CN104135204A - 一种车用电机控制器及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种车用电机控制器及其控制方法，包括单颗DSP芯片，双向DC-DC控制模块，电机控制模块，以及电压、电流、温度信号调理电路，其中，双向DC-DC控制模块通讯连接至整车控制器，并可从其接收信号；电机控制模块通讯连接至整车控制器，并可从其接收信号；电压、电流、温度信号调理电路通讯连接至DSP芯片，用于对半桥模块的信号进行采样并将信号发送至DSP芯片，并进一步发送至双向DC-DC控制模块用于控制；电压、电流、温度信号调理电路连接至电机并可对其信息进行采样，并将采样得到的信息通过CAN由通讯接口发送给整车控制器；电压、电流、温度信号调理电路通讯连接至电机控制模块，并可将上述信号发送至电机控制模块。使用单颗DSP芯片来控制双向DC-DC电路和逆变器电路，实现两部分电路控制上的一致性、电源电路及通讯电路的共用性，提高电动汽车的驱动性能。
Description
技术领域
本发明涉及属于电动汽车中电机控制领域，具体涉及一种基于DSP的用于电动汽车的电机控制器电路。
背景技术
传统的燃料能源正在一天天减少，环境污染问题也日益突出。针对环境污染问题，目前已有生产使用的电动汽车、电动公交车等，电动机作为电动车的关键部件，其控制性能对整个电机驱动系统有着举足轻重的影响。永磁同步电机以其体积小、损耗少、效率高的特点被广泛应用于电动汽车上。
目前电动汽车最常用的电源是蓄电池，包括铅酸电池和锂电池。由于电动汽车中的电动机转速范围很宽，行驶过程中频繁的加、减速，造成蓄电池电压的变化范围也很大，而且电池的电压会随着电能的消耗而下降，在这样的条件下如果用蓄电池组直接驱动电动机运转，会造成电动机驱动性能的恶化。在蓄电池和驱动电路间使用双向DC-DC变换器，一方面，可以将蓄电池组的电压在一定的负载变动范围内稳定在一个相对较高的电压值，从而可以较明显地提高电动机的驱动性能。另一方面，又可以将电动机刹车制动时由机械能转换来的电能回馈给蓄电池组，对电池进行充电，这对电动汽车来说很有意义。
目前已有双向DC-DC变换电路的控制方法被提出，但关于电路转向工作基本没有涉及，也有较为成熟的永磁同步电机的矢量控制方法，但由于早期的DSP芯片片内flash及PWM波通道等自身资源不足，他们多是分别控制，一些电源、通讯等可共用的电路分开在各自的周围，造成电路的重复，不利于芯片的有效利用，而且两者之间要通讯，不同的控制芯片时钟信号同步性也会有影响，在通讯及时钟的一致性方面有待改善。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于DSP的、用于电动汽车的一种电机控制器电路，它主要针对蓄电池端电压变化范围较大以及永磁同步电机矢量控制特征，实现控制的便利性，提高电动汽车的驱动性能。
整车控制器通过通讯接口给双向DC-DC控制模块和电机控制模块发送模式、使能等指令信息。通过电压、电流、温度信号调理电路采样得到半桥模块输入、输出侧的电压、电流信号以及功率管的温度信号，这些信号值通过ADC口输送到DSP中，按照预定程序进行数据处 理并将处理完的数据信息发送给通讯接口及双向DC-DC控制，双向DC-DC控制模块根据接收到的信息进行PWM波占空比的调节，进而实现双向DC-DC的有效控制。与此同时，通过电压、电流、温度信号调理电路采样得到永磁同步电机的电流值、电机定子绕组温度、电机位置角θ和电机转速ω，通过CAN由通讯接口发送电机的信息给整车控制器，同时发送给永磁同步电机矢量控制，电机控制模块根据接收到的信息，实现对电机的矢量控制。
具体技术方案如下：
一种基于DSP的车用电机控制器，包括单颗DSP芯片，双向DC-DC控制模块，电机控制模块，以及电压、电流、温度信号调理电路，其中，
