摘要：为了更好适应当前新能源汽车的行业发展需求，设计一种新能源汽车永磁同步电机及控制检测系统极为必要。基于此，本文在明确设计需求与技术指标的基础上，提出了一种系统检测设计方案。同时，从动力系统、软件系统、硬件系统三方面入手，阐述了该系统的设计方案。
关键词：新能源汽车；永磁同步电机；控制系统；弱磁控制
引言：产业发展的特点决定了新能源汽车驱动电机新产品开发频次高、测试任务重，尤其针对402小时及以上的可靠性耐久试验、运行高效区间识别分析、电机及控制器冗余特性挖掘等检测要求及标准严苛。因此迫切需要在现有试验水平的基础上全面完善和提升软硬件模块化自动检测功能，有效减少人工干预。
一、新能源汽车永磁同步电机及控制系统的检测试验设计需求与技术指标
（一）设计需求
电流环/力矩环/速度环的自动智能化输入和精准反馈；特定恒工况/变工况等多种测试要求下的软硬件模块集成化控制；测试过程中的安全风险监控自锁及复位功能实现（包含温升、振动、噪音等）；测试工作效率得到大力提升；确保安全防护的智能化全面覆盖。
（二）主要技术指标
第一，参照并高于GB/T 18488的要求，对温升、转矩-转速特性、持续转矩、持续功率、峰值转矩、峰值功率、堵转转矩、最高工作转速等关键测试项点开展自动检测功能研究及实现；第二，根据中国国家认可委员会CNAS体系要求及公司安全法规，通过软件硬件自锁互锁功能实现测试过程中的安全监测全覆盖。
二、新能源汽车永磁同步电机及控制检测系统的设计方案
（一）动力系统总体介绍
1.电池
在新能源汽车中，动力系统中的电池必须具备充电技术成熟、能量高、连续放电率达、充电时间短的特点，且拥有较好的环保性与安全性[1]。为了满足上述要求，主要选用了磷酸铁锂电池。
2.整车控制器
该构件为新能源汽车控制系统中的核心，依托CAN总线控制器，将电机控制系统信号、制动踏板信号、加速踏板信号等依照特定逻辑传输至电机控制器。同时，整车控制器还承担着监测下层控制器动作、监控车辆状态、故障诊断等任务。
3.电机及其控制器
对于电机来说，其主要为新能源汽车的行驶提供动能；对于电机控制器来说，其承担着控制运算、执行功能安全、上报电机运行状态、传递故障信号等任务，在CAN总线控制器的支持下，可以将相应状态与故障信号迅速传输至整车控制器。在本次设计中，使用的电机参数有：额定电压540V；额定转速800r/min；额定功率90kW；额定转矩1000N.m；电机结构为插入式永磁同步电机。
使用的电机控制器参数有：直流工作电压范围为400-700V；系统最高效率94.6%；持续工作电流336A。
4.CAN总线控制器
CAN总线控制器主要完成指令下达、各个模块信息共享的功能，大幅减少了电缆的应用[2]。
（二）系统硬件设计
1.器件选型
本次设计中，选用的硬件主要有：插入式永磁同步电机、绝缘栅双极型晶体管、转子位置传感器（旋转变压器）等。其中，相比于光电编码器来说，旋转变压器的可靠性更高、抗冲击性更好、使用寿命更长、耐腐蚀与高温性更强，在恶劣工况下也可以正常运行，应用优势更大。
2.各硬件模块设计
第一，电源电路。引入自恢复保险丝、TVS瞬态抑制二极管保护、滤波电路。依托这样的设计，能够增强系统的抗干扰性能、实现过流及短路保护等。第二，DSP模块，其工作频率达到1500MHz、包含6个DMA通道处理器、具备32个微处理芯片、I/O端口电压3.3V、核心电压1.8V。第三，输入与输出接口电路。接口电路的输入信号为DINI，依托三极管转换至0-3.3V电平，最终传输至主芯片。第四，CAN总线接口电路。将其连接于整车控制器，完成指令信号的接收与工况信息的上传。第五，电流测量电流。主要由运算放大器、外置的霍尔电流传感器构成。第六，温度测量电路。主要由五个温度传感器构成。第七，旋转变压器解码电路。主要由输出绕组、激励绕组构成。
（三）系统软件设计
1.设计方案
在本次新能源汽车驱动永磁同步电机及控制系统的软件设计中，主要应用了弱磁与MTPA相结合的电流控制方式。此时，在基速以下展开恒转矩调速，结合实际的控制要求，依托最大电流与转矩控制法，串联产生不同转矩值时所需要的最小电流点，以此达到构建其最大电流或转矩轨迹的效果。
2.MPTA与弱磁控制标定
这种弱磁与MTPA相结合的电流控制方式主要实现了力矩与电流之间关系的确定，获得最优的磁阻电流值与励磁电流值，最终获取在全速域条件下电机的单机指令值。实践中，使用最大转矩电流比完成转折速度以下定子电流矢量控制；使用弱磁控制完成转折速度以上定子电流矢量控制。此时，将获取的所有电流指令曲线表现在同一图中，即可完成标定曲线簇的形成，实现MPTA与弱磁控制标定。
总结：综上所述，为了更好的满足当前需求，设计一种新能源汽车永磁同步电机及控制检测系统极为必要。在明确设计需求与主要技术指标的条件下，利用插入式永磁同步电机、CAN总线控制器、旋转变压器、弱磁与MTPA相结合的电流控制方式等，完成了新能源汽车永磁同步电机及控制系统的设计与构建。
参考文献：
[1]霍本杰,韦思如.新能源汽车中永磁同步电机技术的应用研究[J].装备制造技术,2019(01):166-168.
[2]王瑞男,闫荣妮.新能源汽车驱动永磁同步电机的设计[J].科学咨询(科技·管理),2018(07):6-7.