專利名稱：用于電動(dòng)車無刷直流電機(jī)的控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電動(dòng)車無刷直流電機(jī)領(lǐng)域，特別是涉及一種用于電動(dòng)車無刷直流電機(jī)的控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電動(dòng)汽車以車載電源作為動(dòng)力，故其對(duì)環(huán)境的影響相對(duì)傳統(tǒng)汽車小，前景被廣泛看好。電動(dòng)汽車的組成包括電力驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)力傳動(dòng)等機(jī)械系統(tǒng)、完成既定任務(wù)的工作裝置等。其中，電力驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的核心，也是區(qū)別于內(nèi)燃機(jī)汽車的最大不同點(diǎn)。電力驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制器等組成。作為電動(dòng)汽車核心技術(shù)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)應(yīng)該具備以下幾個(gè)特點(diǎn)比功率密度高、比轉(zhuǎn)矩密度高、效率高、可靠性好、易于維護(hù)、具有良好的調(diào)速性能和在惡劣環(huán)境下能夠正常運(yùn)行等，而無刷直流電機(jī)正好滿足該些要求，其不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制方便，而且成本較低，所以逐漸成為電動(dòng)車輛驅(qū)動(dòng)電機(jī)的首選電機(jī)。前期電動(dòng)車輛主要用于特定場(chǎng)地用車，工況簡(jiǎn)單，環(huán)境干擾較少，或干擾種類單一，對(duì)電機(jī)及電機(jī)控制器的性能要求較低，故控制電動(dòng)車輛的無刷直流電機(jī)的控制器通常是通過調(diào)節(jié)母線電壓來控制電機(jī)的運(yùn)行。隨著人們環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，電動(dòng)車輛普及化的呼聲越來越高，小功率電機(jī)的電動(dòng)車輛已難以滿足需求；此外，現(xiàn)有采用硬件電路或固定濾波時(shí)間的霍爾信號(hào)濾波方式，也無法滿足電動(dòng)車輛的大功率電機(jī)由低速到高速全轉(zhuǎn)速段的要求。因此，如何有效控制電動(dòng)車輛的大功率無刷直流電機(jī)，已成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)課題。

實(shí)用新型內(nèi)容鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型的目的在于提供一種用于電動(dòng)車無刷直流電機(jī)的控制系統(tǒng)，以提高無刷直流電機(jī)效率，確保車輛較好的坡道起步及爬坡性能。為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本實(shí)用新型提供一種用于電動(dòng)車無刷直流電機(jī)的控制系統(tǒng)，其至少包括用于采樣電動(dòng)車無刷直流電機(jī)輸出電流的電流采樣單元；感應(yīng)所述電動(dòng)車無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的霍爾傳感器；感測(cè)電動(dòng)車油門角度的角度傳感器；與所述電動(dòng)車無刷直流電機(jī)連接的逆變器；以及與所述電流采樣單元、角度傳感器及霍爾傳感器相連接的控制單元，其根據(jù)所述電流采樣單元所采樣的電流及所述角度傳感器感測(cè)的角度來確定PWM脈沖占空比，并基于所述占空比輸出相應(yīng)的開關(guān)控制信號(hào)至所述逆變器；控制單元還根據(jù)霍爾信號(hào)濾波時(shí)間對(duì)所述霍爾傳感器輸出的霍爾信號(hào)進(jìn)行濾波，并根據(jù)濾波結(jié)果來調(diào)整霍爾信號(hào)濾波時(shí)間及輸出相應(yīng)的開關(guān)控制信號(hào)至所述逆變器。