用于电动机的控制系统的制作方法

用于电动机的控制系统的制作方法
【专利摘要】公开了用于电动机的控制系统，该控制系统包括：被布置成控制电动机的第一部件的操作的第一控制装置；被布置成控制电动机的第二部件的操作的第二控制装置，其中第一控制装置布置成将第一信号传输到第二控制装置，该第一信号用于指示通过第一通信链路到第二控制装置的数据传输，其中第二控制装置被布置成使用第一信号的定时来使第二部件的操作与第一部件的操作同步。
【专利说明】用于电动机的控制系统

【技术领域】
[0001] 本发明涉及控制系统，特别是电动机的控制系统。

【背景技术】
[0002] 电动机系统一般包括电动机和布置成控制由电动机产生的动力/扭矩的控制单 元。已知类型的电动机的例子包括感应电动机、同步无刷永磁电动机、开关式磁阻电动机和 线性电动机。在商业界中，三相电动机是可用的最常见类型的电动机。
[0003] 三相电动机一般包括三个线圈组，其中每个线圈组布置成产生与交流电压的三相 之一相关联的磁场。
[0004] 为了增加在电动机内形成的磁极的数量，每个线圈组一般会具有分布在电动机的 周缘周围的多个线圈子组，其被驱动以产生旋转磁场。
[0005] 三相电动机的三个线圈组一般配置在三角形或Y形配置中。
[0006] 具有DC电源的三相电动机的控制单元一般会包括产生三相电压源的三相桥式逆 变器，该三相电压源用于驱动电动机。每个相应的电压相被施加到电动机的相应线圈组。
[0007] 一般，三相桥式逆变器将使用脉冲宽度调制（PWM)电压控制的形式来产生三相电 压源。PWM控制通过使用电动机电感来工作以求出施加脉冲电压的平均数来将所需的电流 驱动到电动机线圈中。使用PWM控制，施加电压跨越电动机线圈被切换。在这个接通期期 间，电流在电动机线圈中以由其电感和所述施加电压所指定的速率上升。PWM控制然后需要 在电流改变得太多之前切断，使得电流的精确控制被实现。
[0008] 三相桥式逆变器包括多个开关装置，例如电力电子开关(如绝缘栅双极晶体管 (IGBT)开关)。
[0009] 然而，电力电子开关一般会出现开关损耗和导电损耗。
[0010] 包括开关损耗和导电损耗的总损耗与功率的平方大致成比例。这可为电动机和 逆变器带来严重的热管理问题，因为例如功率的加倍导致热损耗的四倍增加。提取这个热 而不将装置的温度升高到其安全操作水平之上变成装置可处理的功率的量中的限制因素。 实际上，由于热约束，具有例如500A的内在电流处理能力的现今较大功率装置被限制到 200A。
[0011] 对于具有给定额定功率的常规三相电动机，如果期望较大的额定功率，则这可通 过产生具有较大直径的电动机来实现。对于较大的电动机直径，针对给定的角速度，转子的 圆周速度增加。然而，对于给定的供应电压，这要求电动机线圈具有减少的匝数。
[0012] 被提出来克服这个限制的一个解决方案是开发出具有可独立于彼此操作的多个 子电动机的电动机，其中一个子电动机的线圈子组中的电流独立于另一子电动机的线圈子 组中的电流(即，各个线圈子组未串联连接)。因此，每个线圈子组的线圈可以比其中所有各 个线圈子组都串联连接的等效电动机具有更大的匝数。在每个线圈中的增加的匝数增加了 电动机的总电感。这意味着对于给定的功率要求，可在每个线圈子组的线圈中使用较低的 电流，这导致较少热耗散问题，且这允许使用较小的开关装置。较小的开关装置的使用进而 又允许较快的开关速度和较低的开关损耗。
[0013] 然而，对于具有多个独立子电动机的电动机，其中每个子电动机具有用于控制其 相应的逆变器的操作的独立控制器，且其中在各个控制器之间没有专用同步线，在各个子 电动机之间的PWM控制将不是同步的。这可导致DC总线电压纹波的增加，需要更大的滤波 电容以维持DC总线电压。
[0014] 在每个控制器之间的专用同步线的使用将需要在每个处理器上的至少两个额外 的数字输入/输出线的使用，这将需要在两个连接之间的隔离连接。此外，为了验证专用同 步线的连接性，将需要某种形式的内部同步处理以驱动并监控同步线。
[0015] 改进这种情况是合乎需要的。


【发明内容】

[0016] 根据本发明的方面，提供了根据所附权利要求的控制系统。
[0017] 如所主张的本发明具有下列优点：当执行电动机功能时允许两个电动机控制装置 被同步而不需要专用同步信号，从而允许降低电动机的成本、复杂性和重量。

