專利名稱：一種用于汽車的電動機控制器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及自動控制技術領域，特別涉及一種用于汽車的電動機控制器。
背景技術：
中國已成為世界最大的汽車市場，到2020年中國汽車保有量將達到兩億輛左右， 其間車用燃料消費將達到約3億噸，中國汽車業必須尋求新的替代能源。以交流電動機為動力的電動汽車以及混合動力汽車已逐漸被人們認可，市場前景十分巨大。交流電動機作為電動汽車的動力源，是動力系統的核心部件，它的控制效果對于整車性能有著非常重要的影響。目前，電動汽車大多處于試研制或樣車階段，在現有技術中還沒有可靠的適于產業化應用的電機控制器。
實用新型內容本實用新型在于提供一種適于產業化應用的用于汽車的電動機控制器，不但能夠滿足產業化應用需求，還可以最大限度的降低成本。一種電動機控制器，用于對汽車中的交流電動機進行控制，連接在整車控制器和交流電動機之間，所述電動機控制器包括輔助電源模塊10、數字信號處理器DSP20、逆變器30、CPLD模塊40、保護模塊50和傳感器模塊60，其中，用于為所述DSP提供電源的輔助電源模塊10，與數字信號處理器DSP連接；傳感器模塊60中數據采集頭作為傳感器模塊60的輸入端與交流電動機連接，將采樣信號通過傳感器模塊60的輸出端傳輸給DSP20 ；用于對交流電動機進行電壓、電流檢測的保護模塊50，將得到的電壓、電流檢測信號傳輸至CPLD模塊40 ；CPLD模塊40，根據接收到的電壓、電流檢測信號進行邏輯處理，將處理后得到的信號用于故障指示和總故障信號以傳輸給DSP20，將用于保護以控制逆變器30開閉的開關信號傳輸給逆變器30 ；DSP20,接收來自整車控制器的用戶信號，儀表接口信號和數字驅動接口信號，接收來自CPLD模塊40的總故障信號，來自傳感器模塊的采樣信號，向逆變器30輸出總控制信號；接收來自傳感器60的采樣信號，傳輸給整車控制器；逆變器30，根據接收到的空間矢量脈寬調制信號控制交流電動機。其中，所述DSP20具體包括整車通訊模塊21、電動機矢量控制模塊22、空間電壓矢量脈寬調制模塊SVPWM23、模數轉換模塊M和傳感器信號處理模塊25，其中，整車通訊模塊21，接收來自整車控制器的用戶信號，儀表接口信號和數字驅動接口信號，將接收到的所述信號傳輸給電動機矢量控制模塊22 ；接收來自傳感器信號處理模塊25的信號，傳輸給整車控制器；模數轉換模塊M，接收來自傳感器模塊60的采樣信號，對所述采樣信號進行預處理并轉換為數字信號后，傳遞給傳感器信號處理模塊25 ；傳感器信號處理模塊25的兩個輸出端分別與整車通訊模塊21和電動機矢量控制模塊22連接；電動機矢量控制模塊22，接收來自整車通訊模塊21和傳感器信號處理模塊25的信號，傳輸給SVPW1C3 ；SVPWM23的輸入端與電動機矢量控制模塊22連接，輸出端與逆變器30連接。其中，所述保護模塊50包括過壓保護模塊51和過流保護模塊52，其中，過壓保護模塊51，對電路中母線的電壓進行檢測，將欠電壓或過電流信號傳送給 CPLD 模塊 40 ；過流保護模塊52，對交流電動機的相電流進行檢測，將U相波峰波谷、V相波峰波谷信號傳送給CPLD模塊40。其中，所述DSP20為TMS320M803系列芯片。其中，所述CPLD模塊40為EMP3000系列芯片。應用本實用新型實施例提供的電動機控制器，由于CPLD分擔了 DSP的負荷，因而， 提高了處理效率，且實現成本低。
為了更清楚地說明本實用新型實施例中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例， 對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1是根據本實用新型實施例的一種電動機控制器的控制原理框圖。
具體實施方式
