HEV用FSPM双转子电机控制系统研究硬件子系统
目 录
1 绪论 1
1.1 混合动力汽车的概述 1
1.2混合动力汽车的控制策略 3
1.3 双转子电机研究背景 6
1.4本课题的研究意义 7
2 FSPM双转子电机结构及工作原理 7
2.1 FSPM双转子电机结构 7
2.2 FSPM双转子电机的工作原理 8
2.3 FSPM双转子混合动力系统的工作原理 9
2.4 FSPM双转子电机的运行工况 12
3 双转子电机驱动系统硬件电路设计 15
3.1 TMS320F28335的特点 16
3.2 DSP最小系统电路设计 17
3.3功率变换电路设计 18
3.4缓冲电路的设计 18
3.5 IGBT的驱动电路设计 19
3.6电流信号的检测与调理电路的设计 20
3.7中间转子位置检测电路的设计 21
3.8内转子位置检测电路的设计 21
3.9过电压、过电流信号检测 22
3.10 本章小结 23
结论 24
致谢 25
参考文献 26
附录 系统硬件电路图 27
1 绪论
1.1 混合动力汽车的概述
1.1.1混合动力汽车的概念
两次工业革命以来，全世界范围内的大气污染问题以及温室效应已经严重威胁到人类的生存与发展，因而引发了一系列重大的问题。并且，伴随着石油等化石燃料能源的逐渐消耗以及主要中东石油供应国地缘政治不稳定等因素，人类急切寻求除石油能源以外的能源，用以减轻对化石燃料的依靠和降低汽车尾气的排放。因 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
此，新世纪汽车行业的发展方向已经向电动汽车转变。
但是，传统的纯电动汽车的发展过程中，却遇到众多的发展瓶颈，首先，纯电动汽车的能量存储电池，至今仍没用取得实质性的突破发展，这些电池仍然存在诸多不足之处，比如，电池寿命较短、质量较重、价格较高；其次，纯电动汽车与传统的内燃机汽车相比，虽然更加环保、其能源使用效率更加高效，但是在驾驶体验的舒适性，汽车各项综合性能，行驶距离等众多方面还有着较大差距。
混合动力车具体是指把老式的内燃机和电动机当做动力源，把内燃机动力与电动机动力进行混合，用以实现节省化石燃料，降低排放污染的目的。车辆配备的动力源大概有以下的几种类型：比如传统的蓄电池，还有就是太阳能电池以及内燃机车自带的发电机组等等。
混合动力汽车自身具有众多的优势：
1）如今的混合动力汽车都大量地运用了领先的再生制动技术，而且可以高效地实现汽车的动能、电能之间的转换，但是在传统的内燃机汽车的制动系统中，这一局部能量却以热能的方式而消散。
2）混合动力车能够在燃油最优工作点上实现对内燃机的控制，此时燃油效率较高，污染较少。其次，当内燃机功率不足且需要较大的功率时，则电动机和内燃机共同协调工作来提供较大功率；当车辆负荷比较低时，内燃机多余的能量可以经由发电机，反馈给电池，因而实现能量的优化转换。
3）因为选用了全新的油、电混合的动力技术，因此，混合动力车可以在符合续航里程需求的情况下，电池的体积及其容量做的尽可能的小，这就彻底合理地运用了车辆本身的优势，极大地保障了其整车的动力等性能，提高了驾乘的舒适性，在当前能源紧张的时代背景下，有很大的发展空间。
1.1.2国内外混合动力汽车的发展现状