【专利附图】

【附图说明】
[0018] 现在将参考附图通过示例来描述本发明，其中：
[0019] 图1示出如在本发明的实施方式中使用的电动机的分解图；
[0020] 图2示出从另一角度的在图1中示出的电动机的分解图；
[0021] 图3示出根据本发明的实施方式的电动机；
[0022] 图4a示出在根据本发明的实施方式的电动机中的单个电压相的PWM电压控制；
[0023] 图4b示出在根据本发明的实施方式的电动机中相对于图4a所示的PWM电压控制 的单个电压相的相移PWM电压控制；
[0024] 图5示出根据本发明的实施方式的电动机的第二驱动布置。

【具体实施方式】
[0025] 所描述的本发明的实施方式针对电动机的控制系统，其中电动机用在车辆的轮子 中。然而，电动机可以位于车辆内的任何地方。电动机是具有线圈组的类型，该线圈组是用 于附接到车辆的定子的部分，该定子由携带用于附接到车轮的一组磁体的转子径向围绕。 为了避免疑惑，本发明的各个方面同样可适用于具有相同布置的发电机。因此，电动机的定 义意欲包括发电机。此外，本发明的一些方面可应用于具有在径向围绕的线圈内的、在中心 安装的转子的布置。如本领域中的技术人员将认识到的，本发明可适用于与其它类型的电 动机一起使用。
[0026] 为了本实施方式的目的，如图1所示，轮内电动机包括定子252,其包括散热器 253、多个线圈254和安装在定子的后部中用于驱动线圈的电子模块255。线圈254在定子 齿叠片上形成以形成线圈绕组。定子盖256安装在定子252的后部上，围住电子模块255 以形成定子252，其可接着固定到车辆且在使用期间不相对于车辆旋转。
[0027] 电子模块255包括两个控制装置400,其中每个控制装置400包括逆变器410和控 制逻辑420,控制逻辑420在本实施方式中包括处理器，用于控制逆变器410的操作，如图3 所示。
[0028] 转子240包括形成盖的前部分220和圆筒形部分221，盖基本上包围定子252。转 子包括布置在圆筒形部分221的内部周围的多个永磁体242。为了本实施方式的目的，32 个磁体对安装在圆筒形部分221的内部上。然而，可使用任何数量的磁体对。
[0029] 磁体非常接近在定子252上的线圈绕组，使得由线圈产生的磁场与布置在转子 240的圆筒形部分221的内部周围的磁体242交互作用以使转子240旋转。因为永磁体242 被利用来产生用于驱动电动机的驱动扭矩，因此永磁体一般被称为驱动磁体。
[0030] 转子240通过轴承块223附接到定子252。轴承块223可以是如在车辆中使用的 标准轴承块，这个电动机组件将被安装到该车辆。轴承块包括两个部分，第一部分固定到定 子，而第二部分固定到转子。轴承块固定到定子252的壁的中心部分253并且还固定到转子 240的壳体壁220的中心部分225。转子240因此经由支承块223在该转子240的中心部 分225处旋转地固定到车辆，转子240将用在该车辆上。这有优点，因为轮辋和轮胎可接着 使用用于将轮辋固定到转子的中心部分的正常车轮螺栓在中心部分225处固定到转子240 并因此稳固地固定到轴承块223的可旋转侧面上。车轮螺栓可穿过转子的中心部分225安 装，穿到轴承块本身中。在转子240和轮安装到轴承块223的情况下，在转子的旋转角度和 轮之间存在一对一对应。
[0031] 图2从相对侧示出与图1相同的组件的分解图，其示出了定子252和转子。转子 240包括外部转子壁220和圆周壁221，磁体242圆周地布置在圆周壁221内。如前所述， 定子252经由轴承块在转子和定子壁的中心部分处连接到转子240。
[0032] V形密封设置在转子的圆周壁221和定子的外边缘之间。
[0033] 转子还包括也被称为换向磁体的用于位置感测的一组磁体227,其结合安装在定 子上的传感器允许对转子通量角度进行估计。转子通量角度定义驱动磁体与线圈绕组的位 置关系。可选地，代替一组单独磁体，转子可包括具有充当一组单独磁体的多个极的磁性材 料的环。
