专利名称：用于电动车无刷直流电机的控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电动车无刷直流电机领域，特别是涉及一种用于电动车无刷直流电机的控制系统。
背景技术：
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。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。因此，如何有效控制电动车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。
实用新型内容鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种用于电动车无刷直流电机的控制系统，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。为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种用于电动车无刷直流电机的控制系统，其至少包括用于采样电动车无刷直流电机输出电流的电流采样单元；感应所述电动车无刷直流电机转子位置的霍尔传感器；感测电动车油门角度的角度传感器；与所述电动车无刷直流电机连接的逆变器；以及与所述电流采样单元、角度传感器及霍尔传感器相连接的控制单元，其根据所述电流采样单元所采样的电流及所述角度传感器感测的角度来确定PWM脉冲占空比，并基于所述占空比输出相应的开关控制信号至所述逆变器；控制单元还根据霍尔信号滤波时间对所述霍尔传感器输出的霍尔信号进行滤波，并根据滤波结果来调整霍尔信号滤波时间及输出相应的开关控制信号至所述逆变器。[0012]优选地，所述用于电动车无刷直流电机的控制系统还包括采集母线电压的电压采集电路；所述控制单元与所述电压采集电路相连接，并当所述电压采集电路所采集的电压异常时调整PWM脉冲占空比，并基于调整后的占空比输出相应的开关控制信号至所述逆变器。优选地，所述用于电动车无刷直流电机的控制系统还包括感测所述逆变器温度的温度传感器；所述控制单元与所述温度传感器相连接，并当所述温度传感器所感测的温度超过预定温度阈值时调整PWM脉冲占空比，并基于调整后的占空比输出相应的开关控制信号至所述逆变器。如上所述，本实用新型的用于电动车无刷直流电机的控制系统，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。
图I显示为本实用新型的用于电动车无刷直流电机的控制系统示意图。元件标号说明
1用于电动车无刷直流电机的控制系统
11电流采样单元
12霍尔传感器
13角度传感器
14逆变器
15控制单元
2电动车无刷直流电机
3电动车油门
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。请参阅图I。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。如图所示，本实用新型提供一种用于电动车无刷直流电机的控制系统。所述用于电动车无刷直流电机的控制系统I至少包括电流采样单元11、霍尔传感器12、角度传感器13、逆变器14、以及控制单元15。 所述电流采样单元11用于采样电动车无刷直流电机2输出的电流。优选地，所述电流采样单元11包括连接在电动车无刷直流电机2输出回路中的采样电阻、或者包括电流传感器，以便采样电动车无刷直流电机输出的电流。所述霍尔传感器12用于感应所述电动车无刷直流电机2的转子位置。本领域技术人员应该理解所述霍尔传感器12，故在此不再予以详述。所述角度传感器13用于感测电动车油门3的角度。所述逆变器14与所述电动车无刷直流电机2连接，用于基于开关的开闭来向所述电动车无刷直流电机2提供驱动电压。(逆变器有2电平逆变器、3电平逆变器....N电平逆变器等，故采用N电平结构的逆变器的称谓，考虑到现有电动车是由2电平逆变器来供电，故将以上描述予以删除。)
·[0025]所述控制单元15与所述电流采样单元11、角度传感器13及霍尔传感器12相连接，用于根据所述电流采样单元11所采样的电流及所述角度传感器13感测的角度来确定PWM脉冲的占空比，并基于所述占空比输出相应的开关控制信号至所述逆变器14 ;还用于根据霍尔信号滤波时间对所述霍尔传感器12输出的霍尔信号进行滤波，并根据滤波结果来调整霍尔信号滤波时间及输出相应的开关控制信号至所述逆变器14。具体地，当所述电动车的油门被踩下时，所述控制单元15根据所述电流采样单元11所采样的电流、采用Te = KTi来确定所述电动车无刷直流电机2当前输出的扭矩Te，并根据所述角度传感器13感测的角度来确定所述电动车无刷直流电机2当前应该输出的扭矩Te' = Temax* α ,所述控制单元15根据所述电动车无刷直流电机2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14的各开关的开闭，以便调节输入所述电动车无刷直流电机2的电压平均值，从而实现对所述电动车无刷直流电机2输出扭矩的调节。其中，Kt为电机转矩系数，i为采样电流；Temax为电机的最大转矩，α为油门角度，其取值范围为[0，I]。优选地，所述控制单元15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。