控制电动车无刷直流电机的方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种控制电动车无刷直流电机的方法及系统。根据本发明的方法，包括以下步骤：基于所获取的电动车无刷直流电机的输出电流及电动车的油门角度来确定PWM脉冲占空比，并基于所确定的占空比来控制与电动车无刷直流电机连接的逆变器包含的各开关的开闭；基于预定的霍尔信号滤波时间对所获取的霍尔信号进行滤波，并基于多次滤波后的霍尔信号来确定电动车无刷直流电机的转速，并根据转速来来调整霍尔信号滤波时间；基于当前滤波后的霍尔信号来控制逆变器包含的各开关的开闭，以实现电动车无刷直流电机的换相。本发明的优点包括：电机效率高，可实现电机从零转速到最高转速全转速段的要求，能保证车辆较好的坡道起步及爬坡性能。
【专利说明】控制电动车无刷直流电机的方法及系统【技术领域】
[0001]本发明涉及电动车无刷直流电机领域，特别是涉及一种控制电动车无刷直流电机的方法及系统。
【背景技术】
[0002]电动汽车以车载电源作为动力，故其对环境的影响相对传统汽车小，前景被广泛看好。电动汽车的组成包括:电力驱动及控制系统、驱动力传动等机械系统、完成既定任务的工作装置等。其中，电力驱动及控制系统是电动汽车的核心，也是区别于内燃机汽车的最大不同点。电力驱动及控制系统由驱动电机及控制驱动电机的控制器等组成。作为电动汽车核心技术的驱动电机应该具备以下几个特点:比功率密度高、比转矩密度高、效率高、可靠性好、易于维护、具有良好的调速性能和在恶劣环境下能够正常运行等，而无刷直流电机正好满足该些要求，其不仅结构简单、控制方便，而且成本较低，所以逐渐成为电动车辆驱动电机的首选电机。
[0003]前期电动车辆主要用于特定场地用车，工况简单，环境干扰较少，或干扰种类单一，对电机及电机控制器的性能要求较低，故控制电动车辆的无刷直流电机的控制器通常是通过调节母线电压来控制电机的运行。随着人们环保意识的加强，电动车辆普及化的呼声越来越高，小功率电机的电动车辆已难以满足需求；此外，现有采用硬件电路或固定滤波时间的霍尔信号滤波方式，也无法满足电动车辆的大功率电机由低速到高速全转速段的要求。
[0004]因此，如何有效控制电动`辆的大功率无刷直流电机，已成为本领域技术人员亟待解决的技术课题。
【发明内容】
[0005]鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种控制电动车无刷直流电机的方法及系统，以提高无刷直流电机效率，确保车辆较好的坡道起步及爬坡性能。
[0006]为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种控制电动车无刷直流电机的方法，其至少包括步骤:
[0007]-基于所获取的电动车无刷直流电机的输出电流及电动车的油门角度来确定PWM脉冲占空比，并基于所确定的占空比来控制与所述电动车无刷直流电机连接的逆变器包含的各开关的开闭；
[0008]-基于预定的霍尔信号滤波时间对所获取的霍尔信号进行滤波，并基于多次滤波后的霍尔信号来确定所述电动车无刷直流电机的转速，并根据所述转速来来调整霍尔信号滤波时间；以及
[0009]-基于霍尔信号滤波时间对当前所获取的霍尔信号进行滤波，并基于滤波后的霍尔信号来控制所述逆变器包含的各开关的开闭，以实现所述电动车无刷直流电机的换相。
[0010]本发明提供一种控制电动车无刷直流电机的控制系统，其至少包括:[0011]占空比确定模块，用于基于所获取的电动车无刷直流电机的输出电流及电动车的油门角度来确定PWM脉冲占空比，并基于所确定的占空比来控制与所述电动车无刷直流电机连接的逆变器包含的各开关的开闭；
[0012]滤波时间确定模块，用于基于预定的霍尔信号滤波时间对所获取的霍尔信号进行滤波，并基于多次滤波后的霍尔信号来确定所述电动车无刷直流电机的转速，并根据所述转速来来调整霍尔信号滤波时间；以及
