专利名称：用于控制无刷电机的系统和方法
技术领域：
本发明总体上涉及用于控制无刷电机的系统和方法，并且更具体地涉及用于控制无刷燃料泵的系统和方法。
背景技术：
无刷电机，也已知为电子换向电机，是由直流电供给电力并且具有电子换向系统而不是机械换向器和电刷的电动机。无刷电机具有转动的永磁体和固定电枢，消除了将电流连接到移动电枢的问题。电子控制器替代了有刷电机的电刷/换向器组件，其连续地转换到绕组的相位以维持电机转动。控制器通过使用固态电路而不是电刷/转向器系统执行类似的定时功率分配。与有刷电机相比，无刷电机提供几个优点，包括单位重量具有更大的转矩、单位瓦特具有更大的转矩、增加的可靠性、减少的噪声、更长的寿命、消除了来自换向器的电离火花、以及电磁干涉的总体减少。在转子上没有绕组的情况下，它们不经受离心力，并且因为绕组受到壳体的支撑，它们能通过传导进行冷却，不需要电机内部的用于冷却的气流。这继而意味着电机能被完全封闭并且保护不受到污垢或其它外来材料的损坏。然而，无刷电机确实需要比有刷电机更复杂和昂贵的控制电子设备。无刷电机典型地受微处理器的控制以提供相换向，使定子电流与转子的永磁体保持同相。在没有电子换向的情况下，无刷电机不能被正确地控制。无刷电机已经被用在为宽范围的汽车应用而设计的燃料泵中。无刷电机正在普及但是目前它们在北美具有有限的应用。它们提供在系统压力下的可靠的、不间断的燃料流，高的效率，改进的耐用性，宽范围的苛刻燃料兼容性，以及减少的功率消耗。无刷燃料泵典型地受到微控制器的控制。为了电机换向开始，微控制器必须完成它的初始化程序。延长的初始化时间能影响电机/泵的获得需求期限内的系统级目标的能力。微控制器的故障将立即延缓换向功能，阻止无刷燃料泵运转。因此，期望提供用于可靠地控制无刷燃料泵的系统和方法。
发明内容
在一个不范性的实施方式中，一种用于控制无刷电机的系统包括与无刷电机连通的驱动电路和与驱动电路连通的主控制装置。该系统还包括与驱动连通的次控制装置和用于将主控制装置的输出或次控制装置的输出选择性地提供给驱动电路的多路转换器，其中当主控制装置正在正常运转时将主控制装置的输出提供给驱动电路。在另一个示范性的实施方式中，一种用于控制无刷燃料泵的方法包括接收来自电子控制模块的燃料控制启动信号和确定主控制装置或次控制装置的运转状态。该方法还包括响应地将主控制装置或次控制装置的输出提供给与无刷燃料泵连通的驱动电路，其中当主控制装置的运转状态正常时将主控制装置的输出提供给驱动电路，并且其中当主控制装置的运转状态不正常时将次控制装置的输出提供给驱动电路。
在再一示范性的实施方式中，一种用于控制无刷燃料泵的系统包括与无刷燃料泵连通的驱动电路，与多路转换器连通的主控制装置和与多路转换器连通的次控制装置。该系统还包括与主控制装置和多路转换器连通的监控电路，其中监控电路能操作用于接收主控制装置产生的信号并响应地将状态信号提供给多路转换器。多路转换器基于状态信号将主控制装置的输出或次控制装置的输出选择性地提供给驱动电路。本发明还提供如下方案:
1.一种用于控制无刷电机的系统，包括:
与无刷电机连通的驱动电路；
与驱动电路连通的主控制装置；
与驱动电路连通的次控制装置；和
用于将主控制装置的输出或次控制装置的输出选择性地提供给驱动电路的多路转换器，其中当主控制装置正在正常运转时将主控制装置的输出提供给驱动电路。2.如方案I所述的系统，其特征在于，当检测到主控制装置的故障时次控制装置的输出被连接到驱动电路。3.如方案I所述的系统，其特征在于，当主控制装置正在初始化时次控制装置的输出被连接到驱动电路。4.如方案I所述的系统，其特征在于，当主控制装置正在正常运转时主控制装置产生脉冲信号并且其中监控电路接收来自主控制装置的脉冲信号并响应地将状态信号提供给多路转换器。5.如方案4所述的系统，其特征在于，状态信号指示主控制装置是否正在正常运转。6.如方案I所述的系统，其特征在于，次控制装置由基本电路、ASIC、FPGS或微控制器组成。7.如方案I所述的系统，其特征在于，次控制装置的输出以大约恒定的速度运转无刷电机。8.一种用于控制无刷燃料泵的方法，包括:
接收来自电子控制模块的燃料控制启动信号；
确定主控制装置的运转状态；和
将主控制装置或次控制装置的输出响应地提供给与无刷燃料泵连通的驱动电路，其中当主控制装置的运转状态正常时将主控制装置的输出提供给驱动电路，并且其中当主控制装置的运转状态非正常时将次控制装置的输出提供给驱动电路。9.如方案8所述的方法，其特征在于，次控制装置由基本电路、ASIC、FPGA或微控制器组成。10.如方案8所述的方法，其特征在于，次控制装置的输出以大约恒定的速度运转无刷燃料泵。11.如方案8所述的方法，其特征在于，确定主控制装置的运转状态包括当主控制装置正在正常运转时监控主控制装置产生的脉冲信号。12.如方案8所述的方法，其特征在于，主控制装置能以多种速度运转无刷燃料栗。
13.如方案8所述的方法，其特征在于，主控制装置能执行无刷燃料泵上的诊断测试。14.一种用于控制无刷燃料泵的系统，包括:
与无刷燃料泵连通的驱动电路；
与多路转换器连通的主控制装置；
与多路转换器连通的次控制装置；和
与主控制装置和多路转换器连通的监控电路，其中监控电路能操作用于接收主控制装置产生的信号并将状态信号响应地提供给多路转换器；
其中，多路转换器基于所述状态信号将主控制装置的输出或次控制装置的输出选择性地提供给驱动电路。15.如方案14所述的系统，其特征在于，状态信号指示主控制装置的运转状态。16.如方案14所述的系统，其特征在于，当监控电路在一段时期内未接收到来自主控制装置的信号至少一次时，由监控电路提供的状态信号指示主控制装置未正常运转。17.如方案15所述的系统，其特征在于，多路转换器在主控制装置的运转状态正常时将主控制装置的输出提供给驱动电路，并且在主控制装置的运转状态不正常时将次控制装置的输出提供给驱动电路。18.如方案14所述的系统，其特征在于，次控制装置由基本电路、ASIC、FPGA或微控制器组成。19.如方案14所述的系统，其特征在于，次控制装置的输出以大约恒定的速度运转无刷燃料泵。20.如方案14所述的系统，其特征在于，主控制装置能以多种速度运转无刷燃料栗。通过结合附图从下面对本发明的详细描述，本发明的上面的特征和好处以及其它特征和好处将容易明白。
其它特征、好处和细节在实施方式的下面的详细描述中，仅仅作为例子呈现，详细描述参考附图，其中:
图1是根据示范性的实施方式的用于控制无刷燃料泵的系统的方块 图2是根据示范性的实施方式的用于控制无刷燃料泵的无刷燃料泵控制器的方块图； 图3是流程图，示出了根据示范性的实施方式的用于控制无刷燃料泵的方法；
图4是曲线图，示出了无刷燃料泵在初始化和运转期间的电机速度；和 图5是曲线图，示出了无刷燃料泵在运转期间的电机速度。
具体实施例方式下面的描述在本质上仅仅是示范性的并且不旨在限制本公开、其应用或使用。现在参考图1，示出了根据示范性的实施方式的用于控制无刷燃料泵102的系统100的方块图。系统100包括电子控制模块104和无刷燃料泵控制器106。无刷燃料泵控制器106接收来自电子控制模块104的燃料控制启动信号114并且响应地控制无刷燃料泵102的运转。无刷控制器106包括主控制装置108、次控制装置110和驱动电路112。主控制装置108和次控制装置110两者的输出可以被连接到驱动电路112。在示范性的实施方式中，主控制装置108可以是微控制器。在示范性的实施方式中，电子控制模块104可以执行多个常规的发动机控制和诊断操作，包括将燃料控制启动信号114提供给无刷燃料泵控制器106。燃料控制启动信号114命令无刷燃料泵控制器106起动无刷燃料泵102。电子控制模块104也可以将多种额外的信号提供给无刷燃料泵控制器106以指示控制需求和系统状态。