用于选择性短接马达绕组的马达控制系统及方法与流程

1.本公开总体上涉及用于控制马达的系统、设备和方法。更具体地，本公开的一些实施方式涉及用于选择性地短接马达绕组从而使马达能够产生制动扭矩的马达控制及方法。


背景技术：

2.车辆需要转向系统来控制行驶的方向。以前，一直使用机械转向系统。机械转向系统通常包括方向盘和车辆的地轮之间的机械联动装置或者机械连接。因此，方向盘的移动引起地轮的相应移动。这种机械系统的动作通常是通过使用液压辅助装置或电动马达进行动力辅助的。
3.机械转向系统正在被电驱动的转向系统所取代或补充，通常被称为“线控转向”系统。这种线控转向系统利用电辅助的致动器在不同程度上取代了例如方向盘和车辆轮之间的机械联动装置。线控转向系统旨在通过使用电控马达改变车轮的方向来消除方向盘和车轮之间的物理或机械连接，并向驾驶员提供反馈。
4.正是基于这些和其他一般考虑，描述了以下的实施方式。另外，尽管已经讨论了相对具体的问题，但应该理解的是，这些实施方式不应限于解决背景技术中认定的具体问题。


技术实现要素：

5.技术问题
6.本公开的目的是提供一种马达控制和方法，用于选择性地短接马达绕组，从而使马达可以产生制动扭矩。
7.技术方案
8.根据以下应与附图一起阅读的详细描述以及附在详细描述后面的权利要求书，本公开的特征和优点将更容易被理解并且显而易见。
9.本公开的各种实施方式可以提供一种马达控制系统，该系统被配置成短接马达的马达绕组，以便在马达的所有或某些电控单元暂停、禁用或故障时，马达产生制动扭矩。例如，马达控制系统可以使用上拉电阻器将电源(如电池)的电压供应给逆变器的一些开关(例如，但不限于下侧开关)，以便马达的马达绕组可以被短接。
10.根据本公开的一些实施方式，马达控制系统可以包括：马达，其包括多个马达绕组；以及与所述马达电连接的电控单元，每个所述电控单元均包括逆变器，该逆变器被配置成接收直流(dc)电压并向所述马达绕组输出交流(ac)电压以控制所述马达。所述电控单元中的至少一者可以包括：连接到电源的dc总线；第一开关，每个所述第一开关均与相应的一个所述马达绕组连接；第二开关，每个所述第二开关均与所述dc总线和相应的一个所述马达绕组连接，其中每个所述第二开关均与相应的一个所述第一开关成一对；第一开关驱动器，该第一开关驱动器被配置成产生驱动信号以驱动所述第一和第二开关；第一电阻器，每个所述第一电阻均连接在所述dc总线和相应的一个所述第二开关之间。第一电阻可以被配置成上拉由dc总线提供应第二开关的电压。
11.此外，根据本公开的某些实施方式，马达控制系统可以还包括开关模块，该模块被配置成选择性地将马达短接部件与dc总线连接或断开。该开关模块可以包括连接在dc总线和第一电阻器之间的第四开关。
12.dc总线可以被配置成经由第一电阻器(或经由第四开关和第一电阻器)向第二开关供应电压，每个第一电阻器均连接在dc总线和第二开关中的相应一者之间，以便第二开关可以在第一开关驱动器不产生驱动信号的状态下(例如，第一开关驱动器暂停、禁用、故障或处于高阻抗状态)短接马达绕组。dc总线可以被配置成通过向第二开关供应由第一电阻器上拉的电压来接通第二开关，以便在第一开关驱动器不产生驱动信号的状态下将马达绕组短接。
13.第一开关驱动器可以被配置成产生一个或多个驱动信号，这些驱动信号控制第二开关以不短接马达绕组。
14.至少一个电控单元可以还包括第二电阻器。第二电阻器可以比第一电阻器具有更大的电阻。每个第二电阻器均与第二开关中的相应一者连接，以便第一开关驱动器的输入到第二开关的一个或多个驱动信号可以使第二开关不短接马达绕组。
15.至少一个电控单元可以还包括：第三开关，每个第三开关均连接在马达绕组中的相应一者与成对的第一和第二开关之间的点之间；以及第二开关驱动器，该第二开关驱动器被配置成控制第三开关以选择性地将至少一个电控单元与马达绕组连接或断开。
16.根据本公开的某些实施方式，马达控制系统可以包括：包括多个马达绕组的马达；多个与马达电连接的电控单元，每个电控单元均包括逆变器，该逆变器被配置成接收直流(dc)电压并向马达绕组输出交流(ac)电压以控制马达，其中至少一个电控单元包括：连接到电源的dc总线，该dc总线具有第一和第二节点；第一开关驱动器，该第一开关驱动器被配置成产生驱动信号以驱动第一和第二开关；第一开关，该第一开关之一具有与dc总线的第一节点连接的第一端子；被配置成接收第一开关驱动器的驱动信号之一的第二端子；以及与第二开关之一和马达绕组之一连接的第三端子；第二开关，第二开关之一具有与第一开关之一和马达绕组之一连接的第一端子；被配置成接收第一开关驱动器的另一个驱动信号的第二端子；以及与dc总线的第二节点连接的第三端子；以及第一电阻器，第一电阻器之一连接在dc总线的第一节点和第二开关之一的第二端子之间。第一电阻器可以被配置成上拉由dc总线供应给第二开关的电压。
17.第二开关可以被配置成借助经由第一电阻器供应的dc总线的电压而接通，以便第二开关在第一开关驱动器不产生驱动信号的状态下将马达绕组与dc总线的第二节点短接。
18.至少一个电控单元可以还包括第二电阻器。比第一电阻器具有更大电阻的第二电阻器之一可以连接在第二开关之一的第二和第三端子之间。第一开关驱动器可以被配置成向第二开关输出一个或多个驱动信号，该驱动信号控制第二开关以不短接马达绕组。
