CN1047755C - 电动车辆控制装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于车辆的马达控制器，该车辆包括驱动该车辆的一个电马达、多个检测器和一个车辆动力控制器。该车辆动力控制器接收来自一个加速器检测器和一个制动检测器的信号并将加速器检测器和制动检测器的信号转换成一个力矩值。该马达控制器包括三个部分。一个第一部分接收来自车辆动力控制器的力矩值。一个第二部分将该力矩值转换成力矩输出，且一个第三部分根据该力矩输出来控制马达。

Description

电动车辆控制装置
相关的申请
以下的美国专利申请是与本申请同日递交的，并依赖于本申请，并被作为本申请的参考文献。
同日递交的美国专利申请，律师存档号58,295，标题为“平顶概念”。
同日递交的美国专利申请，律师存档号58,332，标题为“电感马达和有关的冷却方法”；
同日递交的美国专利申请，律师存档号58,333，标题为“电动汽车用12伏特系统”；
同日递交的美国专利申请，律师存档号58,334，标题为“用于电动车辆推进系统的直接冷却切换模块”；
同日递交的美国专利申请，律师存档号58,335，标题为“电动车辆推进系统”；
同日递交的美国专利申请，律师存档号58,337，标题为“用于电动车辆推进系统马达控制器的矢量控制板”；
同日递交的美国专利申请，律师存档号58,338，标题为“带有集成测试和控制的数字脉宽调制器”；
同日递交的美国专利申请，律师存档号58,339，标题为“用于电动车辆的控制装置”；
同日递交的美国专利申请，律师存档号58,340，标题为“用于功率倒相器的改进EMI滤波器布局”；
同日递交的美国专利申请，律师存档号58,341，标题为“用于检测功率源与底盘之间漏电流的故障检测电路”；
同日递交的美国专利申请，律师存档号58,342，标题为“电动车辆继电器组件”；
同日递交的美国专利申请，律师存档号58,343，标题为“三相功率桥组件”；
同日递交的美国专利申请，律师存档号58,344，标题为“带有内装测试的电动车辆推进系统功率桥”；
同日递交的美国专利申请，律师存档号58,345，标题为“用于测试电动车辆推进系统的功率桥的方法”；
同日递交的美国专利申请，律师存档号58,346，标题为“电动车辆功率分配模块”；
同日递交的美国专利申请，律师存档号58,347，标题为“电动车辆底盘控制器”；
同日递交的美国专利申请，律师存档号58,348，标题为“电动车辆系统控制单元外壳”；
同日递交的美国专利申请，律师存档号58,349，标题为“用于电动车辆系统控制单元的低成本流体冷却外壳”；
同日递交的美国专利申请，律师存档号58,350，标题为“电动车辆冷却剂泵组件”；
同日递交的美国专利申请，律师存档号58,351，标题为“散热变压器线圈”；
同日递交的美国专利申请，律师存档号58,352，标题为“电动车辆电池充电器”。
本发明涉及一种矢量控制板。更具体地，本发明涉及一种用于电动车辆推进系统马达控制器的矢量控制板。虽然本发明具有广泛的应用范围，但它特别适用于采用电池或电池与其他源(诸如与一个交换器相耦合的热发动机)的组合作为动力源的电动车辆，并将结合这种情况对本发明进行具体描述。
为了使电动车辆在商业上可行，其成本和性能与汽油动力的车辆相比必须具有竞争力。通常，车辆的推进系统和电池是决定车辆的成本和性能的竞争力的主要因素。
一般地，为了在商业上可接受，电动车辆推进系统应该提供以下特征：(1)与通常的汽油动力推进系统相等价的车辆性能；(2)车辆推进的平稳控制；(3)再生制动；(4)高效率；(5)低成本；(6)自冷却；(7)电磁干扰(EMI)防护；(8)故障检测和自我保护；(9)自测试和诊断能力；(10)与外部系统的控制和状态接口；(11)安全的运行和维护；(12)灵活的电池充电能力；以及(13)来自主电池的辅助12伏特电源。但在以前的实践中，电动车辆推进系统设计基本上是使马达和控制器与一组车辆性能目标相匹配，这样就经常通过牺牲性能来满足实际的马达和控制器设计要求。另外，对于前述的提高商业可接受性的特征注意得很少。
例如，一种通常的传统电动车辆推进系统由一个直流马达、一个断续式马达控制器、一个独立电池充电器、以及一组分布的控制和状态显示器组成。车辆性能就公路驾驶来说通常是不够理想的，加速是不均匀的，且需要手动换档。另外，再生制动要么没有，要么至多只在高马达速度下提供。另外，各个系统部件有其自己的冷却系统，该系统使用加压空气或加压空气与液体冷却的组合。另外，大规模生产成本、EMI、故障检测、维护、控制和状态接口、以及安全等问题基本上都没有得到彻底的解决。