在示范性的实施方式中，无刷燃料泵控制器106包括被设计成控制无刷燃料泵102的运转的驱动电路112。在一个实施方式中，驱动电路112可以包括一个或多个双向输出以驱动高电流直流功率到无刷燃料泵102。驱动电路112适于接收来自主控制装置108和次控制装置110的控制信号。在一个实施方式中，无刷燃料泵控制器106将主控制装置108或次控制装置110的输出选择性地转送到驱动电路112。无刷燃料泵控制器106被设计成使得主控制装置108主要负责运转无刷燃料泵102。取决于运转条件和车辆的燃料需求，其可以从电子控制模块104接收，主控制装置108能以多种速度运转无刷燃料泵102。此外，主控制装置108能执行无刷燃料泵102上的诊断测试。如果主控制装置108故障，或者不正常地运转，那么次控制装置110将用来运转无刷燃料泵102。通过使用主控制装置108和次控制装置110，无刷燃料泵控制器106确保无刷燃料泵102将具有控制冗余度。在示范性的实施方式中，当主控制装置108不可用或者不正确地起作用时，无刷燃料泵控制器106的次控制装置110运转无刷燃料泵102。由于主控制装置108的故障，在主控制装置108的初始化期间，或者由于多种其它原因，主控制装置108可能是不能利用的。在示范性的实施方式中，次控制装置110可以是简单的集成电路，诸如专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA)。次控制装置110被设计成使得相对于主控制装置108来说它具有明显更短的初始化时间。此外，次控制装置110是比主控制装置108显著地更便宜的。现在参考图2，示出了根据示范性的实施方式的用于控制无刷燃料泵202的无刷燃料泵控制器206的方块图。无刷燃料泵控制器206包括与无刷燃料泵202连通的驱动电路212、主微控制器208和次控制装置210。此外，无刷燃料泵控制器206包括与驱动电路212连通的多路转换器216、次控制装置210、主微控制器208和监控电路218。多路转换器216将主微控制器208或次控制装置210的输出选择性地转送到驱动电路212，其控制无刷燃料泵202的运转。在一个实施方式中，多路转换器216可以使用接收自监控电路218的状态信号222以在主微控制器208或次控制装置210的输出之间选择。主微控制器208产生被提供给监控电路218的脉冲信号220。脉冲信号220用来指示主微控制器208正在正常地运转。在一个实施方式中，主微控制器208可以被设计成使得当主微控制器208正在正常地运转时脉冲信号220包括以固定时间间隔例如每5毫秒产生的脉冲。在另一实施方式中，主微控制器208可以被设计成使得当主微控制器208正在正常地运转时脉冲信号220包括具有固定电压等级例如5伏的脉冲。例如，主微控制器208能被设计成仅在一旦它已经被初始化了并且正在正常地运转时将脉冲信号220提供给监控电路218。在示范性的实施方式中，当主微控制器208正在正常地运转时，脉冲的电压等级和/或频率将大约等于或高于被定义的阈值。监控电路218接收脉冲信号220并且响应地产生提供给多路转换器216的状态信号222。在一个实施方式中，监控电路218使用多个电路元件监控脉冲信号220并且响应地产生状态信号222。例如，如果监控电路218在一段时期期间接收足够的电压等级的脉冲至少一次，那么它将产生指示主微控制器208正在正常运转的状态信号。在一个实施方式中，监控电路产生的状态信号222可以是指示主微控制器的运转状态的二元信号。例如，状态信号222可以具有指示主微控制器208的运转状态为正常的高值和指示主微控制器208的运转状态为非正常的低值。在一个实施方式中，监控电路218可以利用由脉冲信号220周期性地充电的电容器并且基于所述电容器存储的电荷是否超过阈值响应地产生状态信号222。在一个实施方式中，多路转换器216接收来自主微控制器208的输出、次控制装置210的输出、燃料控制启动信号214和状态信号222。