当所述控制单元15接收到来自所述霍尔传感器12输出的霍尔信号时，判断所述霍尔信号是否发生了跳变，若是，则根据霍尔信号滤波时间对所述霍尔传感器12输出的霍尔信号进行滤波，以消除霍尔信号中的干扰，消除Hall换相时的多次跳变脉冲对电机控制的影响，并确定该滤波后的霍尔信号是否为正确的霍尔信号，如果是，则根据所述霍尔信号来输出相应的开关控制信号至所述逆变器14，以便所述逆变器14的相应相导通，实现所述电动车无刷直流电机2的换相；同时，所述控制单元15还根据当前的霍尔信号与之前的多个霍尔信号，来计算所述电动车无刷直流电机2的转速，并基于所计算出的转速来调整霍尔信号滤波时间。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，所述控制单元15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，所述控制单元15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。[0029]优选地，所述控制单元15采用微处理器、中央控制单元、或数字信号处理器等来实现。作为一种优选方式，所述控制系统I还包括电压采集电路(未予图示)。所述电压采集电路用于采集母线电压，并将所采集的母线电压输出至所述控制单元15，所述控制单元15判断该母线电压超出预定电压范围时，则调整PWM脉冲占空比，例如，将PWM脉冲占空比调整为0，并基于调整后的占空比输出相应的开关控制信号至所述逆变器14，以便所述逆变器14调整开关的开闭，进而调整所述电动车无刷直流电机2的电压平均值，以实现电压异常时的保护。作为另一种优选方式，所述控制系统I还包括温度传感器(未予图示)。所述温度传感器用于感测所述逆变器14的温度，并将所感测的温度输出至所述控制单元15，所述控制单元15判断该温度超过预定温度阈值时，则调整PWM脉冲占空比，并基于调整后的占空比输出相应的开关控制信号至所述逆变器14，以降低逆变器14的输出功率，从而实现过温保护。作为又一种优选方式，所述控制单元15在接收到来自所述电流采样单元11所采样的电流后，先判断该电流是否超过预定电流阈值，若是，则调整PWM脉冲占空比，并基于调整后的占空比输出相应的开关控制信号至所述逆变器14，以保护逆变器14及电动车无刷直流电机2，避免损坏。综上所述，本实用新型的用于电动车无刷直流电机的控制系统通过调节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；此夕卜，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，本实用新型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。上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，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实用新型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，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。
权利要求1.一种用于电动车无刷直流电机的控制系统，其特征在于，所述用于电动车无刷直流电机的控制系统至少包括 用于采样电动车无刷直流电机输出电流的电流采样单元； 感应所述电动车无刷直流电机转子位置的霍尔传感器； 感测电动车油门角度的角度传感器； 与所述电动车无刷直流电机连接的逆变器； 与所述电流采样单元、角度传感器及霍尔传感器相连接的控制单元，其根据所述电流采样单元所采样的电流及所述角度传感器感测的角度来确定PWM脉冲占空比，并基于所述占空比输出相应的开关控制信号至所述逆变器；控制单元还根据霍尔信号滤波时间对所述霍尔传感器输出的霍尔信号进行滤波，并根据滤波结果来调整霍尔信号滤波时间及输出相应的开关控制信号至所述逆变器。
2.根据权利要求I所述的用于电动车无刷直流电机的控制系统，其特征在于还包括 采集母线电压的电压采集电路； 所述控制单元与所述电压采集电路相连接，并当所述电压采集电路所采集的电压异常时调整PWM脉冲占空比，并基于调整后的占空比输出相应的开关控制信号至所述逆变器。
3.根据权利要求I所述的用于电动车无刷直流电机的控制系统，其特征在于还包括 感测所述逆变器温度的温度传感器； 所述控制单元与所述温度传感器相连接，并当所述温度传感器所感测的温度超过预定温度阈值时调整PWM脉冲占空比，并基于调整后的占空比输出相应的开关控制信号至所述逆变器。
专利摘要本实用新型提供一种用于电动车无刷直流电机的控制系统。所述控制系统至少包括用于采样电动车无刷直流电机输出电流的电流采样单元；感应电动车无刷直流电机转子位置的霍尔传感器；感测电动车油门角度的角度传感器；与电动车无刷直流电机连接的逆变器；以及控制单元，用于根据所采样的电流及所感测的角度来确定PWM脉冲占空比，并基于所述占空比输出相应的开关控制信号至逆变器；以及还用于根据霍尔信号滤波时间对霍尔信号进行滤波，并根据滤波结果来调整霍尔信号滤波时间及输出相应的开关控制信号至逆变器。本实用新型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。
文档编号H02P7/28GK202818204SQ201220276599
公开日2013年3月20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, 康兵, 陆培溪, 张慧 申请人:陆培溪, 张慧