双向DC-DC控制模块通讯连接至整车控制器，并可从其接收信号；
电机控制模块通讯连接至整车控制器，并可从其接收信号；
电压、电流、温度信号调理电路通讯连接至DSP芯片，用于对半桥模块的信号进行采样并将信号发送至DSP芯片，并进一步发送至双向DC-DC控制模块用于控制；
电压、电流、温度信号调理电路连接至电机并可对其信息进行采样，并将采样得到的信息通过CAN由通讯接口发送给整车控制器；
电压、电流、温度信号调理电路通讯连接至电机控制模块，并可将上述信号发送至电机控制模块。
进一步地，双向DC-DC控制模块和电机控制模块通过通讯接口连接至整车控制器并可从其接收发送模式、使能等指令信息。
进一步地，双向DC-DC控制模块包括双向DC-DC控制、脉宽调制PWM、模数转换ADC模块和数据处理模块；电机控制模块包括永磁同步电机矢量控制模块、空间电压矢量脉宽调制SVPWM、模数转换ADC模块和数据处理模块。
进一步地，所述信号包括半桥模块输入、输出侧的电压、电流信号以及功率管的温度信号，所述信号通过ADC口输送到DSP芯片。
进一步地，还包括通讯接口，其用于整车控制器，双向DC-DC控制模块，数据处理模块之间的通讯连接。
进一步地，还包括数据处理模块，其通过ADC口通讯连接至电压、电流、温度信号调理电路并可从其接受信号，并通讯连接至通讯接口，用于将接收的信号进行数据处理并将处理完的数据信息发送给通讯接口及双向DC-DC控制模块。
进一步地，电机控制模块为永磁同步电机矢量控制模块，其用于根据接收到的信息，对运行模式的要求进行判断，并根据电机本身的特性及反馈回的电机和逆变器温度值对电机的速 度和扭矩指令进行判断，进而进行电机的矢量控制。
进一步地，所述对永磁同步电机的采样信息包括永磁同步电机的任意两相电流信号ia和ib、电机定子绕组温度T1、逆变器温度T2、电机位置角θ和电机转速ω。
进一步地，双向DC-DC控制模块根据接收到的信息进行PWM波占空比的调节，进而实现双向DC-DC的有效控制，并且是使用单颗DSP芯片控制双向DC-DC电路和逆变器电路；数据处理模块的输出端分别与通讯接口、双向DC-DC控制和永磁同步电机矢量控制相连，永磁同步电机矢量控制的输出端与SVPWM相连，SVPWM的输出端与逆变器的输入相连，逆变器将控制信号输出给永磁同步电机，双向DC-DC控制的输出端与PWM的输入相连，PWM控制半桥模块；保护电路的输入端与电压、电流、温度信号调理电路相连，保护电路的输出端分别与逆变器和SVPWM的一个输入端相连，保护电路的输入端与电压、电流、温度信号调理电路相连，保护电路的输出端分别与半桥模块和PWM的一个输入端相连。
上述电机控制器的控制方法，包括如下步骤：
(1)整车控制器通过通讯接口给双向DC-DC控制模块和电机控制模块发送指令信息；
(2)电压、电流、温度信号调理电路采样得到半桥模块和永磁同步电机的信号；
(3)步骤(2)中所述信号输送到DSP中；
(4)按照预定程序进行数据处理并将处理完的数据信息发送给通讯接口及双向DC-DC控制；
(5)双向DC-DC控制模块根据接收到的信息进行PWM波占空比的调节，进而实现双向DC-DC的有效控制；
(6)同时，电压、电流、温度信号调理电路采样得到永磁同步电机的信息给整车控制器，同时发送给永磁同步电机矢量控制；
(7)电机控制模块根据接收到的信息，实现对电机的矢量控制。
与目前现有技术相比，本发明使用单颗DSP芯片来控制双向DC-DC电路和逆变器电路，实现两部分电路控制上的一致性、电源电路及通讯电路的共用性，提高电动汽车的驱动性能。具体来说：针对蓄电池端电压变化范围较大以及永磁同步电机矢量控制特征，可充分利用单颗DSP芯片的资源进行统一的控制，有效增强双向DC-DC控制模块和永磁同步电机模块两者之间通讯的可靠性并提高了电动汽车的驱动性能。也就是说，通过使用单颗DSP，共用一个通讯接口，有效增强双向DC-DC控制和永磁同步电机控制时间上的一致性，并且双向DC-DC控制模块还能缓解蓄电池端电压变化范围大的问题，从而提高了电动汽车部件的可靠性及驱动性能。
