純電動汽車制動開關(guān)/電機控制器檢測

一、新能源電機性能實驗臺-實驗?zāi)康?/strong>
1. 正確認識純電動汽車制動開關(guān)/電機控制器的作用
2. 了解純電動汽車制動開關(guān)/電機控制器的結(jié)構(gòu)
3. 對制動開關(guān)/電機控制器檢測，觀察其結(jié)構(gòu)，分析其工作原理，熟悉其部件。
4. 對純電動汽車制動開關(guān)/電機控制器有一個初步的認識及掌握其檢測方法。

二、新能源電機性能實驗臺-實驗原理及說明
1.萬用表功能使用介紹。
2. 示波器功能使用介紹。
3.制動開關(guān)模擬檢測
不踩下制動踏板時，測量制動開關(guān)的電阻值。
  踩下制動踏板時，測量制動開關(guān)的電阻值。
  對比二種工況下制動開關(guān)的電阻值。
4.控制器模擬檢測
4.1 電源與地線引線測量，圖示控制器電路。如圖1所示。
4.2剎車開關(guān)與控制器之前引線測量。

圖1 電動車控制器接線圖
4.3電機控制器主要端子功能
電源輸入:
粗紅色線為電源正端;黑色線為電源負端;細橙色線為電門鎖。
電機相位（u、v、w輸出）:
粗黃色線為U ;粗綠色線為V;粗藍色線為W。
油門信號輸入：
細紅色線為+5V電源；細綠色為油門信號輸入；細黑色線為接地線。
電機霍耳（A、B、C輸入）：
細紅色線為+5V電源；細黑色線為接地線；細黃色線為 A；細綠色線為 B；細藍色線為 C 。
剎車（柔性EABS+機械剎）：
細黃色線為柔性EABS；細藍色線為機械剎（高電平剎車：+12V）；細黑色線為接地線（低電平剎車）。
電子油門傳感器：
    細紅色線為+5V電源；細黑色線為接地線；細綠色線為傳感器信號輸入。
儀表（轉(zhuǎn)速）：細紫色線。
5.純電動汽車制動開關(guān)
5.1純電動汽車制動開關(guān)是開關(guān)量信號，有高電位有效與低電位有效二種型號。
高電位有效：提供DC電源有效；
低電位有效：提供接地有效；
5.2純電動汽車制動開關(guān)提供制動信號給電機控制器。電機控制器控制電機停轉(zhuǎn)等。
5.3制動開關(guān)與踏板如圖2所示。

圖2 制動開關(guān)與踏板
6.純電動汽車電機控制器
控制器是控制電機轉(zhuǎn)速的部件，也是電動車電氣系統(tǒng)的核心，具有欠壓、限流、過流保護等功能。控制器是電動車能量管理與各種控制信號處理的核心部件。電機控制器的原理如圖3所示。

