一種車用電機控制器及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種車用電機控制器及其控制方法，包括單顆DSP芯片，雙向DC-DC控制模塊，電機控制模塊，以及電壓、電流、溫度信號調(diào)理電路，其中，雙向DC-DC控制模塊通訊連接至整車控制器，并可從其接收信號；電機控制模塊通訊連接至整車控制器，并可從其接收信號；電壓、電流、溫度信號調(diào)理電路通訊連接至DSP芯片，用于對半橋模塊的信號進行采樣并將信號發(fā)送至DSP芯片，并進一步發(fā)送至雙向DC-DC控制模塊用于控制；電壓、電流、溫度信號調(diào)理電路連接至電機并可對其信息進行采樣，并將采樣得到的信息通過CAN由通訊接口發(fā)送給整車控制器；電壓、電流、溫度信號調(diào)理電路通訊連接至電機控制模塊，并可將上述信號發(fā)送至電機控制模塊。使用單顆DSP芯片來控制雙向DC-DC電路和逆變器電路，實現(xiàn)兩部分電路控制上的一致性、電源電路及通訊電路的共用性，提高電動汽車的驅(qū)動性能。
【專利說明】一種車用電機控制器及其控制方法

【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及屬于電動汽車中電機控制領域，具體涉及一種基于DSP的用于電動汽車的電機控制器電路。

【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的燃料能源正在一天天減少，環(huán)境污染問題也日益突出。針對環(huán)境污染問題，目前已有生產(chǎn)使用的電動汽車、電動公交車等，電動機作為電動車的關鍵部件，其控制性能對整個電機驅(qū)動系統(tǒng)有著舉足輕重的影響。永磁同步電機以其體積小、損耗少、效率高的特點被廣泛應用于電動汽車上。
[0003]目前電動汽車最常用的電源是蓄電池，包括鉛酸電池和鋰電池。由于電動汽車中的電動機轉(zhuǎn)速范圍很寬，行駛過程中頻繁的加、減速，造成蓄電池電壓的變化范圍也很大，而且電池的電壓會隨著電能的消耗而下降，在這樣的條件下如果用蓄電池組直接驅(qū)動電動機運轉(zhuǎn)，會造成電動機驅(qū)動性能的惡化。在蓄電池和驅(qū)動電路間使用雙向DC-DC變換器，一方面，可以將蓄電池組的電壓在一定的負載變動范圍內(nèi)穩(wěn)定在一個相對較高的電壓值，從而可以較明顯地提高電動機的驅(qū)動性能。另一方面，又可以將電動機剎車制動時由機械能轉(zhuǎn)換來的電能回饋給蓄電池組，對電池進行充電，這對電動汽車來說很有意義。
[0004]目前已有雙向DC-DC變換電路的控制方法被提出，但關于電路轉(zhuǎn)向工作基本沒有涉及，也有較為成熟的永磁同步電機的矢量控制方法，但由于早期的DSP芯片片內(nèi)flash及PWM波通道等自身資源不足，他們多是分別控制，一些電源、通訊等可共用的電路分開在各自的周圍，造成電路的重復，不利于芯片的有效利用，而且兩者之間要通訊，不同的控制芯片時鐘信號同步性也會有影響，在通訊及時鐘的一致性方面有待改善。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種基于DSP的、用于電動汽車的一種電機控制器電路，它主要針對蓄電池端電壓變化范圍較大以及永磁同步電機矢量控制特征，實現(xiàn)控制的便利性，提高電動汽車的驅(qū)動性能。
