10. 3969/j. issn. 1671-489X. 2020.18. 030
电动汽车电机控制及测试实验设计*
*项目来源：2019年青岛理工大学高水平专业专业建设课程改革项目（项目编号：30603011）。
作者：王国元，青岛理工大学，高级实验师，主要研究方向为电动汽车技术；刘尊民，青岛理工大学，副教授，主要从事过程控
制方面的研究（266520）。
♦王国元刘尊民
摘 要 介绍一种电动汽车电机控制及测试试验台，由直流永磁 电机、交流异步电机和开关磁阻电机及其运转控制电路、器件
构成。使用该试验台可以进行加速踏板位置传感器检测、电机 霍尔传感器检测、电机控制器检测等试验项目，可用于本科生
或研究生的汽车构造或电动汽车设计等相关课程的试验教学。
关键词电动汽车；电机控制；电机性能试验台中图分类号：G434
文献标识码：B 文章编号：1671-489X （2020） 18-0030-05
Test Design of Electric Vehicle Motor Control and Detection//
WANG Guoyuan, LIU Zunmin
Abstract An electric vehicle motor control and detection test-bed is introduced. The test-bed is composed ofDC permanent magnet motor,
AC asynchronous motor, switched reluctance motor and their opera
tion control circuit and devices. The test-bed can be used for accele rating pedal position sensor detection, motor Hall sensor detection
and motor controller detection. It can be used for the experimental teaching of undergraduate or graduate students in automobile con
struction or electric vehicle design and other related courses.Key words electric vehicle; motor control; motor performance test
bench 1前言
电动汽车作为节能环保的新产品，其研究和开发得到 重视，成为当前汽车产业未来发展的方向。同时，电动汽
车的大力发展可以缩小我国汽车工业与发达国家汽车工业
之间的差距，并可带动我国汽车相关产业与技术的发展。 作为电动汽车的核心部件之一，驱动电机及其控制系统性 能的优劣直接决定了整车的性能在电动汽车设计课程
本科教学中，开发基础性的电机性能实验具有重要意义。 本文在总结电动汽车常用电机的种类及其特点的基础上，
介绍一种电动汽车电机性能试验台及其试验方法。2电动汽车常用电机的类型及其特点
新能源汽车的驱动电机主要包括交流异步电机、永磁
同步电机和开关磁阻电机。大多数新能源汽车电机釆用永 磁同步电机，一部分汽车公司釆用交流异步电机驱动系统，
而开关磁阻电机在电动汽车上应用较少[3]0
交流异步电机结构简单，坚固耐用，电机本身运行可靠，
转速极限高，不需要位置传感器，且成本低，是目前大功
率电动汽车上应用最广的电机；但是驱动、控制系统很复 杂，效率和功率密度偏低，在高速运转的情况下电机的转 子发热严重，不是能效最优化的选择⑷。
永磁无刷直流电动机是由一块或多块永磁体建立磁场
的直流电动机，与他励式直流电动机相比，具有体积小、 效率高、结构简单、用铜量少等优点，是小功率直流电动 机的主要类型⑸。
作为一种新型电机，开关磁阻电机的结构最为简单，定、 转子均为普通硅钢片叠压而成的双凸极结构，转子上没有绕
组，定子装有简单的集中绕组，具有结构简单坚固、可靠性
高、质量轻、成本低、效率高、温升低、易于维修等诸多 优点。而且它具有直流调速系统，可控性好，同时适用于
恶劣环境，作为电动汽车的驱动电机使用，具有较大发展 潜力。目前影响其应用的主要因素有：开关磁阻电机有转
