎磨耗，避免車輛在轉(zhuǎn)彎時(shí)發(fā)生側(cè)滑。因此研究多輪驅(qū)電機(jī)的協(xié)調(diào)控制以保證車輛安全、高效運(yùn)行具有重要意義。