用于電動機的控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】公開了用于電動機的控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包括：被布置成控制電動機的第一部件的操作的第一控制裝置；被布置成控制電動機的第二部件的操作的第二控制裝置，其中第一控制裝置布置成將第一信號傳輸?shù)降诙刂蒲b置，該第一信號用于指示通過第一通信鏈路到第二控制裝置的數(shù)據(jù)傳輸，其中第二控制裝置被布置成使用第一信號的定時來使第二部件的操作與第一部件的操作同步。
【專利說明】用于電動機的控制系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及控制系統(tǒng)，特別是電動機的控制系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 電動機系統(tǒng)一般包括電動機和布置成控制由電動機產(chǎn)生的動力/扭矩的控制單 元。已知類型的電動機的例子包括感應(yīng)電動機、同步無刷永磁電動機、開關(guān)式磁阻電動機和 線性電動機。在商業(yè)界中，三相電動機是可用的最常見類型的電動機。
[0003] 三相電動機一般包括三個線圈組，其中每個線圈組布置成產(chǎn)生與交流電壓的三相 之一相關(guān)聯(lián)的磁場。
[0004] 為了增加在電動機內(nèi)形成的磁極的數(shù)量，每個線圈組一般會具有分布在電動機的 周緣周圍的多個線圈子組，其被驅(qū)動以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。
[0005] 三相電動機的三個線圈組一般配置在三角形或Y形配置中。
[0006] 具有DC電源的三相電動機的控制單元一般會包括產(chǎn)生三相電壓源的三相橋式逆 變器，該三相電壓源用于驅(qū)動電動機。每個相應(yīng)的電壓相被施加到電動機的相應(yīng)線圈組。
[0007] 一般，三相橋式逆變器將使用脈沖寬度調(diào)制（PWM)電壓控制的形式來產(chǎn)生三相電 壓源。PWM控制通過使用電動機電感來工作以求出施加脈沖電壓的平均數(shù)來將所需的電流 驅(qū)動到電動機線圈中。使用PWM控制，施加電壓跨越電動機線圈被切換。在這個接通期期 間，電流在電動機線圈中以由其電感和所述施加電壓所指定的速率上升。PWM控制然后需要 在電流改變得太多之前切斷，使得電流的精確控制被實現(xiàn)。
[0008] 三相橋式逆變器包括多個開關(guān)裝置，例如電力電子開關(guān)(如絕緣柵雙極晶體管 (IGBT)開關(guān))。
[0009] 然而，電力電子開關(guān)一般會出現(xiàn)開關(guān)損耗和導(dǎo)電損耗。
[0010] 包括開關(guān)損耗和導(dǎo)電損耗的總損耗與功率的平方大致成比例。這可為電動機和 逆變器帶來嚴(yán)重的熱管理問題，因為例如功率的加倍導(dǎo)致熱損耗的四倍增加。提取這個熱 而不將裝置的溫度升高到其安全操作水平之上變成裝置可處理的功率的量中的限制因素。 實際上，由于熱約束，具有例如500A的內(nèi)在電流處理能力的現(xiàn)今較大功率裝置被限制到 200A。
[0011] 對于具有給定額定功率的常規(guī)三相電動機，如果期望較大的額定功率，則這可通 過產(chǎn)生具有較大直徑的電動機來實現(xiàn)。對于較大的電動機直徑，針對給定的角速度，轉(zhuǎn)子的 圓周速度增加。然而，對于給定的供應(yīng)電壓，這要求電動機線圈具有減少的匝數(shù)。
[0012] 被提出來克服這個限制的一個解決方案是開發(fā)出具有可獨立于彼此操作的多個 子電動機的電動機，其中一個子電動機的線圈子組中的電流獨立于另一子電動機的線圈子 組中的電流(即，各個線圈子組未串聯(lián)連接)。因此，每個線圈子組的線圈可以比其中所有各 個線圈子組都串聯(lián)連接的等效電動機具有更大的匝數(shù)。在每個線圈中的增加的匝數(shù)增加了 電動機的總電感。這意味著對于給定的功率要求，可在每個線圈子組的線圈中使用較低的 電流，這導(dǎo)致較少熱耗散問題，且這允許使用較小的開關(guān)裝置。較小的開關(guān)裝置的使用進而 又允許較快的開關(guān)速度和較低的開關(guān)損耗。
[0013] 然而，對于具有多個獨立子電動機的電動機，其中每個子電動機具有用于控制其 相應(yīng)的逆變器的操作的獨立控制器，且其中在各個控制器之間沒有專用同步線，在各個子 電動機之間的PWM控制將不是同步的。這可導(dǎo)致DC總線電壓紋波的增加，需要更大的濾波 電容以維持DC總線電壓。
[0014] 在每個控制器之間的專用同步線的使用將需要在每個處理器上的至少兩個額外 的數(shù)字輸入/輸出線的使用，這將需要在兩個連接之間的隔離連接。此外，為了驗證專用同 步線的連接性，將需要某種形式的內(nèi)部同步處理以驅(qū)動并監(jiān)控同步線。
[0015] 改進這種情況是合乎需要的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0016] 根據(jù)本發(fā)明的方面，提供了根據(jù)所附權(quán)利要求的控制系統(tǒng)。