[0012]優(yōu)選地，所述用于電動(dòng)車無刷直流電機(jī)的控制系統(tǒng)還包括采集母線電壓的電壓采集電路；所述控制單元與所述電壓采集電路相連接，并當(dāng)所述電壓采集電路所采集的電壓異常時(shí)調(diào)整PWM脈沖占空比，并基于調(diào)整后的占空比輸出相應(yīng)的開關(guān)控制信號(hào)至所述逆變器。優(yōu)選地，所述用于電動(dòng)車無刷直流電機(jī)的控制系統(tǒng)還包括感測(cè)所述逆變器溫度的溫度傳感器；所述控制單元與所述溫度傳感器相連接，并當(dāng)所述溫度傳感器所感測(cè)的溫度超過預(yù)定溫度閾值時(shí)調(diào)整PWM脈沖占空比，并基于調(diào)整后的占空比輸出相應(yīng)的開關(guān)控制信號(hào)至所述逆變器。如上所述，本實(shí)用新型的用于電動(dòng)車無刷直流電機(jī)的控制系統(tǒng)，具有以下有益效果無刷直流電機(jī)效率高；可實(shí)現(xiàn)無刷直流電機(jī)從零轉(zhuǎn)速到最高轉(zhuǎn)速的全轉(zhuǎn)速段的要求?？纱_保電機(jī)大負(fù)載起步，保證了車輛較好的坡道起步及爬坡性能。

圖I顯示為本實(shí)用新型的用于電動(dòng)車無刷直流電機(jī)的控制系統(tǒng)示意圖。元件標(biāo)號(hào)說明
1用于電動(dòng)車無刷直流電機(jī)的控制系統(tǒng)
11電流采樣單元
12霍爾傳感器
13角度傳感器
14逆變器
15控制單元
2電動(dòng)車無刷直流電機(jī)
3電動(dòng)車油門
具體實(shí)施方式
以下由特定的具體實(shí)施例說明本實(shí)用新型的實(shí)施方式，熟悉此技術(shù)的人士可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本實(shí)用新型的其他優(yōu)點(diǎn)及功效。請(qǐng)參閱圖I。須知，本說明書所附圖式所繪示的結(jié)構(gòu)、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內(nèi)容，以供熟悉此技術(shù)的人士了解與閱讀，并非用以限定本實(shí)用新型可實(shí)施的限定條件，故不具技術(shù)上的實(shí)質(zhì)意義，任何結(jié)構(gòu)的修飾、比例關(guān)系的改變或大小的調(diào)整，在不影響本實(shí)用新型所能產(chǎn)生的功效及所能達(dá)成的目的下，均應(yīng)仍落在本實(shí)用新型所揭示的技術(shù)內(nèi)容得能涵蓋的范圍內(nèi)。同時(shí)，本說明書中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中間”及“一”等的用語(yǔ)，亦僅為便于敘述的明了，而非用以限定本實(shí)用新型可實(shí)施的范圍，其相對(duì)關(guān)系的改變或調(diào)整，在無實(shí)質(zhì)變更技術(shù)內(nèi)容下，當(dāng)亦視為本實(shí)用新型可實(shí)施的范疇。如圖所示，本實(shí)用新型提供一種用于電動(dòng)車無刷直流電機(jī)的控制系統(tǒng)。所述用于電動(dòng)車無刷直流電機(jī)的控制系統(tǒng)I至少包括電流采樣單元11、霍爾傳感器12、角度傳感器13、逆變器14、以及控制單元15。 所述電流采樣單元11用于采樣電動(dòng)車無刷直流電機(jī)2輸出的電流。優(yōu)選地，所述電流采樣單元11包括連接在電動(dòng)車無刷直流電機(jī)2輸出回路中的采樣電阻、或者包括電流傳感器，以便采樣電動(dòng)車無刷直流電機(jī)輸出的電流。所述霍爾傳感器12用于感應(yīng)所述電動(dòng)車無刷直流電機(jī)2的轉(zhuǎn)子位置。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解所述霍爾傳感器12，故在此不再予以詳述。所述角度傳感器13用于感測(cè)電動(dòng)車油門3的角度。所述逆變器14與所述電動(dòng)車無刷直流電機(jī)2連接，用于基于開關(guān)的開閉來向所述電動(dòng)車無刷直流電機(jī)2提供驅(qū)動(dòng)電壓。(逆變器有2電平逆變器、3電平逆變器....N電平逆變器等，故采用N電平結(jié)構(gòu)的逆變器的稱謂，考慮到現(xiàn)有電動(dòng)車是由2電平逆變器來供電，故將以上描述予以刪除。)
