本发明设计一种电动汽车控制系统，尤其是一种电动汽车电机双编码器控制系统及其控制方法，以及一种电动汽车。
背景技术：
电机位置传感器主要分为：光电编码器、磁编码器和旋转变压器，现在电机驱动器中编码器主要采用磁阻式旋转变压器，编码器是检测元件，主要用来检测电机转角位置，解码器可以把编码器检测到的电机转角位置换算成直线运行距离，也可以通过计算单位时间内的脉冲数来算出电机转速，在电动汽车实际行驶过程中，不可避免会有遇到编码器掉线等失效的情况发生，一旦编码器掉线等失效紧急情况发生时，反馈速度异常，导致电机失控，常规的解决办法是车辆进入紧急制动，不足的是会出现电机抱死现象。此情况若在车辆高速运行的过程中发生则很可能引发事故，直接威胁驾驶员的生命安全。
因此，需要提供一种当编码器掉线等失效情况发生时，能让电动汽车继续平稳行驶的方法。
技术实现要素：
本发明针对现有技术中的不足，提供一种能在电动汽车编码器掉线等失效的情况发生时，能让电动汽车继续平稳行驶的电动汽车电机双编码器控制系统及其方法，以及一种电动汽车。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种电动汽车电机双编码器控制系统，包括电机单元、电机控制单元、编码器单元、解码器单元；
所述编码器单元包括第一编码器和第二编码器，第一编码器和第二编码器分别固定在所述电机单元上，与所述电机单元同步转动，所述第一编码器和第二编码器用于采集所述电机单元的运行参数；
所述解码器单元分别与所述编码器单元和所述电机控制单元连接，所述解码器单元用于将所述第一编码器和所述第二编码器所采集到的所述电机单元的运行参数解码并发送至所述电机控制单元；
所述电机控制单元连接所述电机单元，用于根据所述电机单元的运行参数控制所述电机单元。
本发明通过在电动汽车电机上设置第一编码器和第二编码器，当任一处于运行状态中的编码器失效时，电机控制单元可以采用另外一个功能正常的编码器所采集的电机单元运行参数参与电机的控制，防止了由于编码器失效从而导致的电机失控、车辆进入紧急制动、电机抱死的情况发生。
进一步，所述电机控制单元将所述第一编码器或第二编码器所测得的参数与对应的参照参数对比，若偏差超过设定值，则判定所述第一编码器或所述第二编码器失效，并停止使用失效的编码器所采集的所述电机单元的运行参数参与对所述电机单元的控制。解决了现有技术中无法判断编码器失效的问题。
在一种实施例中，所述解码器单元包括第一解码器和第二解码器，所述第一解码器与所述第一编码器和所述电机控制单元连接，所述第一解码器用于将所述第一编码器所采集到的参数解码并发送至所述电机控制单元；所述第二解码器与所述第二编码器和所述电机控制单元连接，所述第二解码器用于将所述第二编码器所采集到的参数解码并发送至所述电机控制单元。采用双解码器结构，可以使第一编码器和第二编码器处于一使用一备用状态或者同时工作状态。
在另一种实施例中，所述解码器单元包括第三解码器和切换装置，所述第三解码器与所述电机控制单元连接，所述切换装置分别与所述第一编码器、所述第二编码器、所述第三解码器和所述电机控制单元连接，所述切换装置接收所述电机控制单元的指令，切换所述第一编码器与所述第三解码器接通，或所述第二编码器与所述第三解码器接通。采用单解码器和切换装置，可以在一个编码器失效时，切为另一个编码器工作，节省了成本和空间。
进一步，还包括一个转速检测单元，所述转速检测单元与所述电机控制单元连接，所述转速检测单元检测所述电机单元转速，并将转速信号发送给所述电机控制单元，所述电机控制单元将所述第一编码器或第二编码器所采集的所述电机单元转速与所述转速检测单元所检测到的转速对比，若偏差超过设定值，则判定所述第一编码器或所述第二编码器失效，并停止使用失效的编码器所采集的运行参数参与对所述电机单元的控制。可将第一编码器和第二编码器所测得的转速与转速检测单元所测得的转速对比，增加了判断解码器失效的方式。