[0006]整車控制器通過通訊接口給雙向DC-DC控制模塊和電機控制模塊發(fā)送模式、使能等指令信息。通過電壓、電流、溫度信號調(diào)理電路采樣得到半橋模塊輸入、輸出側(cè)的電壓、電流信號以及功率管的溫度信號，這些信號值通過ADC 口輸送到DSP中，按照預定程序進行數(shù)據(jù)處理并將處理完的數(shù)據(jù)信息發(fā)送給通訊接口及雙向DC-DC控制，雙向DC-DC控制模塊根據(jù)接收到的信息進行PWM波占空比的調(diào)節(jié)，進而實現(xiàn)雙向DC-DC的有效控制。與此同時，通過電壓、電流、溫度信號調(diào)理電路采樣得到永磁同步電機的電流值、電機定子繞組溫度、電機位置角Θ和電機轉(zhuǎn)速ω，通過CAN由通訊接口發(fā)送電機的信息給整車控制器，同時發(fā)送給永磁同步電機矢量控制，電機控制模塊根據(jù)接收到的信息，實現(xiàn)對電機的矢量控制。
[0007]具體技術(shù)方案如下:
[0008]一種基于DSP的車用電機控制器，包括單顆DSP芯片，雙向DC-DC控制模塊，電機控制模塊，以及電壓、電流、溫度信號調(diào)理電路，其中，
[0009]雙向DC-DC控制模塊通訊連接至整車控制器，并可從其接收信號；
[0010]電機控制模塊通訊連接至整車控制器，并可從其接收信號；
[0011]電壓、電流、溫度信號調(diào)理電路通訊連接至DSP芯片，用于對半橋模塊的信號進行采樣并將信號發(fā)送至DSP芯片，并進一步發(fā)送至雙向DC-DC控制模塊用于控制；
[0012]電壓、電流、溫度信號調(diào)理電路連接至電機并可對其信息進行采樣，并將采樣得到的信息通過CAN由通訊接口發(fā)送給整車控制器；
[0013]電壓、電流、溫度信號調(diào)理電路通訊連接至電機控制模塊，并可將上述信號發(fā)送至電機控制模塊。
[0014]進一步地，雙向DC-DC控制模塊和電機控制模塊通過通訊接口連接至整車控制器并可從其接收發(fā)送模式、使能等指令信息。
[0015]進一步地，雙向DC-DC控制模塊包括雙向DC-DC控制、脈寬調(diào)制PWM、模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC模塊和數(shù)據(jù)處理模塊；電機控制模塊包括永磁同步電機矢量控制模塊、空間電壓矢量脈寬調(diào)制SVPWM、模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC模塊和數(shù)據(jù)處理模塊。
[0016]進一步地，所述信號包括半橋模塊輸入、輸出側(cè)的電壓、電流信號以及功率管的溫度信號，所述信號通過ADC 口輸送到DSP芯片。
[0017]進一步地，還包括通訊接口，其用于整車控制器，雙向DC-DC控制模塊，數(shù)據(jù)處理模塊之間的通訊連接。
[0018]進一步地，還包括數(shù)據(jù)處理模塊，其通過ADC 口通訊連接至電壓、電流、溫度信號調(diào)理電路并可從其接受信號，并通訊連接至通訊接口，用于將接收的信號進行數(shù)據(jù)處理并將處理完的數(shù)據(jù)信息發(fā)送給通訊接口及雙向DC-DC控制模塊。
[0019]進一步地，電機控制模塊為永磁同步電機矢量控制模塊，其用于根據(jù)接收到的信息，對運行模式的要求進行判斷，并根據(jù)電機本身的特性及反饋回的電機和逆變器溫度值對電機的速度和扭矩指令進行判斷，進而進行電機的矢量控制。
[0020]進一步地，所述對永磁同步電機的采樣信息包括永磁同步電機的任意兩相電流信號ia和ib、電機定子繞組溫度Tl、逆變器溫度T2、電機位置角Θ和電機轉(zhuǎn)速ω。
[0021]進一步地，雙向DC-DC控制模塊根據(jù)接收到的信息進行PWM波占空比的調(diào)節(jié)，進而實現(xiàn)雙向DC-DC的有效控制，并且是使用單顆DSP芯片控制雙向DC-DC電路和逆變器電路；數(shù)據(jù)處理模塊的輸出端分別與通訊接口、雙向DC-DC控制和永磁同步電機矢量控制相連，永磁同步電機矢量控制的輸出端與SVPWM相連，SVPWM的輸出端與逆變器的輸入相連，逆變器將控制信號輸出給永磁同步電機，雙向DC-DC控制的輸出端與PWM的輸入相連，PWM控制半橋模塊；保護電路的輸入端與電壓、電流、溫度信號調(diào)理電路相連，保護電路的輸出端分別與逆變器和SVPWM的一個輸入端相連，保護電路的輸入端與電壓、電流、溫度信號調(diào)理電路相連，保護電路的輸出端分別與半橋模塊和PWM的一個輸入端相連。