因此，本发明涉及的是一种用于电动车辆推进系统马达控制器的矢量控制板，它基本上克服了现有技术的限制和缺点而导致的一或多个上述问题。
本发明的特征和优点将在以下的描述中给出，且其一部分将能够通过该描述而变得显而易见，或通过实施本发明而得到理解。本发明的目的和其他优点，将通过结合附图的描述和其权利要求中所具体指出的方法和设备，而得到实现和理解。
为了实现这些和其他的优点，且根据本发明的目的，作为概括的描述和体现，本发明提供了一种用于车辆的马达控制器，该车辆包括驱动该车辆的一个电马达、多个检测器和一个车辆动力控制器。该车辆动力控制器接收来自一个加速器检测器和一个制动检测器的信号，将加速器检测器和制动检测器的信号转换成力矩值。该马达控制器包括用于接收来自车辆动力控制器的力矩值的装置、用于将该力矩值转换成力矩输出的装置、以及用于根据力矩输出控制马达的装置。
应该理解的是，以上的一般描述和以下的详细描述都是示例性和说明性的，其目的是为所权利要求的本发明提供进一步的说明。
以下附图是为了进一步理解本发明而提供的，并被作为本说明书的一部分，且显示了本发明目前的最佳实施例，并与描述一起用于解释本发明的原理。在附图中：
图1是根据本发明最佳实施例的一种电动车辆推进系统的框图；
图2是图1的电动车辆推进系统的动力分配图；
图3是图1的电动车辆推进系统的功能图；
图4是图1的电动车辆推进系统的马达控制器的功能图；
图5是图1的电动车辆推进系统的冷却图；
图6A是图1的电动车辆推进系统的马达示意图；
图6B是图1的电动车辆推进系统的分解器的示意图；
图7是图4的马达控制器的矢量控制板的示意图；
图8是图7的矢量控制板的数字信号处理器的功能图；
图9是图8的数字信号处理的自动通量控制器的功能图；
图10是图7的矢量控制板形成数字选通器阵列的功能图；
图11是框图，显示了马达控制器软件的组成部分；
图12是流程图，显示了马达控制器软件的参数初始化组成部分的指令。
图13是流程图，显示了马达控制器软件的底盘控制器I/O组成部分的指令。
图14是流程图，显示了马达控制器软件的处理控制组成部分的指令。
图15是流程图，显示了马达控制器软件的处理指令组成部分的指令。
图16是流程图，显示了马达控制器软件的A/D(模拟—数字)输入组成部分的指令。
图17是流程图，显示了马达控制器软件的故障运行记录组成部分的指令。
图18是流程图，显示了马达控制器软件的模式处理组成部分的指令。
图19是状态图，显示了当在空档至启动至空档状态之间转换时微控制器的状态和条件(事件和动作)。
图20是一个表，列出了图19的状态图的事件和动作。
图21是状态图，显示了当在空档至驾驶至空档状态之间进行转换时微控制器的状态和条件(事件和动作)。
图22是一个表，列出了图21的状态图的事件和动作。
图23-25是流程图，显示了马达控制器软件的驾驶模式处理组成部分的指令。
图26是状态图，显示了当在空档至充电至空档状态之间进行转换时微控制器的状态和条件(事件和动作)。
图27是状态图，显示了当在空档至BIT状态进行转换时微控制器的状态和条件(事件和动作)。
图28是一个表，列出了图27的状态图的事件和动作。
图29是流程图，显示了马达控制器软件的驾驶模式处理组成部分的指令。
现在结合附图详细地对本发明最佳实施例进行说明。
如图1所示，提供了一种电动车辆推进系统10，它包括系统控制单元12、马达组件24、冷却系统32、电池40和DC/DC转换器38。系统控制单元12包括冷却板14、电池充电器16、马达控制器18、动力分配模块20以及底盘控制器22。马达组件24包括分解器26、马达28和滤波器30。冷却系统32包括油泵单元34和散热器/风扇36。
如图2所示，电池40被作为电动车辆推进系统10的动力的主要来源。电池40包括例如一个密封的铅酸电池、单极的硫酸锂金属电池、双极硫酸锂金属电池等等，用于提供320伏特输出。电推进系统10最好能够在例如120伏特至400伏特的大电压范围中工作，以适应电池40的输出电压由于负载或放电深度而产生的变化。然而，电动车辆推进系统10最好是对约320伏特的额定电池电压得到了优化的。