附图说明
图1电机驱动系统框图
图2基于DSP的电机控制器电路框图
图3双向DC-DC变换驱动信号产生的一个具体实施电路
具体实施方式
下面根据附图对本发明进行详细描述，其为本发明多种实施方式中的一种优选实施例。
双向DC-DC控制模块包括双向DC-DC控制、脉宽调制(PWM)、模数转换(ADC)模块和数据处理模块；电机控制模块包括永磁同步电机矢量控制模块、空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)、模数转换(ADC)模块和数据处理模块。
为达到上述目的，本发明的技术方案是，整车控制器通过通讯接口给双向DC-DC控制模块和电机控制模块发送模式、使能等指令信息。通过电压、电流、温度信号调理电路采样得到半桥模块输入、输出侧的电压、电流信号以及功率管的温度信号，这些信号值通过ADC口输送到DSP中，按照预定程序进行数据处理并将处理完的数据信息发送给通讯接口及双向DC-DC控制，双向DC-DC控制模块根据接收到的信息进行PWM波占空比的调节，进而实现双向DC-DC的有效控制。与此同时，通过电压、电流、温度信号调理电路采样得到永磁同步电机的任意两相电流信号ia和ib、电机定子绕组温度T1、逆变器温度T2、电机位置角θ和电机转速ω，通过CAN由通讯接口发送电机的信息给整车控制器，同时发送给永磁同步电机矢量控制，电机控制模块根据接收到的信息，会对运行模式的要求进行判断，并根据电机本身的特性及反馈回的电机和逆变器温度值对电机的速度和扭矩指令进行判断，进而进行电机的矢量控制。
本发明中所涉及的电机驱动系统框图如图1所示，主要由蓄电池、双向DC-DC半桥模块、电容C1和C2、逆变器及电机组成，而双向DC-DC半桥模块包括电感L、开关管Q1和Q2以及与之反并联的二极管D1和D2，逆变器则是由开关管Q3～Q8以及与之反并联的二极管D3～D8组成。
现将其主要的工作过程做以下描述：在电动汽车启动、行驶时，蓄电池两端的电压V1经过双向DC-DC半桥模块电路中开关管Q1关断，Q2打开、关断形成波动较小的较高电压值V2，后经逆变器电路将直流电转换成三相交流电驱动永磁同步电机运转，实现车辆的运行。当电动汽车处在刹车状态时，由电机输送过来的能量通过整流作用以直流的形式到达了V2端，后经双向DC-DC半桥模块电路，通过关闭开关管Q2，打开、关断Q1来实现降压并储存于蓄电池中，实现能量的制动回收。
图2所示的是基于DSP的电机控制器电路框图，其具体的工作方式为：整车控制器10通过通讯接口201给双向DC-DC控制模块和电机控制模块发送模式、使能等指令信息。双向DC-DC控制模块包括双向DC-DC控制204、脉宽调制205(PWM)、模数转换207(ADC)和数据处理206；电机控制模块包括永磁同步电机矢量控制202、空间电压矢量脉宽调制203(SVPWM)、模数转换207(ADC)模块和数据处理206。
数据处理模块206的输出端分别与通讯接口201、双向DC-DC控制204和永磁同步电机矢量控制202相连，永磁同步电机矢量控制202的输出端与SVPWM203相连，SVPWM203的输出端与逆变器30的输入相连，逆变器30将控制信号输出给永磁同步电机40。双向DC-DC控制204的输出端与PWM205的输入相连，PWM205去控制半桥模块60；保护电路1的输入端与电压、电流、温度信号调理电路80相连，保护电路1的输出端分别与逆变器30和SVPWM203的一个输入端相连，保护电路2的输入端与电压、电流、温度信号调理电路80相连，保护电路2的输出端分别与半桥模块60和PWM205的一个输入端相连。