如果依照混合动力汽车的问世时间来计算的话，混合动力汽车的历史已经大约有一百多年了。20世纪初，保时捷Lohner-Porsche成为世界上第一辆混合动力汽车，在这以后，林林总总的混合动力汽车如雨后春笋般问世，但是，由于工业革命的发展，大量开采石油资源，市场迅速被传统内燃机汽车给占领，其次，由于当时混合动力汽车刚刚发展起步，其必然存在一些局限性，因而导致了这一新型汽车一直没有能实现批量化生产，因此，汽车厂商们对混合动力汽车的探索、研究也随之停滞不前，发展迟缓。而由于这些年来工业的迅猛发展，能源资源被过度的开采及利用，其资源日益濒临枯竭，并且其价格也相应的水涨船高，其次，再加上因为环境的形势越来越严峻，人们的环境保护意识不断增强，以前一直未得到较好的发展的混合动力汽车，再一次回到人们的视野，得到了众多汽车厂商的重视，对其开发、研究、推广的力度也随之越来越大。
就新型混合动力汽车的发展、研究现状而言，国内外各大汽车制造商的研发进度也大不相同。比如日本，其汽车制造商在对于新型混合动力汽车的研究投入上，算得上是全球混合动力汽车的研究领域的领先者。20世纪以来，在混合动力汽车方面的研发上，日本已经逐步走向成熟，其发展已经逐渐形成了较好的规模化、产业化，并且在混合动力汽车的宣传、销售方面也实现了极大地成功。其中，最具代表的的例子就是丰田汽车公司普锐斯的热销，在1997年，第一年就售出将近2万辆，到目前为止，其在全球范围内的销售量已超过600万辆。在其问世的十几年内，丰田的普锐斯已经推出了3代，1997年量产的第一代普锐斯，其功率为33kw，然而，到了2003年，推出的第二代丰田普锐斯的功率已经提升到了50kw，第三代普锐斯在2010年推出的，其功率已经达到了60kw。在动力源方面，丰田普锐斯主要是以电机为主要的动力源，搭配与之相匹配的内燃机驱动，实现其最佳的运行状态。丰田普锐斯所取得的成就，也让全球的各大汽车制造商们以及世界各大研发机构看到了混合动力汽车拥有无限的发展前景，于是，他们都纷纷加入到了研发新型混动汽车的行列中。
同时，我国当局政府部门也已经在国家高技术研究发展计划——863计划中，特地列出了加快混合动力汽车研发的重大专项[1]。当前已经获得众多丰硕的成果，首先、已经建成了具有了独立知识产权的动力系统的技术平台。其次，经过我们不断地探究，我们掌握了一些相关的重要零部件的核心技术。再之，混合动力汽车重要零部件的研究已经全方位迎头赶上，并逐渐实现产业化，以及我们在生产能力、售后处理等方面也显著增强。最重要的是，我们已经掌握了混合动力汽车整车开发的核心技术，形成了各型号混动汽车的开发能力。当下，我们的汽车企业已将混合动力汽车当做将来主打竞争型产品在政策上高度重视，上汽、长安汽车等国内知名汽车公司都己耗费了我们大批的人力以及物力，倾注了一代人智慧的结晶，并取得了众多的成果。
我国在混合动力车的研究方向上主要体现在体积较大的公交车以及小型的家用轿车这两大类上。在公交类混合动力车发展方面，在2003年12月，经由东风汽车公司独立自主研发的城市类型的混动汽车已经在城市开始运营。而在轿车类混合动力车方面，在2007年11月，由我国奇瑞汽车公司研发的第一辆混动轿车A5 ISG也随之推出。而我国其他的一些大型汽车制造商，比如上海汽车公司、比亚迪、海南马自达、长安汽车公司等公司也都相应的推出了各自公司一系列的混合动力汽车。与此同时，清华大学、华中科技大学、天津大学、同济大学、哈尔滨工业大学等众多国内重点高校也纷纷投入到了混合动力车的相关研究中。东南大学参与和承担了相关的国家自然基金项目，他们也与相应的一些汽车制造公司合作，共同研究了混合动力城市客车在电动机驱动方面研究的内容。
历史延续到2000年之后，伴随着化石燃料的日益缺乏，节能环保理念的全面普及，混合动力汽车凭借其较好的驾驶体验，及舒适的乘坐感觉，以及高效的燃油效率，赢得了广大市场的广泛好评，HEV的市场占有率也逐渐扩大，这都表明，HEV市场已经趋于成熟。
1 绪论 1