动力分配模块20与电池40的输出端耦合，并包括保险丝、导线、和用于将来自电池40的320伏特输出分配给电动车辆推进系统10的各种部件的连接器等等。例如，动力分配模块20将来自电池40的320伏特输出分配给马达控制器18、DC/DC转换器38、散热器/风扇36、油泵单元34和电池充电器16。动力分配模块20还将来自电池40的320伏特输出分配给各种车辆附加部件—这些在电动车辆推进系统10之外。这些车辆附加部件包括例如空调系统、加热系统、动力驾驶系统、以及需要320伏特电源的其他附加部件。
如上所述，与动力分配模块20的320伏特输出端相耦合的DC/DC转换器38，将动力分配模块20的320伏特输出转换成12伏特。DC/DC转换器38随后将其12伏特输出作为运行动力提供给电池充电器16、马达控制器18、底盘控制器22、以及油泵单元34。DC/DC转换器38还将其12伏特输出作为运行动力提供给各种车辆附加部件—这些部件在电动车辆推进系统10之外。这些车辆附加部件包括例如车灯、音响系统、和需要12伏特电源的任何其他附加部件。应该理解的是，DC/DC转换器38消除了对单独的12伏特存储电池的需要。
如图6A所示，马达28是一个三相交流感应马达，它每相有两个相同的、电绝缘的绕组(绕组A1和A2用于A相，绕组B1和B2用于B相，且绕组C1和C2用于C相)，用于在零速度产生高力矩，以提供与传统的汽油驱动发动机相差不多的性能。马达28的轴(未显示)与车辆的传动轴(未显示)相耦合。马达28的各个相的两个绕组最好基本上一个在另一个之上地排列，并且是同相的，从而使各个绕组提供该相位的总功率的大约一半。另外，马达28最好是完全密封的，并利用了喷油冷却，以直接从转子和端部绕组除去热量，以提高可靠性。
下面结合图3-5和7-10来描述电动车辆推进系统10的运行。
如图3和4所示，电动车辆推进系统10的部件经过各种数据总线而互连。这些数据总线可以是电、光、或电—光型的，如在现有技术中已知的。
电池充电器16从马达控制器18接收指令信号并向马达控制器18发送状态信号，以对电池40进行充电。电池充电器16提供来自一个外部交流电源(未显示)的受控电池充电电流。交流电流最好是按照预期的未来电力质量标准而以接近一的功率因数和低的谐波失真而从外部的电源引出。另外，电池充电器16最好设计成可与标准的接地故障电流中断器和在居住区通常的单相电源相兼容。
油泵单元34和散热器/风扇36也从马达控制器18接收指令信号并向马达控制器18发送状态信号。如图5中所示，电动车辆推进系统10利用了一个闭环冷却系统，该系统包括冷却板14、过滤器30、马达28、油泵单元34和散热器/风扇36。最好，冷却板14是具有双侧表面的空心体—在其上以热接触的方式装有电池充电器16、马达控制器18和动力分配模块20。人们认为，DC/DC转换器38也可以以与冷却板14相热接触的方式安装。油泵单元34使例如飞机涡轮机油的油从马达28的油箱通过散热器/风扇36、冷却板14、过滤器30循环流动并回到马达28，如图5所示。热量被散热器/风扇36从油中除去，且油由过滤器30进行过滤，而过滤器30可以由市场上可获得的、现有技术中已知的油过滤器组成。油泵单元34最好受到马达控制器18的控制，以提供可变的油液流量。应该理解的是，图5的闭环油冷却系统保护了电动车辆推进系统10，使得它不受到有害的汽车运行环境的损害，从而提高了可靠性并减少了维护。另外，由于用于润滑马达28的同种油也被用于系统控制单元12的冷却，所以冷却系统的设计得到了简化。
分解器26在图6B得到了显示，并位于马达28附近，以检测马达轴的角位置并向马达控制器18提供表示马达轴的角位置的信号。与该分解器相连的基准信号线R1被用来提供表示马达轴的角位置是正或负的基准值。来自该分解器的S1信号线提供了用于马达轴的角位置的正或负正弦值，且来自该分解器的S2信号线提供了用于马达轴的角位置的正或负余弦值。
分解器26可以由市场上可获得的分解器或现有技术中已知的其他分解器组成。如将在下面更详细描述的，用于分解器26的基准信号是由马达控制器18提供的。
底盘控制器22和马达控制器18接收来自一个车辆通信总线的信号。一般地，该车辆通信总线被用作一条通信通路，用于使各种车辆检测器和控制器与底盘控制器22和马达控制器18相接口，如将在下面更详细描述的。