[0017] 如所主張的本發(fā)明具有下列優(yōu)點：當(dāng)執(zhí)行電動機功能時允許兩個電動機控制裝置 被同步而不需要專用同步信號，從而允許降低電動機的成本、復(fù)雜性和重量。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 現(xiàn)在將參考附圖通過示例來描述本發(fā)明，其中：
[0019] 圖1示出如在本發(fā)明的實施方式中使用的電動機的分解圖；
[0020] 圖2示出從另一角度的在圖1中示出的電動機的分解圖；
[0021] 圖3示出根據(jù)本發(fā)明的實施方式的電動機；
[0022] 圖4a示出在根據(jù)本發(fā)明的實施方式的電動機中的單個電壓相的PWM電壓控制；
[0023] 圖4b示出在根據(jù)本發(fā)明的實施方式的電動機中相對于圖4a所示的PWM電壓控制 的單個電壓相的相移PWM電壓控制；
[0024] 圖5示出根據(jù)本發(fā)明的實施方式的電動機的第二驅(qū)動布置。

【具體實施方式】
[0025] 所描述的本發(fā)明的實施方式針對電動機的控制系統(tǒng)，其中電動機用在車輛的輪子 中。然而，電動機可以位于車輛內(nèi)的任何地方。電動機是具有線圈組的類型，該線圈組是用 于附接到車輛的定子的部分，該定子由攜帶用于附接到車輪的一組磁體的轉(zhuǎn)子徑向圍繞。 為了避免疑惑，本發(fā)明的各個方面同樣可適用于具有相同布置的發(fā)電機。因此，電動機的定 義意欲包括發(fā)電機。此外，本發(fā)明的一些方面可應(yīng)用于具有在徑向圍繞的線圈內(nèi)的、在中心 安裝的轉(zhuǎn)子的布置。如本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將認(rèn)識到的，本發(fā)明可適用于與其它類型的電 動機一起使用。
[0026] 為了本實施方式的目的，如圖1所示，輪內(nèi)電動機包括定子252,其包括散熱器 253、多個線圈254和安裝在定子的后部中用于驅(qū)動線圈的電子模塊255。線圈254在定子 齒疊片上形成以形成線圈繞組。定子蓋256安裝在定子252的后部上，圍住電子模塊255 以形成定子252，其可接著固定到車輛且在使用期間不相對于車輛旋轉(zhuǎn)。
[0027] 電子模塊255包括兩個控制裝置400,其中每個控制裝置400包括逆變器410和控 制邏輯420,控制邏輯420在本實施方式中包括處理器，用于控制逆變器410的操作，如圖3 所示。
[0028] 轉(zhuǎn)子240包括形成蓋的前部分220和圓筒形部分221，蓋基本上包圍定子252。轉(zhuǎn) 子包括布置在圓筒形部分221的內(nèi)部周圍的多個永磁體242。為了本實施方式的目的，32 個磁體對安裝在圓筒形部分221的內(nèi)部上。然而，可使用任何數(shù)量的磁體對。
[0029] 磁體非常接近在定子252上的線圈繞組，使得由線圈產(chǎn)生的磁場與布置在轉(zhuǎn)子 240的圓筒形部分221的內(nèi)部周圍的磁體242交互作用以使轉(zhuǎn)子240旋轉(zhuǎn)。因為永磁體242 被利用來產(chǎn)生用于驅(qū)動電動機的驅(qū)動扭矩，因此永磁體一般被稱為驅(qū)動磁體。
[0030] 轉(zhuǎn)子240通過軸承塊223附接到定子252。軸承塊223可以是如在車輛中使用的 標(biāo)準(zhǔn)軸承塊，這個電動機組件將被安裝到該車輛。軸承塊包括兩個部分，第一部分固定到定 子，而第二部分固定到轉(zhuǎn)子。軸承塊固定到定子252的壁的中心部分253并且還固定到轉(zhuǎn)子 240的殼體壁220的中心部分225。轉(zhuǎn)子240因此經(jīng)由支承塊223在該轉(zhuǎn)子240的中心部 分225處旋轉(zhuǎn)地固定到車輛，轉(zhuǎn)子240將用在該車輛上。這有優(yōu)點，因為輪輞和輪胎可接著 使用用于將輪輞固定到轉(zhuǎn)子的中心部分的正常車輪螺栓在中心部分225處固定到轉(zhuǎn)子240 并因此穩(wěn)固地固定到軸承塊223的可旋轉(zhuǎn)側(cè)面上。車輪螺栓可穿過轉(zhuǎn)子的中心部分225安 裝，穿到軸承塊本身中。在轉(zhuǎn)子240和輪安裝到軸承塊223的情況下，在轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度和 輪之間存在一對一對應(yīng)。
[0031] 圖2從相對側(cè)示出與圖1相同的組件的分解圖，其示出了定子252和轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子 240包括外部轉(zhuǎn)子壁220和圓周壁221，磁體242圓周地布置在圓周壁221內(nèi)。如前所述， 定子252經(jīng)由軸承塊在轉(zhuǎn)子和定子壁的中心部分處連接到轉(zhuǎn)子240。
[0032] V形密封設(shè)置在轉(zhuǎn)子的圓周壁221和定子的外邊緣之間。
[0033] 轉(zhuǎn)子還包括也被稱為換向磁體的用于位置感測的一組磁體227,其結(jié)合安裝在定 子上的傳感器允許對轉(zhuǎn)子通量角度進行估計。轉(zhuǎn)子通量角度定義驅(qū)動磁體與線圈繞組的位 置關(guān)系。可選地，代替一組單獨磁體，轉(zhuǎn)子可包括具有充當(dāng)一組單獨磁體的多個極的磁性材 料的環(huán)。
