控制電動車無刷直流電機的方法及系統的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種控制電動車無刷直流電機的方法及系統。根據本發明的方法，包括以下步驟：基于所獲取的電動車無刷直流電機的輸出電流及電動車的油門角度來確定PWM脈沖占空比，并基于所確定的占空比來控制與電動車無刷直流電機連接的逆變器包含的各開關的開閉；基于預定的霍爾信號濾波時間對所獲取的霍爾信號進行濾波，并基于多次濾波后的霍爾信號來確定電動車無刷直流電機的轉速，并根據轉速來來調整霍爾信號濾波時間；基于當前濾波后的霍爾信號來控制逆變器包含的各開關的開閉，以實現電動車無刷直流電機的換相。本發明的優點包括：電機效率高，可實現電機從零轉速到最高轉速全轉速段的要求，能保證車輛較好的坡道起步及爬坡性能。
【專利說明】控制電動車無刷直流電機的方法及系統【技術領域】
[0001]本發明涉及電動車無刷直流電機領域，特別是涉及一種控制電動車無刷直流電機的方法及系統。
【背景技術】
[0002]電動汽車以車載電源作為動力，故其對環境的影響相對傳統汽車小，前景被廣泛看好。電動汽車的組成包括:電力驅動及控制系統、驅動力傳動等機械系統、完成既定任務的工作裝置等。其中，電力驅動及控制系統是電動汽車的核心，也是區別于內燃機汽車的最大不同點。電力驅動及控制系統由驅動電機及控制驅動電機的控制器等組成。作為電動汽車核心技術的驅動電機應該具備以下幾個特點:比功率密度高、比轉矩密度高、效率高、可靠性好、易于維護、具有良好的調速性能和在惡劣環境下能夠正常運行等，而無刷直流電機正好滿足該些要求，其不僅結構簡單、控制方便，而且成本較低，所以逐漸成為電動車輛驅動電機的首選電機。
[0003]前期電動車輛主要用于特定場地用車，工況簡單，環境干擾較少，或干擾種類單一，對電機及電機控制器的性能要求較低，故控制電動車輛的無刷直流電機的控制器通常是通過調節母線電壓來控制電機的運行。隨著人們環保意識的加強，電動車輛普及化的呼聲越來越高，小功率電機的電動車輛已難以滿足需求；此外，現有采用硬件電路或固定濾波時間的霍爾信號濾波方式，也無法滿足電動車輛的大功率電機由低速到高速全轉速段的要求。
[0004]因此，如何有效控制電動`輛的大功率無刷直流電機，已成為本領域技術人員亟待解決的技術課題。
【發明內容】
[0005]鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種控制電動車無刷直流電機的方法及系統，以提高無刷直流電機效率，確保車輛較好的坡道起步及爬坡性能。
[0006]為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種控制電動車無刷直流電機的方法，其至少包括步驟:
[0007]-基于所獲取的電動車無刷直流電機的輸出電流及電動車的油門角度來確定PWM脈沖占空比，并基于所確定的占空比來控制與所述電動車無刷直流電機連接的逆變器包含的各開關的開閉；
[0008]-基于預定的霍爾信號濾波時間對所獲取的霍爾信號進行濾波，并基于多次濾波后的霍爾信號來確定所述電動車無刷直流電機的轉速，并根據所述轉速來來調整霍爾信號濾波時間；以及
[0009]-基于霍爾信號濾波時間對當前所獲取的霍爾信號進行濾波，并基于濾波后的霍爾信號來控制所述逆變器包含的各開關的開閉，以實現所述電動車無刷直流電機的換相。
[0010]本發明提供一種控制電動車無刷直流電機的控制系統，其至少包括:[0011]占空比確定模塊，用于基于所獲取的電動車無刷直流電機的輸出電流及電動車的油門角度來確定PWM脈沖占空比，并基于所確定的占空比來控制與所述電動車無刷直流電機連接的逆變器包含的各開關的開閉；
[0012]濾波時間確定模塊，用于基于預定的霍爾信號濾波時間對所獲取的霍爾信號進行濾波，并基于多次濾波后的霍爾信號來確定所述電動車無刷直流電機的轉速，并根據所述轉速來來調整霍爾信號濾波時間；以及