底盘控制器22包括基于微处理器的数字和模拟电子系统，并提供了接口至车辆检测器和控制器以及马达控制器18的控制和状态。例如，底盘控制器22经过车辆通信总线而与车辆钥匙开关、加速器，制动器，以及驱动选择器开关相连。底盘控制器22译码来自这些开关的信号，以给马达控制器18提供启动、驾驶模式(例如向前、向后、和空档)、马达力矩、再生制动、关闭、和内装测试(BIT)指令。底盘控制器22最好经过一个光耦合串行数据接口而与马达控制器18进行通信，并从马达控制器18接收所有发送指令的状态信号，以检验底盘控制器22、车辆和马达控制器18之间的通信线路以及检验车辆是否正在正常运行。应该理解的是，由于底盘控制器22提供了与车辆检测器和控制器以及与马达控制器18接口的控制和状态，所以电动车辆推进系统10能够被修正，从而能够简单地通过为具体的车辆修正底盘控制器22，而与任何数量的不同车辆一起使用。
底盘控制器22，通过利用经过车辆通信总线而从位于动力分配模块20中的电池电流检测器接收的信号，还提供了电池管理能力。底盘控制器22译码来自电池电流检测器的信号，向马达控制器18提供充电指令、并向车辆仪表板上的一个“燃料”计传递充电状态值。底盘控制器22经过车辆通信总线而进一步地与包括里程计、速度计、照明、诊断和废气净化系统电子控制器的车辆控制器相连，并同用于系统开发的一个RS-232接口相连。
如图4所示，马达控制器18分别包括一个低压电源42、一个输入滤波器和直流继电器控制单元44、一个矢量控制板46、以及第一和第二功率桥和栅极驱动器48和50。
低压电源42转换来自DC/DC转换器38的12伏特输出，以提供+5V、+/-15V、和+20V输出给输入滤波器和直流继电器控制单元44、矢量控制板46和第一功率桥48以及第二功率桥50。低压电源42可由现有技术中已知的可商业获得的电源组成。
输入滤波器和直流继电器控制单元44包括用于将动力分配模块20的320伏特输出分别耦合到第一和第二功率桥48和50的电连接。输入滤波器和直流继电器控制单元44包括EMI滤波、用于断开动力分配模块20的320伏特输出端分别与第一和第二功率桥48和50相耦合的继电器电路、以及包括电压检测电路和底盘接地故障电路的各种BIT电路。输入滤波器和直流继电器控制单元44最好从矢量控制板46接收控制信号并向矢量控制板46发送状态信号一例如BIT信号。
如图7所示，矢量控制板46包括一个微控制器100、一个数字信号处理器200、一个数字选通器阵列300、一个分解器接口400和一个模拟接口500。用于微控制器100、数字信号处理器200和数字选通器阵列300的时钟信号，由一个振荡器202提供。
分解器接口400包括一个R/D转换器402、一个基准振荡器404、一个多路复用器406、以及一个BIT电路408。分解器接口400经过多路复用器406接收信号S1和S2形式的转子位置测量结果。R/D转换器402随后将信号S1和S2转换成数字值。如上所述，信号S1和S2是由分解器26产生的，并表示了马达28的轴的角位置。分解器接口400还向分解器26提供基准信号。具体地，基准振荡器404产生基准波形，该波形经过多路复用器406而作为信号R1而被提供给分解器26。BIT电路408进行BIT操作以测试分解器接口400的操作。
模拟接口500包括一个A/D时钟、多个A/D转换器504a-d、多个去假频滤波器506a-d、多个电流定标器508a-d、一个过流检测器510、以及一个BIT电路512。模拟接口500接收并处理来自分别位于第一和第二功率桥48和50处的电流检测器(未显示)的、信号IA1、IC1、IA2和IC2形式的电流测量结果。这些电流检测器最好与马达28的绕组A1、A2、C1和C2相耦合。信号IA1、IC1、IA2和IC2由电流定标器508a-d接收和定标，由去假频滤波器506a-d滤波，并随后由A/D转换器504a-d转换成数字值。过流检测器510检测电流定标器508a-d中的过流，且BIT电路512进行BIT操作以测试模拟接口500的操作。
微控制器100包括例如从摩托罗拉的68HC11系列微控制器或现有技术中已知的其他类似装置中选出的微控制器。作为其主要功能，微控制器100进行矢量控制板46的各种辅助操作功能。例如，微控制器100通过接收经过光—绝缘体102而来自底盘控制器22的电流指令、BIT指令、力矩指令以及模式指令，并将状态信号传送给底盘控制器22，而与底盘控制器22进行通信。微控制器100还通过经数字选通器阵列300向数字信号处理器200提供力矩请求而与数字信号处理器200进行通信，并与数字选通器阵列300进行通信以进行例如各种BIT和控制操作。微控制器100最好包括RAM、ROM和EEPROM的组合，以存储用于控制其操作的程序指令。或者，某些或所有程序指令可以被存储在EEPROM112中。
微控制器100还经过一个A/D转换器110接收来自温度检测器接口104、A/D BIT电路106以及一个电压检测器接口108的模拟输入信号。A/D转换器110最好是微控制器100的一部分。