[0013]换相模块，用于基于霍尔信号滤波时间对当前所获取的霍尔信号进行滤波，并基于滤波后的霍尔信号来控制所述逆变器包含的各开关的开闭，以实现所述电动车无刷直流电机的换相。
[0014]如上所述，本发明的控制电动车无刷直流电机的方法及系统，具有以下有益效果:无刷直流电机效率高；可实现无刷直流电机从零转速到最高转速的全转速段的要求。可确保电机大负载起步，保证了车辆较好的坡道起步及爬坡性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1显示为本发明的控制电动车无刷直流电机的方法流程图。
[0016]图2显示为本发明的控制电动车无刷直流电机的控制系统示意图。
[0017]元件标号说明
[0018]I控制系统
[0019]11占空比确定模块
[0020]12滤波时间确定模块
[0021]13换相模块
[0022]2逆变器
【具体实施方式】
[0023]以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的【具体实施方式】加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0024]请参阅图1至图2。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0025]如图1所示，本发明提供一种控制电动车无刷直流电机的方法。其中，根据本发明的方法主要通过控制系统来完成，该控制系统包括但不限于能够实现本发明方案的诸如应用模块、操作系统、处理控制器等。
[0026]在步骤SI中，所述控制系统基于所获取的电动车无刷直流电机的输出电流及电动车的油门角度来确定PWM脉冲占空比，并基于所确定的占空比来控制与所述电动车无刷直流电机连接的逆变器包含的各开关的开闭。
[0027]其中，所述控制系统获取所述电动车无刷直流电机的输出电流的获取方式包括但不限于:由设置在所述电动车无刷直流电机的输出回路中的采样电阻来提供；或者由与所述电动车无刷直流电机连接电流传感器提供等等。
[0028]其中，所述控制系统获取电动车的油门角度的获取方式包括但不限于:由感测所述电动车的油门角度的角度传感器提供等。
[0029]具体地，所述控制系统根据所获取的电动车无刷直流电机的输出电流、采用Te =KTi来确定所述电动车无刷直流电机当前输出的扭矩Te，并根据所获取的油门角度确定所述电动车无刷直流电机当前应该输出的扭矩Te’ = Temax* α，随后所述控制系统再根据所述电动车无刷直流电机当前应该输出的扭矩与当前输出的扭矩的差值来计算PWM脉冲的占空比，并根据所计算出的占空比来控制所述逆变器的各开关的开闭，以便调节输入所述电动车无刷直流电机的电压平均值，从而实现对所述电动车无刷直流电机输出扭矩的调节。其中，Kt为电机转矩系数，i为稳态时电动车无刷直流电机的输出的相电流；Temax为电机的最大转矩，α为油门角度，其取值范围为[0，1]。
[0030]优选地，所述控制系统采用PI调节器来根据所述电动车无刷直流电机当前应该输出的扭矩与当前输出的扭矩的差值来计算PWM脉冲的占空比。
[0031]在步骤S2中，所述控制系统基于预定的霍尔信号滤波时间对所获取的霍尔信号进行滤波，并基于多次滤波后的霍尔信号来确定所述电动车无刷直流电机的转速，并根据所述转速来来调整霍尔信号滤波时间。
[0032]其中，所述控制系统获取霍尔信号的获取方式包括但不限于:由感应所述电动车无刷直流电机的转子位置的霍尔传感器来提供等。