[0034] 为了允许换向磁体被使用来计算转子通量角度，优选地，每个驱动磁体具有相关 联的换向磁体，其中通过校准所测量的换向磁体通量角度从与这组换向磁体相关联的通量 角度得到转子通量角度。为了简化换向磁体通量角度和转子通量角度之间的相关性，优选 地，这组换向磁体具有与这组驱动磁体对相同数量的磁体或磁极对,其中换向磁体和相关 联的驱动磁体彼此大致径向地对齐。因此，为了本实施方式的目的，这组换向磁体具有32 个磁体对,其中每个磁体对与相应的驱动磁体对大致径向地对齐。
[0035] 传感器(在本实施方式中是霍尔传感器)安装在定子上。传感器定位成使得当转子 旋转时，形成换向磁体环的每个换向磁体分别旋转经过该传感器。
[0036] 当转子相对于定子旋转时，换向磁体相应地旋转经过传感器，霍尔传感器输出AC 电压信号，其中对于经过传感器的每个磁体对，传感器输出360电角度的完整电压循环。
[0037] 为了改善位置检测，优选地，传感器包括放置成从第一传感器移位90电角度的相 关联的第二传感器。
[0038] 电动机40在本实施方式中包括两个线圈组60,每个线圈组60具有三个线圈子组 61、62、63,其以Y形配置耦合以形成三相子电动机，导致电动机具有两个三相子电动机。然 而，虽然本实施方式描述了具有两个线圈组60 (S卩，两个子电动机）的电动机，但电动机可 同样具有带有相关的控制装置（即，三个或更多个子电动机）的三个或更多个线圈组。例如 在优选实施方式中，电动机40包括八个线圈组60,每个线圈组60具有以Y形配置耦合的三 个线圈子组61、62、63以形成三相子电动机，导致电动机具有八个三相子电动机。
[0039] 图3示出在相应的线圈组60和容纳在电子模块255中的控制装置400之间的连 接，其中相应的线圈组60连接到包括在控制装置400上的相应的三相逆变器410。如本领 域中的技术人员公知的，三相逆变器包含六个开关，其中可通过六个开关的受控操作来产 生三相交流电压。
[0040] 如上所述，电子模块255包括两个控制装置400,每个控制装置400具有耦合到线 圈组60的逆变器410。此外，每个控制装置400包括接口布置，其中在第一实施方式中，在 每个控制装置400上的接口布置被布置成允许经由通信总线在容纳在电子模块255中的相 应控制装置400之间的通信，一个控制装置400布置成与安装在电动机外部的车辆控制器 通信。在每个控制装置400上的处理器420布置成处理通过该接口布置的通信，如下面更 详细描述的。
[0041] 在相应的控制装置400上的处理器420布置成控制安装在相应的控制装置400上 的逆变器410以允许使用三相电压源向每个电动机线圈组60供电，从而允许相应的线圈子 组61、62、63产生旋转磁场。虽然本实施方式将每个线圈组60描述为具有三个线圈子组 61、62、63,本发明并不被此限制，且将认识到，每个线圈组60可具有一个或多个线圈子组。
[0042] 在相应的处理器420的控制下，每个三相桥式逆变器410布置成提供跨越各个线 圈子组61、62、63的PWM电压控制，从而在各个线圈子组中产生电流，用于通过各个子电动 机提供所需的扭矩。
[0043] 如上所述，PWM控制通过使用电动机电感来工作以求出施加脉冲电压的平均数来 将所需电流驱动到电动机线圈中。使用PWM控制，施加电压跨越电动机绕组被切换。在当 电压跨越电动机线圈被切换的时期期间，电流在电动机线圈中以其电感和所述施加电压所 指定的速率上升。PWM电压控制在电流增加到超过所需的值之前切断，从而允许电流的精确 控制被实现。
[0044] 对于给定的线圈组60,三相桥式逆变器410的开关布置成将单个电压相施加到线 圈子组61、62、63中的每一个。
[0045] 逆变器开关可包括半导体装置(例如M0SFET和IGBT)。在本例中，开关包括IGBT。 然而，任何适当的已知开关电路可用于控制电流。这样的开关电流的一个公知的例子是具 有配置成驱动三相电动机的六个开关的三相桥电路。六个开关被配置为三个并行组，每组 包括两个开关，其中每对开关串联布置并形成三相桥电路的分支。
[0046] 使用PWM开关，多个开关布置成将交流电压施加到各个线圈子组，其中如上所述， 每个不同的电信号的相位角和电压包络由相应的控制装置使用PWM电压控制来产生。电信 号的电压包络和相位角由调制电压脉冲确定。
[0047] 在图4a中示出了对电动机中的单个电压相的PWM电压控制的图示，其中经调制的 PWM脉冲51导致正弦形电压在电动机的线圈绕组上形成以形成具有给定相位角的电压包 络52。可通过改变调制脉冲的宽度和数量来控制因而产生的波形的平滑度。PWM调制周期 在图4a中由时间周期A示出。