矩波动大、需要位置检测器、系统非线性等特性；磁场为 跳跃性旋转，控制系统复杂，对直流电源会产生很大的脉
冲电流；开关磁阻电动机为双凸极结构，不可避免地存在 转矩波动；噪声较大也是开关磁阻电动机重要的缺点&⑹。
3电动汽车电机性能试验台的结构设计
该试验台将直流永磁电机、交流异步电机和开关磁阻 电机整合在一个试验台上，电路连接示意图如图1所示。 直流永磁电机试验系统由直流永磁电机、霍尔传感器、电
子油门、挡位开关、刹车开关、DC-DC 转换模块（产生12V 电压）、点火开关、电源开关和电压电流等信息显示仪表等 部件构成。交流电机试验系统由三相电机、电机编码器、电
机温度传感器、电子油门、挡位开关、刹车开关、车载继电器、
DC-DC 转换模块、点火开关、电源开关和电压电流等信息显
示仪表等部件构成；而开关磁阻电机试验系统由电机、电子
油门、挡位开关、刹车开关、车载继电器、DC-DC 转换模块、 点火开关、电源开关和电压电流等信息显示仪表等部件构成。
4试验项目
电动汽车试验台动力系统认识及演示观摩新能源汽
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图1纯电动汽车电机性能试验台电路示意图
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中图期dr 就术装备
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车驱动系统结构与性能试验台，识别各部件，识别电机控制器与各部件各引线功能。
1）闭合电源总开关，打开点火开关到ON挡位置。
2）换挡操纵机构手柄置于前进或者倒车挡，右脚轻踩电子加速踏板，电机开始运转。
3）如果需要制动，右脚踩制动踏板，完成制动。
4）如果需要加速，右脚均匀用力，逐渐踩下电子加速踏板，电机开始加速；如果保持匀速行驶，电子加速踏板保持在某一开度即可。
5）本设备无离合踏板，运转过程中踏下刹车后换挡即可；但不能在前进挡行驶中没有停止就换倒挡！
6）如果需要倒车，先将换挡操纵机构手柄打到空挡，待车辆停稳后，再将换挡操纵机构手柄打到倒挡，完成倒车。
7）使用完毕后，关闭点火开关，断开电源开关。
加速踏板位置传感器检测本试验台使用霍尔加速踏板位置传感器，安装在加速踏板上。传感器有三根引线，分别是电源线（+5V）、地线和信号线（线形连续变化信号）。霍尔加速踏板位置传感器输出电压的大小，取决于霍尔元件周围的磁场强度。踩下加速踏板就改变了霍尔元件周围的磁场强度，也就改变了传感器的输出电压，再将电压信号传递给电机控制器，电机控制器将根据加速踏板位置信号控制电机运转。
1）电阻检测。首先断开电源总开关，点火开关OFF位置；然后不踩下加速踏板，万用表检测加速踏板传感器的信号端子与地线阻值；踩下加速踏板，万用表检测加速踏板传感器的信号端子与地线阻值。
2）电压检测。首先闭合电源总开关，点火开关ON位置，然后换挡操纵机构手柄置于前进或者倒车挡，
右脚轻踩电子加速踏板，车辆电机开始运转。接着不踩下加速踏板，万用表检测加速踏板传感器的信号端子与地线电压值；或者踩下加速踏板，万用表检测加速踏板传感器的信号端子与地线电压值。再用万用表检测加速踏板传感器的电源端子与地线电压值。
3）故障模拟。故障模拟按照下列顺序进行：
①闭合电源总开关，点火开关ON位置；
②换挡操纵机构手柄置于前进或者倒车挡，右脚轻踩电子加速踏板，车辆前轮开始运转；
③加速踏板传感器故障开关向“0”方向按下时，设置故障；
④踏下电子油门，检查故障现象（如电动机不运转）；
⑤万用表检测面板端子，检测线路与信号，查原因；
⑥加速踏板传感器故障开关向“1”方向按下时，设置排除。
DC-DC模块检测车辆用蓄电池组电压都较高，如48V、72V、80V等。车辆上一些小型用电器（如灯光、仪表喇叭、蜂鸣器）电源电压都较低，普遍为12V（也有用24V），不能从牵引蓄电池组主电源直
接引用，电动车辆隔离转换器（俗称DC-DC）是最佳的方案选择，它可以将较高的电瓶电压降为稳定的直流低压输出。实验中，首先观摩新能源汽车驱动系统结构，识别DC-DC模块部件安装位置，然后依次打开电源开关和点火开关，用万用表测试DC-DC模块输入电压和输出电压。