目前，現有技術中也存在電動機控制器，但該電動機控制器基本是僅通過數字信號處理器(DSP，Digital Signal Processor)來實現的，DSP是一種獨特的微處理器，是以數字信號來處理大量信息的器件。其工作原理是接收模擬信號，轉換為0或1的數字信號， 再對數字信號進行修改、刪除、強化，并在其他系統芯片中把數字數據解譯回模擬數據或實際環境格式。它不僅具有可編程性，而且其實時運行速度可達每秒數以千萬條復雜指令程序。現有技術中，對于DSP而言，不僅需要處理來自整車控制器的各種信號，還要處理來自保護電路的各種信號，導致處理的事務繁雜，因而影響處理效率，導致反映慢、效率低，易出現故障。本實用新型實施例中的電動機控制器，采用DSP和復雜可編程邏輯器件 CPLD (Complex Programmable Logic Device)來實現，CPLD是一種用戶根據各自需要而自行構造邏輯功能的數字集成電路。由可編程邏輯宏單元圍繞中心的可編程互連矩陣單元組成。由于CPLD分擔了 DSP的負荷，提高了處理效率，且實現成本低。下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。參見圖1，其是根據本實用新型實施例的一種電動機控制器的控制原理框圖。本實用新型實施例提供的電動機控制器用于對汽車中的交流電動機進行控制，其連接在整車控制器和交流電動機之間，該電動機控制器包括輔助電源模塊10、數字信號處理器DSP20、 逆變器30、CPLD模塊40、保護模塊50和傳感器模塊60，其中，用于為所述DSP提供電源的輔助電源模塊10，與數字信號處理器DSP連接，以為 DSP供電；具體的，該輔助電源模塊10采用高頻開關電源實現，具有體積小、效率高、容易實現多路輸出和可靠性較好的優點，提高了電動機控制器的抗干擾能力。傳感器模塊60中數據采集頭作為傳感器模塊60的輸入端與交流電動機連接，將采樣信號通過傳感器模塊60的輸出端傳輸給DSP20 ；用于對交流電動機進行電壓、電流檢測的保護模塊50，將得到的電壓、電流檢測信號傳輸至復雜可編程邏輯器(CPLD)模塊40 ；CPLD模塊40，根據接收到的電壓、電流檢測信號進行邏輯處理，將處理后得到信號用于故障指示和總故障信號以傳輸給DSP20，將用于保護以控制逆變器30開閉的開關信號傳輸給逆變器30 ；DSP20，接收來自整車控制器的用戶信號，儀表接口信號和數字驅動接口信號，接收來自CPLD模塊40的總故障信號，來自傳感器模塊的采樣信號，向逆變器30輸出總控制信號；接收來自傳感器信號處理模塊25的信號，傳輸給整車控制器；逆變器30，根據接收到的空間矢量脈寬調制信號控制交流電動機。需要說明的是，上述DSP20可以具體包括整車通訊模塊21、電動機矢量控制模塊 22、空間電壓矢量脈寬調制模塊SVPWM23、模數轉換模塊M和傳感器信號處理模塊25，其中，整車通訊模塊21，接收來自整車控制器的用戶信號，儀表接口信號和數字驅動接口信號，將接收到的所述信號傳輸給電動機矢量控制模塊22 ；接收來自傳感器60的采樣信號，傳輸給正常控制器；具體的，用戶信號包括用戶I/O信號和用戶A/D信號。其中，用戶I/O信號包括鑰匙信號、外部使能信號、前進信號、倒車信號、剎車信號、手剎互鎖信號、充電互鎖信號、電池充電燈控制信號供DSP進行判斷處理；用戶A/D信號包括兩路互為冗余的加速器信號、制動踏板信號等用于通過傳感器傳遞給DSP的信號。儀表接口信號包括電量輸出信號、速度輸出信號、故障信號、狀態顯示信號傳遞給外圍儀表。數字驅動接口信號包括驅動泵信號、報警驅動信號等傳遞給各外圍執行和報警裝置的信號。模數轉換模塊M，接收來自傳感器模塊60的采樣信號，對所述采樣信號進行預處理并轉換為數字信號后，傳遞給傳感器信號處理模塊25 ；具體的，模數轉換模塊M對傳感模擬信號進行預處理，用光耦、運放、電壓比較器進行隔離、電平轉換和比較以產生保護輸入信號，然后變換為數字信號后傳遞給傳感器信號處理模塊25。