圖3 電機控制器的原理
電機控制器作為整個制動系統(tǒng)的控制中心，它由逆變器和控制器兩部分組成。逆變器接收電池輸送過來的直流電電能，逆變成三相交流電給汽車電機提供電源�？刂破鹘邮茈姍C轉(zhuǎn)速等信號反饋到儀表，當發(fā)生制動或者加速行為時，控制器控制變頻器頻率的升降，從而達到加速或者減速的目的。
電機控制器的分類
1）直流電機驅(qū)動系統(tǒng)
  電機控制器一般采用脈寬調(diào)制(PWM)斬波控制方式，控制技術(shù)簡單、成熟、成本低，但效率低、體積大等缺點。
2）交流感應(yīng)電機驅(qū)動系統(tǒng)
  電機控制器采用PWM方式實現(xiàn)高壓直流到三相交流的電源變換，采用變頻調(diào)速方式實現(xiàn)電機調(diào)速，采用矢量控制或直接轉(zhuǎn)矩控制策略實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)矩控制的快速響應(yīng)。
3）交流永磁電機驅(qū)動系統(tǒng)
   包括正弦波永磁同步電機驅(qū)動系統(tǒng)和梯形波無刷直流電機驅(qū)動系統(tǒng)，其中正弦波永磁同步電機控制器采用PWM方式實現(xiàn)高壓直流到三相交流的電源變換，采用變頻調(diào)速方式實現(xiàn)電機調(diào)速；梯形波無刷直流電機控制通常采用“弱磁調(diào)速”方式實現(xiàn)電機的控制。由于正弦波永磁同步電機驅(qū)動系統(tǒng)低速轉(zhuǎn)矩脈動小且高速恒功率區(qū)調(diào)速更穩(wěn)定，因此比梯形波無刷直流電機馳動系統(tǒng)具有更好的應(yīng)用前景。
4）開關(guān)磁阻電機驅(qū)動系統(tǒng)
     開關(guān)磁阻電機驅(qū)動系統(tǒng)的電機控制一般采用模糊滑�？刂品椒�。目前純電動汽車所用電機均為永磁同步電機，交流永磁電機采用稀土永磁體勵磁，與感應(yīng)電機相比不需要勵磁電路，具有效率高、功率密度大、控制精度高、轉(zhuǎn)矩脈動小等特點。
電動控制器的相關(guān)術(shù)語
1）額定功率：在額定條件下的輸出功率。
2）峰值功率：在規(guī)定的持續(xù)時間內(nèi)，電機允許的最大輸出功率。
3）額定轉(zhuǎn)速：額定功率下電機的轉(zhuǎn)速。
4）最高工作轉(zhuǎn)速：相應(yīng)于電動汽車最高設(shè)計車速的電機轉(zhuǎn)速。
5）額定轉(zhuǎn)矩：電機在額定功率和額定轉(zhuǎn)速下的輸出轉(zhuǎn)矩。
6）峰值轉(zhuǎn)矩：電機在規(guī)定的持續(xù)時間內(nèi)允許輸出的最大轉(zhuǎn)矩。
7）電機及控制器整體效率：電機轉(zhuǎn)軸輸出功率除以控制器輸入功率再乘以100%。
控制器簡介
簡略地講控制器是由周邊器件和主芯片（或單片機）組成。周邊器件是一些功能器件，如執(zhí)行、采樣等，它們是電阻、傳感器、橋式開關(guān)電路，以及輔助單片機或?qū)Ｓ眉呻娐吠瓿煽刂七^程的器件；單片機也稱微控制器，是在一塊集成片上把存貯器、有變換信號語言的譯碼器、鋸齒波發(fā)生器和脈寬調(diào)制功能電路以及能使開關(guān)電路功率管導(dǎo)通或截止、通過方波控制功率管的的導(dǎo)通時間以控制電機轉(zhuǎn)速的驅(qū)動電路、輸入輸出端口等集成在一起，而構(gòu)成的計算機片。
控制器的設(shè)計品質(zhì)、特性、所采用的微處理器的功能、功率開關(guān)器件電路及周邊器件布局等，直接關(guān)系到整車的性能和運行狀態(tài)，也影響控制器本身性能和效率。
控制器的型號
目前電動車所采用的控制器電路原理基本相同或接近。有刷和無刷直流電機大都采用脈寬調(diào)制的PWM控制方法調(diào)速，只是選用驅(qū)動電路、集成電路、開關(guān)電路功率晶體管和某些相關(guān)功能上的差別。元器件和電路上的差異，構(gòu)成了控制器性能上的不大相同�？刂破鲝慕Y(jié)構(gòu)上分兩種，我們把它稱為分離式和整體式。
控制器的保護功能
保護功能是對控制器中換相功率管、電源免過放電，以及電動機在運行中，因某種故障或誤操作而導(dǎo)致的可能引起的損傷等故障出現(xiàn)時，電路根據(jù)反饋信號采取的保護措施。電動車基本的保護功能和擴展功能如下：
1）制動斷電
當制動時，開關(guān)被推押閉合或被斷開，而改變了原來的開關(guān)狀態(tài)。這個變化形成信號傳送到控制電路中，電路根據(jù)預(yù)設(shè)程序發(fā)出指令，立即切斷基極驅(qū)動電流，使功率截止，停止供電。因而，既保護了功率管本身，又保護了電動機，也防止了電源的浪費。