进一步，还包括一个显示装置，所述显示装置与所述电机控制单元连接，用于显示所述电机单元的转速。显示装置能使驾驶人员更直观和方便的检测电机转速。
本发明还提供一种电动汽车，包括本发明所提供的一种电动汽车电机双编码器控制系统。
本发明还提供一种电动汽车电机双编码器控制系统的控制方法：
包括以下步骤：
步骤1：所述电机控制单元将所述第一编码器或第二编码器所采集的电机单元的运行参数与对应的参照参数对比，若偏差超过设定值，则执行步骤2；
步骤2：所述电机控制单元停止使用偏差超过设定值的编码器所采集的运行参数参与对所述电机单元的控制。
其中，所当所述第一编码器处于工作状态时，所述第二编码器处于备用状态；当所述第二编码器处于工作状态时，所述第一编码器处于备用状态；
步骤2中，当所述电机控制单元停止使用失效的编码器所采集的运行参数参与对所述电机单元的控制时，所述电机控制单元将处于备用状态的编码器切换为工作状态。
其中，当所述第一编码器与所述第二编码器同处于工作状态时，所述电机控制单元使用所述第一编码器和所述第二编码器中所采集的运行参数的平均值参与对所述电机单元的控制。
作为本发明的进一步改进，所述解码器单元包括第三解码器和切换装置，所述第三解码器与所述电机控制单元连接，所述切换装置分别与所述第一编码器、所述第二编码器、所述第三解码器和所述电机控制单元连接；
步骤2中，所述电机控制单元停止使用与对应参照参数相对比偏差超过设定值的编码器所采集的运行参数参与对所述电机单元的控制的步骤包括：
步骤21：所述电机控制单元发送切换指令给所述切换装置，控制所述切换装置切换通道，切换偏差未超过设定值的编码器与所述第三解码器接通。
其中，步骤1中，所述参照参数为所述第一编码器或所述第二编码器前一时刻采集的所述电机单元的转速或角加速度。
作为本发明的进一步改进，所述电动汽车电机双编码器控制系统还包括一个转速检测单元，所述转速检测单元与所述电机控制单元连接，所述转速检测单元检测所述电机单元转速，并将转速信号发送给所述电机控制单元；
步骤1中，所述参照参数为所述转速检测单元实时采集的所述电机单元转速。
为了能更清晰的理解本发明，以下将结合附图说明阐述本发明的具体实施方式。
附图说明
图1是本发明第一实施例系统框图；
图2是本发明第二实施例系统框图。
具体实施方式
图1是本发明第一种实施例的系统框图，如图1所示，本实施例电动汽车电机双编码器控制系统包括：电机控制器10、三相逆变器20、电机30、第一编码器41、第二编码器42、第一解码器51、第二解码器52、转速检测单元80以及显示器90，其中，电机控制器10通过三相逆变器20控制电机30的启动、停止根据电机70的运行参数对电机70运行中的状态进行调整；第一编码器41和第二编码器42分别固定在电机70上，能够测量电机30的角位置、角加速度、转速和位移等运行参数，第一编码器41与第一解码器51连接，第一解码器51与电机控制器10连接，负责将第一编码器41所输出的参数解码为电机30的角位置、角加速度、速度和位移等参数并将上述参数发送至电机控制器10；第二编码器41与第二解码器51连接，第二解码器51与电机控制器10连接，负责将第二编码器41所输出的参数解码为电机30的角位置、角加速度、速度和位移等参数并将上述参数发送至电机控制器10；转速检测单元80安装于电机30上，能够实时监测电机30的转速，并将转速信号发送至电机控制器10，显示器90与电机控制器10连接，能从电机控制器10中获取电机30的转速信号，并显示。
本实施例中，第一编码器41和第二编码器42的工作方式有两种，下面分别作介绍。