来自温度检测器接口104的模拟输入信号包括由分别位于第一和第二功率桥48和50附近的温度检测器(未显示)发送的温度信号。来自A/DBIT电路106的模拟输入信号包括用于测试A/D转换器110的电压测试信号。来自电压检测器接口108的模拟输入信号包括由位于输入滤波器和直流继电器控制单元44中的电压检测器(未显示)发送的电压信号。
数字信号处理器200包括例如Texas Instrument TMS320C50数字信号处理器或现有技术中已知的其他装置。作为其主要功能，数字信号处理器200实施存储在EPROM 204中的力矩控制程序并在电动车辆推进系统10启动时将其装载到位于数字信号处理器200中的RAM中。或者，数字信号处理器200可以预先得到编程，以包括力矩控制程序。
具体地，数字信号处理器200接收来自分解器接口400的数字化的转子位置测量结果、来自模拟接口500的数字化电流测量结果、以及来自微控制器100的力矩指令，并利用这些测量结果和指令来产生相电压信号。如将在下面更详细描述的，这些相电压信号被提供到数字选通器阵列300，从而使数字选通器阵列300产生栅极驱动信号形式的脉宽调制(PWM)电压波形，以在马达28中产生所希望的加速或制动效果。相电压信号，因而是PWM电压波形，是根据设计成产生所请求的力矩输出的力矩控制程序而产生的。现在将结合图8和9来描述借助数字信号处理器200来实施力矩控制程序。
如图7中所示，微控制器100通过数字选通器阵列300而将一个力矩请求送到数字信号处理器200。该力矩请求对应于从底盘控制器22至微控制器100的力矩指令。然而，从底盘控制器22传送的力矩的量可能不与至DSP 200的力矩请求相匹配，因为力矩量受到例如现行温度、电池供电能力和现行速度等等当前条件的影响。这些条件由微控制器100检测，且包含这些条件的一个力矩请求被送到DSP。
DSP 200通过模拟接口500(图7)来接收有关马达中的电流大小的信息，而模拟接口500利用A/D转换器504a、504b、504c和504对电流进行取样。只需要A和C相的电流。如图8所示，来自A相的电流IA1和IA2由一个加法器224相加，以产生Ia，且来自C相的电流IC1和IC2由一个加法器226相加以产生Ic。一个Idq变换器208将Ia和Ic转换成直流分量Id和正交分量Iq，它代表了同步转动参照系中的定子电流需求矢量信号的直角坐标(详细解释参见美国专利5,168,204)。
DSP 100利用DSP 100中的一个自动通量控制器(AFC)206，根据力矩请求来执行一个算法。一个自动通量控制器的功能，在给予Schauder的美国专利5,168,204中得到了描述，该专利的内容在此被作为参考文献。如图9所示。AFC 206接收力矩请求并产生Id请求(场分量)和Iq请求(力矩分量)，它们包含适当的力矩和场的量。场分量是基于彼此相对以产生力矩转子和定子上的场的。如果最大的电压被加上且附加的力矩得到请求(这通常在高速时出现)，则转子上的场得到减小以允许更快的速度。因此，如果所用的现行电压很高，则转子能够得到控制(场削弱控制)，从而得到减小以提供更高的车辆速度。然而，在这种场削弱方法中，力矩和加速度得到了降低(因为在高速进行加速比在低速需要更大的动力)。
减法器254从可获得的最大电压EmodRef上减去当前所加的电压Emod。Emod是从电压矢量Vd和Vq获得的。电压矢量Vd和Vq是从来自Idq变换208的Id和Iq通过变换功能214和218而获得的。Vd和Vq的矢量幅度(VectMag)由单元236确定。该矢量幅度通过一个滤波器250以产生电压Emod。减后的结果经过一个比例积分处理(254、256、258和260)以控制IDC，以实现和增大速度。该处理被称为高速力矩控制，与当剩余有足够的电压(通常在低速下)而以最大力矩对车辆进行加速时所用的低速力矩处理相对。低速力矩处理用标号274、276、278、280、282、284和286表示。这种处理输出在当前条件下可获得的力矩(Idh)。
Idh和IDC得到比较，且如果IDC小于Idb，即没有足够的剩余电压，则采用场削弱方法来增大速度。然而，如果IDC大于Idh，即有足够的剩余电压，则场不受到改变且可以有更高的力矩和加速度。两种方法经过262、264、268、270、272和292而输出相应的Id请求(场分量)和有限Iq请求(力矩分量)。Id请求和Iq请求随后被用来产生适当的SlipAngle，后者从自动通量控制器206得到输出。