[0034] 為了允許換向磁體被使用來計算轉(zhuǎn)子通量角度，優(yōu)選地，每個驅(qū)動磁體具有相關(guān) 聯(lián)的換向磁體，其中通過校準(zhǔn)所測量的換向磁體通量角度從與這組換向磁體相關(guān)聯(lián)的通量 角度得到轉(zhuǎn)子通量角度。為了簡化換向磁體通量角度和轉(zhuǎn)子通量角度之間的相關(guān)性，優(yōu)選 地，這組換向磁體具有與這組驅(qū)動磁體對相同數(shù)量的磁體或磁極對,其中換向磁體和相關(guān) 聯(lián)的驅(qū)動磁體彼此大致徑向地對齊。因此，為了本實施方式的目的，這組換向磁體具有32 個磁體對,其中每個磁體對與相應(yīng)的驅(qū)動磁體對大致徑向地對齊。
[0035] 傳感器(在本實施方式中是霍爾傳感器)安裝在定子上。傳感器定位成使得當(dāng)轉(zhuǎn)子 旋轉(zhuǎn)時，形成換向磁體環(huán)的每個換向磁體分別旋轉(zhuǎn)經(jīng)過該傳感器。
[0036] 當(dāng)轉(zhuǎn)子相對于定子旋轉(zhuǎn)時，換向磁體相應(yīng)地旋轉(zhuǎn)經(jīng)過傳感器，霍爾傳感器輸出AC 電壓信號，其中對于經(jīng)過傳感器的每個磁體對，傳感器輸出360電角度的完整電壓循環(huán)。
[0037] 為了改善位置檢測，優(yōu)選地，傳感器包括放置成從第一傳感器移位90電角度的相 關(guān)聯(lián)的第二傳感器。
[0038] 電動機40在本實施方式中包括兩個線圈組60,每個線圈組60具有三個線圈子組 61、62、63,其以Y形配置耦合以形成三相子電動機，導(dǎo)致電動機具有兩個三相子電動機。然 而，雖然本實施方式描述了具有兩個線圈組60 (S卩，兩個子電動機）的電動機，但電動機可 同樣具有帶有相關(guān)的控制裝置（即，三個或更多個子電動機）的三個或更多個線圈組。例如 在優(yōu)選實施方式中，電動機40包括八個線圈組60,每個線圈組60具有以Y形配置耦合的三 個線圈子組61、62、63以形成三相子電動機，導(dǎo)致電動機具有八個三相子電動機。
[0039] 圖3示出在相應(yīng)的線圈組60和容納在電子模塊255中的控制裝置400之間的連 接，其中相應(yīng)的線圈組60連接到包括在控制裝置400上的相應(yīng)的三相逆變器410。如本領(lǐng) 域中的技術(shù)人員公知的，三相逆變器包含六個開關(guān)，其中可通過六個開關(guān)的受控操作來產(chǎn) 生三相交流電壓。
[0040] 如上所述，電子模塊255包括兩個控制裝置400,每個控制裝置400具有耦合到線 圈組60的逆變器410。此外，每個控制裝置400包括接口布置，其中在第一實施方式中，在 每個控制裝置400上的接口布置被布置成允許經(jīng)由通信總線在容納在電子模塊255中的相 應(yīng)控制裝置400之間的通信，一個控制裝置400布置成與安裝在電動機外部的車輛控制器 通信。在每個控制裝置400上的處理器420布置成處理通過該接口布置的通信，如下面更 詳細描述的。
[0041] 在相應(yīng)的控制裝置400上的處理器420布置成控制安裝在相應(yīng)的控制裝置400上 的逆變器410以允許使用三相電壓源向每個電動機線圈組60供電，從而允許相應(yīng)的線圈子 組61、62、63產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。雖然本實施方式將每個線圈組60描述為具有三個線圈子組 61、62、63,本發(fā)明并不被此限制，且將認(rèn)識到，每個線圈組60可具有一個或多個線圈子組。
[0042] 在相應(yīng)的處理器420的控制下，每個三相橋式逆變器410布置成提供跨越各個線 圈子組61、62、63的PWM電壓控制，從而在各個線圈子組中產(chǎn)生電流，用于通過各個子電動 機提供所需的扭矩。
[0043] 如上所述，PWM控制通過使用電動機電感來工作以求出施加脈沖電壓的平均數(shù)來 將所需電流驅(qū)動到電動機線圈中。使用PWM控制，施加電壓跨越電動機繞組被切換。在當(dāng) 電壓跨越電動機線圈被切換的時期期間，電流在電動機線圈中以其電感和所述施加電壓所 指定的速率上升。PWM電壓控制在電流增加到超過所需的值之前切斷，從而允許電流的精確 控制被實現(xiàn)。
[0044] 對于給定的線圈組60,三相橋式逆變器410的開關(guān)布置成將單個電壓相施加到線 圈子組61、62、63中的每一個。
[0045] 逆變器開關(guān)可包括半導(dǎo)體裝置(例如M0SFET和IGBT)。在本例中，開關(guān)包括IGBT。 然而，任何適當(dāng)?shù)囊阎_關(guān)電路可用于控制電流。這樣的開關(guān)電流的一個公知的例子是具 有配置成驅(qū)動三相電動機的六個開關(guān)的三相橋電路。六個開關(guān)被配置為三個并行組，每組 包括兩個開關(guān)，其中每對開關(guān)串聯(lián)布置并形成三相橋電路的分支。
[0046] 使用PWM開關(guān)，多個開關(guān)布置成將交流電壓施加到各個線圈子組，其中如上所述， 每個不同的電信號的相位角和電壓包絡(luò)由相應(yīng)的控制裝置使用PWM電壓控制來產(chǎn)生。電信 號的電壓包絡(luò)和相位角由調(diào)制電壓脈沖確定。
