CN101997474A - 一种用于汽车的电动机控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种电动机控制器，用于对汽车中的交流电动机进行控制，连接在整车控制器和交流电动机之间，采用DSP和CPLD来实现，所述电动机控制器包括：辅助电源模块(10)、数字信号处理器DSP(20)、逆变器(30)、CPLD模块(40)、保护模块(50)和传感器模块(60)。由于CPLD分担了DSP的负荷，提高了处理效率，且实现成本低。
Description
技术领域
本发明涉及自动控制技术领域，特别涉及一种用于汽车的电动机控制器。
背景技术
中国已成为世界最大的汽车市场，到2020年中国汽车保有量将达到两亿辆左右，其间车用燃料消费将达到约3亿吨，中国汽车业必须寻求新的替代能源。以交流电动机为动力的电动汽车以及混合动力汽车已逐渐被人们认可，市场前景十分巨大。交流电动机作为电动汽车的动力源，是动力系统的核心部件，它的控制效果对于整车性能有着非常重要的影响。
目前，电动汽车大多处于试研制或样车阶段，在现有技术中还没有可靠的适于产业化应用的电机控制器。
发明内容
本发明在于提供一种适于产业化应用的用于汽车的电动机控制器，不但能够满足产业化应用需求，还可以最大限度的降低成本。
一种电动机控制器，用于对汽车中的交流电动机进行控制，连接在整车控制器和交流电动机之间，所述电动机控制器包括：辅助电源模块10、数字信号处理器DSP20、逆变器30、CPLD模块40、保护模块50和传感器模块60，其中，
用于为所述DSP提供电源的辅助电源模块10，与数字信号处理器DSP连接；
传感器模块60中数据采集头作为传感器模块60的输入端与交流电动机连接，将采样信号通过传感器模块60的输出端传输给DSP20；
用于对交流电动机进行电压、电流检测的保护模块50，将得到的电压、电流检测信号传输至CPLD模块40；
CPLD模块40，根据接收到的电压、电流检测信号进行逻辑处理，将处理后得到的信号用于故障指示和总故障信号以传输给DSP20，将用于保护以控制逆变器30开闭的开关信号传输给逆变器30；
DSP20，接收来自整车控制器的用户信号，仪表接口信号和数字驱动接口信号，接收来自CPLD模块40的总故障信号，来自传感器模块的采样信号，向逆变器30输出总控制信号；接收来自传感器60的采样信号，传输给整车控制器；
逆变器30，根据接收到的空间矢量脉宽调制信号控制交流电动机。
其中，所述DSP20具体包括：整车通讯模块21、电动机矢量控制模块22、空间电压矢量脉宽调制模块SVPWM23、模数转换模块24和传感器信号处理模块25，其中，
整车通讯模块21，接收来自整车控制器的用户信号，仪表接口信号和数字驱动接口信号，将接收到的所述信号传输给电动机矢量控制模块22；接收来自传感器信号处理模块25的信号，传输给整车控制器；
模数转换模块24，接收来自传感器模块60的采样信号，对所述采样信号进行预处理并转换为数字信号后，传递给传感器信号处理模块25；
传感器信号处理模块25的两个输出端分别与整车通讯模块21和电动机矢量控制模块22连接；
电动机矢量控制模块22，接收来自整车通讯模块21和传感器信号处理模块25的信号，传输给SVPWM23；
SVPWM23的输入端与电动机矢量控制模块22连接，输出端与逆变器30连接。
其中，所述保护模块50包括：过压保护模块51和过流保护模块52，其中，
过压保护模块51，对电路中母线的电压进行检测，将欠电压或过电流信号传送给CPLD模块40；
过流保护模块52，对交流电动机的相电流进行检测，将U相波峰波谷、V相波峰波谷信号传送给CPLD模块40。
其中，所述DSP20为TMS320F2803系列芯片。
其中，所述CPLD模块40为EMP3000系列芯片。
应用本发明实施例提供的电动机控制器，由于CPLD分担了DSP的负荷，因而，提高了处理效率，且实现成本低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例的一种电动机控制器的控制原理框图。
具体实施方式
目前，现有技术中也存在电动机控制器，但该电动机控制器基本是仅通过数字信号处理器(DSP，Digital Signal Processor)来实现的，DSP是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器件。其工作原理是接收模拟信号，转换为0或1的数字信号，再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序。现有技术中，对于DSP而言，不仅需要处理来自整车控制器的各种信号，还要处理来自保护电路的各种信号，导致处理的事务繁杂，因而影响处理效率，导致反映慢、效率低，易出现故障。