Slip Angle加上转子位置(222)、Vd和Vq，被输入到Iac变换210以转换回到原来的坐标系。Iac变换210把与力矩请求对应的相应电压基准信号V1a、V1b和V1c输出到一个平顶单元212，以在将这些基准信号加到脉宽调制器之前增大信号的幅度。
除了实施力矩控制程序之外，数字信号处理器200还执行各种BIT操作、控制功能以及诊断测试，如将在下面更详细描述的。提供了A/D转换器312和314，以在借助一个外部测试装置(未显示)进行的数字信号处理器200和系统10的诊断测试期间将数字信号处理器200产生的数字诊断测试数据转换成模拟信号。
数字选通器阵列300包括例如一个现场可编程选通器阵列或现有技术中已知的其他类似装置。一般地，数字选通器阵列300从数字信号处理器200接收相电压信号Va、Vb和Vc，并产生栅极驱动信号A1U、A1L、B1U、B1L、C1U、C1L和栅极驱动信号A2U、A2L、B2U、B2L、C2U与C2L的形式的PWM电压波形，以分别驱动第一和第二功率桥48和50。数字选通器阵列300还产生并经过一个光隔离器驱动器304发送各种PWM信号(例如“pump PWM”和“Chrgr PWM”)，用于控制油泵单元34和电池充电器16，并产生用于控制散热器/风扇38、位于输入过滤器和直流继器电控制单元44中的主和预充电/放电继电器(未显示)、以及也位于输入滤波器和直流继电控制单元44中的底盘故障检测单元的各种控制信号(例如“风扇”、“主继电器”、“预充电/放电继电器”和“底盘故障测试”)。另外，数字选通器阵列300经过光隔离器驱动器304接收BIT信号(例如“充电器BIT”)和故障检测信号(例如“底盘故障检测”)，并经过光隔离器302接收操作者发出的紧急停止信号(例如“停止”)。现在结合图10详细描述数字选通器阵列300。
如图10所示，数字选通器阵列300包括一个PWM发生器316、一个空载时间发生器318、一个使能/禁止单元320、控制逻辑电路322和324、以及微控制器BIT接口326。如图10所示，数字选通器阵列300进一步包括一个微控制器接口和PWM发生器328、故障输入逻辑电路330、以及光驱动器BIT接口332。
来自数字信号处理器200的相电压信号Va、Vb和Vc由PWM发生器316和空载时间发生器318接收。PWM发生器316和空载时间发生器318从相电压信号Va、Vb和Vc产生PWM电压信号AU、AL、BU、BL、CU和CL。
PWM发生器316和空载时间发生器318所产生的PWM信号AU、AL、BU、BL、CU和CL之每一个都被分成两个相同的信号，从而产生出两组PWM信号。这两组PWM信号AU、AL、BU、BL、CU和CL被提供给使能/禁止单元320和控制逻辑电路322和324，如图10所示，以产生栅极驱动信号A1U、A1L、B1U、B1L、C1U和C1L和栅极驱动信号A2U、A2L、B2U、B2L、C2U和C2L。来自控制逻辑电路322的栅极驱动信号A1U、A1L、B1U、B1L、C1U和C1L经过光驱动器306而加到第一功率桥48上，而来自控制逻辑电路324的栅极驱动信号A2U、A2L、B2U、B2L、C2U和C2L经过光驱动器308而被加到第二功率桥50上。
使能/禁止单元320根据微控制器100产生的BIT信号而防止来自空载时间发生器318的PWM信号AU、AL、BU、BL、CU、CL流向控制逻辑电路322和324。使能/禁止单元320经过微控制器接口326从微控制器100接收这些BIT信号。一旦微控制器100使得使能/禁止单元320防止了来自空载时间发生器318的PWM信号AU、AL、BU、BL、CU、CL流向控制逻辑电路322和324，微控制器100就能够经过微控制器BIT接口326而把其自己的栅极驱动信号提供给控制逻辑电路322和324。因此，微控制器100能够借助数字信号处理器200而超越数字选通器阵列300的控制。微控制器100的这种控制超越在例如数字信号处理器200出现故障时以及在系统10的BIT期间是所希望的。
微控制器接口和PWM发生器328包括一个PWM发生器和用于从微控制器100接收指令并用于产生PWM和控制信号的接口电路—这些控制信号用于控制上述的油泵单元34、电池充电器16、散热器/风扇36、主和预充电/放电继电器、以及底盘故障检测单元。微控制器接口和PWM发生器328还接收分别来自电池充电器16和底盘故障检测单元的BIT和故障检测信号，以及操作者发出的紧急停止信号，并把接收的信号提供给微控制器100。