[0047] 在圖4a中示出了對電動機中的單個電壓相的PWM電壓控制的圖示，其中經(jīng)調(diào)制的 PWM脈沖51導(dǎo)致正弦形電壓在電動機的線圈繞組上形成以形成具有給定相位角的電壓包 絡(luò)52。可通過改變調(diào)制脈沖的寬度和數(shù)量來控制因而產(chǎn)生的波形的平滑度。PWM調(diào)制周期 在圖4a中由時間周期A示出。
[0048] 為了本實施方式的目的，PWM電壓控制布置成具有62. 4微秒的調(diào)制周期，其提供 大約16kHz的PWM調(diào)制速率。然而，可使用任何適當(dāng)?shù)腜WM調(diào)制速率。
[0049] 為了控制PWM調(diào)制速率的定時，在每個控制裝置400上的處理器420包括PWM計 數(shù)器。PWM計數(shù)器布置成在從0到η的計數(shù)范圍循環(huán)，其中η可以具有任何值，然而為了本 實施方式的目的，η的值是1247。從0到1247的循環(huán)所花費的時間花費大約62. 4微秒，其 對應(yīng)于本實施方式的PWM調(diào)制周期。PWM脈沖基于PWM占空比在指定的計數(shù)值處被接通和 斷開。例如，如果PWM占空比是50%，則PWM脈沖將在312的計數(shù)值處被接通，并在935的計 數(shù)值處被斷開。也就是說，PWM脈沖在PWM調(diào)制周期的50%內(nèi)被接通。
[0050] 如上所述，一系列PWM脈沖的電壓調(diào)制深度確定跨越相應(yīng)的電動機線圈形成的電 壓相位角和電壓包絡(luò)。
[0051] 雖然本實施方式利用PWM計數(shù)器來控制PWM調(diào)制周期，但如本領(lǐng)域中的技術(shù)人員 將認(rèn)識到的，可使用用于控制PWM調(diào)制周期的其它技術(shù)。如果PWM計數(shù)器用于控制PWM調(diào) 制周期，則任何適當(dāng)?shù)挠嫈?shù)范圍可被使用。
[0052] 如上所述，多個開關(guān)配置成形成三相橋電路。如本領(lǐng)域中的技術(shù)人員公知的，開關(guān) 的數(shù)量將取決于待施加到相應(yīng)的子電動機的電壓相的數(shù)量。雖然當(dāng)前的設(shè)計顯示每個子電 動機具有三相結(jié)構(gòu)，但子電動機可構(gòu)造成具有任何數(shù)量的相。
[0053] 為了最小化DC母線電容（DC link capacitance)和電磁噪聲，由每個子電動機產(chǎn) 生的PWM電壓信號被布置成相對于彼此偏移，子電動機布置成提供具有帶有基本相同的相 位角的電壓包絡(luò)的電信號。也就是說，即使由不同的子電動機產(chǎn)生的特定電壓相的電壓包 絡(luò)將具有基本上相同的相位角，用于產(chǎn)生這些電壓信號的PWM脈沖也相對于彼此偏移。
[0054] 如圖4b所示，為了實現(xiàn)在不同的子電動機之間的PWM偏移，在各個PWM計數(shù)器之 間的計數(shù)值布置成相對于彼此偏移。在圖4b中的示出相對于圖4a中的PWM電壓信 號的PWM偏移。也就是說，在圖4a中，計數(shù)器值0對應(yīng)于T=0，而在圖4b中，計數(shù)器值0對 應(yīng)于TIT##。通過偏移PWM計數(shù)器值，對跨越不同的子電動機的具有帶有基本相同的相位 角的電壓包絡(luò)的電信號由相應(yīng)的逆變器產(chǎn)生的相應(yīng)的PWM信號通過使用相同的PWM計數(shù)器 值來產(chǎn)生，相對的計數(shù)器偏移使PWM信號偏移。這在圖4a和圖4b中示出，其中在圖4a和 4b中不出的電壓包絡(luò)具有基本上相同的相位和幅度，但使用偏移的PWM電壓信號來產(chǎn)生。
[0055] 這具有使由在各個子電動機上的每個逆變器產(chǎn)生的各個PWM電壓脈沖相移的效 應(yīng)。因此，即使由逆變器產(chǎn)生的不同電壓信號的電壓包絡(luò)具有基本上相同的相位角，用于產(chǎn) 生這些電壓信號的PWM信號也不會具有基本上相同的相位角，從而幫助最小化DC母線電容 和電磁噪聲。
[0056] 然而如果在PWM電壓控制期間，安裝在不同的控制裝置400上的PWM計數(shù)器的操 作不是同步的，則PWM計數(shù)器將同相和異相地移動。這將在PWM信號暫時變得同相時導(dǎo)致 所需的DC母線電容和電磁噪聲的增加。
[0057] 下面詳細描述了用于使不同的子電動機上的PWM計數(shù)器同步的機制，其中使用耦 合在兩個控制裝置之間的通信總線來執(zhí)行同步。
[0058] 在本實施方式中，被指定為主控制裝置的包括在電子模塊255中的控制裝置400 之一布置成通過通信線路從外部車輛控制器接收扭矩需求量請求。在主控制裝置400處接 收的扭矩需求量請求通過不同的通信總線由主控制裝置400傳輸?shù)奖恢付檩o助控制裝 置的容納在電子模塊255中的另一個控制裝置400,該通信總線在本實施方式中是串行外 圍接口 SPI總線，如下所述?？蛇x地，狀態(tài)信息也可從控制裝置400提供到外部車輛控制器。
