电机驱动控制和智能设备技术的集成为电动和混合动力汽车提供了节省空间和成本的解决方案。

随着混合动力汽车/电动汽车市场的不断扩大，人们对更高效、更智能的电机位置控制的需求变得更加迫切。今天，原始设备制造商比以往任何时候都更加关注如何增强电机的能力(例如扭矩控制)，同时通过诊断保持高度的系统可见性，以确保他们始终知道系统的健康状况。为了实现这些目标，电机位置控制的高度集成解决方案，尤其是电机效率和扭矩控制的解决方案变得非常重要。

　　前言

随着世界各地人们对更高能效交通方式的需求日益增加，混合动力汽车/电动汽车将首当其冲，成为交通的首选。为了更好地了解电动和混合动力汽车的市场潜力和发展，不可避免地要知道本文提到的是什么类型的汽车。在战略分析[1]:“2007-2021年混合动力汽车系统需求预测”的报告中，混合动力汽车/电动汽车分为四类：

1.轻度混合动力

2.完全混合动力

3.插入式混合动力

4.纯电动

这些分类中的每一个都考虑了车辆电机的功率和电机在系统中准确负责的任务。例如，在上述报告中，Strategy AnalyTIcs将轻度混合动力汽车归类为发动机功率低于20千瓦的汽车。这种电机用于配合内燃机的制动恢复和扭矩辅助功能。一旦了解了轻度混合动力和纯电力之间的权衡，就更容易了解电机位置传感器在这个领域的整体有效市场。表1列出了战略分析报告中定义的系统分类，该报告将贯穿全文。

既然已经知道了正在讨论的车型，就应该深入研究市场，更好地了解正在投资HEV/EV车型的汽车厂商的潜在目标市场。

如表1所示，每辆车可配备1至4台电机。(安装四个电机是因为每个轮胎需要一个电机。).使用的每台电机都需要配有合适的系统，以安全有效地驱动和控制这些电机。这些系统需要控制可见性和粒度，以实现适当的扭矩和电机控制。考虑到电机及其控制系统所需的知识，表2(也来自战略分析报告)给出了2015-2021年期间市场上每种类型车辆的估计数量

表2显示了混合动力汽车/电动汽车市场的稳定增长和汽车市场对电动解决方案的兴趣。随着需求的不断增加，原始设备制造商将继续寻找提高这些车辆性能的方法，同时添加内置的诊断、保护和监控设备，以增加系统自诊断的便利性。

为了了解这个新的快速增长的市场，了解汽车制造商在这一领域的主要驱动因素是非常重要的。首先，这些车辆为其电机驱动器(逆变器)提供精确的电机控制非常重要。其次，为什么系统在设备层面的集成对于为混合动力汽车/电动汽车提供更小、更智能和更有效的解决方案至关重要。

　　精确精准的电机控制

对于任何车辆，无论是电动还是非电动，电机都是驱动车辆前进的动力系统的核心部件。特别是对于电动汽车，需要电机位置信息，包括角度和速度数据，以确保电机控制系统能够高效、准确地工作。逆变器收集的数据被主动用于控制和监控每个电机相位的当前情况。控制和调节电机电流的过程就是为电机产生转矩的过程。电动汽车的扭矩控制对客户和汽车制造商来说都非常重要。扭矩至关重要的主要领域包括：

1.低速启动电机和爬坡时需要高扭矩

2.当车辆高速行驶时，扭矩控制确保高功率

3.加速期间的快速扭矩响应需要精确的电机控制

4.精确的电机和扭矩控制，实现反馈制动所需的高频率

通过控制和理解电机中的扭矩，车辆可以为驾驶员向车轮提供更平稳的动力。准确了解电机位置是确保正确扭矩控制的关键。通过知道电机轴的准确定位，并携带一个可以根据电机数据做出决策的智能系统，电动汽车的控制系统可以准确计算出驾驶员所需的扭矩。控制越精确，在处理任何列出的情况时，用户体验就越好。

电动和混合动力汽车中使用的电机控制系统的简单结构如图1所示。在对系统如何工作的预期中，你可以想象当你作为司机开车时决定改变速度的场景。当您加速(或减速)发动机/电机控制单元(逆变器)时，车辆的

电池提供驱动电机运行的动力。然后，位置感测器（旋转变压器）会读取电机的角度信息并将其转化成逆变器系统的微控制器可操作的格式。该数据一旦传输到微控制器，电机控制系统就可以增加或降低电机扭矩。这些速度的增加或降低以同样的方式被处理，而且合适的扭矩会根据用户的原始输入传递到系统。

　　集成

　　了解了电机控制在HEV/EV驱动系统中的重要性后，我们现在可以调查多种当今市场上用来增强控制车辆扭矩系统的方法。

　　电机控制系统的中心部件是一个逆变器电路板。该部件用来向微控制器、电机驱动器和用来读取和操作收集到的电机信息的传感器接口提供动力。为了能够做到这一点，在车辆的引擎盖下靠近电机的地方为系统装备该电子产品。该电路板的位置给混合动力和电动车辆制造商带来一对挑战。

　　由于每辆车的引擎盖下方的空间已然很有限，因此保证一个方案具有小型化的结构与封装是至关重要的。为了实现更小的解决方案，电子元件供应商正专注于如何在一个封装板内集成更多的功能甚至更多的器件。现在正引入市场的汽车器件集成一部分实现系统功能所需的元件在一个芯片上（例如信号链、通信或电源）。然后将集成的芯片组合起来用于降低电路板上用来控制电机的元件的数量。

　　通过在一个封装板中集成更多的功能和器件，混合动力和电动车辆制造商可以缩小逆变器系统的整体板子尺寸以及省去一些不再需要的电子元件的成本。更小和更具成本效率的电子元件层面的解决方案给予原始设备制造商们有利优势，使其不必再为顾客增加成本。

　　随着市场趋向于集成化，另一个解决的因素是系统的整体智能和连接性。这到底意味着什么？当车辆内部的各模块变得更加复杂时，进行系统诊断和健康检查是有必要的，以确保他们正常工作。对于HEV/EV电机控制系统，做这些类型的检查将会使电机、驱动电路以及位置感测器的健康状况成为已知变量，而系统的运行依靠这些变量。凭借电机系统内部的可见性，如果误差或问题发生，对驱动的评估将更智能与更迅速。更智能的电机控制可以报告控制系统的状态并采取行动。这样的电机控制系统是HEV/EV市场成功的必要条件。

　　总结

　　为汽车系统供应商和汽车制造商够提供更智能、更小型与更节约成本的解决方案是HEV/EV市场的关键。随着该市场迅速扩张，电机控制高度集成化的解决方案成为电动车辆增长的核心所在。最终，以较低的价格向顾客提供高性能的系统才是推动该市场向更成功迈进的真正动力。

　　这些 HEV/EV解决方案包括：PGA411-Q1旋转变压器接口和C2000™微控制器。您可以在TI的网站上了解更多关于TI HEV/EV解决方案的信息。

　　作者：Amanda Weise，德州仪器模拟半导体混合信号车载产品部产品市场工程师

　　参考文献

　　1. Mak， K. （2014）。混合动力车辆系统需求预测2007-2021数据文档。Strategy Analytics。

　　2. Singh， B.， Jain.P.， Mittal.A.P.， Gupta.J.R.P （2006）。直接扭矩控制：一种实用的电动车解决方案.IEEE， TI虚拟库。

　　3. Tashakori， A.， Ektesabi， M. （2012） 电动车辆的直接扭矩控制驱动系统。世界工程大会记录文件 2012 Vol II。