19.至少一个电控单元可以还包括：第三开关，第三开关之一连接在马达绕组之一与第一开关之一的第三端子和第二开关之一的第一端子之间的点之间；以及第二开关驱动器，该第二开关驱动器被配置成控制第三开关以选择性地将至少一个电控单元与马达绕组连接或断开。
20.dc总线可以被配置成，当所有的电控单元被禁用时，经由第一电阻器向至少一个电控单元的第二开关供应电压，以便至少一个电控单元的第二开关可以短接马达绕组。
21.提供发明内容为了以简化的形式介绍一些概念，下面的详细描述中进一步描述了这些概念。本发明内容不意图确定所要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不意图用来限制所要求保护的主题的范围。
22.有益效果
23.根据本公开的各个实施方式的马达控制系统可以提供一种马达控制和方法，用于选择性地短接马达绕组，从而使马达可以产生制动扭矩。
附图说明
24.将参考附图描述根据本公开的各种实施方式，在附图中：
25.图1是包括根据本公开的一个实施方式的线控转向系统的车辆的示意图；
26.图2是根据本公开的一个实施方式的马达控制系统的示意图；以及
27.图3是根据本公开的一个实施方式的马达控制系统的概念性电路图，该系统包括用于选择性地短接马达绕组的部件。
28.除非另有说明，不同图中的相应附图标记和符号一般指的是相应的部分。绘制这些图是为了清楚地说明实施方式的相关方面，并且不一定按比例绘制。
具体实施方式
29.在下面的详细描述中，参考了附图，这些附图构成本公开的一部分，并且在附图中以说明的方式示出了可以实践本发明的具体实施方式。足够详细地描述这些实施方式，以使本领域的技术人员能够实践本发明，而且应当理解，可以利用其他实施方式，并且在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以进行结构、逻辑和电气的改变。因此，下面的详细描述不应视为限制性的，并且本发明的范围仅由所附的权利要求书及其等同物限定。图中类似的附图标记指的是类似的部件，这一点根据使用背景应该是明显的。
30.现在请参考图1，示出了车辆1中使用的线控转向系统10。线控转向系统10允许车辆1的驾驶员或操作者通过操纵方向盘20来控制车辆1的方向或车辆1的地轮30的方向。方向盘20与转向轴(或转向柱)22在操作上联接。方向盘20可以直接或间接地与转向轴22连接。例如，方向盘20可以借助齿轮、轴、皮带和/或任何连接手段与转向轴22连接。转向轴22可以安装在壳体24内，使得转向轴22在壳体24内可旋转。
31.车轮30可以与转向节连接，而转向节又与拉杆连接。拉杆与转向组件32连接。转向组件32可以包括转向致动器马达34(例如，电动马达)和转向杆36。转向杆36可以在操作上联接到转向致动器马达34，使得转向致动器马达34适于移动转向杆36。转向杆36的移动借助转向节和拉杆来控制车轮30的方向。
32.一个或多个传感器40可以被配置成检测转向轴22或方向盘20的位置、角位移或行程25，以及检测角位移的扭矩。传感器40向控制器50提供指示角位移和扭矩25的电信号。控制器50向/从转向致动器马达34发送/接收信号，以响应于方向盘20的角位移25而致动转向致动器马达34。
33.在使用中，方向盘20进行角位移25，使得转向轴22也可以进行角位移。传感器40检测转向轴22的角位移和扭矩25，并且传感器40向控制器50发送指示转向轴22的角位移的相对量的信号。控制器50向转向致动器马达34发送指示角位移30的相对量的信号。作为响应，
转向致动器马达34横向移动转向杆36，使得地轮30转动。因此，控制器50基于转向轴22的角位移25的量来控制转向杆36移动的距离。转向杆36的移动操纵拉杆和转向节以重新定位车辆1的地轮30。因此，当方向盘20转动时，地轮30转动。
34.在线控转向系统中，方向盘20可以与地轮30机械地隔离。例如，线控转向系统不具有将方向盘25从车轮30连接的机械链接。因此，线控转向系统需要为驾驶员或操作者提供与直接机械链接的情况下驾驶员接收到的“路感”相同的“路感”。此外，希望具有一种装置，该装置在线控转向系统中出现多种电子故障的情况下提供机械后备“路感”。此外，还希望有一种装置，该装置在手轮旋转时提供正中感和准确的扭矩变化。
35.因此，车辆1可以包括反馈致动器(fba)或转向感觉致动器(sfa)28。反馈致动器或转向感觉致动器28可以包括与转向轴或转向柱22连接的电动马达(例如图2的马达210)。例如，齿轮或皮带组件可以将反馈致动器28的输出连接到转向轴22。另选地，反馈致动器28可以直接与转向轴22联接。反馈致动器28可致动以提供对方向盘20的旋转的阻力。控制器50与传感器40和反馈致动器28在操作上联接。控制器50从传感器40接收指示方向盘20的应用扭矩和角旋转的信号。响应于来自传感器40的信号，控制器50产生并传输与传感器40感测到的方向盘20的扭矩和角旋转相对应的信号，并且反馈致动器28响应于控制器50的信号产生对方向盘20的旋转的阻力扭矩，以便向驾驶员提供路感。然而，当反馈致动器28的反馈由于诸如逆变器及其控制故障之类的系统故障而被消除时，驾驶员会有与地轮分离的不舒服的感觉，不太能控制，并且会倾向于将车辆过度转向，特别是在诸如急转弯或突然转弯之类的要求高的情况下。
36.因此，根据本公开的一些实施方式，马达控制系统被配置成在车辆中电池电力可用的情况下，将包括在例如但不限于反馈致动器或转向感觉致动器中的马达的马达绕组短接，以便在反馈致动器或转向感觉致动器的所有或一些电控单元被禁用或故障时，马达向方向盘提供制动扭矩。这可以防止驾驶员转向过度。