[0033]具体地，由于电机每旋转一个电气周期会有6个霍尔信号发生，当电机极对数为N时，则电机每旋转一周会有N个电气周期，会发生6Ν次的霍尔信号事件。根据电机的转速不能突变的特性，则霍尔信号的时间不会短时发生特大变化，如新的霍尔信号周期不可能突变为前一霍尔信号周期的1/10，故，所述控制系统若检测到新的霍尔信号周期过短，则认为是无效的干扰信号而将其滤除，进而，所述控制系统基于相邻的6Ν个滤波后的霍尔信号来确定电机旋转一个电气周期所需时间，进而确定电机的转速。
[0034]在步骤S3中，所述控制系统基于霍尔信号滤波时间对当前所获取的霍尔信号进行滤波，并基于滤波后的霍尔信号来控制所述逆变器包含的各开关的开闭，以实现所述电动车无刷直流电机的换相。
[0035]例如，若当前逆变器的输出状态为U、V相导通，当控制系统基于霍尔信号滤波时间对当前所获取的霍尔信号进行滤波，确定滤波后的霍尔信号为使U、W两相导通的信号，则所述控制系统控制所述逆变器包含的各开关以使U、W两相导通。
[0036]需要说明的是，本领域技术人员应该理解，上述步骤S1、S2及S3的顺序并非以图示所示为限，事实上，步骤S1、S2及S3可同时进行，或者步骤S2在步骤SI之前进行等等。
[0037]作为一种优选方式，根据本发明的方法还包括步骤S4 (未予图示)。
[0038]在步骤S4中，所述控制系统判断所获取的电动车无刷直流电机的输出电流超过预定电流阈值时，则调整所述PWM脉冲的占空比，例如，将PWM脉冲的占空比调整为0，以便基于调整后的占空比来控制所述逆变器的各开关，以保护逆变器及电动车无刷直流电机，避免损坏。
[0039]其中，所述控制系统获取电动车无刷直流电机的输出电流的获取方式已在步骤SI中予以详述，在此不再予以重述。
[0040]作为另一种优选方式，根据本发明的方法还包括步骤S5 (未予图示)。
[0041]在步骤S5中，所述控制系统判断所获取的电动车无刷直流电机的母线电压超出预定电压范围时，调整所述PWM脉冲的占空比，以便基于调整后的占空比来控制所述逆变器的各开关，进而调整所述电动车无刷直流电机的电压平均值，以实现电压异常时的保护。
[0042]其中，所述控制系统获取电动车无刷直流电机的母线电压的获取方式包括但不限于:由设置在所述电动车无刷直流电机的电路回路中的采样电阻来提供等等。
[0043]作为另一种优选方式，根据本发明的方法还包括步骤S6 (未予图示)。
[0044]在步骤S6中，所述控制系统判断所获取逆变器的温度超过预定温度阈值时，调整所述PWM脉冲的占空比，以便基于调整后的占空比来控制所述逆变器的各开关，以降低逆变器的输出功率，从而实现过温保护。
[0045]其中，所述控制系统获取逆变器的温度的获取方式包括但不限于:由感测逆变器的温度的温度传感器提供等等。
[0046]如图2所示，本发明提供一种控制电动车无刷直流电机的控制系统。其中，该控制系统包括:占空比确定模块11、滤波时间确定模块12、以及换相模块13。
[0047]所述占空比确定模块11基于所获取的电动车无刷直流电机的输出电流及电动车的油门角度来确定PWM脉冲占空比，并基于所确定的占空比来控制与所述电动车无刷直流电机连接的逆变器2包含的各开关的开闭。
[0048]其中，所述占空比确定模块11获取所述电动车无刷直流电机的输出电流的获取方式包括但不限于:由设置在所述电动车无刷直流电机的输出回路中的采样电阻来提供；或者由与所述电动车无刷直流电机连接电流传感器提供等等。
[0049]其中，所述占空比确定模块11获取电动车的油门角度的获取方式包括但不限于:由感测所述电动车的油门角度的角度传感器提供等。
[0050]具体地，所述占空比确定模块11根据所获取的电动车无刷直流电机的输出电流、采用Te = KTi来确定所述电动车无刷直流电机当前输出的扭矩Te，并根据所获取的油门角度确定所述电动车无刷直流电机当前应该输出的扭矩Te’ = Temax* α，随后所述控制系统再根据所述电动车无刷直流电机当前应该输出的扭矩与当前输出的扭矩的差值来计算PWM脉冲的占空比，并根据所计算出的占空比来控制所述逆变器的各开关的开闭，以便调节输入所述电动车无刷直流电机的电压平均值，从而实现对所述电动车无刷直流电机输出扭矩的调节。其中，Kt为电机转矩系数，i为稳态时电动车无刷直流电机的输出的相电流；Temax为电机的最大转矩，α为油门角度，其取值范围为[0，1]。