图2中虚线框20所示的为DSP控制部分，为永磁同步电机40和半桥模块60的控制核心，它主要包括①通过CAN与整车控制器10通讯，②永磁同步电机矢量控制算法实现，③空间电压矢量脉宽调制SVPWM203，④双向DC-DC控制算法实现，⑤脉宽调制PWM205，⑥模数转换ADC207，⑦数据处理单元206。
具体工作过程为：通过电压、电流、温度信号调理电路80得到半桥模块输入、输出侧的电压、电流信号以及功率管的温度信号，这些信号值通过ADC口207输送到DSP中，按照预定程序进行数据处理并将处理完的数据信息发送给通讯接口201及双向DC-DC控制204，双向DC-DC控制模块根据接收到的信息进行PWM波占空比的调节，进而实现双向DC-DC的有效控制。
与此同时，通过电压、电流、温度信号调理电路80采样得到永磁同步电机40的任意两相电流信号ia和ib、电机定子绕组温度T1、逆变器温度T2、电机位置角θ和电机转速ω，通过CAN由通讯接口201发送电机的信息给整车控制器10，同时发送给永磁同步电机矢量控制202，电机控制模块根据接收到的信息，会对运行模式的要求进行判断，并根据电机本身的特性及反馈回的电机和逆变器温度值对电机的速度和扭矩指令进行判断，进而进行电机的矢量控制。
图3所示的是双向DC-DC变换驱动信号产生的一个具体实施电路，转向时的工作过程为：在电动汽车中，双向DC-DC默认状态下时正向的升压模式，当通过通讯接口201接收到刹车信号并对电感L的电流进行过零检测后，才能可能转入到反向的能量制动回收模式。当刹车信号到来并检测到电感电流过零满足条件时，才能将使能信号状态反转，并将此信号与DSP 产生的PWM信号DSP-PWM-B和DSP-PWM-T进行互锁控制，进入能量制动回收模式，并保证两个功率开关管不同时导通，提高可靠性。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于DSP的车用电机控制器，其特征在于，包括单颗DSP芯片，双向DC-DC控制模块，
电机控制模块，以及电压、电流、温度信号调理电路，其中，
双向DC-DC控制模块通讯连接至整车控制器，并可从其接收信号；
电机控制模块通讯连接至整车控制器，并可从其接收信号；
电压、电流、温度信号调理电路通讯连接至DSP芯片，用于对半桥模块的信号进行采样并将信号发送至DSP芯片，并进一步发送至双向DC-DC控制模块用于控制；
电压、电流、温度信号调理电路连接至电机并可对其信息进行采样，并将采样得到的信息通过CAN由通讯接口发送给整车控制器；
电压、电流、温度信号调理电路通讯连接至电机控制模块，并可将上述信号发送至电机控制模块。
2.如权利要求1所述的基于DSP的车用电机控制器，其特征在于，双向DC-DC控制模块和电机控制模块通过通讯接口连接至整车控制器并可从其接收发送模式、使能等指令信息。
3.如权利要求1或2所述的基于DSP的车用电机控制器，其特征在于，双向DC-DC控制模块包括双向DC-DC控制、脉宽调制PWM、模数转换ADC模块和数据处理模块；电机控制模块包括永磁同步电机矢量控制模块、空间电压矢量脉宽调制SVPWM、模数转换ADC模块和数据处理模块。
4.如权利要求1-3中任一项所述的基于DSP的车用电机控制器，其特征在于，所述信号包括半桥模块输入、输出侧的电压、电流信号以及功率管的温度信号，所述信号通过ADC口输送到DSP芯片。
5.如权利要求1-4中任一项所述的基于DSP的车用电机控制器，其特征在于，还包括通讯接口，其用于整车控制器，双向DC-DC控制模块，数据处理模块之间的通讯连接。
6.如权利要求1-5中任一项所述的基于DSP的车用电机控制器，其特征在于，还包括数据处理模块，其通过ADC口通讯连接至电压、电流、温度信号调理电路并可从其接受信号，并通讯连接至通讯接口，用于将接收的信号进行数据处理并将处理完的数据信息发送给通讯接口、电机控制模块及双向DC-DC控制模块。