1.1 混合动力汽车的概述 1
1.2混合动力汽车的控制策略 3
1.3 双转子电机研究背景 6
1.4本课题的研究意义 7
2 FSPM双转子电机结构及工作原理 7
2.1 FSPM双转子电机结构 7
2.2 FSPM双转子电机的工作原理 8
2.3 FSPM双转子混合动力系统的工作原理 9
2.4 FSPM双转子电机的运行工况 12
3 双转子电机驱动系统硬件电路设计 15
3.1 TMS320F28335的特点 16
3.2 DSP最小系统电路设计 17
3.3功率变换电路设计 18
3.4缓冲电路的设计 18
3.5 IGBT的驱动电路设计 19
3.6电流信号的检测与调理电路的设计 20
3.7中间转子位置检测电路的设计 21
3.8内转子位置检测电路的设计 21
3.9过电压、过电流信号检测 22
3.10 本章小结 23
结论 24
致谢 25
参考文献 26
附录 系统硬件电路图 27
1 绪论
1.1 混合动力汽车的概述
1.1.1混合动力汽车的概念
两次工业革命以来，全世界范围内的大气污染问题以及温室效应已经严重威胁到人类的生存与发展，因而引发了一系列重大的问题。并且，伴随着石油等化石燃料能源的逐渐消耗以及主要中东石油供应国地缘政治不稳定等因素，人类急切寻求除石油能源以外的能源，用以减轻对化石燃料的依靠和降低汽车尾气的排放。因 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
此，新世纪汽车行业的发展方向已经向电动汽车转变。
但是，传统的纯电动汽车的发展过程中，却遇到众多的发展瓶颈，首先，纯电动汽车的能量存储电池，至今仍没用取得实质性的突破发展，这些电池仍然存在诸多不足之处，比如，电池寿命较短、质量较重、价格较高；其次，纯电动汽车与传统的内燃机汽车相比，虽然更加环保、其能源使用效率更加高效，但是在驾驶体验的舒适性，汽车各项综合性能，行驶距离等众多方面还有着较大差距。
混合动力车具体是指把老式的内燃机和电动机当做动力源，把内燃机动力与电动机动力进行混合，用以实现节省化石燃料，降低排放污染的目的。车辆配备的动力源大概有以下的几种类型：比如传统的蓄电池，还有就是太阳能电池以及内燃机车自带的发电机组等等。
混合动力汽车自身具有众多的优势：
1）如今的混合动力汽车都大量地运用了领先的再生制动技术，而且可以高效地实现汽车的动能、电能之间的转换，但是在传统的内燃机汽车的制动系统中，这一局部能量却以热能的方式而消散。
2）混合动力车能够在燃油最优工作点上实现对内燃机的控制，此时燃油效率较高，污染较少。其次，当内燃机功率不足且需要较大的功率时，则电动机和内燃机共同协调工作来提供较大功率；当车辆负荷比较低时，内燃机多余的能量可以经由发电机，反馈给电池，因而实现能量的优化转换。
3）因为选用了全新的油、电混合的动力技术，因此，混合动力车可以在符合续航里程需求的情况下，电池的体积及其容量做的尽可能的小，这就彻底合理地运用了车辆本身的优势，极大地保障了其整车的动力等性能，提高了驾乘的舒适性，在当前能源紧张的时代背景下，有很大的发展空间。
1.1.2国内外混合动力汽车的发展现状
如果依照混合动力汽车的问世时间来计算的话，混合动力汽车的历史已经大约有一百多年了。20世纪初，保时捷Lohner-Porsche成为世界上第一辆混合动力汽车，在这以后，林林总总的混合动力汽车如雨后春笋般问世，但是，由于工业革命的发展，大量开采石油资源，市场迅速被传统内燃机汽车给占领，其次，由于当时混合动力汽车刚刚发展起步，其必然存在一些局限性，因而导致了这一新型汽车一直没有能实现批量化生产，因此，汽车厂商们对混合动力汽车的探索、研究也随之停滞不前，发展迟缓。而由于这些年来工业的迅猛发展，能源资源被过度的开采及利用，其资源日益濒临枯竭，并且其价格也相应的水涨船高，其次，再加上因为环境的形势越来越严峻，人们的环境保护意识不断增强，以前一直未得到较好的发展的混合动力汽车，再一次回到人们的视野，得到了众多汽车厂商的重视，对其开发、研究、推广的力度也随之越来越大。