第一种工作方式：第一编码器41和第二编码器42分别处于工作状态和备用状态。以下以第一编码器41处于工作状态，第二编码器42处于备用状态时的工作原理作详细说明：在电动汽车行驶时，第一解码器51将第一编码器41所采集到的信号转换为电机30的转速信号，发送至电机控制器10，同时，转速检测单元80也同步采集电机单元30的转速信号，并实时发送至电机控制器10，电机控制器10实时比较第一编码器41和转速检测单元80所检测到的转速信号，若两个转速信号的偏差超过设定值，则判定第一编码器41失效，同时，显示装置90上会显示报警信息，此时电机控制单元10发出信号切换为使用第二编码器42所采集的参数参与控制，并同时发出信号停止使用从第一编码器41中所采集的参数参与控制，此时切换完成。
在本工作方式中，电机控制器10采集处于工作状态的第一编码器41所检测的电机30的参数，并使用该参数参与电机控制；处于备用状态的第二编码器42，可以是停止检测状态，在本实施例中，处于备用状态的第二编码器42仍实时检测电机30的参数；电机控制单元可以不采集处于备用状态的第二编码器42所检测的电机的参数，或电机控制单元仍采集处于备用状态的第二编码器42所检测的电机参数，但不参与电机30的控制。
具体的，在本工作方式中，电机双编码器控制系统的控制方法包括以下步骤：
s10，第一编码器41工作，第二编码器42备用，判断第一编码器41是否发生掉线等失效故障；
s11，则电机控制器10启用第二编码器42所采集的信号参与控制，并同时停止使用第一编码器41采集的信号参与控制；
s12，电机控制器10输出控制信号控制电机30继续保持正常工作或者停止运行。
进一步的，步骤s10中判断其中一个编码器是否掉线等失效故障具体包括以下步骤：
步骤s101：计数安装在电机的编码器10的输出脉冲数；
步骤s102：根据编码器10脉冲计算电机转速v1。该步骤中，可通过以下公式计算电机当前转速：v＝dp/(t*n*k)，其中t为一个采样周期的时间，dp为当前采样周期中所采集到的编码器输出脉冲变化值，n为编码器线数,k为倍频系数；
步骤s103：同一时刻v1与信号检测单元80实时采集电机30的实际转速v0相对比，速度差：dv＝v0-v1；
步骤s104：连续的采样3个周期的转速差，偏差超出一定的范围，可判断第一编码器41采集信号失效。
步骤s10还可以采用其他方法，如：电机控制器10将第一编码器41所采集的电机30的转速信号与前一周期第一编码器41所采集的电机30的转速信号进行比较，若偏差超过设定值，则判定第一编码器41失效；本方法中，还可以进行连续三个周期的对比，以确保判断准确。采用此方法时，本实施例中也可以不使用转速检测单元80，以达到本发明想要达到的技术效果。
步骤s10还可以采用其他方法，如：电机控制器10将第一编码器41所采集的电机30的角加速度信号与前一周期第一编码器41所采集的电机30的角加速度信号进行比较，若偏差超过设定值，则判定第一编码器41失效；本方法中，还可以进行连续三个周期的对比，以确保判断准确。采用此方法时，本实施例中也可以不使用转速检测单元80，以达到本发明想要达到的技术效果。
第二种工作方式：第一编码器41和第二编码器42同时处于工作状态。在此工作方式中，电机控制器10同时采集第一编码器41和第二编码器42所检测的电机参数，并将第一编码器41和第二编码器42所检测的电机参数同时参与对电机30的控制，以下对本工作方式的工作原理做详细说明：在电动汽车行驶时，第一解码器51将第一编码器41所采集到的信号转换为电机30的转速信号，发送至电机控制器10，同时，第二解码器52也将第二编码器42所采集到的信号转换为电机30的转速信号发送至电机控制器10，同时，转速检测单元80也同步采集电机单元30的转速信号，并实时发送至电机控制器10，电机控制器10实时比较第一编码器41、第二编码器42所检测到的转速信号，若编码器41和编码器42所采集的转速参数基本一致，则电机控制器10计算两者的转速均值，使用该转速均值参与电机30的控制，并发送至显示装置90，同时，控制器10还将第一编码器41和第二编码器42所采集的转速信号分别与转速检测单元80所检测到的转速信号进行比较，若第一编码器41所采集的转速信号与转速检测单元80所检测到的转速信号偏差超过设定值，则判定第一编码器41失效，电机控制器10发出信号，停止使用第一编码器41所采集的参数参与控制，同时，显示装置90上会显示报警信息，同理，若第二编码器42所采集的转速与转速检测单元80所检测到的转速信号偏差超过设定值，则判定第二编码器42失效，电机控制器10发出信号，停止使用第二编码器42所采集的参数参与控制。