[0022]上述電機控制器的控制方法，包括如下步驟:
[0023](I)整車控制器通過通訊接口給雙向DC-DC控制模塊和電機控制模塊發(fā)送指令信息；
[0024](2)電壓、電流、溫度信號調(diào)理電路采樣得到半橋模塊和永磁同步電機的信號；
[0025](3)步驟⑵中所述信號輸送到DSP中；
[0026](4)按照預定程序進行數(shù)據(jù)處理并將處理完的數(shù)據(jù)信息發(fā)送給通訊接口及雙向DC-DC控制；
[0027](5)雙向DC-DC控制模塊根據(jù)接收到的信息進行PWM波占空比的調(diào)節(jié)，進而實現(xiàn)雙向DC-DC的有效控制；
[0028](6)同時，電壓、電流、溫度信號調(diào)理電路采樣得到永磁同步電機的信息給整車控制器，同時發(fā)送給永磁同步電機矢量控制；
[0029](7)電機控制模塊根據(jù)接收到的信息，實現(xiàn)對電機的矢量控制。
[0030]與目前現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明使用單顆DSP芯片來控制雙向DC-DC電路和逆變器電路，實現(xiàn)兩部分電路控制上的一致性、電源電路及通訊電路的共用性，提高電動汽車的驅(qū)動性能。具體來說:針對蓄電池端電壓變化范圍較大以及永磁同步電機矢量控制特征，可充分利用單顆DSP芯片的資源進行統(tǒng)一的控制，有效增強雙向DC-DC控制模塊和永磁同步電機模塊兩者之間通訊的可靠性并提高了電動汽車的驅(qū)動性能。也就是說，通過使用單顆DSP,共用一個通訊接口，有效增強雙向DC-DC控制和永磁同步電機控制時間上的一致性，并且雙向DC-DC控制模塊還能緩解蓄電池端電壓變化范圍大的問題，從而提高了電動汽車部件的可靠性及驅(qū)動性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1電機驅(qū)動系統(tǒng)框圖
[0032]圖2基于DSP的電機控制器電路框圖
[0033]圖3雙向DC-DC變換驅(qū)動信號產(chǎn)生的一個具體實施電路

【具體實施方式】
[0034]下面根據(jù)附圖對本發(fā)明進行詳細描述，其為本發(fā)明多種實施方式中的一種優(yōu)選實施例。
[0035]雙向DC-DC控制模塊包括雙向DC-DC控制、脈寬調(diào)制(PWM)、模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)模塊和數(shù)據(jù)處理模塊；電機控制模塊包括永磁同步電機矢量控制模塊、空間電壓矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)、模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)模塊和數(shù)據(jù)處理模塊。
[0036]為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是，整車控制器通過通訊接口給雙向DC-DC控制模塊和電機控制模塊發(fā)送模式、使能等指令信息。通過電壓、電流、溫度信號調(diào)理電路采樣得到半橋模塊輸入、輸出側(cè)的電壓、電流信號以及功率管的溫度信號，這些信號值通過ADC 口輸送到DSP中，按照預定程序進行數(shù)據(jù)處理并將處理完的數(shù)據(jù)信息發(fā)送給通訊接口及雙向DC-DC控制，雙向DC-DC控制模塊根據(jù)接收到的信息進行PWM波占空比的調(diào)節(jié)，進而實現(xiàn)雙向DC-DC的有效控制。