就新型混合动力汽车的发展、研究现状而言，国内外各大汽车制造商的研发进度也大不相同。比如日本，其汽车制造商在对于新型混合动力汽车的研究投入上，算得上是全球混合动力汽车的研究领域的领先者。20世纪以来，在混合动力汽车方面的研发上，日本已经逐步走向成熟，其发展已经逐渐形成了较好的规模化、产业化，并且在混合动力汽车的宣传、销售方面也实现了极大地成功。其中，最具代表的的例子就是丰田汽车公司普锐斯的热销，在1997年，第一年就售出将近2万辆，到目前为止，其在全球范围内的销售量已超过600万辆。在其问世的十几年内，丰田的普锐斯已经推出了3代，1997年量产的第一代普锐斯，其功率为33kw，然而，到了2003年，推出的第二代丰田普锐斯的功率已经提升到了50kw，第三代普锐斯在2010年推出的，其功率已经达到了60kw。在动力源方面，丰田普锐斯主要是以电机为主要的动力源，搭配与之相匹配的内燃机驱动，实现其最佳的运行状态。丰田普锐斯所取得的成就，也让全球的各大汽车制造商们以及世界各大研发机构看到了混合动力汽车拥有无限的发展前景，于是，他们都纷纷加入到了研发新型混动汽车的行列中。
同时，我国当局政府部门也已经在国家高技术研究发展计划——863计划中，特地列出了加快混合动力汽车研发的重大专项[1]。当前已经获得众多丰硕的成果，首先、已经建成了具有了独立知识产权的动力系统的技术平台。其次，经过我们不断地探究，我们掌握了一些相关的重要零部件的核心技术。再之，混合动力汽车重要零部件的研究已经全方位迎头赶上，并逐渐实现产业化，以及我们在生产能力、售后处理等方面也显著增强。最重要的是，我们已经掌握了混合动力汽车整车开发的核心技术，形成了各型号混动汽车的开发能力。当下，我们的汽车企业已将混合动力汽车当做将来主打竞争型产品在政策上高度重视，上汽、长安汽车等国内知名汽车公司都己耗费了我们大批的人力以及物力，倾注了一代人智慧的结晶，并取得了众多的成果。
我国在混合动力车的研究方向上主要体现在体积较大的公交车以及小型的家用轿车这两大类上。在公交类混合动力车发展方面，在2003年12月，经由东风汽车公司独立自主研发的城市类型的混动汽车已经在城市开始运营。而在轿车类混合动力车方面，在2007年11月，由我国奇瑞汽车公司研发的第一辆混动轿车A5 ISG也随之推出。而我国其他的一些大型汽车制造商，比如上海汽车公司、比亚迪、海南马自达、长安汽车公司等公司也都相应的推出了各自公司一系列的混合动力汽车。与此同时，清华大学、华中科技大学、天津大学、同济大学、哈尔滨工业大学等众多国内重点高校也纷纷投入到了混合动力车的相关研究中。东南大学参与和承担了相关的国家自然基金项目，他们也与相应的一些汽车制造公司合作，共同研究了混合动力城市客车在电动机驱动方面研究的内容。
历史延续到2000年之后，伴随着化石燃料的日益缺乏，节能环保理念的全面普及，混合动力汽车凭借其较好的驾驶体验，及舒适的乘坐感觉，以及高效的燃油效率，赢得了广大市场的广泛好评，HEV的市场占有率也逐渐扩大，这都表明，HEV市场已经趋于成熟。
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