故障输入逻辑电路330被用作电动车辆推进系统10和数字选通器阵列300中的各种故障和复位电路之间的接口。在接收到适当的故障控制和复位信号时，故障输入逻辑电路330将一个全局复位发送到控制逻辑电路322和324。该故障控制信号包括例如来自低压电源42的欠电压信号、操作者发出的紧急关闭信号、一个监视器定时器信号、一个动力复位信号、来自分解器接口400的BIT信号、以及来自过流检测器510的过流检测信号。这些复位信号由微控制器100产生。
光驱动器BIT接口332接收来自光驱动器306和308的BIT数据，并将该BIT数据提供给微控制器100以进行处理。来自光驱动器306和308的BIT数据，被微控制器100用于测试分别由控制逻辑电路322和324提供的栅极驱动信号A1U、A1L、B1U、B1L、C1U和C1L及栅极驱动信号A2U、A2L、B2U、B2L、C2U和C2L。来自光驱动器306和308的BIT数据，被微控制器100分别用于测试第一和第二功率桥48和50。
如上所述，矢量控制板46的微控制器100是例如美国摩托罗拉公司制造的68HC11微控制器。微控制器100包括一个存储器，该存储器存储微控制器100用来控制矢量控制板46的某些操作的程序指令和其他数据。这些指令还被用来改变微控制器100的现行状态。微控制器100的各种状态(或操作模式)将在下面详细描述。
存储在微控制器100的存储器中的程序指令包括微控制器软件1000(图11)。微控制器软件1000由十个组成部分组成：参数初始化组成部分1010、底盘控制器I/O(输入/输出)组成部分1020、处理控制组成部分1030、处理指令组成部分1040、A/D(模拟-数字)输入组成部分1050、故障运行记录组成部分1060、模式处理组成部分1070、驾驶模式处理组成部分1080、充电模式处理组成部分1090、以及BIT(内装测试)模式处理组成部分1100。一般地，来自所有这些组成部分的指令都被微控制器100用于监测和接收用于控制矢量控制板46的操作的各种输入和输出信号。每一个组成部分的细节将在下面讨论。
1.  处理控制组成部分
处理控制组成部分1030包括微控制器100通常用于控制是处理功能的指令。这些指令由图14中的步骤表示。在微控制器100被启动之后，它运行各种内装测试(步骤4010)。内装测试(BIT)的功能和操作是众所周知的。在此情况下，内装测试保证了微控制器100的主要功能是可以运行的，且它能够与矢量控制板46的各种其他部件进行通信。一旦BIT测试上的这些动力完成，微控制器100进入空档模式9005(见例如图19)。
下面详细描述空档模式9005的其他细节。一般地，微控制器100在空档模式9005接收并响应于来自底盘控制器22的状态请求和模式改变指令。响应于状态请求指令，微控制器100将所请求的状态信息送回到底盘控制器22。底盘控制器22和使底盘控制器22与微控制器100相连的串行接口的细节，被包括与本申请在同日递交的标题为“电动车辆底盘控制器”的、美国专利申请序号08/258628(Westinghouse存档号58,347)中。模式改变指令将使微控制器100转换到请求的操作模式。但从空档模式9005出来的转换只有当BIT测试启动((步骤4010)成功完成时才是允许的。重要的是注意到当微控制器100接收到一个模式改变指令时，不同操作模式的转换不是自动的。相反地，在子状态之间和最终至操作模式的转换之前，必须进入各种子状态并满足相应的条件。微控制器100的操作的这些方面的进一步细节将在下面详细描述。
微控制器100随后执行参数初始化组成部分1010的指令(步骤4020)。参数初始化组成部分1010的指令将结合图12讨论。
在微控制器100完成了参数初始化组成部分1010的指令执行之后，它初始化一个RTI(实时中断)(步骤4030)。该实时中断被用来管理模式处理组成部分1070的指令执行。例如，微控制器100每10毫秒执行一次模式处理组成部分1070的指令。实时中断因而相应地得到设定，以保证微控制器100每10毫秒执行模式处理组成部分1070的指令。
随后，微控制器100初始化底盘控制器输入/输出(I/O)变量，这些变量包括计数器、一个指令排队、以及在底盘控制器I/O组成部分1020的指令操作期间使用的一个中断(将在下面结合图13的步骤详细描述)。该中断响应于微控制器100中的一个专用寄存器，它被用于在底盘控制器22之间发送和接收数据。每当该专用寄存器保持所要发送或接收的数据时，该中断即被触发。