2）欠壓保護
這里指的是電源的電壓。當放電最后階段，在負載狀態(tài)下，電源電壓已經(jīng)接近“放電終止電壓”，控制器面板（或儀表顯示盤）即顯示電量不足，引起注意，計劃自己的行程。當電源電壓已經(jīng)達到放終時，電壓取樣電阻將分流信息饋入比較器，保護電路即按預(yù)先設(shè)定的程序發(fā)出指令，切斷電流以保護電子器件和電源。
3）過流保護
電流超限對電機和電路一系列元器件都可能造成損傷，甚至燒毀，這是絕對應(yīng)當避免的�？刂齐娐分�，必須具備這種過電流的保護功能，在過流時經(jīng)過一定的延時即切斷電流。
4）過載保護
過載保護和過電流保護是相同的，載重超限必然引起電流超限。如果沒有這種保護功能，不一定在哪個環(huán)節(jié)上引起損傷，但首當其沖的就是開關(guān)功率管，只要控制器功率管燒毀一只，變成兩相供電后電動機運轉(zhuǎn)即變得無力，可以感覺到脈動異常；若繼續(xù)使用，接著就燒毀第2個、第3個功率管。有兩相功率管不工作，電動機即停止運行，電機則失去控制功能。因此，由過載引起的過電流是很危險的。但只要有過電流保護，載重超限后電路自動切斷電源，因超載而引起的一系列后果都可以避免。
5）欠速保護
屬于過流保護范疇，是為不具備0速起步功能的控制系統(tǒng)而設(shè)置。
6）限速保護
電動車獨有的設(shè)計控制程序。車速超過某一預(yù)定值時，電路停止供電不予助力。
7）堵轉(zhuǎn)保護
控制器能自動判斷電機在過流時是處于完全堵轉(zhuǎn)狀態(tài)還是在運行狀態(tài)或電機短路狀態(tài)，如果過流時是處于運行狀態(tài)，控制器將限流值設(shè)定在固定值，以保持整車的驅(qū)動能力；如電機處于純堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，則控制器2秒后將限流值控制在10A以下，起到保護電機和電池，節(jié)省電能確�？刂破骷半姵氐陌踩�
控制器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 控制器內(nèi)部結(jié)構(gòu)
控制器的控制類型
1）方波控制器：采用霍爾傳感器采集轉(zhuǎn)子位置，以此為基準信號控制繞組強制換相而達到讓電機轉(zhuǎn)動，因為它的技術(shù)成熟，普遍使用的控制器。缺點是：方波控制器對于整個電動車來說，電機換相導(dǎo)致電流突變而導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩脈動較大，使車子啟動噪音大且不平穩(wěn)，起步扭矩小，效率不高。
2）零功耗控制器：把電源鎖鑰匙關(guān)掉，然后按一下車把上的防盜鍵。控制器進入防盜預(yù)警狀態(tài)，強行推動電機時，觸發(fā)控制器里單片機工作，喇叭會發(fā)出報警聲并鎖死電機。
3）無霍爾控制器：因為沒有霍爾傳感器件，所以采用的是一種反向電壓的模糊計算方式而達到換相，這種控制器一般用在維修市場，特點是：免去了配對相位的麻煩，裝上就能使用。缺點是：因沒有霍爾傳感器件，所以起步有死角，效率比方波控制器還低。此類型控制器也逐漸被市場所淘汰。
4）智能雙�？刂破鳎弘p模，顧名思義就是兩種工作模式，普通方波控制+無霍爾控制，在普通狀態(tài)下，控制器可自動識別電動車電機的換相角度，霍爾相位和電機輸出相位，當電動車在正常行駛時，出現(xiàn)霍爾故障或者霍爾器件壞掉時，可以自動檢測到并平滑的過渡到無霍爾模式，方便用戶將車開到維修店，維修好后又能自動切換回有霍爾狀態(tài)。這種控制器擠掉了老的單純的無霍爾控制器，成為二級維修市場的主要產(chǎn)品。有部分整車公司也在使用這種控制器。
5）正弦波控制器：正弦控制器是理想的控制器模式，基于空間矢量變頻控制算法，控制器轉(zhuǎn)換效率高，能有效減少控制器溫升和延長電池續(xù)航里程，解決了車子在起步時出現(xiàn)的抖動和不平穩(wěn)而且起步扭矩大，效率高，但溫升較快，對控制器本身的器件都是考驗，要配合正弦電機才能達到最佳的效果。
6）總線控制器：一種新型的控制方式，內(nèi)部同樣是采用方波橋式開關(guān)電路，整車的儀表和控制器是配合使用，車身前后電路連接，中間只有三根線，一根電源正，一根電源負，一根通訊線，采用的是汽車總線技術(shù)。因其線束少了，節(jié)點少了，故障點也就少了。
三、新能源電機性能實驗臺-實驗儀器
實驗儀器,包括儀器設(shè)備條件、物質(zhì)條件、相關(guān)文獻資料等。