具体的，在本工作方式中，电机双编码器控制系统的控制方法包括以下步骤：
s20，第一编码器41与第二编码器42同时工作，电机控制器10对第一编码器41和第二编码器42所测得的电机30的转速进行实时检测对比，判断其中的一个编码器是否发生掉线等失效故障。
s21，若判定其中一个编码器失效，则电机控制器10发出信号停止使用故障编码器所采集的参数参与控制。
s22，电机控制器10输出控制信号控制电机30继续保持正常工作或者停止运行。
进一步的，步骤s20中判断其中一个编码器(此处以第一编码器41举例)是否掉线等失效故障具体包括以下步骤：
步骤s201：计数安装在电机的第一编码器41的输出脉冲数；
步骤s202：根据第一编码器41所输出的脉冲计算电机转速v1。该步骤中，可通过以下公式计算电机当前转速：v＝dp/(t*n*k)，其中t为一个采样周期的时间，dp为当前采样周期中所采集到的编码器输出脉冲变化值，n为编码器线数,k为倍频系数；
步骤s203：同一时刻v1与转速检测单元80实时采集电机30的实际转速v0相对比，速度差：dv＝v0-v1；
步骤s204：连续的采样3个周期的转速差，偏差超出一定的范围，可判断第一编码器41采集信号失效。
步骤s20还可以采用其他方法，如：电机控制器10将第一编码器41所采集的电机30的转速信号分别与前一周期第一编码器41所采集的电机30的转速信号进行比较，若偏差超过设定值，则判定第一编码器41失效；本方法中，还可以进行连续三个周期的对比，以确保判断准确。采用此方法时，本实施例中也可以不使用转速检测单元80，以达到本发明想要达到的技术效果。
步骤s20还可以采用其他方法，如：电机控制器10将第一编码器41所采集的电机30的角加速度信号与前一周期第一编码器41所采集的电机30的角加速度信号进行比较，若偏差超过设定值，则判定第一编码器41失效；本方法中，还可以进行连续三个周期的对比，以确保判断准确。采用此方法时，本实施例中也可以不使用转速检测单元80，以达到本发明想要达到的技术效果。
图2是本发明第二种实施例的系统框图，如图2所示，本实施例电动汽车电机双编码器控制系统包括：电机控制器10、三相逆变器20、电机30、第一编码器41、第二编码器42、第三解码器53、切换装置60、转速检测单元80以及显示器90，其中，电机控制器10通过三相逆变器20控制电机30的启动、停止以及根据电机70的运行参数对电机70运行中的状态进行调整；第一编码器41和第二编码器42分别固定在电机70上，能够测量电机30的角位置、角加速度、转速和位移等运行参数，第一编码器41和第二编码器42分别于与切换装置60连接，切换装置60还分别与电机控制器10和第三解码器53连接，可接收电机控制器10的控制指令，实时切换为第一编码器41与第三解码器53接通、第二编码器42与第三解码器53断开和第一编码器41与第三解码器53断开、第二编码器42与第三解码器53接通两种工作状态，第三解码器53与电机控制器10连接，负责将第一编码器41或第二编码器42所输出的参数解码为电机30的角位置、角加速度、转速和位移等参数并将上述参数发送至电机控制器10；转速检测单元80安装于电机30上，能够实时监测电机30的转速，并将转速信号发送至电机控制器10，显示器90与电机控制器10连接，能从电机控制器10中获取电机30的转速信号，并显示。