37.图2是根据本公开的一个实施方式的马达控制系统的示意图。
38.电源200-1至200-n(n是大于1的正整数)被配置成向电控单元(ecu)1至n中的相应一者供应电力。电源200-1至200-n向ecu 1至n中的相应一者供应电力。例如，电源200-1至200-n可以是电池205-1至205-n。电源200-1至200-n可以分别借助电力线pw-1至pw-n和地线gnd-1至gnd-n电连接到ecu 1至n。
39.马达210可以是例如但不限于包括多个马达绕组215-1至215-m(m是大于1的正整数)的多相马达。马达210可以具有多个马达相端子mp-1至mp-m，这些马达相端子连接到马达绕组215-1至215-m中的相应一者。例如，马达210可以是多相ac永磁马达。在图3所示的示例性实施方式中，马达210可以是三相永磁马达，其具有u相绕组215-1、v相绕组215-2和w相绕组215-3，但应理解本公开的实施方式不应限于此。本领域普通技术人员可以理解，本公开可以用两相马达或多于三相的马达来实施。
40.ecu 1至n分别包括多相(m相)逆变器inv 1至n。逆变器inv 1至n与连接到马达绕组215-1至215-m中相应一者的马达相端子mp-1至mp-m联接。逆变器inv 1至n从电源200-1至200-n接收电力，并将从电源200-1至200-n提供的直流(dc)电压转换成交流(ac)电压。由逆变器inv 1至n产生的输出借助马达相端子mp-1至mp-m应用到马达绕组215-1至215-m，以驱动多相(m相)马达210。
41.ecu 1至n可以具有例如但不限于电路、微处理器或计算机中的一者或多者，它们监测并物理地改变马达控制系统15的操作条件。ecu 1至n也可以被配置成接受来自广泛的输入和输出装置的输入和输出，以用于接收或发送数值。
42.ecu 1至n中的一个或多个可以包括与其逆变器连接的马达短接部件370。马达短接部件370可以被配置成选择性地短接马达相端子mp-1至mp-m，或者控制或使逆变器inv n在所有ecu 1至n都不活动、禁用、故障或处于高阻抗状态下短接马达相端子mp-1至mp-m。例如，当所有ecu 1至n都没有从驱动包括在逆变器中的开关的任何开关驱动器接收到驱动信号时，马达短接部件370被配置成短接马达相端子mp-1至mp-m，以便马达210可以产生制动扭矩。然而，当ecu 1至n中的至少一者接收到来自开关驱动器的驱动信号时(例如，ecu 1至n中的任一者被启用)，马达相端子mp-1至mp-m的短接被消除或马达相端子mp-1至mp-m不被短接。例如，ecu n的马达短接部件370可以分别与ecu 1至n连接，以接收来自ecu 1至n的控制信号ctl-1至ctl-(n)。当ecu n的马达短接部件370从ecu 1至n接收到控制信号ctl-1至ctl-(n)中的至少一者时，ecu n的马达短接部件370不短接马达绕组215-1、215-2、215-3，释放马达绕组215-1、215-2、215-3的短接。当ecu 1至n被正确初始化或激活或处于活动状态时，ecu 1至n可以产生控制信号ctl-1至ctl-(n)。
43.图3是根据本公开的一个实施方式的马达控制系统的概念性电路图，该马达控制系统包括用于选择性地短接马达相端子的部件。应该注意的是，图3中的三相马达210并不限于这种实现方式；相反，图3仅仅是如何在一种实现方式中实现三相马达210的一个示例。本领域普通技术人员将理解，本公开可以用多于三相的马达来实现。
44.dc总线350-1可以被配置成向主ecu 1供应电力。dc总线350-1可以连接到图2的电源200-1。该电源可以是例如但不限于一个或多个dc电池、燃料电池、发电机、功率转换器等。例如，dc总线350-1的第一节点(例如正节点或高压节点)经由电力线pw-1与电池205-1连接，并且dc总线350-1的第二节点(例如负节点或低压节点)经由地线gnd-1与电池205-1连接。
45.主ecu 1可以包括逆变器inv 1。逆变器inv 1可以被配置成向马达210提供具有可变幅度和频率的受控电力。逆变器inv 1可以包括：第一逆变器子模块310-1a，其包括第一开关sw1a-1和第二开关sw2a-1；第二逆变器子模块310-1b，其包括第一开关sw1b-1和第二开关sw2b-1；以及第三逆变器子模块310-1c，其包括第一开关sw1c-1和第二开关sw2c-1。第一开关sw1a-1、sw1b-1、sw1c-1和第二开关sw2a-1、sw2b-1、sw2c-1被组织成对，每对均连接到相应的相。在本实施方式中，在相u中，第一逆变器子模块310-1a与马达绕组215-1联接，在相v中，第二逆变器子模块310-1b与马达绕组215-2联接，并且在相w中，第三逆变器子模块310-1c与马达绕组215-3联接。如图2中所示，马达绕组215-1、215-2、215-3在中性点处连接在一起。进入马达绕组215-1的电流流出马达绕组215-2、215-3，进入马达绕组215-2的电流流出马达绕组215-1、215-3，并且进入马达绕组215-3的电流流出马达绕组215-1、215-2。而且，从马达绕组215-1出来的电流流入马达绕组215-2、215-3中，从马达绕组215-2出来的电流流入马达绕组215-1、215-3中，并且从马达绕组215-3出来的电流流入马达绕组215-1、215-2中。
46.开关sw1a-1、sw1b-1、sw1c-1、sw2a-1、sw2b-1、sw2c-1可以是任何合适的开关装置，例如金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)、绝缘栅双极晶体管(igbt)或任何其他
合适的功率半导体或晶体管装置。在图3所示的示例性实施方式中，开关sw1a-1、sw1b-1、sw1c-1、sw2a-1、sw2b-1、sw2c-1被示出为n沟道增强模式mosfet，但不限于此。开关sw1a-1、sw1b-1、sw1c-1、sw2a-1、sw2b-1、sw2c-1还可以包括集成的续流二极管。另选地，续流二极管可以被单独提供，并与开关sw1a-1、sw1b-1、sw1c-1、sw2a-1、sw2b-1、sw2c-1并列放置。
47.逆变器inv 1具有三个第一开关sw1a-1、sw1b-1、sw1c-1(上侧开关)和三个第二开关sw2a-1、sw2b-1、sw2c-1(下侧开关)，以适当地切换电压并为马达210的马达绕组215-1、215-2、215-3提供三相通电。第一开关sw1a-1、sw1b-1、sw1c-1的第一端子(例如，漏极)与dc总线350-1的第一节点(例如，高压节点)连接，第一开关sw1a-1、sw1b-1、sw1c-1的第二端子(例如，栅极)与第一开关驱动器(例如，逆变器栅极驱动器)330-1连接，并且第一开关sw1a-1、sw1b-1、sw1c-1的第三端子(例如，源极)与第二开关sw2a-1、sw2b-1、sw2c-1中的相应一者和马达绕组215-1、215-2、215-3中的相应一者连接。第二开关sw2a-1、sw2b-1、sw2c-1的第一端子(例如，漏极)与第一开关sw1a-1、sw1b-1、sw1c-1中的相应一者和马达绕组215-1、215-2、215-3中的相应一者连接，第二开关sw2a-1、sw2b-1、sw2c-1的第二端子(例如，栅极)与第一开关驱动器(例如，逆变器栅极驱动器)330-1连接，并且第二开关sw2a-1、sw2b-1、sw2c-1的第三端子(例如，源极)与dc总线350-1的第二节点(例如，低压节点)连接。此外，第二电阻器(或下拉电阻器)r2可以与开关sw1a-1、sw1b-1、sw1c-1、sw2a-1、sw2b-1、sw2c-1连接。例如，下拉电阻器r2可以连接在开关sw1a-1、sw1b-1、sw1c-1、sw2a-1、sw2b-1、sw2c-1的第二端子(例如，栅极)和第三端子(例如，源极)之间。
48.第一开关驱动器(例如，逆变器栅极驱动器)330-1被配置成控制第一逆变器inv1并呈现来自马达210的方向、扭矩或速度控制输出。第一开关驱动器330-1可以使用若干工具完成此任务，并可以包括任何合适的处理器，该处理器被配置成执行可以控制逆变器inv 1和马达210的控制逻辑。第一开关驱动器330-1可以被配置成产生驱动信号并将驱动信号输出到开关sw1a-1、sw1b-1、sw1c-1、sw2a-1、sw2b-1、sw2c-1，以便根据从控制器380接收的脉冲宽度调制(pwm)占空比命令来控制开关sw1a-1、sw1b-1、sw1c-1、sw2a-1、sw2b-1、sw2c-1的接通和断开。第一开关驱动器330-1的驱动信号可以接通或断开开关sw1a-1、sw1b-1、sw1c-1、sw2a-1、sw2b-1、sw2c-1，以便将马达210的相电压的基本分量调节到所需的振幅、相位和频率。第一开关驱动器330-1还可以包括任何其他合适的装置或模块(例如像时钟、电源等一样的辅助装置)。此外，任何其他合适的装置可以放置成与其他部件(例如一个或多个传感器、其他控制器等)通信。
49.第一逆变器inv 1可以直接连接到马达210。另选地，第一逆变器inv 1可以间接地连接到马达210。例如，如图3中所示，第三开关sw3a-1、sw3b-1、sw3c-1分别连接在逆变器子模块310-1a、310-1b、310-1c的输出(例如第一开关sw1a-1、sw1b-1、sw1c-1和第二开关sw2a-1、sw2b-1、sw2c-1之间的点)和马达绕组215-1、215-2、215-3之间。第二开关驱动器(例如，相位断开栅极驱动器)340-1可以被配置成产生对第三开关sw3a-1、sw3b-1、sw3c-1的控制信号以接通或断开第三开关sw3a-1、sw3b-1、sw3c-1。第三开关sw3a-1、sw3b-1、sw3c-1的第一端子(例如，漏极)分别与马达绕组215-1、215-2、215-3连接，第三开关sw3a-1、sw3b-1、sw3c-1的第二端子(例如，栅极)与第二开关驱动器(例如，相位断开栅极驱动器)340-1连接以接收栅极驱动信号，并且第三开关sw3a-1、sw3b-1、sw3c-1的第三端子(例如，源极)分别与逆变器子模块310-1a、310-1b、310-1c连接。第二电阻器(例如下拉电阻器)r2
可以连接在第三开关sw3a-1、sw3b-1、sw3c-1的第二端子(例如，栅极)和第三端子(例，如源极)之间。当第三开关sw3a-1、sw3b-1、sw3c-1断开(即打开)时，主ecu 1的第一逆变器inv 1与马达210和/或其他ecu 2至n断开。然而，当第三开关sw3a-1、sw3b-1、sw3c-1接通(即，闭合)时，主ecu 1的第一逆变器inv 1与马达210连接。例如，通常，第三开关sw3a-1、sw3b-1、sw3c-1接通，但只有在预定条件下(例如主ecu 1的预设故障条件)，第二开关驱动器340-1才可以断开第三开关sw3a-1、sw3b-1、sw3c-1，以便将主ecu 1的第一逆变器inv 1从马达210和/或其他ecu 2至n断开，从而保护马达210和/或其他ecu 2至n。
50.马达控制系统300可以具有一个或多个额外的ecu，这些ecu是上述主ecu 1的副本。例如，ecu 2至n-1可以具有与主ecu 1相同的部件、配置、操作和连接。ecu 2至n-1是主ecu 1的冗余，以作为主ecu 1的后备。当主ecu 1活动时，ecu 2至n-1中包括的第一开关和第二开关可以断开，而ecu 2至n-1中包括的第三开关可以接通。
51.马达控制系统300可以还包括备用ecu n。当图2的所有ecu 1至n-1被禁用时，备用ecu n可以驱动马达210。
52.备用ecu n可以包括主ecu 1中包括的一些或所有部件。而且，额外的或另选的部件(例如马达短接部件370)可以包括在备用ecu n中。
53.dc总线350-n可以被配置成向备用ecu n供应电力。dc总线350-n可以连接到图2的电源200-n。该电源可以是例如但不限于一个或多个dc电池、燃料电池、发电机、功率转换器等。例如，dc总线350-n的第一节点(例如，正节点或高压节点)经由电力线pw-n与电池205-n连接，并且dc总线350-n的第二节点(例如，负节点或低压节点)经由地线gnd-n与电池205-n连接。
54.备用ecu n可以包括逆变器inv n。逆变器inv n可以被配置成向马达210提供具有可变幅度和频率的受控电力。逆变器inv n可以包括：第一逆变器子模块310-na，其包括第一开关sw1a-n和第二开关sw2a-n；第二逆变器子模块310-nb，其包括第一开关sw1b-n和第二开关sw2b-n；以及第三逆变器子模块310-nc，其包括第一开关sw1c-n和第二开关sw2c-n。第一开关sw1a-n、sw1b-n、sw1c-n和第二开关sw2a-n、sw2b-n、sw2c-n被组织成对，每对均连接到相应的相。在本实施方式中，在相u中，第一逆变器子模块310-na与马达绕组215-1联接，在相v中，第二逆变器子模块310-nb与马达绕组215-2联接，并且在相w中，第三逆变器子模块310-nc与马达绕组215-3联接。如图2中所示，马达绕组215-1、215-2、215-3在中性点处连接在一起。进入马达绕组215-1的电流流出马达绕组215-2、215-3，进入马达绕组215-2的电流流出马达绕组215-1、215-3，并且进入马达绕组215-3的电流流出马达绕组215-1、215-2。而且，从马达绕组215-1出来的电流流入马达绕组215-2、215-3中，从马达绕组215-2出来的电流流入马达绕组215-1、215-3中，并且从马达绕组215-3出来的电流流入马达绕组215-1、215-2中。
55.开关sw1a-n、sw1b-n、sw1c-n、sw2a-n、sw2b-n、sw2c-n可以是任何合适的开关装置，例如mosfet、igbt或任何其他合适的功率半导体或晶体管装置。在图3所示的示例性实施方式中，开关sw1a-n、sw1b-n、sw1c-n、sw2a-n、sw2b-n、sw2c-n被示出为n沟道增强模式mosfet，但不限于此。开关sw1a-n、sw1b-n、sw1c-n、sw2a-n、sw2b-n、sw2c-n还可以包括集成的续流二极管。另选地，续流二极管可以被单独提供，并与开关sw1a-n、sw1b-n、sw1c-n、sw2a-n、sw2b-n、sw2c-n并列放置。
56.逆变器inv n具有三个第一开关sw1a-n、sw1b-n、sw1c-n(上侧开关)和三个第二开关sw2a-n、sw2b-n、sw2c-n(下侧开关)，以适当地切换电压并为马达210的马达绕组215-1、215-2、215-3提供三相通电。第一开关sw1a-n、sw1b-n、sw1c-n的第一端子(例如，漏极)与dc总线350-n的第一节点(例如，高压节点)连接，第一开关sw1a-n、sw1b-n、sw1c-n的第二端子(例如，栅极)与第一开关驱动器(例如，逆变器栅极驱动器)330-n连接，并且第一开关sw1a-n、sw1b-n、sw1c-n的第三端子(例如，源极)与第二开关sw2a-n、sw2b-n、sw2c-n中的相应一者和马达绕组215-1、215-2、215-3中的相应一者连接。第二开关sw2a-n、sw2b-n、sw2c-n的第一端子(例如，漏极)与第一开关sw1a-n、sw1b-n、sw1c-n中的相应一者和马达绕组215-1、215-2、215-3中的相应一者连接，第二开关sw2a-n、sw2b-n、sw2c-n的第二端子(例如，栅极)与第一开关驱动器(例如，逆变器栅极驱动器)330-n连接，并且第二开关sw2a-n、sw2b-n、sw2c-n的第三端子(例如，源极)与dc总线350-n的第二节点(例如，低压节点)连接。
57.此外，在备用ecu n中，第二开关sw2a-n、sw2b-n、sw2c-n(下侧开关)的第二端子(例如，栅极)还可以借助第一电阻器r1和第四开关sw4与dc总线350-n的第一节点(例如，高压节点)连接。这将在下文中进一步详细描述。另外，第二电阻器(或下拉电阻器)r2可以与开关sw1a-n、sw1b-n、sw1c-n、sw2a-n、sw2b-n、sw2c-n连接。例如，下拉电阻器r2可以连接在开关sw1a-n、sw1b-n、sw1c-n、sw2a-n、sw2b-n、sw2c-n的第二端子(例如，栅极)和第三端子(例如，源极)之间。
