电机控制电路、装置和电机控制方法与流程

本公开涉及一种电机控制电路、装置和电机控制方法。

背景技术：

电机广泛应用于各种能够运动的装置中，如汽车、机器人等。在实际应用中，一般通过控制一个H桥式整流电路来控制电机的正反转、刹车、悬空等，从而实现具有该电机的装置的前进、后退、能耗制动等。通常在电机运行过程中利用传感器对电机所处的环境进行检测，并将检测信号反馈至电机的控制系统。在需要改变电机运行状态时，由电机的控制系统对检测信号进行处理，然后根据处理结果再由H桥整流电路执行相应动作，从而控制电机的运行。

然而，对于复杂的电机控制系统，从检测信号反馈至电机的控制系统、再到最终实现对电机的控制，整个过程形成了一个闭环的反馈系统，需要占用一定的时间，会引起对电机控制的滞后。在一些紧急情况下，例如，对需要紧急刹车的高速行驶装置等，这种滞后会对装置的及时反应、以及避免事故等带来严重影响。

技术实现要素：

本公开的一个方面提供了一种电机控制电路，用于控制电机的运转，包括电机调节单元和传感单元。所述传感单元用于检测其与特定方向上的障碍物的相对状态，并在该相对状态满足预定条件时，产生传感信号。所述电机调节单元用于接收所述传感信号，并根据该传感信号调节所述电机的转动。

可选地，所述相对状态由所述传感单元与障碍物的距离及其与障碍物的相对速度来表征。

可选地，所述传感信号包括减速信号。当所述电机调节单元接收减速信号时，其使所述电机引入反向电流以使所述电机减速。

可选地，所述电机调节单元包括可工作在可变电阻区的MOS管。可选地，所述MOS管有四个，其构成桥式电路。可选地，所述电机调节单元还包括H桥式整流电路。

本公开的另一个方面还提供了一种能够运动的装置，包括电机，所述电机由如上所述的电机控制电路控制。

本公开的另一个方面还提供一种电机控制方法，用于控制电机的运转。传感单元检测其与特定方向上的障碍物的相对状态，并在该相对状态满足预定条件时，产生传感信号。电机调节单元接收所述传感信号，并根据该传感信号调节所述电机的转动。

可选地，所述电机调节单元包括可工作在可变电阻区的MOS管。可选地，所述MOS管有四个，其构成桥式电路。可选地，所述电机调节单元还包括H桥式整流电路。

附图说明

为了更完整地理解本公开及其优势，现在将参考结合附图的以下描述，其中：

图1示意性示出了根据本公开一实施例的电机控制电路的框图；

图2示意性示出了根据本公开一实施例的电机控制电路中的传感单元的框图；

图3示意性示出了根据本公开一实施例的电机控制电路中的电机调节单元的电路结构图。

图4示意性示出了根据本公开另一实施例的电机控制电路中的电机调节单元的电路结构图；

图5示意性示出了根据本公开一实施例的能够运动的装置的框图；

图6示意性示出了根据本公开一实施例的电机控制方法的流程图。

具体实施方式

以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。这里使用的词语“一”、“一个(种)”和“该”等也应包括“多个”、“多种”的意思，除非上下文另外明确指出。此外，在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。

应当理解的是，本公开实施例中使用的“正转”、“反转”仅是相对的概念，对于一个确定的电机，当规定了其转动的一个方向为“正转”方向时，与该方向相反的另一个方向即为“反转”的方向。同时本公开实施例中使用的“反向电流”中的“反向”也是相对的概念，其具体指的是电流从电机中流过的方向，与在对电机进行控制前电流流过的方向相反的方向。例如，若在对电机进行控制前，电机处于正转时，此时反向电流的就是能够使电机反转的电流；若在对电机进行控制前，电机处于反转时，此时反向电流就是能够使电机正转的电流。

本公开的实施例提供了一种电机控制电路、具有由该电机控制电路控制的电机的运动装置和电机控制方法。该电机控制电路用于控制电机的运转，包括电机调节单元和传感单元。该传感单元用于检测其与特定方向上的障碍物的相对状态，并在该相对状态满足预定条件时，产生传感信号。该电机调节单元用于接收该传感信号，并根据该传感信号调节电机的转动。

根据本公开的实施例的电机控制电路，传感单元产生传感信号后传输给电机调节单元，由电机调节单元根据该传感信号直接调节电机的运转。通过这种方式，当对电机需要进行一定的控制调节时，可以通过电机调节单元接收到的传感信号实时进行，而不需要等待电机的控制系统进行闭环的反馈处理，极大地提高了电机对外界环境状态的反应速度。

根据本公开的一些实施例的电机控制电路，传感单元产生的传感信号包括减速信号。这样，在一些需要紧急减速的情况下，电机可以快速地对环境状态作出反应。例如，对高速行驶的装置，当与障碍物距离达到一定范围并且与障碍物的相对速度超出该距离允许的速度值时，电机调节单元可以根据传感单元输出的传感信号及时控制电机减速。通过这种方式使得电机的转速快速下降，从而可以为电机控制系统对电机的其他后续控制动作(例如停机、或反转)争取缓冲的时间，提高了电机以及具有该电机的装置的运行安全性。

图1示意性示出了根据本公开一实施例的电机控制电路的框图。

如图1所示，电机控制电路100用于控制电机1的运转，包括电机调节单元110和传感单元120。传感单元120用于检测其与特定方向上的障碍物的相对状态，并在该相对状态满足预定条件时，产生传感信号。电机调节单元110用于接收该传感信号，并根据该传感信号调节电机1的转动。

根据本公开的实施例，传感单元120检测其与特定方向上的障碍物的相对状态，并在该相对状态满足预定条件时，产生传感信号，并且，将该传感信号传输给电机调节单元110。电机调节单元110则根据接收到的该传感信号对电机1的运行状态进行实时调节。以此方式，对电机1的实时调节由传感信号直接控制，不需要等待传感信号反馈至电机1的控制系统进行处理，从而提高了电机的实时控制效果。

通常情况下，传感单元120与电机1安装在同一装置中，因此，传感单元120检测其与特定方向上的障碍物的相对状态，实质上就是在检测电机1以及安装电机1的装置与特定方向上的障碍物的相对状态。

传感单元120的特定方向可以是传感单元120和电机1所在的装置前进的方向，一般也将此方向规定为电机1正转的方向。此时，例如，当装置前进时，传感单元120检测其与该装置前进方向一致的方向上的障碍物的相对状态，就是在检测该装置前进时与其前进方向上的障碍物的相对状态，以确保装置前进过程的安全性。

传感单元120的特定方向也可以是传感单元120和电机1所在的装置倒车的方向，也即一般认为的电机1反转的方向。例如，在汽车倒车时，传感单元120检测其与汽车倒车方向一致的方向上的障碍物的相对状态，就是在检测该汽车倒车时与其车身后方的障碍物的相对状态，以确保汽车倒车过程的安全性。

另外，传感单元120的特定方向还可以是其他方向，可以根据需要具体设定。

与障碍物的相对状态可以包括检测传感单元120与特定方向上的障碍物的距离、相对速度、信号传输速率、和/或热辐射率等等。

根据本公开的实施例，电机调节单元110接收传感单元120产生的传感信号，并根据该传感信号调节电机1的转动。

电机调节单元110可以连接在电机1所在的电路上，并通过调节流经电机1的电流来实现对电机1的控制。

电机调节单元110可以是模拟电路，对传感信号的实时反应能速率要快于包括处理器等的复杂数字电路。

电机调节单元110可以根据接收到的传感信号相应地调节通过电机1的电流大小、和/或需要调节的电流的方向等。

图2示意性示出了根据本公开一实施例的电机控制电路中的传感单元的框图。

如图2所示，根据本公开实施例的电机控制电路中的传感单元120可以包括检测子单元121和比较子单元122两部分。其中，检测子单元121用于检测传感单元120与特定方向上的障碍物的相对状态。比较子单元122在该相对状态满足预定条件时，产生传感信号。

检测子单元121还可以通过向传感单元120的特定方向发射信号，并根据发射信号与接收到的反射信号的时间差、信号数据差别等检测出检测传感单元120与障碍物之间的相对状态。

例如，检测子单元121可以通过向传感单元120的特定方向发射信号，并根据该发射信号与收到的反射信号之间的时间差，以及所发射的信号的传播速度来计算传感单元120与特定方向上的障碍物的距离。

又例如，检测子单元121还可以根据一定时间间隔内传感单元120与障碍物的距离变化检测出传感单元120与特定方向上的障碍物的相对速度。

检测子单元121可以包括各种远程测量传感器，例如红外传感器、超声波传感器等。

比较子单元122在检测子单元121检测得到的相对状态满足预定条件时，产生传感信号。

预定条件可以是传感单元120与特定方向上的障碍物的相对状态可能达到的预先设定的某一临界状态。

例如，预定条件是预先设定的传感单元120与特定方向上的障碍物的相对状态所允许的安全阈值时，当该相对状态超过该安全阈值，即该相对状态已经突破了可控的安全范围，则可以认为该相对状态满足预定条件，此时比较子单元122就需要产生传感信号，以控制电机的运转。

相应的，当该相对状态在预先设定的安全阈值范围以内，即该相对状态尚处于可控的安全范围以内，则可以认为该相对状态不满足预定条件，此时比较子单元122不产生传感信号。

比较子单元122可以通过将检测子单元121检测得到的相对状态与预先设定的安全阈值进行比较，以判断该相对状态是否满足预定的条件。当该相对状态满足预定条件时，比较子单元122产生传感信号。而当该相对状态不满足预定条件时，比较子单元122不产生传感信号。

比较子单元122可以是比较器。在比较器的一个输入端输入检测子单元121检测得到的表征传感单元120与其特定方向上的障碍物的相对状态的信号，在比较器的另一输入端输入表征预先设定的安全阈值的信号。比较器可以对上述两个信号进行比较，来判断该相对状态是否满足预定条件，并根据比较结果输出或不输出传感信号。

根据本公开一实施例的电机控制电路，其中传感单元120与特定方向上的障碍物的相对状态，可以由传感单元120与障碍物的距离及其与障碍物的相对速度来表征。

传感单元120与其特定方向上的障碍物的距离及其与障碍物的相对速度可以通过检测子单元121检测获得。具体地，检测子单元121通过向传感单元120的特定方向发射信号，并根据该发射信号与收到的反射信号之间的时间差，以及所发射的信号的传播速度来计算传感单元120与特定方向上的障碍物的距离。并且，检测子单元121还可以根据一定时间间隔内传感单元120与障碍物的距离变化检测出传感单元120与特定方向上的障碍物的相对速度。

比较子单元122中预先设定的安全阈值也可以为预先设定的传感单元120与障碍物的距离及其与障碍物的相对速度所允许的安全阈值来表征。

传感单元120与特定方向上的障碍物的相对状态，可以由传感单元120与障碍物的距离及其与障碍物的相对速度来表征。具体的，表征该相对状态的信号可以是，例如，由传感单元120与特定方向上的障碍物的相对速度和距离进行一定运算得出的信号值，例如将该相对速度和距离进行比值运算。

根据本公开一实施例的电机控制电路，传感单元120产生的传感信号包括减速信号。并且当所述电机调节单元110接收该减速信号时，其使电机1引入反向电流以使电机1减速。

具体的，例如传感单元120产生的减速信号控制电机调节单元110导通电机反向电流的通路，从而使一部分电流可以方向地流过电机1，给电机1一个反转的驱动力，使电机1能够较快地减速。

此处，反向电流指的是与电机1当前运行所需的电流方向相反的电流。例如，若电机当前是正转，则反向电流就是指使电机反转的电流；若电机当前是反转，则反向电流就是指使电机正转的电流。

根据本公开一实施例的电机控制电路，电机调节单元110包括可工作在可变电阻区的MOS管。

电机调节单元110包括可工作在可变电阻区的MOS管，对应的传感单元120输出的传感信号可以是使电机调节单元110工作在可变电阻区的电压信号。

电机调节单元110中的MOS管工作于可变电阻区。这样，当MOS管没有接收到传感信号时，MOS管所在的电路是断开的。而当MOS管接收到传感信号后，接通该MOS管所在的电路，并且MOS管本身在电路中相当于一个阻值可变化的电阻。通过这种方式，当MOS管所在的电路被接通后，可以通过控制流经该MOS管的电流大小来控制经该MOS管所在的电路流经电机1的电流大小。

图3示意性示出了根据本公开一实施例的电机控制电路中的电机调节单元的电路结构图。

电机调节单元110可以是图3中示出的电机调节单元310。

如图3所示，根据本公开的实施例的电机控制电路的电接调节单元310中可以包括四个MOS管，并且，该四个MOS管构成桥式电路。其中对四个MOS管进行控制的传感信号分别连接至这四个MOS管的栅极(图中未示出)。

这四个MOS管中，MOS管T1和T4与电机1接通后，会向电机1引入使电机正转的电流；MOS管T2和T3与电机1接通后，会向电机1引入使电机反转的电流。

在需要使电机1在正转的情况下减速时，同时接通T2和T3，从而向电机1中引入与电机正转反向的电流，给电机1以反转的驱动力，从而使电机1的正转转速快速下降。

相应地，在需要使电机1在反转的情况下减速时，同时接通T1和T4，从而向电机1中引入与电机反转反向的电流，给电机1以正转的驱动力，从而使电机1的反转转速快速下降。

换言之，要对电机的正装、或反转进行调节时，由图3所示的电机调节单元310的对角线上的两个MOS管即可实现功能。

根据本公开的实施例，电机调节单元310中包括四个MOS管，从而可以通过同一电机调节单元310实现对电机在正转和/或反转的多种调节。

图3中的电机调节单元310中的四个MOS管可以分别接收四个传感单元的传感信号，也可以是MOS管T1和T4接收同一个传感单元的传感信号，MOS管T2和T3接收统一个传感单元的传感信号。

其中，控制MOS管T1和T4的传感单元检测其与电机正转方向上的障碍物的相对状态，在该相对状态满足预定条件时，例如，该相对状态超出传感单元与障碍物之间的相对状态的安全阈值，就产生能够控制MOS管T1和T4工作于可变电阻区的电压传感信号，从而控制MOS管T1和T4同时接通电路，以将部分电流反向地引入电机中，使电机正转减速。

类似的，控制MOS管T2和T3的传感单元检测其与电机反转方向上的障碍物的相对状态，在该相对状态满足预定条件时，产生能够控制MOS管T2和T3工作于可变电阻区的电压传感信号。

图4示意性示出了根据本公开另一实施例的电机控制电路中的电机调节单元的电路结构图。

电机调节单元110可以是图4中示出的电机调节单元410。

如图4所示，根据本公开另一实施例的电机控制电路中的电机调节单元410包括四个MOS管构成的桥式电路和一个H桥整流电路。

电机调节单元410由四个MOS管(T1、T2、T3、T4)组成的桥式电路与包括四个开关元件(Q1、Q2、Q3、Q4)的H桥整流电路藕接在一起。

具体地，MOS管T1两端接在H桥整流电路桥臂的开关元件Q1两端，MOS管T2两端接在H桥整流电路桥臂的MOS管Q2两端，MOS管T3两端接在H桥整流电路桥臂的开关元件Q3两端，MOS管T4两端接在H桥整流电路桥臂的开关元件Q4两端。

图4中，对四个MOS管T1、T2、T3、T4进行控制的传感信号分别连接至这四个MOS管的栅极(图中未示出)。对H桥整流电路的四个开关元件Q1、Q2、Q3、Q4进行控制的控制系统未示出，并且该控制系统可以接收传感信号，并可以对接收到的传感信号进行一定的处理后控制H桥整流电路的动作。

MOS管T1、T2、T3、T4工作于可变电阻区。即，当MOS管T1、T2、T3、T4没有接收到传感信号时，MOS管T1、T2、T3、T4连接的电路是断开的；而当MOS管T1、T2、T3或T4中的任意一个接收到传感信号后，接通该MOS管所在的电路，而MOS管T1、T2、T3或T4本身在电路中相当于一个阻值可变化的电阻。

电机调节单元410中，当H桥整流电路中的开关元件Q1和Q4导通，开关元件Q2和Q3断开，并且，MOS管T1、T2、T3和T4都断开，此时电机正转。

在电机正转的同时，控制MOS管T2和T3的传感单元(图4中未示出)检测其与电机正转方向上的障碍物的相对状态，当该相对状态满足预定条件，例如超出安全阈值时，产生传感信号。

MOS管T2和T3接收该传感信号，接通与电机正转电流反向的电流回路，并且，MOS管T2和T3工作在可变电阻区，从而可以控制通过MOS管T2和T3的电流，实现对电机正转电流的分流作用，从而促使电机的正转及时降速。

传感单元产生的传感信号在控制MOS管T2和T3工作的同时，还可以传输给H桥整流电路的控制系统(图中未示出)，由H桥整流电路的控制系统对传感信号进行处理，并根据处理结果断开H桥整流电路中的开关元件Q1和Q4，从而中断电机正转的电流回路。

这样，当H桥整流电路的控制系统比较复杂时，例如对于智能行驶系统，H桥整流电路的控制系统在控制断开开关元件Q1和Q4之前，可能尚需要进行现场数据的保存等一系列处理动作。在这个间隙中，由于传感单元已经控制MOS管T2和T3对正转电流进行分流，电机正转转速可以快速下降，增强了电机以及安装该电机的装置的安全性。

一些情况下，当电机正转速度过高，即使断开H桥整流电路中的开关元件Q1和Q4，电机的惯性运动使得电机继续向前运动时，由传感单元控制的MOS管T2和T3与电机形成的电流回路，给电机以反向转动的动力，从而使得电机快速降速甚至反转，以确保与障碍物之间的安全距离。