[0048] 为了本实施方式的目的，PWM电压控制布置成具有62. 4微秒的调制周期，其提供 大约16kHz的PWM调制速率。然而，可使用任何适当的PWM调制速率。
[0049] 为了控制PWM调制速率的定时，在每个控制装置400上的处理器420包括PWM计 数器。PWM计数器布置成在从0到η的计数范围循环，其中η可以具有任何值，然而为了本 实施方式的目的，η的值是1247。从0到1247的循环所花费的时间花费大约62. 4微秒，其 对应于本实施方式的PWM调制周期。PWM脉冲基于PWM占空比在指定的计数值处被接通和 断开。例如，如果PWM占空比是50%，则PWM脉冲将在312的计数值处被接通，并在935的计 数值处被断开。也就是说，PWM脉冲在PWM调制周期的50%内被接通。
[0050] 如上所述，一系列PWM脉冲的电压调制深度确定跨越相应的电动机线圈形成的电 压相位角和电压包络。
[0051] 虽然本实施方式利用PWM计数器来控制PWM调制周期，但如本领域中的技术人员 将认识到的，可使用用于控制PWM调制周期的其它技术。如果PWM计数器用于控制PWM调 制周期，则任何适当的计数范围可被使用。
[0052] 如上所述，多个开关配置成形成三相桥电路。如本领域中的技术人员公知的，开关 的数量将取决于待施加到相应的子电动机的电压相的数量。虽然当前的设计显示每个子电 动机具有三相结构，但子电动机可构造成具有任何数量的相。
[0053] 为了最小化DC母线电容（DC link capacitance)和电磁噪声，由每个子电动机产 生的PWM电压信号被布置成相对于彼此偏移，子电动机布置成提供具有带有基本相同的相 位角的电压包络的电信号。也就是说，即使由不同的子电动机产生的特定电压相的电压包 络将具有基本上相同的相位角，用于产生这些电压信号的PWM脉冲也相对于彼此偏移。
[0054] 如图4b所示，为了实现在不同的子电动机之间的PWM偏移，在各个PWM计数器之 间的计数值布置成相对于彼此偏移。在图4b中的示出相对于图4a中的PWM电压信 号的PWM偏移。也就是说，在图4a中，计数器值0对应于T=0，而在图4b中，计数器值0对 应于TIT##。通过偏移PWM计数器值，对跨越不同的子电动机的具有带有基本相同的相位 角的电压包络的电信号由相应的逆变器产生的相应的PWM信号通过使用相同的PWM计数器 值来产生，相对的计数器偏移使PWM信号偏移。这在图4a和图4b中示出，其中在图4a和 4b中不出的电压包络具有基本上相同的相位和幅度，但使用偏移的PWM电压信号来产生。
[0055] 这具有使由在各个子电动机上的每个逆变器产生的各个PWM电压脉冲相移的效 应。因此，即使由逆变器产生的不同电压信号的电压包络具有基本上相同的相位角，用于产 生这些电压信号的PWM信号也不会具有基本上相同的相位角，从而帮助最小化DC母线电容 和电磁噪声。
[0056] 然而如果在PWM电压控制期间，安装在不同的控制装置400上的PWM计数器的操 作不是同步的，则PWM计数器将同相和异相地移动。这将在PWM信号暂时变得同相时导致 所需的DC母线电容和电磁噪声的增加。
[0057] 下面详细描述了用于使不同的子电动机上的PWM计数器同步的机制，其中使用耦 合在两个控制装置之间的通信总线来执行同步。
[0058] 在本实施方式中，被指定为主控制装置的包括在电子模块255中的控制装置400 之一布置成通过通信线路从外部车辆控制器接收扭矩需求量请求。在主控制装置400处接 收的扭矩需求量请求通过不同的通信总线由主控制装置400传输到被指定为辅助控制装 置的容纳在电子模块255中的另一个控制装置400,该通信总线在本实施方式中是串行外 围接口 SPI总线，如下所述。可选地，状态信息也可从控制装置400提供到外部车辆控制器。
[0059] 为了允许主控制装置400与外部车辆控制器通信，主控制装置400的接口布置包 括用于允许主控制装置400通过CAN总线430与外部车辆控制器通信的控制器区域网CAN 接口。
[0060] 为了允许主控制装置400和辅助控制装置400通过SPI总线进行通信，容纳在电 子模块255内的这两个控制装置400的接口布置包括SPI装置，其用于允许通过SPI总线 440在这两个电子模块控制装置之间的通信。
[0061] 如本领域中的技术人员公知的,CAN总线是多主广播半双工串行总线，而SPI总线 是作为全双工总线操作的同步串行数据链路标准。
[0062] 虽然本实施方式描述了使用CAN总线在控制装置400和外部车辆控制器之间通信 以及使用SPI总线在容纳在电子模块内的两个控制装置400之间通信，但本发明可适用于 使用其它类型的通信总线，其中对于在主控制装置400和辅助控制装置400之间的总线，可 能控制总线的活动/不活动状态的定时。
[0063] 在第一操作模式中，车辆控制器布置成通过CAN总线430将扭矩需求量请求传输 到主控制装置400。通过CAN总线430传输的扭矩需求量请求对应于电动机需要基于驾驶 员输入(例如基于在车辆内产生的节流阀需求量）来产生的总扭矩。
[0064] 优选地，通过CAN总线430由车辆控制器传输的控制数据还包括使能信号，其中使 能信号被布置成根据使能信号是被设置为活动的还是不活动的来启动或禁用电动机。
[0065] 也可通过CAN总线430传递其它数据。
[0066] 主控制装置400被布置成读取通过CAN总线430传递的使能信号和总扭矩需求量 请求。主控制装置400被布置成通过SPI总线440将通过CAN总线接收的数据（S卩，总扭矩 需求量请求）传递到辅助控制装置400。
[0067] SPI总线包括四个逻辑信号：i)由主装置产生的串行时钟，ii)串行总线数据输 入，iii)串行总线数据输出，以及iv)芯片选择。
[0068] 为了开始通过SPI总线从主控制装置400到辅助控制装置400的数据传输，主控 制装置400配置SPI总线的时钟速率。
[0069] 当主控制装置400准备好将数据传输到辅助控制装置400时，主控制装置400将 芯片选择设置为逻辑〇,其中芯片选择当是低的时是活动的，而当在逻辑1时是不活动的。
[0070] 通过SPI总线从主控制装置400到辅助控制装置400的数据流由主控制装置400 上的处理器420控制，其中主控制装置处理器420布置成通过激活芯片选择来发起数据的 传输。
[0071] 当激活芯片选择时，SPI串行时钟信号被启用，且数据通过串行数据输出线被传 输，其中数据的定时与串行时钟同步，如本领域中的技术人员公知的。
[0072] 为了允许辅助控制装置PWM调制周期被同步到主控制装置PWM调制周期，主控制 装置400上的处理器420被布置成通过SPI总线440在具有与电动机的PWM调制周期对应 的传输周期的帧中将数据传输到辅助控制装置400, PWM调制周期在本实施方式中是62. 4 微秒。
[0073] 此外或可选地，主控制装置400可布置成通过SPI总线440在具有与PWM调制周 期的倍数对应的传输周期的帧中将数据传输到辅助控制装置400。
[0074] 将SPI帧持续时间设置到62. 4微秒由主控制装置400上的处理器420实现，其在 每个PWM调制周期内的相同时间点激活芯片选择53,该相同时间点在本实施方式中对应于 在每个PWM调制周期内的相同PWM计数器值，如图4a所示。
[0075] 为了确保芯片选择的激活与主控制装置400上的PWM计数器同步，芯片选择响应 于由PWM计数器在预定的计数器值处发出的中断信号而被激活，该预定的计数器值对应于 在PWM调制周期开始之后的指定时间段Tcs，其中该预定的时间段Tcs也存储在辅助控制装 置上。可以使用用于Tcs的任何计数器值。可选地，由用于激活SPI芯片选择的在主控制 装置400上的处理器420使用的预定的PWM计数器值也可存储在辅助控制装置上以允许辅 助控制装置400确定主控制装置400所使用的时间段Tcs。
[0076] 在芯片选择被激活的62. 4微秒内，主控制装置400上的处理器420使芯片选择无 效，从而确保芯片选择激活周期小于62. 4微秒。芯片选择在下一 PWM调制周期中的相同 PWM计数器值处被重新激活（即，在前一个芯片选择激活之后的62. 4微秒)。
[0077] 辅助控制装置400上的处理器420被布置成使用由主控制装置400上的处理器 420激活芯片选择时的时间并连同由主控制装置400上的处理器420产生中断时的预定时 间段Tcs来确定主控制装置400上的PWM计数器的定时。也就是说，可通过从芯片选择的 激活时间减去预定时间Tcs，由辅助控制装置400上的处理器420确定新的PWM计数器循环 的开始。当确定了主控制装置400上的PWM计数器的定时的时候，辅助控制装置400上的 处理器420被布置成使辅助控制装置400上的PWM计数器的操作同步到主控制装置400上 的PWM计数器。
[0078] 如上所述，为了最小化DC母线电容和电压纹波，由主控制装置400上的逆变器410 和辅助控制装置400上的逆变器410产生的PWM电压信号布置成偏移的，其中主控制装置 400上的处理器420和辅助控制装置400上的处理器420预先配置成相对于每个PWM计数 器施加预定的偏移。
[0079] 如果通过CAN总线430从外部车辆控制器传递的软件使能信号已经被设置为活动 的，则主控制装置400上的处理器420被布置成控制主控制装置400上的逆变器开关以控 制耦合到主控制装置400的线圈组60中的电流，其中电流被控制来基于通过CAN总线430 传输的扭矩需求量提供所需的驱动扭矩。特别是，对于使用两个控制装置400来控制穿过 多个线圈组60的电流的本实施方式，主控制装置400被布置成控制耦合到主控制装置400 的线圈组60中的电流以产生通过CAN总线430接收的总扭矩需求量的一半。相应地，使用 通过SPI总线传输的扭矩数据，辅助控制装置400上的处理器420被布置成控制辅助控制 装置400上的逆变器开关以控制耦合到辅助控制装置400的线圈组60中的电流，使得由辅 助控制装置400产生由外部装置控制器传输的总扭矩需求量请求的另一半。
[0080] 虽然本实施方式示出了电子模块255内的每个控制装置400被预先配置成提供由 车辆控制器通过CAN总线430传输的总扭矩需求量请求的一半，但可使用任何预定的比。例 如，对于具有四个控制装置的电动机，每个控制装置的预定比可以是总扭矩需求量请求的 四分之一。
[0081] 可选地，由各个控制装置400产生的总扭矩需求量请求的比可例如使用外部车辆 控制器被动态地分配或由控制装置400之一设置。
[0082] 虽然本实施方式描述了具有包括两个控制装置的电子模块的电动机，其中每个控 制装置被布置成通过使用处理器控制逆变器的操作来驱动线圈组，但电子模块可具有两个 或多个控制装置，其中每个控制装置被布置成包括用于驱动一个或多个线圈组的一个或多 个逆变器。例如，在优选实施方式中，电动机模块的电子模块包括两个控制装置，其中每个 控制装置包括被布置成控制两个逆变器的操作的单个处理器，其中每个逆变器耦合到并联 连接的两个线圈组，各个并联线圈组的星点（star point)被电隔离。
[0083] 图5示出本发明的可选实施方式，其中电动机包括三个控制装置：主控制装置70、 辅助控制装置71和第三控制装置72。第三控制装置72可充当辅助控制装置或备用主控制 装置。如同前面的实施方式一样，每个控制装置被布置成使用PWM电压控制经由至少一个 逆变器的操作来控制至少一个线圈组中的电流，如上所述。
[0084] 主控制装置70经由第一 SPI总线耦合到辅助控制装置71，辅助控制装置71经由 第二SPI总线耦合到第三控制装置72。
[0085] 主控制装置70、辅助控制装置71和第三控制装置72中的每个具有至少一个PWM 计数器，用于控制施加到相应的线圈绕组的PWM电压控制的定时。相应的PWM计数器被布 置成以与对前面的实施方式相同的方式操作。
[0086] 主控制装置70被布置成通过CAN总线从车辆控制器接收扭矩需求量请求。通过 CAN总线传输的扭矩需求量请求对应于电动机需要基于驾驶员输入(例如基于在车辆内产 生的节流阀需求量）而产生的总扭矩。
[0087] 优选地，通过CAN总线由外部车辆控制器传输的控制数据还包括使能信号，其中 使能信号被布置成根据使能信号是被设置为活动的还是不活动的来启动或禁用电动机。
[0088] 也可通过CAN总线传递其它数据。
[0089] 主控制装置70被布置成读取通过CAN总线传递的使能信号和总扭矩需求量请求。 主控制装置70被布置成通过第一 SPI总线将通过CAN总线接收的数据（S卩，使能信号和总 扭矩需求量请求）传递到辅助控制装置71。
[0090] 为了开始通过SPI总线从主控制装置70到辅助控制装置71的数据传输，主控制 装置70配置SPI总线的时钟速率。
[0091] 当主控制装置70准备好将数据传输到辅助控制装置71时，主控制装置70将第一 SPI总线的芯片选择线73设置为逻辑0,其中芯片选择当是低的时是活动的，而当在逻辑1 时是不活动的。
[0092] 与前面的实施方式一样，通过第一 SPI总线从主控制装置70到辅助控制装置71 的数据流由主控制装置上的处理器控制，其中主控制装置处理器被布置成通过激活芯片选 择线73来发起数据的传输。
[0093] 当激活芯片选择线73时，第一SPI总线的串行时钟信号被启动，数据通过第一SPI 总线的串行数据输出线74被传输，其中数据的定时与串行时钟同步，如本领域中的技术人 员公知的那样。
[0094] 与前面的实施方式一样，为了允许辅助控制装置的PWM调制周期被同步到主控制 装置PWM调制周期，主控制装置70上的处理器被布置成通过第一 SPI总线在具有与电动机 的PWM调制周期（即，62. 4微秒)对应的传输周期的帧中将数据传输到辅助控制装置71。这 由在每个PWM调制周期内的相同时间点处激活芯片选择线73的主控制装置70上的处理器 实现，PWM调制周期内的相同时间点在本实施方式中对应于在每个PWM调制周期内的相同 PWM计数器值。
[0095] 为了确保芯片选择线73的激活与主控制装置70上的PWM计数器同步，芯片选择 线73响应于由主控制装置的PWM计数器在预定的计数器值Tcs处发出的中断信号而被激 活，其中预定的PWM计数器值Tcs也存储在辅助控制装置71上。可选地，由用于激活SPI 芯片选择的在主控制装置400上的处理器420使用的预定的PWM计数器值也可存储在辅助 控制装置上。
[0096] 在芯片选择线73被激活的62. 4微秒内，主控制装置70上的处理器使芯片选择线 73无效，从而确保芯片选择激活周期小于62. 4微秒。芯片选择线73在下一 PWM调制周期 中的相同PWM计数器值处被重新激活（即，在前一个芯片选择激活之后的62. 4微秒)。
[0097] 辅助控制装置71上的处理器被布置成使用由主控制装置70上的处理器激活芯片 选择线73时的时间以及中断产生时的指定时间Tcs来将辅助控制装置71上的PWM控制器 同步到主控制装置400上的PWM计数器。当确定了主控制装置70上的PWM计数器的定时 的时候，辅助控制装置71上的处理器被布置成使辅助控制装置71上的PWM计数器的操作 同步到主控制装置70上的PWM计数器。
[0098] 为了允许第三控制装置72上的PWM计数器的定时同步到主控制装置70上的PWM 计数器的定时，第三控制装置72被布置成通过第二SPI总线在具有与PWM调制周期基本上 相同的持续时间的帧中将数据传输到辅助控制装置71，该PWM调制周期在本实施例中对应 于62. 4微秒。
[0099] 通过第二SPI总线从第三控制装置72到辅助控制装置71的数据流由第三控制装 置72上的处理器控制，其中第三控制装置处理器被布置成通过激活芯片选择线75来发起 数据的传输，如上所述。
[0100] 当激活芯片选择线75时，SPI串行时钟信号被启用，且数据通过第二SPI总线的 串行数据输出线76被传输，其中数据的定时与串行时钟同步，如本领域中的技术人员公知 的那样。
[0101] 如上所述，为了允许第三控制装置的PWM调制周期被同步到主控制装置的PWM调 制周期，第三控制装置72上的处理器被布置成通过第二SPI总线在具有62. 4微秒的持续 时间的帧中将数据传输到辅助控制装置71，该持续时间对应于电动机的PWM调制周期。这 由在每个PWM调制周期内的相同时间点处激活芯片选择的第三控制装置72上的处理器实 现，在每个PWM调制周期内的相同时间点在本实施方式中对应于在每个PWM调制周期内的 相同PWM计数器值。
[0102] 为了确保芯片选择的激活与第三控制装置72上的PWM计数器同步，响应于由PWM 计数器在与预定的计数器值对应的指定时间T3cs发出的中断信号而激活芯片选择，其中 指定时间T3cs也存储在辅助控制装置71上。
[0103] 在芯片选择被激活的62. 4微秒内，第三控制装置72上的处理器使芯片选择无效， 芯片选择在下一 PWM调制周期中的相同PWM计数器值处被重新激活（即，在前一个芯片选择 激活之后的62. 4微秒)。当芯片选择被激活，数据(例如状态数据和/或相位角数据）可从 第三控制装置71传输到辅助控制装置71。