电机霍尔传感器检测在直流电机中，线圈和磁钢的位置发生变化时，线圈必须对应地改变电流方向，这样电机才能继续向一个方向转动，否则电机就会在某一个位置左右摆动，而不是连续旋转。有的电机釆用碳刷换向器以改变电流方向，而本试验台则采用霍尔传感器，即无刷直流电机。由于采用了位置集成电路和电子开关替代传统的电刷和换向器，因此不存在由于碳堆积产生的功率损耗或者电气噪声。同时，电子换向在数字指令的交互过程中也更具有灵活性。
1）电压检测。电压检测按照下述操作进行：
①闭合电源总开关，点火开关0N位置；
②换挡操纵机构手柄置于前进或者倒车挡，右脚轻踩电子加速踏板，车辆前轮开始运转；
③不踩下加速踏板，万用表检测霍尔传感器的信号端子与地线电压值；
④踩下加速踏板，万用表检测霍尔传感器的信号端子与地线电压值；
⑤万用表检测霍尔传感器的电源端子与地线电压值；
⑥对照面板检测控制器端子与地线电压值。
2）波形测试。波形测试按照下述操作进行：
①闭合电源总开关，点火开关0N位置；
②换挡操纵机构手柄置于前进或者倒车挡，右脚轻踩电子加速踏板，车辆前轮开始运转；
③慢慢踩下加速踏板，示波器检测霍尔传感器ABC的信号端子波形且记录。
3）故障模拟。故障模拟按照下述操作进行：
①闭合电源总开关，点火开关0N位置；
②换挡操纵机构手柄置于前进或者倒车挡，右脚轻踩电子加速踏板，车辆前轮开始运转；
③霍尔传感器故障开关向“0”方向按下时，设置故障；
④踏下电子油门，检查故障现象；
⑤万用表检测面板端子，检测线路与信号，查原因；
⑥霍尔传感器故障开关向“1”方向按下时，设置排除。
制动开关检测制动开关是开关量信号，有高电位有效与低电位有效两种状态，其中高电位有效时提供DC电源，低电位有效时接地有效。车制动开关提供制动信号给电机控制器，电机控制器控制电机运转或制动。
制动开关检测过程为：
1）闭合电源总开关，点火开关0N位置；
2）换挡操纵机构手柄置于前进或者倒车挡，右脚轻踩电子加速踏板，车辆前轮开始运转；
3）不踩下刹车踏板，万用表检测刹车开关的端子与地
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电机A 相 电机B 相 电机C 相 电源正极 电源负极电门锁
霍尔 传感器
地线电源（+3V ）霍尔信号A 霍尔信号B
直流永磁电机控制器
高速转换 ---地线
|三挡
低速转换/轻触按钮I
开关
自学习信号线自学习地线低电平刹车
高电平刹车转把地线转把信号
防盗 接口
防盗电源负极
防盗信号（低电平有效）电机转动检测线
速度仪表线
__R
图2直流永磁电机控制器接线图
线电压值；
4） 踩下刹车踏板，万用表检测刹车开关的端子与地线
电压值；
5） 关闭点火开关，分别踩下、不踩下刹车踏板，万用
表检测刹车开关的端子电阻值。
电机控制器检测控制器接收电机转速等信号反馈到 仪表，当发生制动或者加速行为时，控制器中变频器频率
发生升降，从而达到加速或者减速的目的。此外，电机控
制器还具有保护功能。保护功能是对控制器中换相功率管、 电源免过放电，以及电动机在运行中因某种故障或误操作
而导致的可能引起的损伤等故障出现时，电路根据反馈信 号釆取的保护措施。电动车基本的保护功能有制动断电、
欠压保护、过流保护、过载保护、限速保护和堵转保护等。 直流永磁电机控制器接线图如图2所示。
电机控制器检测按照下述操作进行：
1）闭合电源总开关点火开关ON，万用表检测控制器的
电源端子与地线电压值；2） 参照面板原理图，万用表检测控制器的开关量端子
与地线电压值、电阻值；
3） 参照面板原理图，万用表检测控制器的各传感器信
号端子与地线电压值；
4） 松开手刹，换挡操纵机构手柄置于前进或者倒车挡,
右脚轻踩电子加速踏板，车辆前轮开始运转；
5） 慢慢踩下加速踏板，示波器检测控制器输出UVW 端
子波形且记录；
6） 慢慢踩下加速踏板，示波器检测控制器输入传感器
（霍尔ABC 与电子油门传感器）信号端子波形且记录。
电机的测试 本试验利用HCN-101型扭矩传感器（图3）
和HN-201型扭矩转速功率仪（图4）进行电机的力学特性 方面的检测，包括转矩、转速、效率、时间常数、堵转电流等。
试验步骤：
图3 HCN-101型扭矩传感器
图4 HN-201扭矩转速功率仪
1） 选择准备测试的电机（台架安装：三型号电机）；
2） 扭矩传感器与准备测试的电机对接安装；
3） 点火开关0N，选择挡位，踏下对应的电子油门运行
电机;
4） 观察，记录扭矩转速功率仪显示的电压、电流、转速、
功率等的数值，并进行实际测定。