多路转换器216将燃料控制启动信号214提供给驱动电路212并且将主微控制器208的输出或次控制装置210的输出选择性地提供给驱动电路212。使用主微控制器208或次控制装置210的输出并结合燃料控制启动信号214，驱动电路212控制无刷燃料泵202的运转。在一个实施方式中，多路转换器216的输出也可以被提供到主微控制器208以允许主微控制器208知晓多路转换器216的运转状态。现在参考图3，示出了一流程图，其示出了根据示范性的实施方式的用于控制无刷燃料泵的方法。如同在判定块300处所示的那样，方法包括确定燃料控制启动信号的状态。如果燃料控制启动信号是否，或者以其它方式指示不需要燃料，那么不采取行动。否则，方法包括使用次控制装置初始化无刷燃料泵，如同在块302处所示的那样。初始化能包括调整无刷燃料泵以确定转子位置。初始化还能包括将频率加入到无刷燃料泵的一个绕组中并观察其它绕组上的响应。一旦无刷燃料泵已经被初始化，那么次控制装置用来控制无刷燃料泵的换向，如同在块304处所示的那样。此外，方法包括初始化主控制装置，如同在块306处所示的那样。如同在判断块308处所示的那样，方法包括监控主控制装置的运转状态。如果主控制装置正在正常地运转，那么主控制装置用来主动地控制无刷燃料泵的换向，如同在块310处所示的那样。如果主控制装置不正常地运转，那么次控制装置用来控制无刷燃料泵的换向，如同在块304处所示的那样。现在参考图4，示出了一曲线图，该曲线图示出了无刷燃料泵在开动和运转期间的电机速度。如所示，当无刷燃料泵的使用被初始化时，具有调整阶段400，其中次控制装置调整或确定无刷燃料泵电机的转子位置并且无刷燃料泵电机是不运转的。在示范性的实施方式中，取决于无刷燃料泵电机的换向方案，可以不需要调整阶段400。一旦转子位置是已知的，次控制装置将无刷燃料泵电机速度斜升到恒定的运转速度，次控制装置被设计成以那个速度运转。在所示的初始化转变点402处，主控制装置可以承担无刷燃料泵的主动控制404并且如所期望地改变无刷燃料泵电机速度。在主控制装置不起作用的情况下，次控制装置将继续以恒定速度406运转无刷燃料泵电机。现在参考图5，示出了另一曲线图，该曲线图示出了无刷燃料泵在运转期间的电机速度。如所示，在正常运转期间500主控制装置主动地控制无刷燃料泵的速度并且如所期望地改变无刷燃料泵电机速度。在主控制装置故障502的情况下，次控制装置将承担无刷燃料泵的运转并且以恒定速度运转它504。尽管主要结合无刷燃料泵进行了讨论，但是对本领域普通技术人员来说将是显而易见的是，这里所披露的方法和系统可以用来在多种应用中运转无刷电机。例如，燃料控制启动信号能更通常地被称作用于控制无刷电机的运转模式的主控信号。这里所使用的术语仅仅是为了描述特定实施方式的目的并且不旨在限制本公开。如同这里所使用的那样，单数形式“一”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文以其它方式明确地指出了。进一步将会理解，术语“包括”和/或“包括的”，当在本说明书中使用时，指定规定的特征、整数、步骤、操作、元件、和/或部件的存在，但是不排除多于一个其它特征、整数、步骤、操作、元件部件、和/或它们的组的存在或加入。这里所描述的流程图仅仅是一个例子。在不脱离本公开的精神的情况下可以对这个流程图或那里所描述的步骤(或操作)进行多种改变。例如，可以以不同的次序执行步骤或者可以增加、删除或更改步骤。所有这些改变被认为是所主张的披露内容的一部分。下面的权利要求中的对应结构、材料、动作以及所有手段或步骤以及功能元件的等同物旨在包括用于执行与其它所主张的元件相结合的功能的任何结构、材料或动作，如同明确主张了那样。为了示出和描述的目的已经呈现了本披露的内容的描述，并且其不旨在是穷尽性的或者被限定到所披露的形式的披露内容。许多更改和改变对本领域普通技术人员来说将是显而易见的而不脱离本公开的范围和精神。