·[0025]所述控制單元15與所述電流采樣單元11、角度傳感器13及霍爾傳感器12相連接，用于根據(jù)所述電流采樣單元11所采樣的電流及所述角度傳感器13感測(cè)的角度來確定PWM脈沖的占空比，并基于所述占空比輸出相應(yīng)的開關(guān)控制信號(hào)至所述逆變器14 ;還用于根據(jù)霍爾信號(hào)濾波時(shí)間對(duì)所述霍爾傳感器12輸出的霍爾信號(hào)進(jìn)行濾波，并根據(jù)濾波結(jié)果來調(diào)整霍爾信號(hào)濾波時(shí)間及輸出相應(yīng)的開關(guān)控制信號(hào)至所述逆變器14。具體地，當(dāng)所述電動(dòng)車的油門被踩下時(shí)，所述控制單元15根據(jù)所述電流采樣單元11所采樣的電流、采用Te = KTi來確定所述電動(dòng)車無刷直流電機(jī)2當(dāng)前輸出的扭矩Te，并根據(jù)所述角度傳感器13感測(cè)的角度來確定所述電動(dòng)車無刷直流電機(jī)2當(dāng)前應(yīng)該輸出的扭矩Te' = Temax* α ,所述控制單元15根據(jù)所述電動(dòng)車無刷直流電機(jī)2當(dāng)前應(yīng)該輸出的扭矩與當(dāng)前輸出的扭矩的差值來計(jì)算PWM脈沖的占空比，并根據(jù)所計(jì)算出的占空比來控制所述逆變器14的各開關(guān)的開閉，以便調(diào)節(jié)輸入所述電動(dòng)車無刷直流電機(jī)2的電壓平均值，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)所述電動(dòng)車無刷直流電機(jī)2輸出扭矩的調(diào)節(jié)。其中，Kt為電機(jī)轉(zhuǎn)矩系數(shù)，i為采樣電流；Temax為電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩，α為油門角度，其取值范圍為[0，I]。優(yōu)選地，所述控制單元15采用PI調(diào)節(jié)器來根據(jù)所述電動(dòng)車無刷直流電機(jī)當(dāng)前應(yīng)該輸出的扭矩與當(dāng)前輸出的扭矩的差值來計(jì)算PWM脈沖的占空比。當(dāng)所述控制單元15接收到來自所述霍爾傳感器12輸出的霍爾信號(hào)時(shí)，判斷所述霍爾信號(hào)是否發(fā)生了跳變，若是，則根據(jù)霍爾信號(hào)濾波時(shí)間對(duì)所述霍爾傳感器12輸出的霍爾信號(hào)進(jìn)行濾波，以消除霍爾信號(hào)中的干擾，消除Hall換相時(shí)的多次跳變脈沖對(duì)電機(jī)控制的影響，并確定該濾波后的霍爾信號(hào)是否為正確的霍爾信號(hào)，如果是，則根據(jù)所述霍爾信號(hào)來輸出相應(yīng)的開關(guān)控制信號(hào)至所述逆變器14，以便所述逆變器14的相應(yīng)相導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)所述電動(dòng)車無刷直流電機(jī)2的換相；同時(shí)，所述控制單元15還根據(jù)當(dāng)前的霍爾信號(hào)與之前的多個(gè)霍爾信號(hào)，來計(jì)算所述電動(dòng)車無刷直流電機(jī)2的轉(zhuǎn)速，并基于所計(jì)算出的轉(zhuǎn)速來調(diào)整霍爾信號(hào)濾波時(shí)間。具體地，由于電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一個(gè)電氣周期會(huì)有6個(gè)霍爾信號(hào)發(fā)生，當(dāng)電機(jī)極對(duì)數(shù)為N時(shí)，則電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一周會(huì)有N個(gè)電氣周期，會(huì)發(fā)生6Ν次的霍爾信號(hào)事件。