[0013]換相模塊，用于基于霍爾信號濾波時間對當前所獲取的霍爾信號進行濾波，并基于濾波后的霍爾信號來控制所述逆變器包含的各開關的開閉，以實現所述電動車無刷直流電機的換相。
[0014]如上所述，本發明的控制電動車無刷直流電機的方法及系統，具有以下有益效果:無刷直流電機效率高；可實現無刷直流電機從零轉速到最高轉速的全轉速段的要求。可確保電機大負載起步，保證了車輛較好的坡道起步及爬坡性能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1顯示為本發明的控制電動車無刷直流電機的方法流程圖。
[0016]圖2顯示為本發明的控制電動車無刷直流電機的控制系統示意圖。
[0017]元件標號說明
[0018]I控制系統
[0019]11占空比確定模塊
[0020]12濾波時間確定模塊
[0021]13換相模塊
[0022]2逆變器
【具體實施方式】
[0023]以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。
[0024]請參閱圖1至圖2。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發明的基本構想，遂圖式中僅顯示與本發明中有關的組件而非按照實際實施時的組件數目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態、數量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態也可能更為復雜。
[0025]如圖1所示，本發明提供一種控制電動車無刷直流電機的方法。其中，根據本發明的方法主要通過控制系統來完成，該控制系統包括但不限于能夠實現本發明方案的諸如應用模塊、操作系統、處理控制器等。
[0026]在步驟SI中，所述控制系統基于所獲取的電動車無刷直流電機的輸出電流及電動車的油門角度來確定PWM脈沖占空比，并基于所確定的占空比來控制與所述電動車無刷直流電機連接的逆變器包含的各開關的開閉。
[0027]其中，所述控制系統獲取所述電動車無刷直流電機的輸出電流的獲取方式包括但不限于:由設置在所述電動車無刷直流電機的輸出回路中的采樣電阻來提供；或者由與所述電動車無刷直流電機連接電流傳感器提供等等。
[0028]其中，所述控制系統獲取電動車的油門角度的獲取方式包括但不限于:由感測所述電動車的油門角度的角度傳感器提供等。
[0029]具體地，所述控制系統根據所獲取的電動車無刷直流電機的輸出電流、采用Te =KTi來確定所述電動車無刷直流電機當前輸出的扭矩Te，并根據所獲取的油門角度確定所述電動車無刷直流電機當前應該輸出的扭矩Te’ = Temax* α，隨后所述控制系統再根據所述電動車無刷直流電機當前應該輸出的扭矩與當前輸出的扭矩的差值來計算PWM脈沖的占空比，并根據所計算出的占空比來控制所述逆變器的各開關的開閉，以便調節輸入所述電動車無刷直流電機的電壓平均值，從而實現對所述電動車無刷直流電機輸出扭矩的調節。其中，Kt為電機轉矩系數，i為穩態時電動車無刷直流電機的輸出的相電流；Temax為電機的最大轉矩，α為油門角度，其取值范圍為[0，1]。
[0030]優選地，所述控制系統采用PI調節器來根據所述電動車無刷直流電機當前應該輸出的扭矩與當前輸出的扭矩的差值來計算PWM脈沖的占空比。
[0031]在步驟S2中，所述控制系統基于預定的霍爾信號濾波時間對所獲取的霍爾信號進行濾波，并基于多次濾波后的霍爾信號來確定所述電動車無刷直流電機的轉速，并根據所述轉速來來調整霍爾信號濾波時間。
[0032]其中，所述控制系統獲取霍爾信號的獲取方式包括但不限于:由感應所述電動車無刷直流電機的轉子位置的霍爾傳感器來提供等。