與此同時，通過電壓、電流、溫度信號調(diào)理電路采樣得到永磁同步電機的任意兩相電流信號ia和ib、電機定子繞組溫度Tl、逆變器溫度T2、電機位置角Θ和電機轉(zhuǎn)速ω，通過CAN由通訊接口發(fā)送電機的信息給整車控制器，同時發(fā)送給永磁同步電機矢量控制，電機控制模塊根據(jù)接收到的信息，會對運行模式的要求進行判斷，并根據(jù)電機本身的特性及反饋回的電機和逆變器溫度值對電機的速度和扭矩指令進行判斷，進而進行電機的矢量控制。
[0037]本發(fā)明中所涉及的電機驅(qū)動系統(tǒng)框圖如圖1所示，主要由蓄電池、雙向DC-DC半橋模塊、電容Cl和C2、逆變器及電機組成，而雙向DC-DC半橋模塊包括電感L、開關管Ql和Q2以及與之反并聯(lián)的二極管Dl和D2，逆變器則是由開關管Q3?Q8以及與之反并聯(lián)的二極管D3?D8組成。
[0038]現(xiàn)將其主要的工作過程做以下描述:在電動汽車啟動、行駛時，蓄電池兩端的電壓Vl經(jīng)過雙向DC-DC半橋模塊電路中開關管Ql關斷，Q2打開、關斷形成波動較小的較高電壓值V2，后經(jīng)逆變器電路將直流電轉(zhuǎn)換成三相交流電驅(qū)動永磁同步電機運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)車輛的運行。當電動汽車處在剎車狀態(tài)時，由電機輸送過來的能量通過整流作用以直流的形式到達了 V2端，后經(jīng)雙向DC-DC半橋模塊電路，通過關閉開關管Q2，打開、關斷Ql來實現(xiàn)降壓并儲存于蓄電池中，實現(xiàn)能量的制動回收。
[0039]圖2所示的是基于DSP的電機控制器電路框圖，其具體的工作方式為:整車控制器10通過通訊接口 201給雙向DC-DC控制模塊和電機控制模塊發(fā)送模式、使能等指令信息。雙向DC-DC控制模塊包括雙向DC-DC控制204、脈寬調(diào)制205 (PWM)、模數(shù)轉(zhuǎn)換207 (ADC)和數(shù)據(jù)處理206;電機控制模塊包括永磁同步電機矢量控制202、空間電壓矢量脈寬調(diào)制203 (SVPWM)、模數(shù)轉(zhuǎn)換207 (ADC)模塊和數(shù)據(jù)處理206。
[0040]數(shù)據(jù)處理模塊206的輸出端分別與通訊接口 201、雙向DC-DC控制204和永磁同步電機矢量控制202相連，永磁同步電機矢量控制202的輸出端與SVPWM203相連，SVPWM203的輸出端與逆變器30的輸入相連，逆變器30將控制信號輸出給永磁同步電機40。雙向DC-DC控制204的輸出端與PWM205的輸入相連，PWM205去控制半橋模塊60 ;保護電路I的輸入端與電壓、電流、溫度信號調(diào)理電路80相連，保護電路I的輸出端分別與逆變器30和SVPWM203的一個輸入端相連，保護電路2的輸入端與電壓、電流、溫度信號調(diào)理電路80相連，保護電路2的輸出端分別與半橋模塊60和PWM205的一個輸入端相連。
[0041]圖2中虛線框20所示的為DSP控制部分，為永磁同步電機40和半橋模塊60的控制核心，它主要包括①通過CAN與整車控制器10通訊，②永磁同步電機矢量控制算法實現(xiàn)，③空間電壓矢量脈寬調(diào)制SVPWM203，④雙向DC-DC控制算法實現(xiàn)，⑤脈寬調(diào)制PWM205，⑥模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC207，⑦數(shù)據(jù)處理單元206。