5结论
该电机性能试验台由直流永磁电机、交流异步电机和 开关磁阻电机及其运转控制电路、器件构成，可以进行加
速踏板位置传感器检测、电机霍尔传感器检测、电机控制 器检测和电机性能检测等试验项目，可用于本科生或研究 生的汽车构造或电动汽车设计等相关课程的试验教学。■ 参考文献
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北京电动汽车
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(上接P29)
三是知行合一，加强道德理论方面的研究，加强对实际行为的指导，避免精致利己。
2)教育部门和高校将民主法治落到实处。教育部2014年先后发布针对师德行为的“六禁令”“红七条”，对涉及教育教学方方面面划定“红线”，如政治思想、科研工作、兼职行为、招生保研、师生关系等⑴。有学者将高校的腐败用功能论进行解释，认为腐败的发生是高校制度的不完善导致的⑹。由于高校内部格局、学科归属、师生门第等更容易导致在高校教师招聘、职称评定、学生招生就业等等过程中“关系”与“潜规则”盛行，更容易导致窝案串案多发⑺，2017年中管高校巡视通报中也得到相关验证[8]，因此必须从根本制度上予以杜绝，不留可乘之机。教育部门和高校应将民主法治落到实处，模范表彰与失德惩戒相结合，刚性规范与柔性关怀相结合。
①对教师队伍中出现的触犯“红线”的行为应将惩戒落到实处，雷厉风行、实事求是，杜绝遮遮掩掩、没有原则、通融包庇，对于师德师风败坏的教师清理出教师队伍。
②对于教师中的师德模范应加大宣传，对中青年教师中的“老实人”“规矩人”应给予倾斜。目前，多数高校在职称评选等工作中加大了师风师德的力度，实行一票否决制。但师风师德具体怎么量化、怎么衡量，又出现新的问题。
③学校评优评先、绩效考核、利益分配等应实事求是。调査发现，部分高校存在相违背的情况，如评优评先以“谁需要”为导向，严重影响了中青年教师的积极性，加大了其内部之间的不正当竞争，使民主
陷入形式主义。
④严格教师准入制度，吸纳真正热爱教育的好教师，杜绝不学无术、一心钻营等不良品德人员入职。针对盲目选择教师职业或带有功利性目的选择教师职业的体不建议其就职血。教育过程的特殊性使得教师的自身修养、行事模式、思想认知等会通过教学行为传递给学生，高校必须严格实行教师准入制度。目前虽然加大了教师准入的管理，但也容易让道德素质不高的人员蒙混过关，建议基于大数据全面考查教师入职前的思想道德情况，如结合交通违法记录、征信记录、公安系统记录等。
3)营造良好社会大环境，全面提升国民道德素质。有学者提出“嵌入论”，认为我国高等教育也是嵌入在特定社会结构之中的极其复杂的社会现象问。教师作为社会的[8]Li Gang,Hong Wei,Zhang Darning,et al.Research on Control Strategy of Two Independent Rear Wheels Drive Electric Vehicle[J].Physics Procedia,2012(24): 87-93.
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一员，尤其是中青年教师承担的生活和工作的压力更大，社会上遇到的负面情况、不公平待遇等，见
到的各种不良社会现象、不道德社会行为等，都会对其“三观''造成影响。如果整个社会的道德素质提高了，教师体的道德素质自然水涨船高；如果整个社会道德滑坡，必然会影响教师体。要坚决避免“允许他人放火，不许教师点灯”这种境况，否则容易导致教师骂不敢还口、打不敢还手，学生无视教师尊严等，俗称“光脚的不怕穿鞋的”。
在社会层面应营造优良的社会舆论环境，以形成尊师重教的社会风气；在学校层面应构建中青年教师良好工作环境，包括营造和谐校园文化环境、实事求是的考评机制、科学可取的成长成才机制、人性化的后勤保障机制等。
5总结
师风师德建设可以分为三步走：第一步是依靠制度规范教师行为，此为外因；第二步是教师将制度规范内化为自身行为，此为内因；第三步是全面升华，并能辐射周边教师的行为。通过这三步，最终形成爱党爱国、爱校护生、爱岗敬业的高素质中青年教师体。■
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