7.如权利要求1-6中任一项所述的基于DSP的车用电机控制器，其特征在于，电机控制模块为永磁同步电机矢量控制模块，其用于根据接收到的信息，对运行模式的要求进行判断，并根据电机本身的特性及反馈回的电机和逆变器温度值对电机的速度和扭矩指令进行判断，进而进行电机的矢量控制。
8.如权利要求1-7中任一项所述的基于DSP的车用电机控制器，其特征在于，所述对永磁同步电机的采样信息包括永磁同步电机的任意两相电流信号ia和ib、电机定子绕组温度T1、逆变器温度T2、电机位置角θ和电机转速ω。
9.如权利要求1-8中任一项所述的基于DSP的车用电机控制器，其特征在于，双向DC-DC控制模块根据接收到的信息进行PWM波占空比的调节，进而实现双向DC-DC的有效控制，并且是使用单颗DSP芯片控制双向DC-DC电路和逆变器电路；数据处理模块的输出端分别与通讯接口、双向DC-DC控制和永磁同步电机矢量控制相连，永磁同步电机矢量控制的输出端与SVPWM相连，SVPWM的输出端与逆变器的输入相连，逆变器将控制信号输出给永磁同步电机，双向DC-DC控制的输出端与PWM的输入相连，PWM控制半桥模块；保护电路的输入端与电压、电流、温度信号调理电路相连，保护电路的输出端分别与逆变器和SVPWM的一个输入端相连，保护电路的输入端与电压、电流、温度信号调理电路相连，保护电路的输出端分别与半桥模块和PWM的一个输入端相连。
10.如权利要求1-9所述电机控制器的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)整车控制器通过通讯接口给双向DC-DC控制模块和电机控制模块发送指令信息；
(2)电压、电流、温度信号调理电路采样得到半桥模块信号；
(3)步骤(2)中所述信号输送到DSP中；
(4)按照预定程序进行数据处理并将处理完的数据信息发送给通讯接口及双向DC-DC控制；
(5)双向DC-DC控制模块根据接收到的信息进行PWM波占空比的调节，进而实现双向DC-DC的有效控制；
(6)同时，电压、电流、温度信号调理电路采样得到永磁同步电机的信息给整车控制器，同时发送给永磁同步电机矢量控制；
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: CHERY NEW ENERGY AUTOMOBILE TECHNOLOGY CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: SAIC CHERY AUTOMOBILE CO., LTD. Effective date: 20150703 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20150703 Address after: 241000 Yijiang, Anhui Province Hua Jin Road South Applicant after: New-energy automobile Technology Co., Ltd. of Cherry Address before: 241009 Wuhu economic and Technological Development Zone, Anhui, No. 8 Changchun Road Applicant before: Saic Chery Automobile Co., Ltd. |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20141105 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |