一种具有电子差速功能的驱动电路及其应用的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种具有电子差速功能的驱动电路及其应用。该电路包括上端控制桥电路和下端控制桥电路；上端控制桥的第一三极管基极通过第一电阻与主控制芯片连接，第一三极管发射极通过第十电阻与外接芯片连接，第一三极管集电极通过第二电阻与第二二极管连接；第二三极管基极与第一三极管集电极直接连接，第二三极管发射极分别与第二电容、第二二极管负极和第二电阻直接连接；应用该电路的电机控制器的具有电子差速功能的驱动电路和电机控制信号输出接口电路都与电机连接；本发明电机控制器具有电子差速和电量评估功能，增加了系统的可靠性、提高了系统的效率，降低设备的生产成本。
【专利说明】—种具有电子差速功能的驱动电路及其应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种驱动电路，特别是涉及一种具有电子差速功能的驱动电路及其应用。该驱动电路主要应用于电动车辆电机控制系统，尤其是应用于具备电子差速和电量评估功能的电动车辆电机控制系统。
【背景技术】
[0002]近年来，全球能源危机开始加剧，传统石化能源日趋枯竭，由此引起的环境问题诸如大气污染、全球气温上升、城市粉尘污染的危害日渐加剧。21世纪后，各国政府和各大汽车厂商达成共识，即:节能和减排是未来汽车技术发展的主攻方向。而新能源汽车因其具有绿色环保和能源利用效率高等优点，引起了世界各国的广泛关注。
[0003]电动车辆电机控制器作为电动车辆驱动电机控制技术、动力电池管理技术、整车控制技术这三大核心控制技术之一，是用来控制电动车电机的启动、运行、进退、速度、停止以及具备控制电动车辆的其它电子器件的核心器件，它就像是电动车辆的大脑，是电动车辆上必备重要的部件。
[0004]目前，广泛应用的电动车辆电机控制器已具备，恒流控制技术，使堵转电流和动态运行电流完全一致，保证了电池的寿命的同时提高了电机的启动转矩；自动识别电机模式系统，自动识别电机的换相角度、霍尔相位和输出相位，自动识别电机的输入及输出模式，大大降低了控制器的使用要求；随动ABS系统，具备制动能量回馈及EABS刹车功能，引入汽车级的EABS防抱死技术后可达到刹车静音、柔和的效果，不管在任何车速下保证刹车的舒适性和稳定性，不会出现ABS在低速情况下刹车失灵现象，不损伤电机，减少机械制动力和机械刹车的压力，增加了整车制动的安全性同时将产生的能量反馈给电池,从而对电池进行维护，延长电池寿命，增加续行里程；堵转保护功能，自动判断电机在过流时是处于堵转状态、运行状态或电机短路状态，如果过流时是处于运行状态，控制器将限流值设定在固定值，以保持整车的驱动能力；如果电机处于堵转或短路状态，则控制器预定时间将限流值控制在门限值以下，起到保护电机和电池，节省电能，确保控制器及电池的安全。此一类电机控制器主要存在几个不足之处:
[0005](I)缺少在电动车辆运行的过程中，由于转向工况而导致的电动车辆各车轮之间行程和转速的不一致而引起的速度差，而需要控制器提供一种电子差速机制，以保证车辆正常安全的行驶。
[0006]( 2 )针对电池组总电压对电池组荷电状态进行评估，基本滿足铅酸电池的要求；锂离子电池的荷电状态与其总电压的关联度远远低于铅酸电池，电池组总电压不能作为锂离子电池组荷电状态评估的依据，而现有系统只滿足铅酸电池电池组荷电状态评估，不具备锂离子电池组荷电状态实时在线测量评估功能。
[0007](3)缺乏低电量自动告警及自动限制电机输出的运行管理机制，容易造成车辆运行中途抛锚，强制保护导致动力输出限制等影响行车安全的事件。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，提供一种具有电子差速功能的驱动电路，在减少能耗的同时，保证传动轴及左右半轴的平衡关系，确保车辆行驶的安全、平顺。
[0009]本发明的另一目的在于提供应用上述具有电子差速功能的驱动电路电动车辆电机控制系统，增加电机控制系统的电子差速和电量评估的功能。
[0010]本发明的目的通过如下技术方案实现:
[0011]一种具有电子差速功能的驱动电路，包括上端控制桥电路和下端控制桥电路；所述上端控制桥硬件电路主要由第一电阻、第一三极管、第二电阻、第二三极管、第一二极管、第三电阻、第四电阻、第三三极管、第一 MOS管、第一电容、第二电容和第五电阻组成；其中第一三极管基极通过第一电阻与主控制芯片连接，第一三极管发射极通过第十电阻与外接芯片连接，第一三极管集电极通过第二电阻与第二二极管连接；第二三极管基极与第一三极管集电极直接连接，第二三极管发射极分别与第二电容、第二二极管负极和第二电阻直接连接，第二三极管集电极分别与第一二极管和第三电阻直接连接；第三三极管基极与第二三极管集电极直接连接，第三三极管集电极与第一 MOS管栅极直接连接、同时与第一电容连接，第三三极管发射极和第二电容连接，第三三极管基极通过第三电阻与第三三极管发射极连接；第一 MOS管栅极与第四电阻连接，漏极与电源连接，源极与驱动电机连接同时通过第五电阻接地；
[0012]所述下端控制桥硬件电路主要由第二 MOS管、第三电容、第四三极管、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第五三极管、第九电阻、第六三极管、第十电阻和第二二极管组成；其中第二 MOS管漏极与驱动电机连接，同时通过第五电阻接地，源极直接接地，栅极与第三电容、第四三极管的集电极和第六电阻连接；第四三极管发射极直接接地，基极通过第八电阻与外接芯片连接；第五三极管基极与第一电源直接连接，第五三极管发射极通过第八电阻和第七电阻与第四三极管基极连接，第五三极管集电极与第六三极管基极直接连接；第六三极管集电极通过第六电阻与第二 MOS管栅极连接，第六三极管发射极分别与第二电源、第二二极管正极和第九电阻连接；第九电阻和第五三极管集电极连接。
[0013]优选地，所述第一三极管发射极通过第十电阻与外接芯片的高电平输出引脚连接。所述基极通过第八电阻与外接芯片的低电平输出引脚连接。所述第一电源位+5V电源。所述第二电源为+IOV电源。
[0014]包含所述的驱动电路的电机控制器；该电机控制器的电源输入及调理接口电路、电子油门信号输入接口电路、电子刹车信号输入接口电路、转速、电压、电流、温度信号输入接口电路、通讯接口、具有电子差速功能的驱动电路、电机控制信号输出接口电路和仪表盘显示数据输出接口电路分别与主控制芯片连接；电源输入及调理接口电路、电子油门信号输入接口电路、电子刹车信号输入接口电路以及转速、电压、电流、温度信号输入接口电路分别与外部电源、电子油门踏板、刹车踏板以及转速、电压、电流和温度的传感器相连接；通讯接口和仪表盘显示数据输出接口电路分别车辆其他系统和仪表连接；具有电子差速功能的驱动电路和电机控制信号输出接口电路都与电机连接；
[0015]电机控制器通过电子油门信号输入接口电路获取电子油门0.8?4.2V的电压模拟信号；电机控制器通过转速、电压、电流、温度信号输入接口电路获取方向盘转角O?5V的电压模拟信号，电压模拟信号由主控制芯片转换为数字量信号，经主控制芯片内部运算单元电子差速控制算法运算；运算公式为ω ? = ω # = (L/tan δ-D/2)/(L/tan δ+D/2);其中，L为前后轮距，D为轴距，δ为转向角度，ω ?为内驱动轮转速，ω #为外驱动轮转速；运算后，对左右轮驱动电机输出不同的PWM控制信号，该信号根据转角角度大小，结合车轴距、前后轮距计算，再通过电机控制器进行输出控制，使外侧半轴转速加快，内侧半轴转速减慢，实现两边车轮转速的差异。
[0016]优选地，电机控制器通过电压、电流、温度输入接口电路采集电压、电流、温度信息，送至主控制芯片，然后执行以下的荷电状态动态实时估算策略进行电量评估:
[0017](I)根据动力电池等效电路模型确定运算表达式
[0018]
【权利要求】
1.一种具有电子差速功能的驱动电路，其特征在于，包括上端控制桥电路和下端控制桥电路；所述上端控制桥硬件电路主要由第一电阻、第一三极管、第二电阻、第二三极管、第一二极管、第三电阻、第四电阻、第三三极管、第一 MOS管、第一电容、第二电容和第五电阻组成；其中第一三极管基极通过第一电阻与主控制芯片连接，第一三极管发射极通过第十电阻与外接芯片连接，第一三极管集电极通过第二电阻与第二二极管连接；第二三极管基极与第一三极管集电极直接连接，第二三极管发射极分别与第二电容、第二二极管负极和第二电阻直接连接，第二三极管集电极分别与第一二极管和第三电阻直接连接；第三三极管基极与第二三极管集电极直接连接，第三三极管集电极与第一 MOS管栅极直接连接、同时与第一电容连接，第三三极管发射极和第二电容连接，第三三极管基极通过第三电阻与第三三极管发射极连接；第一 