本发明实施例中的电动机控制器，采用DSP和复杂可编程逻辑器件CPLD(Complex Programmable Logic Device)来实现，CPLD是一种用户根据各自需要而自行构造逻辑功能的数字集成电路。由可编程逻辑宏单元围绕中心的可编程互连矩阵单元组成。由于CPLD分担了DSP的负荷，提高了处理效率，且实现成本低。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，其是根据本发明实施例的一种电动机控制器的控制原理框图。本发明实施例提供的电动机控制器用于对汽车中的交流电动机进行控制，其连接在整车控制器和交流电动机之间，该电动机控制器包括：辅助电源模块10、数字信号处理器DSP20、逆变器30、CPLD模块40、保护模块50和传感器模块60，其中，
用于为所述DSP提供电源的辅助电源模块10，与数字信号处理器DSP连接，以为DSP供电；
具体的，该辅助电源模块10采用高频开关电源实现，具有体积小、效率高、容易实现多路输出和可靠性较好的优点，提高了电动机控制器的抗干扰能力。
传感器模块60中数据采集头作为传感器模块60的输入端与交流电动机连接，将采样信号通过传感器模块60的输出端传输给DSP20；
用于对交流电动机进行电压、电流检测的保护模块50，将得到的电压、电流检测信号传输至复杂可编程逻辑器(CPLD)模块40；
CPLD模块40，根据接收到的电压、电流检测信号进行逻辑处理，将处理后得到信号用于故障指示和总故障信号以传输给DSP20，将用于保护以控制逆变器30开闭的开关信号传输给逆变器30；
DSP20，接收来自整车控制器的用户信号，仪表接口信号和数字驱动接口信号，接收来自CPLD模块40的总故障信号，来自传感器模块的采样信号，向逆变器30输出总控制信号；接收来自传感器信号处理模块25的信号，传输给整车控制器；
逆变器30，根据接收到的空间矢量脉宽调制信号控制交流电动机。
需要说明的是，上述DSP20可以具体包括：整车通讯模块21、电动机矢量控制模块22、空间电压矢量脉宽调制模块SVPWM23、模数转换模块24和传感器信号处理模块25，其中，
整车通讯模块21，接收来自整车控制器的用户信号，仪表接口信号和数字驱动接口信号，将接收到的所述信号传输给电动机矢量控制模块22；接收来自传感器60的采样信号，传输给正常控制器；
具体的，用户信号包括用户I/O信号和用户A/D信号。其中，用户I/O信号包括钥匙信号、外部使能信号、前进信号、倒车信号、刹车信号、手刹互锁信号、充电互锁信号、电池充电灯控制信号供DSP进行判断处理；用户A/D信号包括两路互为冗余的加速器信号、制动踏板信号等用于通过传感器传递给DSP的信号。仪表接口信号包括电量输出信号、速度输出信号、故障信号、状态显示信号传递给外围仪表。数字驱动接口信号包括驱动泵信号、报警驱动信号等传递给各外围执行和报警装置的信号。
模数转换模块24，接收来自传感器模块60的采样信号，对所述采样信号进行预处理并转换为数字信号后，传递给传感器信号处理模块25；
具体的，模数转换模块24对传感模拟信号进行预处理，用光耦、运放、电压比较器进行隔离、电平转换和比较以产生保护输入信号，然后变换为数字信号后传递给传感器信号处理模块25。
传感器信号处理模块25的两个输出端分别与整车通讯模块21和电动机矢量控制模块22连接；
其中，传感器模块60中的数据采集头采样交流电动机的母线电路信号输出、UV两相电流信号输出、交流电动机温度输出、转子位置信号，通过模数转换模块24和传感器信号处理模块25得到交流电动机相电流信号、交流电动机转子位置角、交流电动机转速以及交流电动机温度和逆变器温度信号值，通过整车通讯模块21发送交流电动机的信息给整车控制器，同时输入给交流电动机矢量控制模块。
电动机矢量控制模块22，接收来自整车通讯模块21和传感器信号处理模块25的信号，传输给SVPWM23；
具体的，电动机矢量控制模块22根据运行模式和速度指令以及扭矩指令的要求，通过采用每安培最大扭矩控制或者弱磁控制产生直轴和交轴电流进行比例、积分智能(PI)控制，输出直轴和交轴电压值，再采用克拉克(Clark)逆变换和派克(Park)逆变换产生SVPWM的输入信号。
SVPWM 23的输入端与电动机矢量控制模块22连接，输出端与逆变器30连接。其中，SVPWM 23接收交流电动机矢量控制模块的脉冲宽度调制(PWM)信号，输出信号输入逆变器30以驱动交流电动机旋转。空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation，SVPWM)的主要思想是：以三相对称正弦波电压供电时交流电动机定子理想磁链圆为参考标准，以三相逆变器不同开关模式作适当的切换，从而形成PWM波形，以所形成的实际磁链矢量来追踪其准确磁链圆。传统的SPWM方法从电源的角度出发，以生成一个可调频调压的正弦波电源，而SVPWM方法将逆变系统和异步交流电动机看作一个整体来考虑，模型比较简单，也便于微处理器的实时控制。
需要说明的是，上述保护模块50可以具体包括：过压保护模块51和过流保护模块52，其中，
过压保护模块51，对电路中母线的电压进行检测，将欠电压或过电流信号传送给CPLD模块40；