[0059] 為了允許主控制裝置400與外部車輛控制器通信，主控制裝置400的接口布置包 括用于允許主控制裝置400通過CAN總線430與外部車輛控制器通信的控制器區(qū)域網(wǎng)CAN 接口。
[0060] 為了允許主控制裝置400和輔助控制裝置400通過SPI總線進行通信，容納在電 子模塊255內(nèi)的這兩個控制裝置400的接口布置包括SPI裝置，其用于允許通過SPI總線 440在這兩個電子模塊控制裝置之間的通信。
[0061] 如本領(lǐng)域中的技術(shù)人員公知的,CAN總線是多主廣播半雙工串行總線，而SPI總線 是作為全雙工總線操作的同步串行數(shù)據(jù)鏈路標(biāo)準(zhǔn)。
[0062] 雖然本實施方式描述了使用CAN總線在控制裝置400和外部車輛控制器之間通信 以及使用SPI總線在容納在電子模塊內(nèi)的兩個控制裝置400之間通信，但本發(fā)明可適用于 使用其它類型的通信總線，其中對于在主控制裝置400和輔助控制裝置400之間的總線，可 能控制總線的活動/不活動狀態(tài)的定時。
[0063] 在第一操作模式中，車輛控制器布置成通過CAN總線430將扭矩需求量請求傳輸 到主控制裝置400。通過CAN總線430傳輸?shù)呐ぞ匦枨罅空埱髮?yīng)于電動機需要基于駕駛 員輸入(例如基于在車輛內(nèi)產(chǎn)生的節(jié)流閥需求量）來產(chǎn)生的總扭矩。
[0064] 優(yōu)選地，通過CAN總線430由車輛控制器傳輸?shù)目刂茢?shù)據(jù)還包括使能信號，其中使 能信號被布置成根據(jù)使能信號是被設(shè)置為活動的還是不活動的來啟動或禁用電動機。
[0065] 也可通過CAN總線430傳遞其它數(shù)據(jù)。
[0066] 主控制裝置400被布置成讀取通過CAN總線430傳遞的使能信號和總扭矩需求量 請求。主控制裝置400被布置成通過SPI總線440將通過CAN總線接收的數(shù)據(jù)（S卩，總扭矩 需求量請求）傳遞到輔助控制裝置400。
[0067] SPI總線包括四個邏輯信號：i)由主裝置產(chǎn)生的串行時鐘，ii)串行總線數(shù)據(jù)輸 入，iii)串行總線數(shù)據(jù)輸出，以及iv)芯片選擇。
[0068] 為了開始通過SPI總線從主控制裝置400到輔助控制裝置400的數(shù)據(jù)傳輸，主控 制裝置400配置SPI總線的時鐘速率。
[0069] 當(dāng)主控制裝置400準(zhǔn)備好將數(shù)據(jù)傳輸?shù)捷o助控制裝置400時，主控制裝置400將 芯片選擇設(shè)置為邏輯〇,其中芯片選擇當(dāng)是低的時是活動的，而當(dāng)在邏輯1時是不活動的。
[0070] 通過SPI總線從主控制裝置400到輔助控制裝置400的數(shù)據(jù)流由主控制裝置400 上的處理器420控制，其中主控制裝置處理器420布置成通過激活芯片選擇來發(fā)起數(shù)據(jù)的 傳輸。
[0071] 當(dāng)激活芯片選擇時，SPI串行時鐘信號被啟用，且數(shù)據(jù)通過串行數(shù)據(jù)輸出線被傳 輸，其中數(shù)據(jù)的定時與串行時鐘同步，如本領(lǐng)域中的技術(shù)人員公知的。
[0072] 為了允許輔助控制裝置PWM調(diào)制周期被同步到主控制裝置PWM調(diào)制周期，主控制 裝置400上的處理器420被布置成通過SPI總線440在具有與電動機的PWM調(diào)制周期對應(yīng) 的傳輸周期的幀中將數(shù)據(jù)傳輸?shù)捷o助控制裝置400, PWM調(diào)制周期在本實施方式中是62. 4 微秒。
[0073] 此外或可選地，主控制裝置400可布置成通過SPI總線440在具有與PWM調(diào)制周 期的倍數(shù)對應(yīng)的傳輸周期的幀中將數(shù)據(jù)傳輸?shù)捷o助控制裝置400。
[0074] 將SPI幀持續(xù)時間設(shè)置到62. 4微秒由主控制裝置400上的處理器420實現(xiàn)，其在 每個PWM調(diào)制周期內(nèi)的相同時間點激活芯片選擇53,該相同時間點在本實施方式中對應(yīng)于 在每個PWM調(diào)制周期內(nèi)的相同PWM計數(shù)器值，如圖4a所示。
[0075] 為了確保芯片選擇的激活與主控制裝置400上的PWM計數(shù)器同步，芯片選擇響應(yīng) 于由PWM計數(shù)器在預(yù)定的計數(shù)器值處發(fā)出的中斷信號而被激活，該預(yù)定的計數(shù)器值對應(yīng)于 在PWM調(diào)制周期開始之后的指定時間段Tcs，其中該預(yù)定的時間段Tcs也存儲在輔助控制裝 置上?？梢允褂糜糜赥cs的任何計數(shù)器值?？蛇x地，由用于激活SPI芯片選擇的在主控制 裝置400上的處理器420使用的預(yù)定的PWM計數(shù)器值也可存儲在輔助控制裝置上以允許輔 助控制裝置400確定主控制裝置400所使用的時間段Tcs。
[0076] 在芯片選擇被激活的62. 4微秒內(nèi)，主控制裝置400上的處理器420使芯片選擇無 效，從而確保芯片選擇激活周期小于62. 4微秒。芯片選擇在下一 PWM調(diào)制周期中的相同 PWM計數(shù)器值處被重新激活（即，在前一個芯片選擇激活之后的62. 4微秒)。