MOS管栅极与第四电阻连接，漏极与电源连接，源极与驱动电机连接同时通过第五电阻接地； 所述下端控制桥硬件电路主要由第二 MOS管、第三电容、第四三极管、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第五三极管、第九电阻、第六三极管、第十电阻和第二二极管组成；其中第二 MOS管漏极与驱动电机连接，同时通过第五电阻接地，源极直接接地，栅极与第三电容、第四三极管的集电极和第六电阻连接；第四三极管发射极直接接地，基极通过第八电阻与外接芯片连接；第五三极管基极与第一电源直接连接，第五三极管发射极通过第八电阻和第七电阻与第四三极管基极连接，第五三极管集电极与第六三极管基极直接连接；第六三极管集电极通过 第六电阻与第二 MOS管栅极连接，第六三极管发射极分别与第二电源、第二二极管正极和第九电阻连接；第九电阻和第五三极管集电极连接。
2.根据权利要求1所述的具有电子差速功能的驱动电路，其特征在于，所述第一三极管发射极通过第十电阻与外接芯片的高电平输出引脚连接。
3.根据权利要求1所述的具有电子差速功能的驱动电路，其特征在于，所述基极通过第八电阻与外接芯片的低电平输出引脚连接。
4.根据权利要求1所述的具有电子差速功能的驱动电路，其特征在于，所述第一电源为+5V电源。
5.根据权利要求1所述的具有电子差速功能的驱动电路，其特征在于，所述第二电源为+IOV电源。
6.包含权利要求1- 5任一项所述的驱动电路的电机控制器，其特征在于，该电机控制器的电源输入及调理接口电路、电子油门信号输入接口电路、电子刹车信号输入接口电路、转速、电压、电流、温度信号输入接口电路、通讯接口、具有电子差速功能的驱动电路、电机控制信号输出接口电路和仪表盘显示数据输出接口电路分别与主控制芯片连接；电源输入及调理接口电路、电子油门信号输入接口电路、电子刹车信号输入接口电路以及转速、电压、电流、温度信号输入接口电路分别与外部电源、电子油门踏板、刹车踏板以及转速、电压、电流和温度的传感器相连接；通讯接口和仪表盘显示数据输出接口电路分别车辆其他系统和仪表连接；具有电子差速功能的驱动电路和电机控制信号输出接口电路都与电机连接； 电机控制器通过电子油门信号输入接口电路获取电子油门0.8~4.2V的电压模拟信号；电机控制器通过转速、电压、电流、温度信号输入接口电路获取方向盘转角O~5V的电压模拟信号，电压模拟信号由主控制芯片转换为数字量信号，经主控制芯片内部运算单元电子差速控制算法运算；运算公式为ω ? = ω # = (L/tan δ -D/2) / (L/tan δ +D/2);其中,L为前后轮距，D为轴距，δ为转向角度，ω @为内驱动轮转速，ω #为外驱动轮转速；运算后,对左右轮驱动电机输出不同的PWM控制信号，该信号根据转角角度大小，结合车轴距、前后轮距计算，再通过电机控制器进行输出控制，使外侧半轴转速加快，内侧半轴转速减慢，实现两边车轮转速的差异。
7.根据权利要求6所述的驱动电路的电机控制器，其特征在于，电机控制器通过电压、电流、温度输入接口电路采集电压、电流、温度信息，送至主控制芯片，然后执行以下的荷电状态动态实时估算策略进行电量评估: (1)根据动力电池等效电路模型确定运算表达式
8.保护权利要求6所述电机控制器的电动车辆动力系统，其特征在于，包括动力电池组、电机控制器、电机、转速传感器、电子仪表和电流传感器；电机控制器分别通过电机三相电源线、电机控制信号线与电机连接；电机控制器通过电机转速信号线与转速传感器连接；转速传感器与电机直接相连；电机控制器分别与锂离子动力电池组的正极和负极连接；电机控制器与电子仪表连接；电流传感器串联接入电机控制器和锂离子动力电池组的正极之间的线路中。
9.根据权利要求8所述的电动车辆动力系统，其特征在于，所述动力电池组的电池为锂离子动力电池或镍氢动力电池。
10.根据权利要求8所述的电动车辆动力系统，其特征在于，所述电机为交流电机、永磁同步电机、无刷直流电机；电机额定功率为300w - 15Kw，额定电压为24V - 96V。
【文档编号】B60L15/00GK103921691SQ201410056705
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年2月19日 优先权日:2014年2月19日
【发明者】李慧琪, 欧阳剑, 周远山 申请人:广州益维电动汽车有限公司