[0033]具體地，由于電機每旋轉一個電氣周期會有6個霍爾信號發生，當電機極對數為N時，則電機每旋轉一周會有N個電氣周期，會發生6Ν次的霍爾信號事件。根據電機的轉速不能突變的特性，則霍爾信號的時間不會短時發生特大變化，如新的霍爾信號周期不可能突變為前一霍爾信號周期的1/10，故，所述控制系統若檢測到新的霍爾信號周期過短，則認為是無效的干擾信號而將其濾除，進而，所述控制系統基于相鄰的6Ν個濾波后的霍爾信號來確定電機旋轉一個電氣周期所需時間，進而確定電機的轉速。
[0034]在步驟S3中，所述控制系統基于霍爾信號濾波時間對當前所獲取的霍爾信號進行濾波，并基于濾波后的霍爾信號來控制所述逆變器包含的各開關的開閉，以實現所述電動車無刷直流電機的換相。
[0035]例如，若當前逆變器的輸出狀態為U、V相導通，當控制系統基于霍爾信號濾波時間對當前所獲取的霍爾信號進行濾波，確定濾波后的霍爾信號為使U、W兩相導通的信號，則所述控制系統控制所述逆變器包含的各開關以使U、W兩相導通。
[0036]需要說明的是，本領域技術人員應該理解，上述步驟S1、S2及S3的順序并非以圖示所示為限，事實上，步驟S1、S2及S3可同時進行，或者步驟S2在步驟SI之前進行等等。
[0037]作為一種優選方式，根據本發明的方法還包括步驟S4 (未予圖示)。
[0038]在步驟S4中，所述控制系統判斷所獲取的電動車無刷直流電機的輸出電流超過預定電流閾值時，則調整所述PWM脈沖的占空比，例如，將PWM脈沖的占空比調整為0，以便基于調整后的占空比來控制所述逆變器的各開關，以保護逆變器及電動車無刷直流電機，避免損壞。
[0039]其中，所述控制系統獲取電動車無刷直流電機的輸出電流的獲取方式已在步驟SI中予以詳述，在此不再予以重述。
[0040]作為另一種優選方式，根據本發明的方法還包括步驟S5 (未予圖示)。
[0041]在步驟S5中，所述控制系統判斷所獲取的電動車無刷直流電機的母線電壓超出預定電壓范圍時，調整所述PWM脈沖的占空比，以便基于調整后的占空比來控制所述逆變器的各開關，進而調整所述電動車無刷直流電機的電壓平均值，以實現電壓異常時的保護。
[0042]其中，所述控制系統獲取電動車無刷直流電機的母線電壓的獲取方式包括但不限于:由設置在所述電動車無刷直流電機的電路回路中的采樣電阻來提供等等。
[0043]作為另一種優選方式，根據本發明的方法還包括步驟S6 (未予圖示)。
[0044]在步驟S6中，所述控制系統判斷所獲取逆變器的溫度超過預定溫度閾值時，調整所述PWM脈沖的占空比，以便基于調整后的占空比來控制所述逆變器的各開關，以降低逆變器的輸出功率，從而實現過溫保護。
[0045]其中，所述控制系統獲取逆變器的溫度的獲取方式包括但不限于:由感測逆變器的溫度的溫度傳感器提供等等。
[0046]如圖2所示，本發明提供一種控制電動車無刷直流電機的控制系統。其中，該控制系統包括:占空比確定模塊11、濾波時間確定模塊12、以及換相模塊13。
[0047]所述占空比確定模塊11基于所獲取的電動車無刷直流電機的輸出電流及電動車的油門角度來確定PWM脈沖占空比，并基于所確定的占空比來控制與所述電動車無刷直流電機連接的逆變器2包含的各開關的開閉。
[0048]其中，所述占空比確定模塊11獲取所述電動車無刷直流電機的輸出電流的獲取方式包括但不限于:由設置在所述電動車無刷直流電機的輸出回路中的采樣電阻來提供；或者由與所述電動車無刷直流電機連接電流傳感器提供等等。
[0049]其中，所述占空比確定模塊11獲取電動車的油門角度的獲取方式包括但不限于:由感測所述電動車的油門角度的角度傳感器提供等。
[0050]具體地，所述占空比確定模塊11根據所獲取的電動車無刷直流電機的輸出電流、采用Te = KTi來確定所述電動車無刷直流電機當前輸出的扭矩Te，并根據所獲取的油門角度確定所述電動車無刷直流電機當前應該輸出的扭矩Te’ = Temax* α，隨后所述控制系統再根據所述電動車無刷直流電機當前應該輸出的扭矩與當前輸出的扭矩的差值來計算PWM脈沖的占空比，并根據所計算出的占空比來控制所述逆變器的各開關的開閉，以便調節輸入所述電動車無刷直流電機的電壓平均值，從而實現對所述電動車無刷直流電機輸出扭矩的調節。其中，Kt為電機轉矩系數，i為穩態時電動車無刷直流電機的輸出的相電流；Temax為電機的最大轉矩，α為油門角度，其取值范圍為[0，1]。