根據(jù)電機(jī)的轉(zhuǎn)速不能突變的特性，則霍爾信號(hào)的時(shí)間不會(huì)短時(shí)發(fā)生特大變化，如新的霍爾信號(hào)周期不可能突變?yōu)榍耙换魻栃盘?hào)周期的1/10，故，所述控制單元15若檢測(cè)到新的霍爾信號(hào)周期過短，則認(rèn)為是無效的干擾信號(hào)而將其濾除，進(jìn)而，所述控制單元15基于相鄰的6Ν個(gè)濾波后的霍爾信號(hào)來確定電機(jī)旋轉(zhuǎn)一個(gè)電氣周期所需時(shí)間，進(jìn)而確定電機(jī)的轉(zhuǎn)速。[0029]優(yōu)選地，所述控制單元15采用微處理器、中央控制單元、或數(shù)字信號(hào)處理器等來實(shí)現(xiàn)。作為一種優(yōu)選方式，所述控制系統(tǒng)I還包括電壓采集電路(未予圖示)。所述電壓采集電路用于采集母線電壓，并將所采集的母線電壓輸出至所述控制單元15，所述控制單元15判斷該母線電壓超出預(yù)定電壓范圍時(shí)，則調(diào)整PWM脈沖占空比，例如，將PWM脈沖占空比調(diào)整為0，并基于調(diào)整后的占空比輸出相應(yīng)的開關(guān)控制信號(hào)至所述逆變器14，以便所述逆變器14調(diào)整開關(guān)的開閉，進(jìn)而調(diào)整所述電動(dòng)車無刷直流電機(jī)2的電壓平均值，以實(shí)現(xiàn)電壓異常時(shí)的保護(hù)。作為另一種優(yōu)選方式，所述控制系統(tǒng)I還包括溫度傳感器(未予圖示)。所述溫度傳感器用于感測(cè)所述逆變器14的溫度，并將所感測(cè)的溫度輸出至所述控制單元15，所述控制單元15判斷該溫度超過預(yù)定溫度閾值時(shí)，則調(diào)整PWM脈沖占空比，并基于調(diào)整后的占空比輸出相應(yīng)的開關(guān)控制信號(hào)至所述逆變器14，以降低逆變器14的輸出功率，從而實(shí)現(xiàn)過溫保護(hù)。作為又一種優(yōu)選方式，所述控制單元15在接收到來自所述電流采樣單元11所采樣的電流后，先判斷該電流是否超過預(yù)定電流閾值，若是，則調(diào)整PWM脈沖占空比，并基于調(diào)整后的占空比輸出相應(yīng)的開關(guān)控制信號(hào)至所述逆變器14，以保護(hù)逆變器14及電動(dòng)車無刷直流電機(jī)2，避免損壞。綜上所述，本實(shí)用新型的用于電動(dòng)車無刷直流電機(jī)的控制系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)PWM脈沖信號(hào)的占空比，來控制電動(dòng)車無刷直流電機(jī)的運(yùn)行，有效提高了無刷直流電機(jī)的效率；此夕卜，還采用了濾除霍爾信號(hào)固定角度的濾波方式，可實(shí)現(xiàn)無刷直流電機(jī)從零轉(zhuǎn)速到最高轉(zhuǎn)速的全轉(zhuǎn)速段要求?？纱_保無刷直流電機(jī)大負(fù)載起步，保證了車輛較好的坡道起步及爬坡性能；再有，根據(jù)油門踏板的角度來進(jìn)行無刷直流電機(jī)輸出扭矩的閉環(huán)控制，便于被用戶所接受；還有，通過對(duì)無刷直流電機(jī)的母線電壓、輸出電流、溫度等狀態(tài)量的實(shí)時(shí)采樣，可在負(fù)載突然變化時(shí)作為迅速反應(yīng)，以保護(hù)無刷直流電機(jī)的安全運(yùn)行，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)母線電壓異常保護(hù)、電流過流保護(hù)、過溫保護(hù)等功能。所以，本實(shí)用新型有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值。上述實(shí)施例僅例示性說明本實(shí)用新型的原理及其功效，而非用于限制本實(shí)用新型。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本實(shí)用新型的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本實(shí)用新型所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本實(shí)用新型的權(quán)利要求所涵蓋。