序號名稱數(shù)量主要用途

1 新能源汽車驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與性能實驗臺

2 汽車電工絕緣工具組

3 汽車高壓萬用表

4 絕緣手套

5 汽車示波器

6 純電動汽車制動開關(guān)

7 純電動汽車控制器

四、實驗內(nèi)容和步驟
(一）純電動汽車制動開關(guān)/電機控制器認識
1.觀摩新能源汽車驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與性能實驗臺，識別制動開關(guān)/電機控制器部件安裝位置。
2.觀摩新能源汽車驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與性能實驗臺，識別制動開關(guān)/電機控制器各引線功能。
(二）純電動汽車制動開關(guān)/電機控制器檢測
純電動汽車制動開關(guān)檢測
1)閉合電源總開關(guān)，點火開關(guān)ON位置。
2)換擋操縱機構(gòu)手柄置于“前進/或者倒車”檔，右腳輕踩電子加速踏板，車輛前輪開始運轉(zhuǎn)；
3)不踩下剎車踏板，萬用表檢測剎車開關(guān)的端子與地線電壓值。
4)踩下剎車踏板，萬用表檢測剎車開關(guān)的端子與地線電壓值。
5)關(guān)閉點火開關(guān)，踩下與不踩下剎車踏板，萬用表檢測剎車開關(guān)的端子電阻值。
純電動汽車電機控制器檢測
1)閉合電源總開關(guān)點火開關(guān)ON，萬用表檢測控制器的電源端子與地線電壓值。
2）參照面板原理圖，萬用表檢測控制器的開關(guān)量端子與地線電壓值、電阻值。
3)參照面板原理圖，萬用表檢測控制器的各傳感器信號端子與地線電壓值。
4)松開手剎，換擋操縱機構(gòu)手柄置于“前進/或者倒車”檔，右腳輕踩電子加速踏板，車輛前輪開始運轉(zhuǎn)；
5)慢慢踩下加速踏板，示波器檢測控制器輸出UVW端子波形且記錄。
6)慢慢踩下加速踏板，示波器檢測控制器入傳感器（霍爾ABC與電子油門傳感器）信號端子波形且記錄。
故障模擬
1)閉合電源總開關(guān)，點火開關(guān)ON位置。
2)換擋操縱機構(gòu)手柄置于“前進/或者倒車”檔，右腳輕踩電子加速踏板，車輛前輪開始運轉(zhuǎn)；
3)如“霍爾傳感器”故障開關(guān)向“0”方向按下時，設(shè)置故障。
4)踏下電子油門，檢查故障現(xiàn)象。
5)萬用表檢測面板端子，檢測線路與信號查找原因。
6)“霍爾傳感器”故障開關(guān)向“1”方向按下時，設(shè)置排除。
實訓(xùn)實驗完畢后，關(guān)閉點火開關(guān)，斷開總電源開關(guān)，整理好設(shè)備。
五、實驗報告
1.電機控制器輸入信號端子波形且記錄，分析實測數(shù)據(jù)結(jié)果。
2.如何測試剎車開關(guān)？
3.斷開電機霍爾傳感器A或者B線，會有什么故障現(xiàn)象？為什么？
4.測試控制器輸出UVW端子波形記錄且分析實測數(shù)據(jù)結(jié)果。
六、預(yù)習(xí)與思考題
1.純電動汽車組成結(jié)構(gòu)與工作原理。
2.純電動汽車電機控制器結(jié)構(gòu)與原理。
3.純電動汽車剎車開關(guān)結(jié)構(gòu)與工作原理。
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1	新能源汽車驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與性能實驗臺
2	汽車電工絕緣工具組
3	汽車高壓萬用表
4	絕緣手套
5	汽車示波器
6	純電動汽車制動開關(guān)
7	純電動汽車控制器

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