[0051]優選地，所述占空比確定模塊11采用PI調節器來根據所述電動車無刷直流電機當前應該輸出的扭矩與當前輸出的扭矩的差值來計算PWM脈沖的占空比。
[0052]所述濾波時間確定模塊12基于預定的霍爾信號濾波時間對所獲取的霍爾信號進行濾波，并基于多次濾波后的霍爾信號來確定所述電動車無刷直流電機的轉速，并根據所述轉速來來調整霍爾信號濾波時間。
[0053]其中，所述濾波時間確定模塊12獲取霍爾信號的獲取方式包括但不限于:由感應所述電動車無刷直流電機的轉子位置的霍爾傳感器來提供等。
[0054]具體地，由于電機每旋轉一個電氣周期會有6個霍爾信號發生，當電機極對數為N時，則電機每旋轉一周會有N個電氣周期，會發生6N次的霍爾信號事件。根據電機的轉速不能突變的特性，則霍爾信號的時間不會短時發生特大變化，如新的霍爾信號周期不可能突變為前一霍爾信號周期的1/10，故，所述濾波時間確定模塊12若檢測到新的霍爾信號周期過短，則認為是無效的干擾信號而將其濾除，進而，所述濾波時間確定模塊12基于相鄰的6N個濾波后的霍爾信號來確定電機旋轉一個電氣周期所需時間，進而確定電機的轉速。
[0055]所述換相模塊13基于霍爾信號濾波時間對當前所獲取的霍爾信號進行濾波，并基于濾波后的霍爾信號來控制所述逆變器2包含的各開關的開閉，以實現所述電動車無刷直流電機的換相。
[0056]例如，若當前逆變器的輸出狀態為U、V相導通，當所述換相模塊13基于霍爾信號濾波時間對當前所獲取的霍爾信號進行濾波，確定濾波后的霍爾信號為使U、W兩相導通的信號，則所述換相模塊13控制所述逆變器包含的各開關以使U、W兩相導通。
[0057]需要說明的是，本領域技術人員應該理解，上述占空比確定模塊11、濾波時間確定模塊12、以及換相模塊13的各自所執行的操作并無先后順序。
[0058]作為一種優選方式，所述控制系統還包括第一調整模塊(未予圖示)。
[0059]所述第一調整模塊判斷所獲取的電動車無刷直流電機的輸出電流超過預定電流閾值時，則調整所述PWM脈沖的占空比，例如，將PWM脈沖的占空比調整為0，以便基于調整后的占空比來控制所述逆變器2的各開關，以保護逆變器及電動車無刷直流電機，避免損壞。
[0060]其中，所述第一調整模塊獲取電動車無刷直流電機的輸出電流的獲取方式已在占空比確定模塊中予以詳述，在此不再予以重述。
[0061]作為另一種優選方式，所述控制系統還包括第二調整模塊(未予圖示)。
[0062]所述第二調整模塊判斷所獲取的電動車無刷直流電機的母線電壓超出預定電壓范圍時，調整所述PWM脈沖的占空比，以便基于調整后的占空比來控制所述逆變器2的各開關，進而調整所述電動車無刷直流電機的電壓平均值，以實現電壓異常時的保護。
[0063]其中，所述第二調整模塊獲取電動車無刷直流電機的母線電壓的獲取方式包括但不限于:由設置在所述電動車無刷直流電機的電路回路中的采樣電阻來提供等等。
[0064]作為另一種優選方式，所述控制系統還包括第三調整模塊(未予圖示)。
[0065]所述第三調整模塊判斷所獲取逆變器的溫度超過預定溫度閾值時，調整所述PWM脈沖的占空比，以便基于調整后的占空比來控制所述逆變器的各開關，以降低逆變器2輸出功率，從而實現過溫保護。
[0066]其中，所述第三調整模塊獲取逆變器的溫度的獲取方式包括但不限于:由感測逆變器的溫度的溫度傳感器提供等等。