58.第一开关驱动器(例如，逆变器栅极驱动器)330-n被配置成控制第n逆变器inv n并呈现来自马达210的扭矩或速度控制输出。第一开关驱动器330-n可以使用若干工具完成此任务，并可以包括任何合适的处理器，该处理器被配置成执行可以控制逆变器inv n和马达210的控制逻辑。第一开关驱动器330-n可以被配置成产生驱动信号并将驱动信号输出到开关sw1a-n、sw1b-n、sw1c-n、sw2a-n、sw2b-n、sw2c-n，以便根据脉冲宽度调制(pwm)占空比命令来控制开关sw1a-n、sw1b-n、sw1c-n、sw2a-n、sw2b-n、sw2c-n的接通和断开。第一开关驱动器330-n的驱动信号可以接通和断开开关sw1a-n、sw1b-n、sw1c-n、sw2a-n、sw2b-n、sw2c-n，以便将马达210的相电压调节到所需的幅值、相位和频率。第一开关驱动器330-n也可以包括任何其他合适的装置或模块(如像时钟、电源等一样的辅助装置)。此外，任何其他合适的装置都可以放置成与其他部件(如一个或多个传感器、其他控制器或驱动器等)通信。
59.第n逆变器inv n可以直接连接到马达210。另选地，第n逆变器inv n可以间接地连接到马达210。例如，如图3中所示，第三开关sw3a-n、sw3b-n、sw3c-n分别连接在逆变器子模块310-na、310-nb、310-nc的输出(例如第一开关sw1a-n、sw1b-n、sw1c-n和第二开关sw2a-n、sw2b-n、sw2c-n之间的点)和马达绕组215-1、215-2、215-3之间。第二开关驱动器(例如，相位断开栅极驱动器)340-n可以被配置成产生对第三开关sw3a-n、sw3b-n、sw3c-n的控制信号以接通或断开第三开关sw3a-n、sw3b-n、sw3c-n。第三开关sw3a-n、sw3b-n、sw3c-n的第一端子(例如，漏极)分别与马达绕组215-1、215-2、215-3连接，第三开关sw3a-n、sw3b-n、sw3c-n的第二端子(例如，栅极)与第二开关驱动器(例如，相位断开栅极驱动器)340-n连接以接收栅极驱动信号，并且第三开关sw3a-n、sw3b-n、sw3c-n的第三端子(例如，源极)分别与逆变器子模块310-na、310-nb、310-nc连接。第二电阻器(例如下拉电阻器)r2可以连接在第三开关sw3a-n、sw3b-n、sw3c-n的第二端子(例如，栅极)和第三端子(例，如源极)之间。当
第三开关sw3a-n、sw3b-n、sw3c-n断开(即打开)时，备用ecu n的第n逆变器inv n从马达210和/或其他ecu 1至n-1断开。然而，当第三开关sw3a-n、sw3b-n、sw3c-n接通(即，闭合)时，备用ecu n的第一逆变器inv n与马达210连接。例如，通常，第三开关sw3a-n、sw3b-n、sw3c-n接通，但只有在预定条件下(例如备用ecu n的预设故障条件)，第二开关驱动器340-n才可以断开第三开关sw3a-n、sw3b-n、sw3c-n，以便将备用ecu n的第n逆变器inv n从马达210和/或其他ecu 1至n-1断开，从而保护马达210和/或其他ecu1至n-1。
60.备用ecu n包括马达短接部件370。马达短接部件370可以包括第一电阻器(或上拉电阻器)r1和dc总线350-n。
61.第一电阻器r1可以经由第四开关sw4连接在dc总线350-n的一个节点和第二开关sw2a-n、sw2b-n、sw2c-n中的每一者之间。例如，第一电阻器r1可以连接在dc总线350-n的一个节点(例如，高压节点)和第二开关(例如，下侧开关)sw2a-n、sw2b-n、sw2c-n的第二端子(例如，栅极)之间，并且第二开关sw2a-n、sw2b-n、sw2c-n的第三端子(例如，源极)可以与dc总线350-n的另一节点(例如，低压节点)连接。第一电阻器r1可以被配置成上拉由dc总线350-n供应给第二开关sw2a-n、sw2b-n、sw2c-n的电压。
62.第二开关sw2a-n、sw2b-n、sw2c-n的第二端子(例如，栅极)经由第一电阻器r1与dc总线350-n的一个节点(例如，高压节点)连接，而第二开关sw2a-n、sw2b-n、sw2c-n的第三端子(例如，源极)与dc总线350-n的另一个节点(例如，低压节点)连接。并且，第二开关sw2a-n、sw2b-n、sw2c-n的第一端子(例如，漏极)分别与马达绕组215-1、215-2、215-3连接，以便当第二开关sw2a-n、sw2b-n、sw2c-n接通时，马达绕组215-1、215-2、215-3可以与dc总线350-n的另一节点(例如，低压节点)电连接。
63.此外，第一电阻器r1也可以连接在dc总线350-n的一个节点和第三开关sw3a-n、sw3b-n、sw3c-n中的每一者之间。例如，第一电阻器r1可以连接在dc总线350-n的一个节点(例如，高压节点)和第三开关sw3a-n、sw3b-n、sw3c-n的第二端子(例如，栅极)之间。第一电阻器r1可以被配置成上拉由dc总线350-n供应给第三开关sw3a-n、sw3b-n、sw3c-n的电压。