[0042]具體工作過程為:通過電壓、電流、溫度信號調(diào)理電路80得到半橋模塊輸入、輸出側(cè)的電壓、電流信號以及功率管的溫度信號，這些信號值通過ADC 口 207輸送到DSP中，按照預定程序進行數(shù)據(jù)處理并將處理完的數(shù)據(jù)信息發(fā)送給通訊接口 201及雙向DC-DC控制204，雙向DC-DC控制模塊根據(jù)接收到的信息進行PWM波占空比的調(diào)節(jié)，進而實現(xiàn)雙向DC-DC的有效控制。
[0043]與此同時，通過電壓、電流、溫度信號調(diào)理電路80采樣得到永磁同步電機40的任意兩相電流信號ia和ib、電機定子繞組溫度Tl、逆變器溫度T2、電機位置角Θ和電機轉(zhuǎn)速ω，通過CAN由通訊接口 201發(fā)送電機的信息給整車控制器10，同時發(fā)送給永磁同步電機矢量控制202，電機控制模塊根據(jù)接收到的信息，會對運行模式的要求進行判斷，并根據(jù)電機本身的特性及反饋回的電機和逆變器溫度值對電機的速度和扭矩指令進行判斷，進而進行電機的矢量控制。
[0044]圖3所示的是雙向DC-DC變換驅(qū)動信號產(chǎn)生的一個具體實施電路，轉(zhuǎn)向時的工作過程為:在電動汽車中，雙向DC-DC默認狀態(tài)下時正向的升壓模式，當通過通訊接口 201接收到剎車信號并對電感L的電流進行過零檢測后，才能可能轉(zhuǎn)入到反向的能量制動回收模式。當剎車信號到來并檢測到電感電流過零滿足條件時，才能將使能信號狀態(tài)反轉(zhuǎn)，并將此信號與DSP產(chǎn)生的PWM信號DSP-PWM-B和DSP-PWM-T進行互鎖控制，進入能量制動回收模式，并保證兩個功率開關管不同時導通，提高可靠性。
[0045]上面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行了示例性描述，顯然本發(fā)明具體實現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進行的各種改進，或未經(jīng)改進直接應用于其它場合的，均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于DSP的車用電機控制器，其特征在于，包括單顆DSP芯片，雙向DC-DC控制模塊， 電機控制模塊，以及電壓、電流、溫度信號調(diào)理電路，其中， 雙向DC-DC控制模塊通訊連接至整車控制器，并可從其接收信號； 電機控制模塊通訊連接至整車控制器，并可從其接收信號； 電壓、電流、溫度信號調(diào)理電路通訊連接至DSP芯片，用于對半橋模塊的信號進行采樣并將信號發(fā)送至DSP芯片，并進一步發(fā)送至雙向DC-DC控制模塊用于控制； 電壓、電流、溫度信號調(diào)理電路連接至電機并可對其信息進行采樣，并將采樣得到的信息通過CAN由通訊接口發(fā)送給整車控制器； 電壓、電流、溫度信號調(diào)理電路通訊連接至電機控制模塊，并可將上述信號發(fā)送至電機控制|吳塊。
2.如權(quán)利要求1所述的基于DSP的車用電機控制器，其特征在于，雙向DC-DC控制模塊和電機控制模塊通過通訊接口連接至整車控制器并可從其接收發(fā)送模式、使能等指令信肩、O
3.如權(quán)利要求1或2所述的基于DSP的車用電機控制器，其特征在于，雙向DC-DC控制模塊包括雙向DC-DC控制、脈寬調(diào)制PWM、模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC模塊和數(shù)據(jù)處理模塊；電機控制模塊包括永磁同步電機矢量控制模塊、空間電壓矢量脈寬調(diào)制SVPWM、模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC模塊和數(shù)據(jù)處理模塊。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項所述的基于DSP的車用電機控制器，其特征在于，所述信號包括半橋模塊輸入、輸出側(cè)的電壓、電流信號以及功率管的溫度信號，所述信號通過ADC 口輸送到DSP芯片。