[0077] 輔助控制裝置400上的處理器420被布置成使用由主控制裝置400上的處理器 420激活芯片選擇時的時間并連同由主控制裝置400上的處理器420產(chǎn)生中斷時的預(yù)定時 間段Tcs來確定主控制裝置400上的PWM計數(shù)器的定時。也就是說，可通過從芯片選擇的 激活時間減去預(yù)定時間Tcs，由輔助控制裝置400上的處理器420確定新的PWM計數(shù)器循環(huán) 的開始。當(dāng)確定了主控制裝置400上的PWM計數(shù)器的定時的時候，輔助控制裝置400上的 處理器420被布置成使輔助控制裝置400上的PWM計數(shù)器的操作同步到主控制裝置400上 的PWM計數(shù)器。
[0078] 如上所述，為了最小化DC母線電容和電壓紋波，由主控制裝置400上的逆變器410 和輔助控制裝置400上的逆變器410產(chǎn)生的PWM電壓信號布置成偏移的，其中主控制裝置 400上的處理器420和輔助控制裝置400上的處理器420預(yù)先配置成相對于每個PWM計數(shù) 器施加預(yù)定的偏移。
[0079] 如果通過CAN總線430從外部車輛控制器傳遞的軟件使能信號已經(jīng)被設(shè)置為活動 的，則主控制裝置400上的處理器420被布置成控制主控制裝置400上的逆變器開關(guān)以控 制耦合到主控制裝置400的線圈組60中的電流，其中電流被控制來基于通過CAN總線430 傳輸?shù)呐ぞ匦枨罅刻峁┧璧尿?qū)動扭矩。特別是，對于使用兩個控制裝置400來控制穿過 多個線圈組60的電流的本實施方式，主控制裝置400被布置成控制耦合到主控制裝置400 的線圈組60中的電流以產(chǎn)生通過CAN總線430接收的總扭矩需求量的一半。相應(yīng)地，使用 通過SPI總線傳輸?shù)呐ぞ財?shù)據(jù)，輔助控制裝置400上的處理器420被布置成控制輔助控制 裝置400上的逆變器開關(guān)以控制耦合到輔助控制裝置400的線圈組60中的電流，使得由輔 助控制裝置400產(chǎn)生由外部裝置控制器傳輸?shù)目偱ぞ匦枨罅空埱蟮牧硪话搿?br> [0080] 雖然本實施方式示出了電子模塊255內(nèi)的每個控制裝置400被預(yù)先配置成提供由 車輛控制器通過CAN總線430傳輸?shù)目偱ぞ匦枨罅空埱蟮囊话?，但可使用任何預(yù)定的比。例 如，對于具有四個控制裝置的電動機，每個控制裝置的預(yù)定比可以是總扭矩需求量請求的 四分之一。
[0081] 可選地，由各個控制裝置400產(chǎn)生的總扭矩需求量請求的比可例如使用外部車輛 控制器被動態(tài)地分配或由控制裝置400之一設(shè)置。
[0082] 雖然本實施方式描述了具有包括兩個控制裝置的電子模塊的電動機，其中每個控 制裝置被布置成通過使用處理器控制逆變器的操作來驅(qū)動線圈組，但電子模塊可具有兩個 或多個控制裝置，其中每個控制裝置被布置成包括用于驅(qū)動一個或多個線圈組的一個或多 個逆變器。例如，在優(yōu)選實施方式中，電動機模塊的電子模塊包括兩個控制裝置，其中每個 控制裝置包括被布置成控制兩個逆變器的操作的單個處理器，其中每個逆變器耦合到并聯(lián) 連接的兩個線圈組，各個并聯(lián)線圈組的星點（star point)被電隔離。
[0083] 圖5示出本發(fā)明的可選實施方式，其中電動機包括三個控制裝置：主控制裝置70、 輔助控制裝置71和第三控制裝置72。第三控制裝置72可充當(dāng)輔助控制裝置或備用主控制 裝置。如同前面的實施方式一樣，每個控制裝置被布置成使用PWM電壓控制經(jīng)由至少一個 逆變器的操作來控制至少一個線圈組中的電流，如上所述。
[0084] 主控制裝置70經(jīng)由第一 SPI總線耦合到輔助控制裝置71，輔助控制裝置71經(jīng)由 第二SPI總線耦合到第三控制裝置72。
[0085] 主控制裝置70、輔助控制裝置71和第三控制裝置72中的每個具有至少一個PWM 計數(shù)器，用于控制施加到相應(yīng)的線圈繞組的PWM電壓控制的定時。相應(yīng)的PWM計數(shù)器被布 置成以與對前面的實施方式相同的方式操作。
[0086] 主控制裝置70被布置成通過CAN總線從車輛控制器接收扭矩需求量請求。通過 CAN總線傳輸?shù)呐ぞ匦枨罅空埱髮?yīng)于電動機需要基于駕駛員輸入(例如基于在車輛內(nèi)產(chǎn) 生的節(jié)流閥需求量）而產(chǎn)生的總扭矩。
[0087] 優(yōu)選地，通過CAN總線由外部車輛控制器傳輸?shù)目刂茢?shù)據(jù)還包括使能信號，其中 使能信號被布置成根據(jù)使能信號是被設(shè)置為活動的還是不活動的來啟動或禁用電動機。
[0088] 也可通過CAN總線傳遞其它數(shù)據(jù)。
[0089] 主控制裝置70被布置成讀取通過CAN總線傳遞的使能信號和總扭矩需求量請求。 主控制裝置70被布置成通過第一 SPI總線將通過CAN總線接收的數(shù)據(jù)（S卩，使能信號和總 扭矩需求量請求）傳遞到輔助控制裝置71。
[0090] 為了開始通過SPI總線從主控制裝置70到輔助控制裝置71的數(shù)據(jù)傳輸，主控制 裝置70配置SPI總線的時鐘速率。
[0091] 當(dāng)主控制裝置70準(zhǔn)備好將數(shù)據(jù)傳輸?shù)捷o助控制裝置71時，主控制裝置70將第一 SPI總線的芯片選擇線73設(shè)置為邏輯0,其中芯片選擇當(dāng)是低的時是活動的，而當(dāng)在邏輯1 時是不活動的。