64.马达短接部件370还可以包括开关模块390。开关模块390可以被配置成响应于分别从ecu 1至n接收到的控制信号ctl-1至ctl-n中的一者或多者，将马达短接部件370与dc总线350-n连接或从dc总线350-n断开。例如，当开关模块390没有接收到ecu 1至n的控制信号ctl-1至ctl-n中的任何一者时，开关模块390可以闭合(即，接通)以将马达短接部件370与dc总线350-n连接，以便ecu n的马达短接部件370可以借助dc总线350-n的电压将马达绕组215-1、215-2、215-3短接在一起。当开关模块390接收到ecu 1至n的控制信号ctl-1至ctl-n中的至少一者时，开关模块390可以打开(即，断开)以将马达短接部件370从dc总线350-n断开，以便ecu n的马达短接部件370不能将马达绕组215-1、215-2、215-3短接。控制信号ctl-1至ctl-n可由ecu 1至n在ecu 1至n被正确初始化或激活或处于活动状态时产生。例如，ecu 1至n的第一开关驱动器(例如，逆变器栅极驱动器)330-1至330-n或ecu 1至n的控制器380-1至308-n中的每一者均可以产生控制信号ctl-1至ctl-n，但不限于此。
65.在图3的示例性实施方式中，开关模块390可以连接在dc总线350-n的一个节点(例如，高压节点)和与第二开关(例如，下侧开关)sw2a-n、sw2b-n、sw2c-n连接的第一电阻器r1之间。然而，开关模块390可以连接到马达短接部件370或逆变器inv n的任何部分，该部分能够选择性地将马达短接部件370与dc总线350-n连接或从dc总线350-n断开。
66.开关模块390可以包括第四开关sw4。第四开关sw4可以是通常为闭合的(on)常开型开关，并当接收到大于阈值(或小于阈值)的电压时被断开。例如，开关模块390可以使用固态继电器(ssr)作为第四开关sw4。ssr是一种电子开关装置，当小的外部电压施加在其控制端子上时，就会开启或关断。例如，ssr包括：对适当的输入(控制信号)做出响应的传感器；将电力切换到负载电路的固态电子开关装置；以及使控制信号在没有机械部件的情况下激活该开关的联接机构。ssr可以在其输入和输出触点之间提供完全的电气隔离，其输出的作用与传统的电气开关一样：在不导电(打开)时具有非常高的、几乎无限的电阻，而在导电(闭合)时具有非常低的电阻。然而，可以使用常开的并当接收到高于阈值(或低于阈值)的电压时可以断开的任何开关(例如诸如耗尽型mosfet和结栅场效应晶体管(jfet)之类的晶体管)代替ssr。
67.二极管d1连接到端子c1至cn，端子c1至cn被配置成分别接收来自ecu 1至n的控制信号ctl-1至ctl-n。二极管d1可以对控制信号ctl-1至ctl-n执行or功能，以便经由端子c1至cn接收到的控制信号ctl-1至ctl-n中的至少一者个可以提供给第四开关sw4。
68.电阻器r3连接到端子g1至gn，端子g1至gn分别连接到电控单元ecu 1至n的地。电阻器r3可以被配置成在电控单元ecu 1至n的地之间提供隔离。
69.第四开关sw4可以响应于控制信号ctl-1至ctl-n中的一个或多个而接通(即，闭合)或断开(即，打开)。当没有接收到来自ecu 1至n的控制信号ctl-1至ctl-n中的任何一者时，第四开关sw4闭合，并且马达短接部件200可以接收到能短接马达绕组215-1、215-2、215-3的电压。然而，当接收到来自处于活动状态的ecu 1至n的控制信号ctl-1至ctl-n中的至少一者时，第四开关sw4断开，并且马达短接部件370从dc总线350-n断开，以便马达短接部件370不能短接马达绕组215-1、215-2、215-3。
70.备用ecu n以及其他ecu(例如ecu 1至n-1)可以不活动、禁用、故障或处于高阻抗状态。当备用ecu n的第一开关驱动器330-n因为备用ecu n不活动、禁用、故障或处于高阻抗状态而不产生驱动信号时，开关sw1a-n、sw1b-n、sw1c-n、sw2a-n、sw2b-n、sw2c-n不从第一开关驱动器330-n接收驱动信号。然而，在图3的实施方式中，dc总线350-n可以经由第一电阻器r1向第二开关sw2a-n、sw2b-n、sw2c-n和第三开关sw3a-n、sw3b-n、sw3c-n供应电压。由第一电阻器r1上拉的电压可以接通第二开关sw2a-n、sw2b-n、sw2c-n以及第三开关sw3a-n、sw3b-n、sw3c-n。例如，由dc总线350-n产生的、由第一电阻器r1上拉并输入到第二开关sw2a-n、sw2b-n、sw2c-n的第二端子(例如，栅极)的电压超过能够接通第二开关sw2a-n、sw2b-n、sw2c-n的阈值电压，因此，第二开关sw2a-n、sw2b-n、sw2c-n闭合。同样地，第三开关sw3a-n、sw3b-n、sw3c-n接通。进而，马达绕组215-1、215-2、215-3借助第二开关sw2a-n、sw2b-n、sw2c-n短接到dc总线350-n的一个节点(例如，低压节点)。马达210的所有马达绕组215-1、215-2、215-3可以通过闭合第二开关(例如，下侧开关)sw2a-n、sw2b-n、sw2c-n而短接在一起，以在备用ecu n的逆变器inv n到马达210的输入处产生三相短接。因此，由第一电阻器r1上拉的电压可以迫使所有第二开关(例如，下侧开关)sw2a-n、sw2b-n、sw2c-n接通(短路)，而所有第一开关(例如，上侧开关)sw1a-n、sw1b-n、sw1c-n断开(开路)。这就导致了马达210的制动。马达210可以充当制动器和/或阻尼器，以对抗施加到马达210的任何运动。