[0051]优选地，所述占空比确定模块11采用PI调节器来根据所述电动车无刷直流电机当前应该输出的扭矩与当前输出的扭矩的差值来计算PWM脉冲的占空比。
[0052]所述滤波时间确定模块12基于预定的霍尔信号滤波时间对所获取的霍尔信号进行滤波，并基于多次滤波后的霍尔信号来确定所述电动车无刷直流电机的转速，并根据所述转速来来调整霍尔信号滤波时间。
[0053]其中，所述滤波时间确定模块12获取霍尔信号的获取方式包括但不限于:由感应所述电动车无刷直流电机的转子位置的霍尔传感器来提供等。
[0054]具体地，由于电机每旋转一个电气周期会有6个霍尔信号发生，当电机极对数为N时，则电机每旋转一周会有N个电气周期，会发生6N次的霍尔信号事件。根据电机的转速不能突变的特性，则霍尔信号的时间不会短时发生特大变化，如新的霍尔信号周期不可能突变为前一霍尔信号周期的1/10，故，所述滤波时间确定模块12若检测到新的霍尔信号周期过短，则认为是无效的干扰信号而将其滤除，进而，所述滤波时间确定模块12基于相邻的6N个滤波后的霍尔信号来确定电机旋转一个电气周期所需时间，进而确定电机的转速。
[0055]所述换相模块13基于霍尔信号滤波时间对当前所获取的霍尔信号进行滤波，并基于滤波后的霍尔信号来控制所述逆变器2包含的各开关的开闭，以实现所述电动车无刷直流电机的换相。
[0056]例如，若当前逆变器的输出状态为U、V相导通，当所述换相模块13基于霍尔信号滤波时间对当前所获取的霍尔信号进行滤波，确定滤波后的霍尔信号为使U、W两相导通的信号，则所述换相模块13控制所述逆变器包含的各开关以使U、W两相导通。
[0057]需要说明的是，本领域技术人员应该理解，上述占空比确定模块11、滤波时间确定模块12、以及换相模块13的各自所执行的操作并无先后顺序。
[0058]作为一种优选方式，所述控制系统还包括第一调整模块(未予图示)。
[0059]所述第一调整模块判断所获取的电动车无刷直流电机的输出电流超过预定电流阈值时，则调整所述PWM脉冲的占空比，例如，将PWM脉冲的占空比调整为0，以便基于调整后的占空比来控制所述逆变器2的各开关，以保护逆变器及电动车无刷直流电机，避免损坏。
[0060]其中，所述第一调整模块获取电动车无刷直流电机的输出电流的获取方式已在占空比确定模块中予以详述，在此不再予以重述。
[0061]作为另一种优选方式，所述控制系统还包括第二调整模块(未予图示)。
[0062]所述第二调整模块判断所获取的电动车无刷直流电机的母线电压超出预定电压范围时，调整所述PWM脉冲的占空比，以便基于调整后的占空比来控制所述逆变器2的各开关，进而调整所述电动车无刷直流电机的电压平均值，以实现电压异常时的保护。
[0063]其中，所述第二调整模块获取电动车无刷直流电机的母线电压的获取方式包括但不限于:由设置在所述电动车无刷直流电机的电路回路中的采样电阻来提供等等。
[0064]作为另一种优选方式，所述控制系统还包括第三调整模块(未予图示)。
[0065]所述第三调整模块判断所获取逆变器的温度超过预定温度阈值时，调整所述PWM脉冲的占空比，以便基于调整后的占空比来控制所述逆变器的各开关，以降低逆变器2输出功率，从而实现过温保护。
[0066]其中，所述第三调整模块获取逆变器的温度的获取方式包括但不限于:由感测逆变器的温度的温度传感器提供等等。