權(quán)利要求1.一種用于電動(dòng)車無刷直流電機(jī)的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述用于電動(dòng)車無刷直流電機(jī)的控制系統(tǒng)至少包括 用于采樣電動(dòng)車無刷直流電機(jī)輸出電流的電流采樣單元； 感應(yīng)所述電動(dòng)車無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的霍爾傳感器； 感測(cè)電動(dòng)車油門角度的角度傳感器； 與所述電動(dòng)車無刷直流電機(jī)連接的逆變器； 與所述電流采樣單元、角度傳感器及霍爾傳感器相連接的控制單元，其根據(jù)所述電流采樣單元所采樣的電流及所述角度傳感器感測(cè)的角度來確定PWM脈沖占空比，并基于所述占空比輸出相應(yīng)的開關(guān)控制信號(hào)至所述逆變器；控制單元還根據(jù)霍爾信號(hào)濾波時(shí)間對(duì)所述霍爾傳感器輸出的霍爾信號(hào)進(jìn)行濾波，并根據(jù)濾波結(jié)果來調(diào)整霍爾信號(hào)濾波時(shí)間及輸出相應(yīng)的開關(guān)控制信號(hào)至所述逆變器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于電動(dòng)車無刷直流電機(jī)的控制系統(tǒng)，其特征在于還包括 采集母線電壓的電壓采集電路； 所述控制單元與所述電壓采集電路相連接，并當(dāng)所述電壓采集電路所采集的電壓異常時(shí)調(diào)整PWM脈沖占空比，并基于調(diào)整后的占空比輸出相應(yīng)的開關(guān)控制信號(hào)至所述逆變器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于電動(dòng)車無刷直流電機(jī)的控制系統(tǒng)，其特征在于還包括 感測(cè)所述逆變器溫度的溫度傳感器； 所述控制單元與所述溫度傳感器相連接，并當(dāng)所述溫度傳感器所感測(cè)的溫度超過預(yù)定溫度閾值時(shí)調(diào)整PWM脈沖占空比，并基于調(diào)整后的占空比輸出相應(yīng)的開關(guān)控制信號(hào)至所述逆變器。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種用于電動(dòng)車無刷直流電機(jī)的控制系統(tǒng)。所述控制系統(tǒng)至少包括用于采樣電動(dòng)車無刷直流電機(jī)輸出電流的電流采樣單元；感應(yīng)電動(dòng)車無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的霍爾傳感器；感測(cè)電動(dòng)車油門角度的角度傳感器；與電動(dòng)車無刷直流電機(jī)連接的逆變器；以及控制單元，用于根據(jù)所采樣的電流及所感測(cè)的角度來確定PWM脈沖占空比，并基于所述占空比輸出相應(yīng)的開關(guān)控制信號(hào)至逆變器；以及還用于根據(jù)霍爾信號(hào)濾波時(shí)間對(duì)霍爾信號(hào)進(jìn)行濾波，并根據(jù)濾波結(jié)果來調(diào)整霍爾信號(hào)濾波時(shí)間及輸出相應(yīng)的開關(guān)控制信號(hào)至逆變器。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)包括電機(jī)效率高，可實(shí)現(xiàn)電機(jī)從零轉(zhuǎn)速到最高轉(zhuǎn)速全轉(zhuǎn)速段的要求，能保證車輛較好的坡道起步及爬坡性能。
文檔編號(hào)H02P7/28GK202818204SQ201220276599
公開日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2012年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月12日
發(fā)明者韓偉, 劉榮鵬, 康兵, 陸培溪, 張慧 申請(qǐng)人:陸培溪, 張慧