[0104] 辅助控制装置71上的处理器被布置成使用由第三控制装置上的处理器激活芯片 选择时的时间和由第三控制装置上的处理器产生中断时的指定时间T3cs以与由辅助控制 装置71使用的用于确定主控制装置70上的PWM计数器的定时的方式类似的方式来确定第 三控制装置72上的PWM计数器的定时。
[0105] 在确定了第三控制装置72上的PWM计数器的定时之后，第二控制装置71比较这 个定时与主控制装置70上的PWM计数器的定时，并通过第二SPI总线的串行总线数据输入 线77将数据传输到第三控制装置72以指示在主控制装置70上的PWM计数器和第三控制 装置72上的PWM计数器之间的任何定时差异，从而允许第三控制装置72修改其PWM计数 器的定时以允许第三控制装置72上的PWM电压控制与主控制装置70同步地操作。
[0106] 与前面的实施方式一样，为了最小化DC母线电容和电磁噪声，在各个控制装置 70、71、72上的PWM计数器可相对于彼此偏移。
[0107] 对本领域中的技术人员将明显，所公开的主题可以用很多方法修改，并可采取除 了如上面特别阐述的优选形式以外的实施方式，例如可以用允许通过总线传输的数据的定 时与电动机部件的操作同步的任何通信总线来代替SPI总线。
【权利要求】
1. 一种用于电动机的控制系统，所述控制系统包括： 被布置成控制所述电动机的第一部件的操作的第一控制装置； 被布置成控制所述电动机的第二部件的操作的第二控制装置，其中所述第一控制装置 被布置成将第一信号传输到所述第二控制装置，所述第一信号用于指示通过第一通信链路 到所述第二控制装置的数据传输，其中所述第二控制装置被布置成使用所述第一信号的定 时来使所述第二部件的操作与所述第一部件的操作同步。
2. 如权利要求1所述的控制系统，其中所述第一部件是用于控制所述电动机的第一线 圈组中的电流的第一逆变器。
3. 如权利要求1或2所述的控制系统，其中所述第二部件是用于控制所述电动机的第 二线圈组中的电流的第二逆变器。
4. 如前述权利要求中的任一项所述的控制系统，其中所述第一通信链路是串行外围接 口总线。
5. 如权利要求4所述的控制系统，其中所述第一信号是芯片选择信号。
6. 如权利要求3所述的控制系统，其中使用脉冲宽度调制信号来控制所述第一逆变器 和第二逆变器的操作，其中使用所述第一信号将用于控制所述第二逆变器的脉冲宽度调制 信号的定时同步到用于控制所述第一逆变器的脉冲宽度调制信号的定时。
7. 如当从属于权利要求5时的权利要求6所述的控制系统，其中使用所述芯片选择的 定时将用于控制所述第二逆变器的脉冲宽度调制信号的定时同步到用于控制所述第一逆 变器的脉冲宽度调制信号的定时。
8. 如权利要求7所述的控制系统，其中用于控制所述第二逆变器的脉冲宽度调制信号 的定时相对于用于控制所述第一逆变器的脉冲宽度调制信号的定时偏移。
9. 如前述权利要求中的任一项所述的控制系统，还包括被布置成控制所述电动机的第 三部件的操作的第三控制装置，其中所述第三控制装置被布置成将第二信号传输到所述第 二控制装置，所述第二信号用于指示通过第二通信链路从所述第三控制装置到所述第二控 制装置的数据传输，其中所述第二控制装置被布置成使用所述第一信号和第二信号的定时 来确定定时校正，用于允许所述第三控制装置将所述第三部件的操作与所述第一部件的操 作同步。
10. 如权利要求9所述的控制系统，其中所述第二控制装置被布置成通过所述第二通 信链路将所述定时校正传输到所述第三控制装置。
11. 如权利要求9或10所述的控制系统，其中所述第三部件是用于控制所述电动机的 第三线圈组中的电流的第三逆变器。
12. 如权利要求9到11中的任一项所述的控制系统，其中所述第二通信链路是串行外 围接口总线。
13. 如权利要求12所述的控制系统，其中所述第二信号是芯片选择信号。
【文档编号】H02P5/74GK104104282SQ201410142537
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年4月10日 优先权日:2013年4月12日
【发明者】R·T·伯克, A·J·莫雷尔, T·J·马丁 申请人:普罗蒂恩电子有限公司