[0067]綜上所述，本發明的控制電動車無刷直流電機的方法及系統通過調節PWM脈沖信號的占空比，來控制電動車無刷直流電機的運行，有效提高了無刷直流電機的效率；此外，還采用了濾除霍爾信號固定角度的濾波方式，可實現無刷直流電機從零轉速到最高轉速的全轉速段要求。可確保無刷直流電機大負載起步，保證了車輛較好的坡道起步及爬坡性能；再有，根據油門踏板的角度來進行無刷直流電機輸出扭矩的閉環控制，便于被用戶所接受；還有，通過對無刷直流電機的母線電壓、輸出電流、溫度等狀態量的實時采樣，可在負載突然變化時作為迅速反應，以保護無刷直流電機的安全運行，同時也實現母線電壓異常保護、電流過流保護、過溫保護等功能。所以，本發明有效克服了現有技術中的種種缺點而具高度產業利用價值。
[0068]上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用于限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬【技術領域】中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的權利要求所涵蓋。
【權利要求】
1.一種控制電動車無刷直流電機的方法，其特征在于，所述控制電動車無刷直流電機的方法至少包括步驟: -基于所獲取的電動車無刷直流電機的輸出電流及電動車的油門角度來確定PWM脈沖占空比，并基于所確定的占空比來控制與所述電動車無刷直流電機連接的逆變器包含的各開關的開閉； -基于預定的霍爾信號濾波時間對所獲取的霍爾信號進行濾波，并基于多次濾波后的霍爾信號來確定所述電動車無刷直流電機的轉速，并根據所述轉速來來調整霍爾信號濾波時間； -基于霍爾信號濾波時間對當前所獲取的霍爾信號進行濾波，并基于濾波后的霍爾信號來控制所述逆變器包含的各開關的開閉，以實現所述電動車無刷直流電機的換相。
2.根據權利要求1所述的控制電動車無刷直流電機的方法，其特征在于還包括步驟: -當所獲取的電動車無刷直流電機的輸出電流超過預定電流閾值時，調整所述PWM脈沖的占空比。
3.根據權利要求1所述的控制電動車無刷直流電機的方法，其特征在于還包括步驟: -當所獲取的電動車無刷直流電機的母線電壓超出預定電壓范圍時，調整所述PWM脈沖的占空比。
4.根據權利要求1所述的控制電動車無刷直流電機的方法，其特征在于還包括步驟: -當所獲取的逆變器的溫度超過預定溫度閾值時，調整所述PWM脈沖的占空比。
5.一種控制電動車無刷直流電機的控制系統，其特征在于，所述控制電動車無刷直流電機的控制系統至少包括: 占空比確定模塊，用于基于所獲取的電動車無刷直流電機的輸出電流及電動車的油門角度來確定PWM脈沖占空比，并基于所確定的占空比來控制與所述電動車無刷直流電機連接的逆變器包含的各開關的開閉； 濾波時間確定模塊，用于基于預定的霍爾信號濾波時間對所獲取的霍爾信號進行濾波，并基于多次濾波后的霍爾信號來確定所述電動車無刷直流電機的轉速，并根據所述轉速來來調整霍爾信號濾波時間； 換相模塊，用于基于霍爾信號濾波時間對當前所獲取的霍爾信號進行濾波，并基于濾波后的霍爾信號來控制所述逆變器包含的各開關的開閉，以實現所述電動車無刷直流電機的換相。
6.根據權利要求5所述的控制電動車無刷直流電機的控制系統，其特征在于還包括: 第一調整模塊，用于當所獲取的電動車無刷直流電機的輸出電流超過預定電流閾值時，調整所述PWM脈沖的占空比。
7.根據權利要求5所述的控制電動車無刷直流電機的控制系統，其特征在于還包括: 第二調整模塊，用于當所獲取的電動車無刷直流電機的母線電壓超出預定電壓范圍時，調整所述PWM脈沖的占空比。
8.根據權利要求5所述的控制電動車無刷直流電機的控制系統，其特征在于還包括: 第三調整模塊，用于當所獲取的逆變器的溫度超過預定溫度閾值時，調整所述P麗脈沖的占空比。
【文檔編號】H02P6/08GK103490681SQ201210193184
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2012年6月12日 優先權日:2012年6月12日
【發明者】韓偉, 劉榮鵬, 邵龐 申請人:上海金脈電子科技有限公司