[0092] 與前面的實施方式一樣，通過第一 SPI總線從主控制裝置70到輔助控制裝置71 的數(shù)據(jù)流由主控制裝置上的處理器控制，其中主控制裝置處理器被布置成通過激活芯片選 擇線73來發(fā)起數(shù)據(jù)的傳輸。
[0093] 當(dāng)激活芯片選擇線73時，第一SPI總線的串行時鐘信號被啟動，數(shù)據(jù)通過第一SPI 總線的串行數(shù)據(jù)輸出線74被傳輸，其中數(shù)據(jù)的定時與串行時鐘同步，如本領(lǐng)域中的技術(shù)人 員公知的那樣。
[0094] 與前面的實施方式一樣，為了允許輔助控制裝置的PWM調(diào)制周期被同步到主控制 裝置PWM調(diào)制周期，主控制裝置70上的處理器被布置成通過第一 SPI總線在具有與電動機 的PWM調(diào)制周期（即，62. 4微秒)對應(yīng)的傳輸周期的幀中將數(shù)據(jù)傳輸?shù)捷o助控制裝置71。這 由在每個PWM調(diào)制周期內(nèi)的相同時間點處激活芯片選擇線73的主控制裝置70上的處理器 實現(xiàn)，PWM調(diào)制周期內(nèi)的相同時間點在本實施方式中對應(yīng)于在每個PWM調(diào)制周期內(nèi)的相同 PWM計數(shù)器值。
[0095] 為了確保芯片選擇線73的激活與主控制裝置70上的PWM計數(shù)器同步，芯片選擇 線73響應(yīng)于由主控制裝置的PWM計數(shù)器在預(yù)定的計數(shù)器值Tcs處發(fā)出的中斷信號而被激 活，其中預(yù)定的PWM計數(shù)器值Tcs也存儲在輔助控制裝置71上?？蛇x地，由用于激活SPI 芯片選擇的在主控制裝置400上的處理器420使用的預(yù)定的PWM計數(shù)器值也可存儲在輔助 控制裝置上。
[0096] 在芯片選擇線73被激活的62. 4微秒內(nèi)，主控制裝置70上的處理器使芯片選擇線 73無效，從而確保芯片選擇激活周期小于62. 4微秒。芯片選擇線73在下一 PWM調(diào)制周期 中的相同PWM計數(shù)器值處被重新激活（即，在前一個芯片選擇激活之后的62. 4微秒)。
[0097] 輔助控制裝置71上的處理器被布置成使用由主控制裝置70上的處理器激活芯片 選擇線73時的時間以及中斷產(chǎn)生時的指定時間Tcs來將輔助控制裝置71上的PWM控制器 同步到主控制裝置400上的PWM計數(shù)器。當(dāng)確定了主控制裝置70上的PWM計數(shù)器的定時 的時候，輔助控制裝置71上的處理器被布置成使輔助控制裝置71上的PWM計數(shù)器的操作 同步到主控制裝置70上的PWM計數(shù)器。
[0098] 為了允許第三控制裝置72上的PWM計數(shù)器的定時同步到主控制裝置70上的PWM 計數(shù)器的定時，第三控制裝置72被布置成通過第二SPI總線在具有與PWM調(diào)制周期基本上 相同的持續(xù)時間的幀中將數(shù)據(jù)傳輸?shù)捷o助控制裝置71，該PWM調(diào)制周期在本實施例中對應(yīng) 于62. 4微秒。
[0099] 通過第二SPI總線從第三控制裝置72到輔助控制裝置71的數(shù)據(jù)流由第三控制裝 置72上的處理器控制，其中第三控制裝置處理器被布置成通過激活芯片選擇線75來發(fā)起 數(shù)據(jù)的傳輸，如上所述。
[0100] 當(dāng)激活芯片選擇線75時，SPI串行時鐘信號被啟用，且數(shù)據(jù)通過第二SPI總線的 串行數(shù)據(jù)輸出線76被傳輸，其中數(shù)據(jù)的定時與串行時鐘同步，如本領(lǐng)域中的技術(shù)人員公知 的那樣。
[0101] 如上所述，為了允許第三控制裝置的PWM調(diào)制周期被同步到主控制裝置的PWM調(diào) 制周期，第三控制裝置72上的處理器被布置成通過第二SPI總線在具有62. 4微秒的持續(xù) 時間的幀中將數(shù)據(jù)傳輸?shù)捷o助控制裝置71，該持續(xù)時間對應(yīng)于電動機的PWM調(diào)制周期。這 由在每個PWM調(diào)制周期內(nèi)的相同時間點處激活芯片選擇的第三控制裝置72上的處理器實 現(xiàn)，在每個PWM調(diào)制周期內(nèi)的相同時間點在本實施方式中對應(yīng)于在每個PWM調(diào)制周期內(nèi)的 相同PWM計數(shù)器值。
[0102] 為了確保芯片選擇的激活與第三控制裝置72上的PWM計數(shù)器同步，響應(yīng)于由PWM 計數(shù)器在與預(yù)定的計數(shù)器值對應(yīng)的指定時間T3cs發(fā)出的中斷信號而激活芯片選擇，其中 指定時間T3cs也存儲在輔助控制裝置71上。
[0103] 在芯片選擇被激活的62. 4微秒內(nèi)，第三控制裝置72上的處理器使芯片選擇無效， 芯片選擇在下一 PWM調(diào)制周期中的相同PWM計數(shù)器值處被重新激活（即，在前一個芯片選擇 激活之后的62. 4微秒)。當(dāng)芯片選擇被激活，數(shù)據(jù)(例如狀態(tài)數(shù)據(jù)和/或相位角數(shù)據(jù)）可從 第三控制裝置71傳輸?shù)捷o助控制裝置71。