傳感器信號處理模塊25的兩個輸出端分別與整車通訊模塊21和電動機矢量控制模塊22連接；[0043]其中，傳感器模塊60中的數據采集頭采樣交流電動機的母線電路信號輸出、UV兩相電流信號輸出、交流電動機溫度輸出、轉子位置信號，通過模數轉換模塊M和傳感器信號處理模塊25得到交流電動機相電流信號、交流電動機轉子位置角、交流電動機轉速以及交流電動機溫度和逆變器溫度信號值，通過整車通訊模塊21發送交流電動機的信息給整車控制器，同時輸入給交流電動機矢量控制模塊。電動機矢量控制模塊22，接收來自整車通訊模塊21和傳感器信號處理模塊25的信號，傳輸給SVPW1C3 ；具體的，電動機矢量控制模塊22根據運行模式和速度指令以及扭矩指令的要求， 通過采用每安培最大扭矩控制或者弱磁控制產生直軸和交軸電流進行比例、積分智能(PI) 控制，輸出直軸和交軸電壓值，再采用克拉克(Clark)逆變換和派克(Park)逆變換產生 SVPWM的輸入信號。SVPWM 23的輸入端與電動機矢量控制模塊22連接，輸出端與逆變器30連接。 其中，SVPWM 23接收交流電動機矢量控制模塊的脈沖寬度調制(PWM)信號，輸出信號輸入逆變器30以驅動交流電動機旋轉。空間矢量脈寬調制(Space Vector Pulse Width Modulation, SVPWM)的主要思想是以三相對稱正弦波電壓供電時交流電動機定子理想磁鏈圓為參考標準，以三相逆變器不同開關模式作適當的切換，從而形成PWM波形，以所形成的實際磁鏈矢量來追蹤其準確磁鏈圓。傳統的SPWM方法從電源的角度出發，以生成一個可調頻調壓的正弦波電源，而SVPWM方法將逆變系統和異步交流電動機看作一個整體來考慮，模型比較簡單，也便于微處理器的實時控制。需要說明的是，上述保護模塊50可以具體包括過壓保護模塊51和過流保護模塊 52，其中，過壓保護模塊51，對電路中母線的電壓進行檢測，將欠電壓或過電流信號傳送給 CPLD 模塊 40 ；過流保護模塊52，對交流電動機的相電流進行檢測，將U向波峰波谷、V相波峰波谷信號傳送給CPLD模塊40。上述過壓保護模塊51可以由硬件過壓保護電路來實現，過流保護模塊52可以由硬件過流保護電路來實現。需要說明的是，本實用新型實施例并不對過壓保護模塊51、過流保護模塊52的具體實現方式進行限定，任何能夠實現過壓欠壓保護、過流欠流保護功能的電路或軟件模塊都可以應用于本實用新型實施例。本實用新型實施例中所述涉及的DSP20可以由TMS320F2803系列芯片來實現，涉及的CPLD模塊40可以由EMP3000系列芯片來實現。綜上，在本實用新型實施例中，整車控制器通過整車通訊模塊21給電動機矢量控制模塊22發送開關量信號、車輛儀表、電子油門等信息，DSP 20包括電動機矢量控制模塊 22,SVPWM 23、模數轉換模塊M、傳感器信號處理模塊25和整車通訊模塊21。CPLD具有故障邏輯處理、判斷及保護功能。與傳感器模塊60輸入端相連的數據采集頭與交流電動機相連，傳感器模塊60輸出端經模數轉換后與傳感器信號處理模塊25的輸入端相連，傳感器信號處理模塊25的兩個輸出端分別與整車通訊模塊21和電動機矢量控制模塊22相連，電動機矢量控制模塊22的輸出端與SVPWM 23相連，SVPWM 23的輸出端與逆變器30的輸入端相連，經逆變器30將控制信號輸出至交流電動機。輔助電源模塊10采用高頻開關電源通過DSP 20為交流電動機控制模塊提供電源。本實用新型實施例所提供的電動機控制器可應用于各類電動汽車的多種類型的交流電動機，如既可以應用于混合動力汽車又可以應用于純電動汽車等，可以對異步交流電動機進行控制，也可以對永磁同步電動機進行控制。可見，應用本實用新型實施例提供的電動機控制器，由于CPLD分擔了 DSP的負荷， 因而，提高了處理效率，且實現成本低。需要說明的是，在本文中，術語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有
的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個......”限定的要素，并不排除在包