[0067]综上所述，本发明的控制电动车无刷直流电机的方法及系统通过调节PWM脉冲信号的占空比，来控制电动车无刷直流电机的运行，有效提高了无刷直流电机的效率；此外，还采用了滤除霍尔信号固定角度的滤波方式，可实现无刷直流电机从零转速到最高转速的全转速段要求。可确保无刷直流电机大负载起步，保证了车辆较好的坡道起步及爬坡性能；再有，根据油门踏板的角度来进行无刷直流电机输出扭矩的闭环控制，便于被用户所接受；还有，通过对无刷直流电机的母线电压、输出电流、温度等状态量的实时采样，可在负载突然变化时作为迅速反应，以保护无刷直流电机的安全运行，同时也实现母线电压异常保护、电流过流保护、过温保护等功能。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0068]上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属【技术领域】中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
【权利要求】
1.一种控制电动车无刷直流电机的方法，其特征在于，所述控制电动车无刷直流电机的方法至少包括步骤: -基于所获取的电动车无刷直流电机的输出电流及电动车的油门角度来确定PWM脉冲占空比，并基于所确定的占空比来控制与所述电动车无刷直流电机连接的逆变器包含的各开关的开闭； -基于预定的霍尔信号滤波时间对所获取的霍尔信号进行滤波，并基于多次滤波后的霍尔信号来确定所述电动车无刷直流电机的转速，并根据所述转速来来调整霍尔信号滤波时间； -基于霍尔信号滤波时间对当前所获取的霍尔信号进行滤波，并基于滤波后的霍尔信号来控制所述逆变器包含的各开关的开闭，以实现所述电动车无刷直流电机的换相。
2.根据权利要求1所述的控制电动车无刷直流电机的方法，其特征在于还包括步骤: -当所获取的电动车无刷直流电机的输出电流超过预定电流阈值时，调整所述PWM脉冲的占空比。
3.根据权利要求1所述的控制电动车无刷直流电机的方法，其特征在于还包括步骤: -当所获取的电动车无刷直流电机的母线电压超出预定电压范围时，调整所述PWM脉冲的占空比。
4.根据权利要求1所述的控制电动车无刷直流电机的方法，其特征在于还包括步骤: -当所获取的逆变器的温度超过预定温度阈值时，调整所述PWM脉冲的占空比。
5.一种控制电动车无刷直流电机的控制系统，其特征在于，所述控制电动车无刷直流电机的控制系统至少包括: 占空比确定模块，用于基于所获取的电动车无刷直流电机的输出电流及电动车的油门角度来确定PWM脉冲占空比，并基于所确定的占空比来控制与所述电动车无刷直流电机连接的逆变器包含的各开关的开闭； 滤波时间确定模块，用于基于预定的霍尔信号滤波时间对所获取的霍尔信号进行滤波，并基于多次滤波后的霍尔信号来确定所述电动车无刷直流电机的转速，并根据所述转速来来调整霍尔信号滤波时间； 换相模块，用于基于霍尔信号滤波时间对当前所获取的霍尔信号进行滤波，并基于滤波后的霍尔信号来控制所述逆变器包含的各开关的开闭，以实现所述电动车无刷直流电机的换相。
6.根据权利要求5所述的控制电动车无刷直流电机的控制系统，其特征在于还包括: 第一调整模块，用于当所获取的电动车无刷直流电机的输出电流超过预定电流阈值时，调整所述PWM脉冲的占空比。
7.根据权利要求5所述的控制电动车无刷直流电机的控制系统，其特征在于还包括: 第二调整模块，用于当所获取的电动车无刷直流电机的母线电压超出预定电压范围时，调整所述PWM脉冲的占空比。
8.根据权利要求5所述的控制电动车无刷直流电机的控制系统，其特征在于还包括: 第三调整模块，用于当所获取的逆变器的温度超过预定温度阈值时，调整所述P丽脉冲的占空比。
【文档编号】H02P6/08GK103490681SQ201210193184
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2012年6月12日 优先权日:2012年6月12日
【发明者】韩伟, 刘荣鹏, 邵庞 申请人:上海金脉电子科技有限公司