随着生活节奏的加快，汽车成为了人们出行的必需品之一。电机作为纯电动汽车的核心装置，决定着电动汽车性能。无刷直流电机由于具有工作效率高、调速性能优越等的优点，被广泛应用于车用驱动系统领域。目前控制器的核心模块主要有单片机、STM32、FPGA等，但其都有相应的缺点，故笔者选择了DSP28335作为控制系统的核心。DSP28335计算速度快，同时其内部有大量的片内外设，它不但可以实现对电机的控制还可以对具有对电路的保护和检测故障的功能。
1 硬件电路
设计的车用电机控制器硬件部分组成如图1所示，主要分为微处理器控制模块、功率驱动模块、逆变模块、霍尔信号检测模块、电源模块、电流检测模块等。

图1 控制器硬件组成部分
1)电源转换模块。电源转换模块作为电动汽车的唯一供能装置，其可靠性是车辆运行的一个重要保障。设计中所用的无刷直流电机额定电压为48V，而车上其他部分设备所需供电电压有多种分别有12V、微处理器模块3.3V电压，MOSFET需要10～20V电压来触发其通断，以及其他电路模块需要5V供电，整车控制系统只有一种电源提供因此需要将电源转换模块进行了设计，将蓄电池提供的48V电源分成3组电源，如图2所示。

图2 电源模块设计方案
通过LM2576HV模块将48V电压降压为12V，同时由于48V直接转到15V的芯片较少因此先转换到12V然后在通过XL6009再转化为15V，15V是驱动IＲ2136，再使用78L05元件将12V转换为5V直流电源，电路如图3所示。

图3 电源转换模块
2)转子位置信号检测模块。目前的大多数纯电动汽车用三相无刷电机内部均安装有3个开关式的霍尔传感器用以检测转子相对于定子线圈的位置，控制器可以依靠其输出的固定组合编码来输出对应换相信号给逆变电路，其霍尔传感器接口电路如图4所示。

图4 霍尔传感器接口电路
电机霍尔传感器的3根信号线通过Ｒ44、Ｒ45、Ｒ46接到+5V电源，再由电阻Ｒ40、Ｒ41、Ｒ42限流接至DSP28335的电平变化产生中断接口端霍尔A、霍尔B、霍尔C。在电机上电的瞬间，当前转子磁极所对准的霍尔传感器可输出相应的信号，输出信号经过上拉电阻与ＲC滤波电路后转换为+5V的高电平信号。当转子磁极转动离开霍尔传感器时经检测电路后输出的是0V的低电平信号，因此可通过实时采样霍尔A到霍尔C三个引脚的电平变换来检测当前转子的位置。
2 软件设计
电机控制器的软件模块主要是控制电机的启停、检测转子的位置、检测与调节转速和电流、PWM信号的生成等。程序流程图如图5所示。

图5 控制器软件设计流程图
霍尔电流传感器对于转子位置的获取要求不高，在一定的范围内都可以获取到相应的位置的位置信号，利用霍尔信号传感器输出的电压信号经过滤波后送入DSP的转A/D转换通道，在ADC中断到来时，ADC模块对输入的电压值进行转换以后得到合适的电流信号，然后进行电流闭环PI调节，程序流程如图5所示。为了保证电机的动态性能，每隔PWM信号的一个周期采样一次电机母线电流。

图6 电流采样和AD转换流程 图7 为控制器的测试模型
3 实验测试与分析
图7为控制器的测试模型，包括三相四线制星型接法的直流无刷电机、DSP28335开发板及其仿真器、电机驱动控制板、数字示波器和48V/1000W的开关电源。
从图8中可知，引入双闭环控制策略的控制系统从0上升到给定转速1500rpm的响应时间仅为0.2s，转速波动范围在±5rpm之间。通过对比电机在低转速和高转速时的波形可知，电机在低速启动时几乎没出现超调现象。电机从1500rpm上升到4000rpm耗时约0.5s，同时出现了超调现象，但超调量仅为1.5%左右，如图9所示电机转速从4000rpm降到1500rpm仅用时0.6s。而且转速曲线在上升或下降过程中保持平滑，几乎没出现剧烈抖动现象，表明双闭环PI控制系统在电机运行时能更有效的发挥作用和抑制电机的转矩脉动。

图8 电机转速从800升至3000rpm 图9 电机转速从3000降至800rpm
4 结语
设计的直流无刷电机控制器包含了硬件电路的搭建以及软件流程的设计，通过软硬件的设计最终设计出纯电动汽车的控制器，通过双闭环的设计经调试后，该系统具有良好的性能，在转速上升和下降的时间均较短，能够满足车载控制器的需求。