一种电机控制系统以及方法与流程

本发明涉及汽车领域，更具体而言，涉及一种电机控制系统以及方法。

背景技术：

转向系统是汽车的重要组成部分，其性能直接影响着汽车行驶的稳定性和安全性。早期的汽车转向系统为纯机械转向系统，没有助力，转向动力完全由驾驶员提供，驾驶体验差。从上世纪30年代以后，逐渐出现了助力转向系统。目前，汽车助力转向主要有3种形式：液压助力转向系统(hydraulicpowersteeringsystem，hps)，电控式液压助力转向系统(electric-hydraulicpowersteeringsystem，ehps)以及电动助力转向系统(electricpowersteeringsystem，eps)。

其中，对于使用电控式液压助力转向系统ehps的汽车而言，ehps是整车安全等级要求最高的零部件之一，为了满足混合动力和纯电动大巴车客户对助力转向的高标准要求，需要增加ehps的可靠性。

目前，主要采用以下两种解决方案：

一、将低压电通过额外的dc(directcurrent，直流)/dc电路转换成高压电，同时断开非应急设备的供电，以此维持ehps的转向需求。其拓扑图如图1所示。由于整车系统存在高压转低压的dc/dc模块，因此有些厂家将两个dc/dc合并，采用双向dc/dc模块。

正常工作时，dc/dc不工作，ehps由高压侧供电；当高压电发生故障时，vcu(vehiclecontrolunit，整车控制器)通过检测母线电压，判断发生高压故障后，给dc/dc控制器下发启动命令，同时给电空调，电除霜等非紧急设备下发停机命令。低压24v通过dc/dc转换为高压电，给ehps供电。从而满足行车过程中，高压故障时ehps能继续维持转向的需求。

二、通过独立的两套油路，由两个电机分别驱动两个油泵。其拓扑图如图2所示。

正常工作时，高压电机泵工作，当高压电机泵或高压电发生故障时，vcu通过高压控制器反馈报文或母线电压。判断高压控制器、电机和高压供电是否发生故障，然后给低压控制器下发启动命令，由低压电机泵维持转向的需求。

以上两种方案中都需要vcu参与，而高/低压控制器与vcu交互信息通常采用can通讯，其传输周期较长，响应延时较长，不利于汽车行驶的稳定与安全。

为此，有必要设计一种新的电机控制系统以及方法，以克服上述问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的缺点，提供一种电机控制系统以及方法，其可在电机的第一控制器与第二控制器之间通过预设连接方式直接连接，而无需占用整车控制系统vcu的负载，并有效解决了第一控制器和第二控制器之间通讯周期较长，响应延时较长的问题。

本发明解决其问题所采用的技术方案是：

本发明第一方面提供了一种电机控制系统，用于驱动电机，所述控制系统包括：

第一控制子系统和第二控制子系统；

所述第一控制子系统包括与所述电机内第一绕组连接的第一控制器，以及为所述第一控制器供电的第一电源；

所述第二控制子系统包括与所述电机内第二绕组连接的第二控制器，以及为所述第二控制器供电的第二电源；

所述第一控制器和所述第二控制器之间通过预设连接方式直接连接；所述第一控制器在第一状态下通过所述第一绕组驱动所述电机运转，并在第二状态时通过所述预设连接方式向所述第二控制器发送预设信号，所述第二控制器在接收到所述预设信号时通过所述第二绕组驱动所述电机运转。

进一步地，所述电机为汽车电控式液压助力转向系统ehps中的液压油泵电机，或电动助力转向系统eps中的转向电机，所述预设连接方式为控制器局域网络can总线连接，且所述can总线不与整车控制系统vcu连接。

进一步地，所述第二控制器包括监控单元，所述监控单元用于实时监测所述电机的转速，并在所述电机的转速低于预设转速时使所述第二控制器控制所述第二绕组驱动所述电机运转。

进一步地，所述方法还包括：所述第一控制器在第一状态下驱动所述电机时，所述第二控制器与所述第一控制器一并驱动所述电机运转。

进一步地，所述方法还包括：在所述第一控制器驱动所述电机时，所述第二控制器通过所述第二绕组将所述电机转动产生的能量转换为电能，并为所述第二电源充电。

进一步地，所述电机包括六相绕组，其中，三相高压绕组为所述第一绕组，三相低压绕组为所述第二绕组。

进一步地，所述控制系统还包括高压转低压模块，所述高压转低压模块用于将所述第一电源转为所述第二电源，所述第一电源为高压电源，所述第二电源为低压电源。

本发明第二方面提供了一种电机控制方法，所述控制方法通过上述第一方面中所述的电机控制系统驱动所述电机，所述控制方法包括：

所述第一控制器在第一状态下通过所述第一绕组驱动所述电机运转；

所述第一控制器在第二状态时通过所述预设连接方式向所述第二控制器发送预设信号；

所述第二控制器在接收到所述预设信号时通过所述第二绕组驱动所述电机运转。

进一步地，所述第一控制器在第一状态下通过所述第一绕组驱动所述电机运转时，所述控制方法还包括：

通过所述第一控制器比较所述电机的当前负载与所述电机的额定负载的大小；

在所述电机的当前负载小于所述额定负载时，所述第一控制器通过所述can总线向所述第二控制器发送发电指令，使得所述第二控制子系统处于发电状态，并将所述电机转动产生的能量转换为电能；

在所述电机的当前负载大于所述额定负载时，所述第一控制器通过所述can总线向所述第二控制器发送电动指令，使得所述第二控制子系统则处于电动状态，所述第二控制器与所述第一控制器一并驱动所述电机运转。

进一步地，所述第一控制器在第一状态下通过所述第一绕组驱动所述电机运转时，所述控制方法还包括：

通过所述第一控制器比较所述第一控制器驱动所述电机输出的转矩与所述电机的额定转矩的差值，并向所述第二控制器发送转矩指令，所述转矩指令与所述差值相关联；

在所述差值为正时，使所述第二控制子系统处于所述电动状态；

在所述差值为负时，则使所述第二控制子系统处于所述发电状态。

与现有技术相比，实施本发明实施例，具有如下有益效果：

在本发明中，电机控制系统用于驱动电机，该系统包括：第一控制子系统和第二控制子系统；其中，第一控制子系统包括与电机内第一绕组连接的第一控制器，以及为第一控制器供电的第一电源；第二控制子系统包括与电机内第二绕组连接的第二控制器，以及为第二控制器供电的第二电源；该第一控制器和第二控制器之间通过预设连接方式直接连接；该第一控制器在第一状态下通过第一绕组驱动电机运转，并在第二状态时通过预设连接方式向第二控制器发送预设信号，该第二控制器在接收到预设信号时通过第二绕组驱动电机运转。其优点在于，第一控制器与第二控制器之间通过预设连接方式直接连接，而无需占用整车控制系统vcu的负载，同时也避免了通讯传输周期较长，响应延时较长的问题。

附图说明

图1为现有技术中外加dc/dc方案框架图；

图2为现有技术中双电机双控制器方案框架图；

图3为本发明实施例中电机控制系统一个实施例示意图；

图4为本发明实施例中电机控制方法一个实施例示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应理解，本发明所提供的电机控制系统以及方法可以适用于电控式液压助力转向系统ehps，也可以适用于电动助力转向系统eps。在ehps系统中，该电机可以为驱动液压油泵的电机；而在eps系统中，该电机则可以是驱动转向的转向电机。

并且，本发明中的电机可以为双绕组永磁同步电机，该双绕组永磁同步电机中可以包含六相绕组，其中，三相为高压绕组，另三相为低压绕组；高压绕组在接通高压电源时可以驱动电机运转，低压绕组在接通低压电源时也可以驱动电机运转。

如图3所示，在本发明实施例中揭示了一种电机控制系统，该电机控制系统可以用于驱动上述电机运转，该电机控制系统包括：

第一控制子系统和第二控制子系统；

其中，该第一控制子系统可以包括与上述电机内第一绕组连接的第一控制器，以及为该第一控制器供电的第一电源；

该第二控制子系统可以包括与上述电机内第二绕组连接的第二控制器，以及为该第二控制器供电的第二电源；

该第一控制器和该第二控制器之间可以通过预设连接方式直接连接；该第一控制器在第一状态下通过第一绕组驱动电机运转，并在第二状态时通过预设连接方式向第二控制器发送预设信号，使得第二控制器在接收到预设信号时通过第二绕组驱动电机运转。

需要说明的是，本实施例中该电机控制系统以电控式液压助力转向系统ehps中的电机控制系统为例进行说明，然而不应构成对本发明的限定。该第一状态即第一控制子系统处于正常工作状态，该第二状态即第一控制子系统出现故障状态等非正常状态。

如图3所示，该第一控制子系统即控制双绕组永磁同步电机中高压绕组的控制子系统，该第一绕组即高压绕组，该第一控制器即ehps高压控制器，该第一电源即高压电源；该第二控制子系统即控制该双绕组永磁同步电机中低压绕组的控制子系统，该第二绕组即低压绕组，该第二控制器即ehps低压控制器，该第二电源即低压电源。

可以理解的是，该高压电源可以是汽车内高压电池所提供的高压直流电源，低压电源可以是汽车中用于照明等用途的24v低压直流电源。并且，在该高压电源与低压电源之间可以存在有高压转低压的dc/dc模块，其可以将高压电源转换成低压电源，如图3所示，在该电机控制系统中可以存在有dc/dc模块，该高压电源可以将高压直流电流输入到该dc/dc模块中，并由该dc/dc模块输出24v的低压直流电流。

并且，在该ehps高压控制器与低压控制器之间可以存在有预设连接方式，在第一控制子系统正常状态下，由该ehps高压控制器控制将高压电源中的高压直流电流输入到该双绕组永磁同步电机的高压绕组中，使得该高压绕组驱动该电机运转；而在该第一控制子系统出现故障时，则该ehps高压控制器可以通过该预设连接方式可以向低压控制器发送预设信号，使得该ehps低压控制器将低压电源中的低压直流电流输入到该电机的低压绕组中，通过该低压绕组驱动该电机运转。该第一控制子系统故障包括ehps高压控制器故障、电机中高压绕组故障、高压电源供电故障等，具体此处不做限定。

该预设连接方式可以是控制器局域网络(controllerareanetwork，can)总线，且该can总线可以不与整车控制系统(vehiclecontrolunit，vcu)连接，即该ehps高压控制器与低压控制器之间可以直接通过can总线进行通讯传输，而无需通过vcu；该预设信号即可以是预设报文，在第一控制子系统出现故障时，该ehps高压控制器通过预设连接方式can总线向低压控制器发送该预设报文，从而能够减少vcu的负载，也使得ehps高压控制器与低压控制器之间的通讯传输周期时长减少，响应延时的时长减少。可以理解的是，本实施例中也可以是以除can总线以外的其他通讯总线连接该ehps高压控制器和低压控制器，使得该ehps高压控制器在第一控制子系统故障时向低压控制器发送预设报文，具体此处不做限定。

或者，在ehps高压控制器与低压控制器之间可以存在逻辑电路，在第一控制子系统出现故障时，其可以使ehps高压控制器向低压控制器传输的高电平信号转变为低电平信号，该ehps低压控制器在接收到该低电平信号时可以控制低压绕组驱动电机运转。该低电平信号即预设信号。

又或者，在该ehps低压控制器中可以包括用于实时监测该双绕组永磁同步电机转速的监控单元，并可以在该监控单元监测到该电机的转速低于预设转速时，使该ehps低压控制器控制低压绕组驱动电机运转。该预设转速为预先设置的转速值，该监控单元可以通过安装于电机转轴上的编码器实时获取该编码器上传的电机转速。

在本实施例中，如图3所示，在ehps高压控制器控制高压绕组驱动电机运转时，该ehps低压控制器也可以向低压控制器输出电流，控制该低压绕组一同驱动电机运转，即该第二控制子系统处于电动状态。或者也可以在ehps高压控制器控制高压绕组驱动电机运转时，在该电机中该低压绕组随着该高压绕组一同转动，并可以在电机磁场中转动产生电能，该ehps低压控制器可以将该低压绕组产生的电能充入到低压电源中，即该第二控制子系统处于发电状态。

具体地，在本发明实施例的电机控制系统中，该电机控制系统确定第二控制子系统处于电动状态或者发电状态可以是通过如下步骤：

a1、通过第一控制器比较电机的当前负载与电机的额定负载的大小；

该电机的当前负载即与当前第一控制器(ehps高压控制器)向电机中高压绕组输出的电流关联，通过该电流该第一控制器可以确定电机当前负载，并与预先存储的电机额定负载相比较。

a2、在电机的当前负载小于额定负载时，通过can总线第一控制器向第二控制器发送发电指令，使得第二控制子系统处于发电状态，将电机转动产生的能量转换为电能；

在第一控制器计算出该电机的当前负载小于额定负载时，该第一控制器可以通过can总线向第二控制器(ehps低压控制器)发送发电指令，使得该第二控制器可以将低压绕组切割磁感线生成的电能输出至低压电源。该第二控制器也可以不输出该生成的电能至低压电源。

a3、而在电机的当前负载大于额定负载时，通过can总线第一控制器向第二控制器发送电动指令，使得第二控制子系统则处于电动状态，第二控制器与第一控制器一并驱动电机运转。

在第一控制器计算出该电机的当前负载大于额定负载时，该第一控制器可以通过can总线向第二控制器发送电动指令，使得该第二控制器可以在接收到该电动指令之后向该电机中低压绕组输出电流，该低压绕组与该高压绕组一并驱动该电机的运转。可以理解的是，该第一控制器可以相应减少向高压绕组输出的电流，使得该高压绕组和低压绕组一同驱动的电机的运行功率稳定在额定负载。

而在该电机的当前负载等于该额定负载时，该第一控制可以保持控制高压绕组驱动电机运转不变，并且该第二控制子系统此时可以不处于发电状态，也可以不处于电动状态。

又或者，在本发明实施例的电机控制系统中，还可以是由第一控制器分析高压绕组驱动电机运转所输出的转矩和电机额定转矩的差值，来确定第二控制子系统处于电动状态或发电状态，其步骤可以如下所示；

b1、通过所述第一控制器比较所述第一控制器驱动所述电机输出的转矩与所述电机的额定转矩的差值，并向所述第二控制器发送转矩指令，所述转矩指令与所述差值相关联；

在第一控制器(ehps高压控制器)控制高压绕组驱动电机运转时，该第一控制器也可以与该电机上的编码器实时连接获取该编码器检测得到的电机运行转速，该第一控制器实时计算当前电机的转矩，即高压绕组驱动电机转动的转矩，并比较该转矩与电机额定转矩的差值。该第一控制器还可以依据该转矩与电机额定转矩的差值向第二控制器(ehps低压控制器)发送转矩指令，以指示该第二控制器输出低压绕组产生的电能，或向该低压绕组输出电能驱动电机运转。

b2、在所述差值为正时，使所述第二控制子系统处于所述电动状态；

在该第一控制器计算得到该当前电机转矩与额定电机转矩的差值为正，即当前电机转矩大于额定电机转矩时，此时，该第一控制器向该第二控制器发送的转矩指令可以指示该第二控制器向低压绕组输出电能，驱动该电机运转。可以理解的是，该第二控制器还可以利用与之连接的编码器实时监测电机的转速，并在接收到的电机转速降低时，该第二控制器可以增大向低压绕组输出的电流。同时，利用第二控制器和第一控制器之间的can总线，该第二控制器还可以对向低压绕组输出的电流以及电机的转速进行校正，使得该电机的转速维持稳定。

需要说明的是，当第一控制子系统故障时，如第一控制器(ehps高压控制器)、高压绕组或高压电源供电发生故障，高压控制器不输出扭矩。此时，该第一控制子系统中高压绕组不输出转矩，第二控制器(ehps低压控制器)发现电机转速降低，该第二控制器增大输出电流，通过向电机中三相低压绕组增大电流输出，提高电机转速到额定转速，实现无缝隙切换，可以有效避免现有方案故障切换时，出现几百毫秒到秒级的无助力情况。

b3、在所述差值为负时，则使所述第二控制子系统处于所述发电状态。

而在该第一控制器计算得到该当前电机转矩与额定电机转矩的差值为负，即当前电机转矩小于额定电机转矩时，此时，该第一控制器向该第二控制器发送的转矩指令可以指示该第二控制器将低压绕组产生的电能输入到低压电源中，为该低压电源进行充电。

而在当前电机转矩等于该额定电机转矩时，该第一控制可以保持控制高压绕组驱动电机运转不变，并且该第二控制子系统此时可以不处于发电状态，也可以不处于电动状态。

本发明中，根据实际路况分析，ehps系统大部分时间工作在空载状态，此时电机效率较低。而采用高压侧额定运行，低压侧发电运行，可以有效提高电机效率，同时降低在图3所描述的电机控制系统中对于dc/dc模块的需求，甚至取消该dc/dc模块。

基于图3所示的电机控制系统，本发明还提供一种电机控制方法，如图4所示，该控制方法包括：

s1、第一控制器在第一状态下通过第一绕组驱动电机运转；

s2、第一控制器在第二状态时通过预设连接方式向第二控制器发送预设信号；

s3、第二控制器在接收到预设信号时通过第二绕组驱动电机运转。

可选的，该第一控制器在第一状态下通过第一绕组驱动电机运转时，该控制方法还包括：

通过第一控制器比较电机的当前负载与该电机的额定负载的大小；

在电机的当前负载小于额定负载时，该第一控制器通过can总线向第二控制器发送发电指令，使得第二控制子系统处于发电状态，将电机转动产生的能量转换为电能；

在电机的当前负载大于额定负载时，该第一控制器通过can总线向第二控制器发送电动指令，使得第二控制子系统则处于电动状态，第二控制器与第一控制器一并驱动电机运转。

可选的，该第一控制器在第一状态下通过第一绕组驱动电机运转时，该控制方法还包括：

通过第一控制器比较第一控制器驱动电机输出的转矩与电机的额定转矩的差值，并向第二控制器发送转矩指令，该转矩指令与差值相关联；

在该差值为正时，使第二控制子系统处于电动状态；

在该差值为负时，则使第二控制子系统处于发电状态。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。