5.如權(quán)利要求1-4中任一項所述的基于DSP的車用電機控制器，其特征在于，還包括通訊接口，其用于整車控制器，雙向DC-DC控制模塊，數(shù)據(jù)處理模塊之間的通訊連接。
6.如權(quán)利要求1-5中任一項所述的基于DSP的車用電機控制器，其特征在于，還包括數(shù)據(jù)處理模塊，其通過ADC 口通訊連接至電壓、電流、溫度信號調(diào)理電路并可從其接受信號，并通訊連接至通訊接口，用于將接收的信號進行數(shù)據(jù)處理并將處理完的數(shù)據(jù)信息發(fā)送給通訊接口、電機控制模塊及雙向DC-DC控制模塊。
7.如權(quán)利要求1-6中任一項所述的基于DSP的車用電機控制器,其特征在于，電機控制模塊為永磁同步電機矢量控制模塊，其用于根據(jù)接收到的信息，對運行模式的要求進行判斷，并根據(jù)電機本身的特性及反饋回的電機和逆變器溫度值對電機的速度和扭矩指令進行判斷，進而進行電機的矢量控制。
8.如權(quán)利要求1-7中任一項所述的基于DSP的車用電機控制器，其特征在于，所述對永磁同步電機的采樣信息包括永磁同步電機的任意兩相電流信號ia和ib、電機定子繞組溫度Tl、逆變器溫度T2、電機位置角Θ和電機轉(zhuǎn)速ω。
9.如權(quán)利要求1-8中任一項所述的基于DSP的車用電機控制器，其特征在于，雙向DC-DC控制模塊根據(jù)接收到的信息進行PWM波占空比的調(diào)節(jié)，進而實現(xiàn)雙向DC-DC的有效控制，并且是使用單顆DSP芯片控制雙向DC-DC電路和逆變器電路；數(shù)據(jù)處理模塊的輸出端分別與通訊接口、雙向DC-DC控制和永磁同步電機矢量控制相連，永磁同步電機矢量控制的輸出端與SVPWM相連，SVPWM的輸出端與逆變器的輸入相連，逆變器將控制信號輸出給永磁同步電機，雙向DC-DC控制的輸出端與PWM的輸入相連，PWM控制半橋模塊；保護電路的輸入端與電壓、電流、溫度信號調(diào)理電路相連，保護電路的輸出端分別與逆變器和SVPWM的一個輸入端相連，保護電路的輸入端與電壓、電流、溫度信號調(diào)理電路相連，保護電路的輸出端分別與半橋模塊和PWM的一個輸入端相連。
10.如權(quán)利要求1-9所述電機控制器的控制方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)整車控制器通過通訊接口給雙向DC-DC控制模塊和電機控制模塊發(fā)送指令信息； (2)電壓、電流、溫度信號調(diào)理電路采樣得到半橋模塊信號； (3)步驟⑵中所述信號輸送到DSP中； (4)按照預定程序進行數(shù)據(jù)處理并將處理完的數(shù)據(jù)信息發(fā)送給通訊接口及雙向DC-DC控制； (5)雙向DC-DC控制模塊根據(jù)接收到的信息進行PWM波占空比的調(diào)節(jié)，進而實現(xiàn)雙向DC-DC的有效控制； (6)同時，電壓、電流、溫度信號調(diào)理電路采樣得到永磁同步電機的信息給整車控制器，同時發(fā)送給永磁同步電機矢量控制； (7)電機控制模塊根據(jù)接收到的信息，實現(xiàn)對電機的矢量控制。
【文檔編號】H02P21/00GK104135204SQ201410412005
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年8月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月20日
【發(fā)明者】袁文爽, 吳瑞, 杭孟荀 申請人:奇瑞汽車股份有限公司