当电机降速使得传感单元与电机正转方向上的障碍物的相对状态不满足预定条件，例如在安全阈值以内时，传感单元不再产生传感信号，从而MOS管T2和T3断开电路。

类似的，电机调节单元410中，当H桥整流电路中的开关元件Q2和Q3导通，开关元件Q1和Q4断开，并且，MOS管T1、T2、T3和T4都断开，此时电机反转。

当电机反转时，传感单元检测其与电机反转方向上的障碍物的相对状态，并在该相对状态满足预定条件时，产生传感信号，以控制MOS管T1和T4断开或工作在可变电阻区，从而调节电机的反转速度。

图5示意性示出了根据本公开一实施例的能够运动的装置的框图。

如图5所示，根据本公开一实施例的能够运动的装置500包括电机1，并且电机1由电机控制电路100控制。其中，电机控制电路100包括电机调节单元110和传感单元120。传感单元120用于检测其与特定方向上的障碍物的相对状态，并在该相对状态满足预定条件时，产生传感信号。电机调节单元110用于接收所述传感信号，并根据该传感信号调节电机1的转动，从而控制装置500的运动状态。以此方式，提高了装置500对环境状态的实时控制能力。

装置500可以是汽车，或者机器人等，并且可以具有自动驾驶等复杂功能。

传感单元120检测其与特定方向上的障碍物的相对状态，实质上就是在检测装置500与特定方向上的障碍物的相对状态。

传感单元120的特定方向可以根据需要，设定为是装置500前进的方向，或者是装置500倒车的方向，或者是根据需要设定的其他方向。

与障碍物相对状态可以包括装置500与特定方向上的障碍物的距离、相对速度、信号传输速率、和/或热辐射率等等。

根据本公开的实施例，与障碍物的相对状态可以可以由传感单元120与障碍物的距离及其与障碍物的相对速度来表征。

根据本公开的实施例，传感单元120产生的传感信号包括减速信号。并且当所述电机调节单元接收该减速信号时，其使电机1引入反向电流以使电机1减速，从而控制装置500的减速，以使装置500与障碍物的相对状态处于安全可控的范围内。

根据本公开实施例，电机调节单元110包括可工作在可变电阻区的MOS管，具体的，电机调节单元110的电路结构可以是参考图3所描述的电机调节单元310，也可以是参考图4所描述的电机调节单元410。

图6示意性示出了根据本公开一实施例的电机控制方法的流程

如图6所示，根据本公开一实施例的电机控制方法用于控制电机的运转，包括操作S601和操作S602。

在操作601，传感单元120检测其与特定方向上的障碍物的相对状态，并在该相对状态满足预定条件时，产生传感信号。

在操作602，电机调节单元110接收该传感信号，并根据该传感信号调节电机1的转动。

根据本公开的实施例，对电机1的实时调节由传感信号直接控制，不需要等待传感信号反馈至电机1的控制系统进行处理，从而提高了电机的实时控制效果。这样，在一些需要紧急情况下，电机可以快速地对环境状态作出反应。例如，对高速行驶的装置，当与障碍物距离达到一定范围并且与障碍物的相对速度超出该距离允许的最大值时，可以由传感单元输出的传感信号通过电机调节单元110及时控制电机减速。通过这种方式使电机的速度快速下降，从而可以为对电机的其他后续控制动作(例如停机、或反转)争取了缓冲的时间，提高了电机以及具有该电机的装置的运行安全性。

根据本公开的实施例，在操作S602中电机调节单元110包括可工作在可变电阻区的MOS管。

电机调节单元110包括可工作在可变电阻区的MOS管，对应的传感单元120输出的传感信号可以是使电机调节单元110工作在可变电阻区的电压信号。

电机调节单元110中的MOS管工作于可变电阻区。这样，当MOS管没有接收到传感信号时，MOS管所在的电路是断开的。而当MOS管接收到传感信号后，接通该MOS管所在的电路，并且MOS管本身在电路中相当于一个阻值可变化的电阻。通过这种方式，当MOS管所在的电路被接通后，可以通过控制流经该MOS管的电流大小来控制经该MOS管所在的电路流经电机1的电流大小，以调节电机1的状态改变速度。

根据本公开实施例，操作S602中电机调节单元110包括可工作在可变电阻区的MOS管，具体的，电机调节单元110的电路结构可以是参考图3所描述的电机调节单元310，也可以是参考图4所描述的电机调节单元410。

尽管已经参照本公开的特定示例性实施例示出并描述了本公开，但是本领域技术人员应该理解，在不背离所附权利要求及其等同物限定的本公开的精神和范围的情况下，可以对本公开进行形式和细节上的多种改变。因此，本公开的范围不应该限于上述实施例，而是应该不仅由所附权利要求来进行确定，还由所附权利要求的等同物来进行限定。