本实施例的工作原理为：在电动汽车行驶时，切换装置60仅同时接通一个编码器与第三解码器53的连接，以下以第一编码器41与第三解码器53连接，第二编码器42与第三解码器53断开为例作详细说明：第三解码器53将第一编码器41所采集到的信号转换为电机30的转速信号，发送至电机控制器10，同时，转速检测单元80也同步采集电机单元30的转速信号，并实时发送至电机控制器10，电机控制器10实时比较第一编码器41和转速检测单元80所检测到的转速信号，若两个转速信号的偏差超过设定值，则判定第一编码器41失效，同时，显示装置90上会显示报警信息，此时电机控制单元10发出控制指令给切换装置60，切换装置60接收到控制指令后，作出切换动作，将第一编码器41与第三解码器53的连接断开，并连接第二编码器42与第三解码器53，此时切换完成。
具体的，在本实施例中，电机双编码系统的控制方法包括以下步骤：
s30，第一编码器41工作，第二编码器42备用，处于备用状态的第二编码器42，可以是停止检测状态，在本实施例中，处于备用状态的第二编码器42仍实时检测电机参数，切换装置使第二编码器42与第三解码器53的连接处于断开状态，使第一编码器41与第三解码器53的连接处于接通状态，电机控制器10判断第一编码器41是否发生失效故障；
s31，若判定第一编码器41发生失效故障，电机控制器10发出控制指令给切换装置60，切换装置60接收到控制指令后，作出切换动作，将第一编码器41与第三解码器53的连接断开，并同时连接第二编码器42与第三解码器53，此时电机控制器10使用第二解码器42所采集的参数进行控制；
s32，电机控制器10输出控制信号控制电机30继续保持正常工作或者停止运行。
进一步的，步骤s30中电机控制器10判断第一编码器41是否掉线等失效故障具体包括以下步骤：
步骤s301：第一编码器41实时采集电机位置角θ1；
步骤s302：计算角加速度α1，该步骤中，可通过以下公式计算电机当前角加速度：α＝(θ1-θ0)/δt2，其中δt为一个采样周期的时间，θ1为编码器在δt时间内采集的电机转动的相对位置角度，θ0为其前一时刻在δt时间内采集的电机转动的相对位置角度，由α＝δω/δt，ω＝δθ/δt，δθ＝θ1-θ0，故α＝δθ/δt2＝(θ1-θ0)/δt2；
步骤s303：计算角加速度差δα＝α1-α0，其中α1为编码器实时采集的电机角加速度，α0为上一个采集周期内电机的角加速度；
步骤s304：连续的采样3个周期的角加速度差，偏差超出一定的范围，可判断第一编码器41采集信号失效。
若采用以上步骤s301-s304，则本实施例中也可以不使用转速检测单元80，就能达到本发明想要达到的技术效果。
步骤s30还可以采用其他方法，如：电机控制器10将第一编码器41所采集的电机30的转速信号与前一周期第一编码器41所采集的电机30的转速信号进行比较，若偏差超过设定值，则判定第一编码器41失效；本方法中，还可以进行连续三个周期的对比，以确保判断准确。采用此方法时，本实施例中也可以不使用转速检测单元80，以达到本发明想要达到的技术效果。
步骤s30还可以采用其他方法，如电机控制器10将第一编码器41所采集的电机30的转速信号与转速检测单元80所实时采集的转速信号进行比较，若偏差超过设定值，这判定第一编码器41失效，本方法中，还可以进行连续三个周期的对比，以确保判断准确。
本发明还提供一种电动汽车，本发明电动汽车采用上述电动汽车电机双编码器控制系统，并且在使用上述控制方法时，可以使电动汽车高速行驶过程中发生编码器失效等故障时，进行快速无扰的切换，将单编码器失效等故障所引起的不可控的失效转化为可控的失效，有效的避免电机失控、车辆进入紧急制动和电机抱死现象，可以使高速行驶的本发明电动汽车安全平稳的行驶，避免事故的发生。
本发明并不局限于上述实施方式，本发明中，编码器可以采用光电编码器、磁编码器或旋转变压器，如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形。