过流保护模块52，对交流电动机的相电流进行检测，将U向波峰波谷、V相波峰波谷信号传送给CPLD模块40。
上述过压保护模块51可以由硬件过压保护电路来实现，过流保护模块52可以由硬件过流保护电路来实现。需要说明的是，本发明实施例并不对过压保护模块51、过流保护模块52的具体实现方式进行限定，任何能够实现过压欠压保护、过流欠流保护功能的电路或软件模块都可以应用于本发明实施例。
本发明实施例中所述涉及的DSP20可以由TMS320F2803系列芯片来实现，涉及的CPLD模块40可以由EMP3000系列芯片来实现。
综上，在本发明实施例中，整车控制器通过整车通讯模块21给电动机矢量控制模块22发送开关量信号、车辆仪表、电子油门等信息，DSP 20包括电动机矢量控制模块22、SVPWM 23、模数转换模块24、传感器信号处理模块25和整车通讯模块21。CPLD具有故障逻辑处理、判断及保护功能。与传感器模块60输入端相连的数据采集头与交流电动机相连，传感器模块60输出端经模数转换后与传感器信号处理模块25的输入端相连，传感器信号处理模块25的两个输出端分别与整车通讯模块21和电动机矢量控制模块22相连，电动机矢量控制模块22的输出端与SVPWM 23相连，SVPWM 23的输出端与逆变器30的输入端相连，经逆变器30将控制信号输出至交流电动机。辅助电源模块10采用高频开关电源通过DSP 20为交流电动机控制模块提供电源。
本发明实施例所提供的电动机控制器可应用于各类电动汽车的多种类型的交流电动机，如既可以应用于混合动力汽车又可以应用于纯电动汽车等，可以对异步交流电动机进行控制，也可以对永磁同步电动机进行控制。
可见，应用本发明实施例提供的电动机控制器，由于CPLD分担了DSP的负荷，因而，提高了处理效率，且实现成本低。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。
Claims (5)
1.一种电动机控制器，用于对汽车中的交流电动机进行控制，连接在整车控制器和交流电动机之间，其特征在于，所述电动机控制器包括：辅助电源模块(10)、数字信号处理器DSP(20)、逆变器(30)、CPLD模块(40)、保护模块(50)和传感器模块(60)，其中，
用于为所述DSP提供电源的辅助电源模块(10)，与数字信号处理器DSP连接；
传感器模块(60)中数据采集头作为传感器模块(60)的输入端与交流电动机连接，将采样信号通过传感器模块(60)的输出端传输给DSP(20)；
用于对交流电动机进行电压、电流检测的保护模块(50)，将得到的电压、电流检测信号传输至CPLD模块(40)；
CPLD模块(40)，根据接收到的电压、电流检测信号进行逻辑处理，将处理后得到的信号用于故障指示和总故障信号以传输给DSP(20)，将用于保护以控制逆变器(30)开闭的开关信号传输给逆变器(30)；
DSP(20)，接收来自整车控制器的用户信号，仪表接口信号和数字驱动接口信号，接收来自CPLD模块(40)的总故障信号，来自传感器模块的采样信号，向逆变器(30)输出总控制信号；接收来自传感器(60)的采样信号，传输给整车控制器；
逆变器(30)，根据接收到的空间矢量脉宽调制信号控制交流电动机。
2.根据权利要求1所述的电动机控制器，其特征在于，所述DSP(20)具体包括：整车通讯模块(21)、电动机矢量控制模块(22)、空间电压矢量脉宽调制模块SVPWM(23)、模数转换模块(24)和传感器信号处理模块(25)，其中，
整车通讯模块(21)，接收来自整车控制器的用户信号，仪表接口信号和数字驱动接口信号，将接收到的所述信号传输给电动机矢量控制模块(22)；接收来自传感器信号处理模块(25)的信号，传输给整车控制器；
模数转换模块(24)，接收来自传感器模块(60)的采样信号，对所述采样信号进行预处理并转换为数字信号后，传递给传感器信号处理模块(25)；
传感器信号处理模块(25)的两个输出端分别与整车通讯模块(21)和电动机矢量控制模块(22)连接；
电动机矢量控制模块(22)，接收来自整车通讯模块(21)和传感器信号处理模块(25)的信号，传输给SVPWM(23)；
SVPWM(23)的输入端与电动机矢量控制模块(22)连接，输出端与逆变器(30)连接。
3.根据权利要求1所述的电动机控制器，其特征在于，所述保护模块(50)包括：过压保护模块(51)和过流保护模块(52)，其中，
过压保护模块(51)，对电路中母线的电压进行检测，将欠电压或过电流信号传送给CPLD模块(40)；
过流保护模块(52)，对交流电动机的相电流进行检测，将U相波峰波谷、V相波峰波谷信号传送给CPLD模块(40)。
4.根据权利要求1所述的电动机控制器，其特征在于，所述DSP(20)为TMS320F2803系列芯片。
5.根据权利要求1所述的电动机控制器，其特征在于，所述CPLD模块(40)为EMP3000系列芯片。
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