[0104] 輔助控制裝置71上的處理器被布置成使用由第三控制裝置上的處理器激活芯片 選擇時的時間和由第三控制裝置上的處理器產(chǎn)生中斷時的指定時間T3cs以與由輔助控制 裝置71使用的用于確定主控制裝置70上的PWM計數(shù)器的定時的方式類似的方式來確定第 三控制裝置72上的PWM計數(shù)器的定時。
[0105] 在確定了第三控制裝置72上的PWM計數(shù)器的定時之后，第二控制裝置71比較這 個定時與主控制裝置70上的PWM計數(shù)器的定時，并通過第二SPI總線的串行總線數(shù)據(jù)輸入 線77將數(shù)據(jù)傳輸?shù)降谌刂蒲b置72以指示在主控制裝置70上的PWM計數(shù)器和第三控制 裝置72上的PWM計數(shù)器之間的任何定時差異，從而允許第三控制裝置72修改其PWM計數(shù) 器的定時以允許第三控制裝置72上的PWM電壓控制與主控制裝置70同步地操作。
[0106] 與前面的實施方式一樣，為了最小化DC母線電容和電磁噪聲，在各個控制裝置 70、71、72上的PWM計數(shù)器可相對于彼此偏移。
[0107] 對本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將明顯，所公開的主題可以用很多方法修改，并可采取除 了如上面特別闡述的優(yōu)選形式以外的實施方式，例如可以用允許通過總線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的定 時與電動機部件的操作同步的任何通信總線來代替SPI總線。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于電動機的控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括： 被布置成控制所述電動機的第一部件的操作的第一控制裝置； 被布置成控制所述電動機的第二部件的操作的第二控制裝置，其中所述第一控制裝置 被布置成將第一信號傳輸?shù)剿龅诙刂蒲b置，所述第一信號用于指示通過第一通信鏈路 到所述第二控制裝置的數(shù)據(jù)傳輸，其中所述第二控制裝置被布置成使用所述第一信號的定 時來使所述第二部件的操作與所述第一部件的操作同步。
2. 如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中所述第一部件是用于控制所述電動機的第一線 圈組中的電流的第一逆變器。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的控制系統(tǒng)，其中所述第二部件是用于控制所述電動機的第 二線圈組中的電流的第二逆變器。
4. 如前述權(quán)利要求中的任一項所述的控制系統(tǒng)，其中所述第一通信鏈路是串行外圍接 口總線。
5. 如權(quán)利要求4所述的控制系統(tǒng)，其中所述第一信號是芯片選擇信號。
6. 如權(quán)利要求3所述的控制系統(tǒng)，其中使用脈沖寬度調(diào)制信號來控制所述第一逆變器 和第二逆變器的操作，其中使用所述第一信號將用于控制所述第二逆變器的脈沖寬度調(diào)制 信號的定時同步到用于控制所述第一逆變器的脈沖寬度調(diào)制信號的定時。
7. 如當(dāng)從屬于權(quán)利要求5時的權(quán)利要求6所述的控制系統(tǒng)，其中使用所述芯片選擇的 定時將用于控制所述第二逆變器的脈沖寬度調(diào)制信號的定時同步到用于控制所述第一逆 變器的脈沖寬度調(diào)制信號的定時。
8. 如權(quán)利要求7所述的控制系統(tǒng)，其中用于控制所述第二逆變器的脈沖寬度調(diào)制信號 的定時相對于用于控制所述第一逆變器的脈沖寬度調(diào)制信號的定時偏移。
9. 如前述權(quán)利要求中的任一項所述的控制系統(tǒng)，還包括被布置成控制所述電動機的第 三部件的操作的第三控制裝置，其中所述第三控制裝置被布置成將第二信號傳輸?shù)剿龅?二控制裝置，所述第二信號用于指示通過第二通信鏈路從所述第三控制裝置到所述第二控 制裝置的數(shù)據(jù)傳輸，其中所述第二控制裝置被布置成使用所述第一信號和第二信號的定時 來確定定時校正，用于允許所述第三控制裝置將所述第三部件的操作與所述第一部件的操 作同步。
10. 如權(quán)利要求9所述的控制系統(tǒng)，其中所述第二控制裝置被布置成通過所述第二通 信鏈路將所述定時校正傳輸?shù)剿龅谌刂蒲b置。
11. 如權(quán)利要求9或10所述的控制系統(tǒng)，其中所述第三部件是用于控制所述電動機的 第三線圈組中的電流的第三逆變器。
12. 如權(quán)利要求9到11中的任一項所述的控制系統(tǒng)，其中所述第二通信鏈路是串行外 圍接口總線。
13. 如權(quán)利要求12所述的控制系統(tǒng)，其中所述第二信號是芯片選擇信號。
【文檔編號】H02P5/74GK104104282SQ201410142537
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年4月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月12日
【發(fā)明者】R·T·伯克, A·J·莫雷爾, T·J·馬丁 申請人:普羅蒂恩電子有限公司