引言

　　二十一世紀(jì)的頭一個十年就快悄悄過去了，但人們所熱望的電氣交通時代卻并沒有如期而至。在諸多由政府主導(dǎo)、企業(yè)和研究機構(gòu)積極參與的電動車計劃如PNGV、Freedom CAR 、PREDIT111在轟隆的引擎聲中落幕時人們開始意識到：傳統(tǒng)汽車產(chǎn)業(yè)的巨大慣性和強大生命力遠遠超過了他們的想象，在未來相當(dāng)長的一段時間內(nèi)，電動汽車還只能停泊在實驗室。

　　現(xiàn)在，純電動汽車的應(yīng)用研究轉(zhuǎn)向了以公交車為主的定點、定向運行車輛和社區(qū)用車及特定用途的微型車。這類車輛具有一些共同的特點，比如都是由機構(gòu)管理，在特定區(qū)域運行，車速不高。我們可以針對這些特點對車輛的設(shè)計和管理進行優(yōu)化，以降低成本和提高性能，抗衡傳統(tǒng)內(nèi)燃機型汽車，還有一點就是創(chuàng)建節(jié)能和環(huán)保形象，這對機構(gòu)和企業(yè)來說是重要的[1]。
　　
項目和系統(tǒng)介紹

　　高爾夫球車屬于一種特定用途的微型車，它在高爾夫球場地上運行，駕乘者目的不同以及場地的路況降低了對車輛續(xù)駛里程但對驅(qū)動系統(tǒng)動力性能卻提出了相對較高的要求。眾所周知，高爾夫場地高低起伏，這要求高爾夫球車驅(qū)動電機具有優(yōu)良的過載性能；車速不高，意味著高爾夫球車驅(qū)動電機不需要很寬的調(diào)速范圍。要滿足這些要求，使用永磁無刷直流電機（BLDC）顯得再好不過：在很大負載范圍內(nèi)，BLDC都能獲得極高的效率，只要它的轉(zhuǎn)速仍然在基速以下。再者，它堅固，運行可靠，調(diào)速簡單，而且若能改善位置傳感器件的可靠性，它在整個運行壽期內(nèi)免維護，這使它的吸引力更為出眾[2]。

　　我們考察了多種同類型（雙座）電動高爾夫球車，它們都采用傳統(tǒng)直流電機，多采用他勵方式，電機的額定功率從2～3kW不等，均裝備鉛酸型蓄電池，最大容量有150AH，名義續(xù)駛歷程為150km，在改裝前對我們的原型車輛進行了測試，其最高效率不超過70%。但有一個很重要的共同點：他們的動力電壓等級均為48V，這個值的確定也許是來源于通信電源系統(tǒng)，也許是考慮到安全電壓的要求，但無論如何這已經(jīng)成為事實上的標(biāo)準(zhǔn)。它制約我們整個驅(qū)動系統(tǒng)的建立。
　　
系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵點和難點

　　既然BLDC有很多優(yōu)點，人們當(dāng)然有理由將其應(yīng)用到高爾夫球車這類微型車當(dāng)中去，但為什么世面上現(xiàn)有的電動高爾夫球車均采用傳統(tǒng)直流電機呢？答案或許很多，有兩點卻始終跑不掉，那就是成本和可靠性。先說成本，具有相近參數(shù)的BLDC比傳統(tǒng)直流電機價格高，主要是永磁體貴，不過現(xiàn)在永磁體的價格呈下降的趨勢[3]；他勵直流電機的驅(qū)動要求主電路為三個橋臂，但有兩個橋臂位于勵磁回路，容量較小，而BLDC的驅(qū)動要求主電路為三相橋式驅(qū)動電路，它們身上均流過電樞電流，這大大增加了功率開關(guān)器件的投入。再說可靠性，采用霍爾位置傳感器來檢測電機轉(zhuǎn)子位置以指導(dǎo)功率器件進行適當(dāng)?shù)膿Q相，成本低，檢測電路簡單，但可靠性低[4]。當(dāng)然，即便采用其他類型的傳感器可靠性也高不到哪去，個人認為這跟傳統(tǒng)直流電機的電刷和換向器一樣讓人頭痛。這些問題怎么解決，以及一些其他電機驅(qū)動系統(tǒng)都具有的共性問題，我在下面的內(nèi)容中進行闡述。

較低的電壓等級帶來應(yīng)對大電流的挑戰(zhàn)

　　在設(shè)計的最大功率下功率開關(guān)器件處理的電流峰值將達到100A。大電流將對因器件布置所帶來的寄生參數(shù)、分布電感等問題提出嚴(yán)苛的要求，當(dāng)然還有散熱。同等情況下，BLDC的驅(qū)動需要更多的功率開關(guān)器件，但我們?nèi)匀幌Ｍ懿辉黾涌刂破鞯捏w積。由于成本所限，不可能采用性能優(yōu)良但價格昂貴的集成或智能功率器件（IPM），唯一可能的是盡力改善散熱條件以減少功率MOSFET的數(shù)量。在這里我們引進了一種稱為“鋁基覆銅板”的散熱方式[5]，靈感來源于IPM，在這類功率器件中，功率晶元甚至沒有進行封裝就直接表面貼裝在鋁基板上。接著我們還發(fā)現(xiàn)它在高強度LED光源、汽車點火系統(tǒng)等場合也多有應(yīng)用。通過采用該散熱方式，我們成功將原本七個一組并聯(lián)減少到三個一組并聯(lián)，效果讓人欣喜。采用表面貼裝的方式，功率開關(guān)器件的引腳寄生電感也可大大縮小，可謂一舉兩得。

　　關(guān)于多管并聯(lián)的均流問題，利用最差狀態(tài)[6][7]（Worst Case）方法對多管并聯(lián)的穩(wěn)態(tài)均流問題進行分析，我們以此來確定多管并聯(lián)時所采取的降額因子；但影響動態(tài)均流問題的因素過多，不便分析，從統(tǒng)計角度來分析多參數(shù)的影響是一個值得思考的方向。

力矩控制策略帶來“閉環(huán)失效”問題

　　采用力矩控制策略來實現(xiàn)高爾夫球車驅(qū)動系統(tǒng)的控制，優(yōu)點有很多諸如起動轉(zhuǎn)矩大、響應(yīng)迅速、限流效果好等。但力矩控制策略帶來“閉環(huán)失效[8]”問題：由于設(shè)計的驅(qū)動系統(tǒng)具有一倍的過載能力，當(dāng)負載力矩始終無法達到油門踏板給定力矩時，油門踏板踏位處于負載力矩值與最大給定力矩值之間的任何變動不會對車輛的運行狀態(tài)造成絲毫的改變。這與傳統(tǒng)內(nèi)燃汽車的驅(qū)動響應(yīng)相異。