为了最好地解释本公开的原理和实际应用，并且为了使本领域普通技术人员能理解本公开，选择和描述了实施方式，但是带有各种更改的多种实施方式适于所构思的具体使用。尽管已经参考示范性的实施方式描述了本发明，但是本领域技术人员将会理解，在不脱离本发明的范围的情况下可以进行各种变化并且可以用等同物替换它的元件。此夕卜，在不脱离它的实质范围的情况下，可以进行许多更改以使特定情形或材料适合本发明的教导。因此，旨在本发明不被限制到所披露的特定实施方式，而是本发明将包括落入申请的范围内的所有实施方式。
权利要求
1.一种用于控制无刷电机的系统，包括: 与无刷电机连通的驱动电路； 与驱动电路连通的主控制装置； 与驱动电路连通的次控制装置；和 用于将主控制装置的输出或次控制装置的输出选择性地提供给驱动电路的多路转换器，其中当主控制装置正在正常运转时将主控制装置的输出提供给驱动电路。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，当检测到主控制装置的故障时次控制装置的输出被连接到驱动电路。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，当主控制装置正在初始化时次控制装置的输出被连接到驱动电路。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，当主控制装置正在正常运转时主控制装置产生脉冲信号并且其中监控电路接收来自主控制装置的脉冲信号并响应地将状态信号提供给多路转换器。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，状态信号指示主控制装置是否正在正常运转。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，次控制装置由基本电路、ASIC、FPGS或微控制器组成。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，次控制装置的输出以大约恒定的速度运转无刷电机。
8.一种用于控制无刷燃料泵的方法，包括: 接收来自电子控制模块的燃料控制启动信号； 确定主控制装置的运转状态；和 将主控制装置或次控制装置的输出响应地提供给与无刷燃料泵连通的驱动电路，其中当主控制装置的运转状态正常时将主控制装置的输出提供给驱动电路，并且其中当主控制装置的运转状态非正常时将次控制装置的输出提供给驱动电路。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，次控制装置由基本电路、ASIC、FPGA或微控制器组成。
10.一种用于控制无刷燃料泵的系统，包括: 与无刷燃料泵连通的驱动电路； 与多路转换器连通的主控制装置； 与多路转换器连通的次控制装置；和 与主控制装置和多路转换器连通的监控电路，其中监控电路能操作用于接收主控制装置产生的信号并将状态信号响应地提供给多路转换器； 其中，多路转换器基于所述状态信号将主控制装置的输出或次控制装置的输出选择性地提供给驱动电路。
全文摘要
本发明涉及用于控制无刷电机的系统和方法。具体地，一种用于控制无刷电机的系统包括与无刷电机连通的驱动电路和与驱动电路连通的主控制装置。该系统还包括与驱动电路连通的次控制装置和用于将主控制装置的输出或次控制装置的输出选择性地提供给驱动电路的多路转换器，其中当主控制装置正在正常运转时将主控制装置的输出提供给驱动电路。
文档编号H02P6/00GK103219931SQ20131001881
公开日2013年7月24日 申请日期2013年1月18日 优先权日2012年1月20日
发明者S.卡尔内克, D.M.泽夫查克 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司