71.当备用ecu n的第一开关驱动器330-n活动时，第一开关驱动器330-n可以产生驱动信号中的一个或多个，并通过接通和断开第二开关sw2a-n、sw2b-n、sw2c-n来控制第二开
关sw2a-n不短接马达绕组215-1、215-2、215-3，或消除马达绕组215-1、215-2、215-3的短接。第二电阻器(例如，下拉电阻器)r2可以比第一电阻器(例如，上拉电阻器)r1具有更大的电阻，从而当开关驱动器330-n和340-n不活动或无源时，分压器r1-r2向第二开关sw2a-n、sw2b-n、sw2c-n和第三开关sw3a-n、sw3b-n、sw3c-n的第二端子(例如，栅极)提供足够的接通电压。例如，第一电阻器(例如，上拉电阻器)r1的电阻可以是2,000至5,000ω，而第二电阻器(例如，下拉电阻器)r2的电阻可以是20,000至50,000ω，但不限于此。
72.此外，当ecu 1至n中的任何一者被正确初始化或激活或处于活动状态时，该ecu向第四开关sw4输出控制信号ctl 1至ctl n，进而第四开关sw4将马达短接电路370从dc总线350-n断开，从而使马达短接电路370从电源断开，并且不能短接马达绕组215-1、215-2、215-3。
73.例如，在系统300启动之前，第一开关驱动器(例如，逆变器栅极驱动器)330-n和第二开关驱动器(例如，相位断开栅极驱动器)340-n不活动，但电源200-n经由dc总线350-n供应电压。由dc总线350-n供应并由第一电阻器r1上拉的电压可以接通第二开关(或下侧开关)sw2a-n、sw2b-n、sw2c-n，从而使马达绕组215-1、215-2、215-3可以被短接在一起。这提供了马达210的制动扭矩。在系统300启动时，控制器380-1至380-n初始化并向第一开关驱动器(例如，逆变器栅极驱动器)330-1至330-n和第二开关驱动器(例如，相位断开栅极驱动器)340-1至340-n设定第一命令。响应于控制器380-1至380-n的第一命令，第一开关驱动器(例如，逆变器栅极驱动器)330-1至330-n初始化ecu 1至n的第一开关sw1a-1至sw1c-n和第二开关sw2a-1至sw2c-n以使其断开，并且第二开关驱动器(例如，相位断开栅极驱动器)340-1至340-n初始化第三开关sw3a-1至sw3c-n以使其接通。并且，ecu 1至n中的被正确初始化或激活的至少一者输出控制信号ctl-1至ctl-n，并且第四开关sw4响应于控制信号ctl-1至ctl-n而将马达短接电路370从dc总线350-n断开。这可以使得安全地禁用或消除马达绕组215-1、215-2、215-3的短接。然后，主ecu 1开始经由逆变器inv 1、第一开关驱动器(例如逆变器栅极驱动器)330-1和第二开关驱动器(例如相位断开栅极驱动器)340-1来控制马达210。
74.虽然三脚逆变器inv 1至n在图3中被描绘为控制马达210的电路，但本公开并不限于这种类型的逆变器。根据本公开的实施方式，逆变器inv 1至inv n可以是利用一个或多个开关元件来控制马达210的相位上的电压的任何类型的逆变器。
75.因此，当ecu 1至n不活动、禁用、故障或处于高阻抗状态时，马达短接部件370被配置成短接马达绕组215-1至215-m，以便马达210可以产生制动扭矩。在马达210包括在反馈致动器或转向感觉致动器28中的情况下，反馈致动器或转向感觉致动器28可以对方向盘20产生制动扭矩，并防止在反馈致动器或转向感觉致动器28的所有或一些电控单元被禁用或故障时向驾驶员提供与地轮分离的不舒服感或驾驶员将车辆过度转向。
76.在本公开的一些实施方式中，描述了用于反馈致动器或转向感觉致动器的马达，但本公开不限于此。然而，本领域的技术人员将认识到，根据本公开的马达控制系统可以应用于需要制动和/或阻尼扭矩的任何马达或与需要制动和/或阻尼扭矩的任何马达一起使用。
77.尽管已经详细描述了示例性实施方式，但应该理解，在不脱离所附权利要求书限定的本技术的精神和范围的情况下，可以在此做出各种改变、替换和改动。
78.在本公开中，诸如第一和第二之类的关系性术语仅用于将一个实体或动作与另一个实体或动作区分开，而不一定要求或暗示这些实体或动作之间有任何实际的这种关系或顺序。此外，根据上下文，用于描述不同元件之间关系的诸如“连接”或“联接”之类的词并不暗示这些元件之间必须进行直接的物理连接。例如，两个元件可以借助一个或多个额外的元件在物理上、电子上、逻辑上或以任何其他方式相互连接。术语“连接”或“联接”可以指直接或间接连接，另有规定除外。
79.此外，本技术的范围并不意图限于说明书中描述的处理、机器、制造和物质组成、手段、方法和步骤的特定实施方式。正如本领域的普通技术人员从公开中容易理解的，根据本实施方式和另选实施方式，可以利用目前已有的或以后要开发的、执行与本文所述的相应实施方式基本相同的功能或实现基本相同的结果的处理、机器、制造、物质组成、手段、方法或步骤。因此，所附的权利要求书旨在将此类处理、机器、制造、物质组成、手段、方法或步骤包括在其范围内。