括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并非用于限定本實用新型的保護范圍。凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換、改進等，均包含在本實用新型的保護范圍內。
權利要求1.一種電動機控制器，用于對汽車中的交流電動機進行控制，連接在整車控制器和交流電動機之間，其特征在于，所述電動機控制器包括輔助電源模塊(10)、數字信號處理器 DSP(20)、逆變器(30)、CPLD模塊(40)、保護模塊(50)和傳感器模塊(60)，其中，用于為所述DSP提供電源的輔助電源模塊(10)，與數字信號處理器DSP連接； 傳感器模塊(60)中數據采集頭作為傳感器模塊(60)的輸入端與交流電動機連接，將采樣信號通過傳感器模塊(60)的輸出端傳輸給DSP (20)；用于對交流電動機進行電壓、電流檢測的保護模塊(50)，將得到的電壓、電流檢測信號傳輸至CPLD模塊00)；CPLD模塊(40)，根據接收到的電壓、電流檢測信號進行邏輯處理，將處理后得到的信號用于故障指示和總故障信號以傳輸給DSP(20)，將用于保護以控制逆變器(30)開閉的開關信號傳輸給逆變器(30)；DSP (20)，接收來自整車控制器的用戶信號，儀表接口信號和數字驅動接口信號，接收來自CPLD模塊00)的總故障信號，來自傳感器模塊的采樣信號，向逆變器(30)輸出總控制信號；接收來自傳感器(60)的采樣信號，傳輸給整車控制器；逆變器(30)，根據接收到的空間矢量脈寬調制信號控制交流電動機。
2.根據權利要求1所述的電動機控制器，其特征在于，所述DSP(20)具體包括整車通訊模塊(21)、電動機矢量控制模塊(22)、空間電壓矢量脈寬調制模塊SVPWM(23)、模數轉換模塊04)和傳感器信號處理模塊(25)，其中，整車通訊模塊(21)，接收來自整車控制器的用戶信號，儀表接口信號和數字驅動接口信號，將接收到的所述信號傳輸給電動機矢量控制模塊0 ；接收來自傳感器信號處理模塊0 的信號，傳輸給整車控制器；模數轉換模塊(M)，接收來自傳感器模塊(60)的采樣信號，對所述采樣信號進行預處理并轉換為數字信號后，傳遞給傳感器信號處理模塊05)；傳感器信號處理模塊0 的兩個輸出端分別與整車通訊模塊和電動機矢量控制模塊0 連接；電動機矢量控制模塊(22)，接收來自整車通訊模塊和傳感器信號處理模塊05) 的信號，傳輸給SVPWM 03)；SVPWM(23)的輸入端與電動機矢量控制模塊0 連接，輸出端與逆變器(30)連接。
3.根據權利要求1所述的電動機控制器，其特征在于，所述保護模塊(50)包括過壓保護模塊(51)和過流保護模塊(52)，其中，過壓保護模塊(51)，對電路中母線的電壓進行檢測，將欠電壓或過電流信號傳送給 CPLD 模塊 00)；過流保護模塊(52)，對交流電動機的相電流進行檢測，將U相波峰波谷、V相波峰波谷信號傳送給CPLD模塊00)。
4.根據權利要求1所述的電動機控制器，其特征在于，所述03 (20)為11^32(^2803系歹丨J芯片。
5.根據權利要求1所述的電動機控制器，其特征在于，所述CPLD模塊00)為EMP3000系列芯片。
專利摘要本實用新型公開一種電動機控制器，用于對汽車中的交流電動機進行控制，連接在整車控制器和交流電動機之間，采用DSP和CPLD來實現，所述電動機控制器包括輔助電源模塊(10)、數字信號處理器DSP(20)、逆變器(30)、CPLD模塊(40)、保護模塊(50)和傳感器模塊(60)。由于CPLD分擔了DSP的負荷，提高了處理效率，且實現成本低。
文檔編號H02P27/12GK201966870SQ20102055402
公開日2011年9月7日 申請日期2010年9月29日 優先權日2010年9月29日
發明者杜承潤 申請人:天津市松正電動汽車技術股份有限公司