微控制器100随后进入一个循环—该循环重复地执行步骤4050-4080表示的指令。
首先在步骤4050，微控制器100使其“监视器”作好准备。用于68HC11的监视器的功能和操作是众所周知的。用于微控制器100的监视器被设定在预定的值。微控制器100连续地从该设定值倒计数监视器。它还在操作期间重复地复位监视器定时器(见图18的步骤8000)。但如果在处理控制组成部分1030或模式处理组成部分1070的指令处理期间出现了错误，实时中断任务使来自两个组成部分的指令(即图14的步骤4050和图18的步骤8000)都不被执行，则监视器将得到触发且微控制器100将复位其自己。另外，每当微控制器100复位自己时，不论是由于监视器错误还是由于电动车辆推进系统10被启动，微控制器100都执行上述的各种内装测试。
在使监视器作好准备(步骤4050)之后，微控制器100执行处理指令组成部分1040的指令(步骤4060)，并随后在步骤4050再次使监视器作好准备之前执行模拟-数字(A/D)组成部分1050(步骤4070)和故障运行记录组成部分1060(步骤4080)。当然，在执行组成部分1070的指令时，监视器每10毫秒都在模式处理组成部分1070的步骤8000得到复位。这些组成部分1040、1050和1060的每一个的指令的有关细节，将在下面讨论。
2.  参数初始化组成部分
参数初始化组成部分1010对微控制器软件1000的其余组成部分1020和1040-1100所用的参数进行初始化。参数初始化组成部分1010的指令在图12的步骤中显示。在步骤2000，微控制器100对数字信号处理器(DSP)200所用的各种参数进行初始化。当这样做时，微控制器100设定数字选通器阵列300中的初始参数值。
例如，微控制器100初始化的一组参数包括DSP 200用于使数字选通器阵列300和电马达28有效运行的时间常数值。由于所有电马达的运行是不同的，利用微控制器100来初始化时间常数值使马达控制器18在操作不同的电马达时对重新编程DSP 200的需要减至最小。
3.  底盘控制器I/O(输入/输出)组成部分
图13显示了表示微控制器软件1000的底盘控制器输入/输出(I/O)组成部分1020的指令的步骤。如同对组成部分1000的所有指令，微控制器100译码并执行它们。底盘控制器I/O组成部分1020包括一组异步指令—微控制器100每当适当时就执行这些指令。例如，微控制器100当步骤4040(图14)的中断得到触发时执行底盘控制器I/O组成部分1020的指令，表明(1)底盘控制器22已经经过上述的串行接口向微控制器100发送了一个指令(例如状态请求、模式改变、以及力矩)，或者，(2)微控制器100有例如对状态请求的响应或要发送给底盘控制器22的其他指令。
重要的是要注意到，如果底盘控制器22与微控制器100之间的通信联结由于任何原因而被切断，底盘控制器22就识别这种切断—其细节将在底盘控制器22的上述共同未决申请中讨论，但微控制器100还识别通信中的切断并自动进入空档模式9005。
在步骤3000，微控制器100判定触发组成部分1020的指令的执行的中断是否一个发送(xmit)中断。每当微控制器100有信息要送给底盘控制器22时，就发生发送中断。首先，在步骤3030，微控制器100判定一个发送计数值是否大于零，表明它有要送给底盘控制器22的信息。如果“是”，则微控制器100知道它要输出信息给底盘控制器22并在步骤3040发送该信息(一字节)。微控制器100随后在步骤3050减小发送计数器的值以表明它向底盘控制器22发送了一字节信息。当信息的所有字节都已经被发送给底盘控制器22时，该发送计数器将为零。由于底盘控制器I/O组成部分是异步的，在微控制器100执行了步骤3050之后，它可以返回在底盘控制器I/O的中断被触发时受到中断的任何一个步骤4040—4080(图14)的指令。
否则，发生一个接收中断(步骤3000)，且微控制器100将来自底盘控制器22的一个指令存储在一个指令排队中(步骤3010)，并增值一个接收指令计数器(步骤3020)。实际上，来自底盘控制器22的每一个指令都由两个或更多个字节组成，微控制器100利用该指令排队来存储各个字节，直到一个指令的所有字节都已经得到接收—此时此能够对整个指令进行响应。如将在下面详细描述的，微控制器100在一个序列中执行来自底盘控制器22的指令，在该序列中这些指令是通过从队列中取出并在每次从队列中取出一个指令时减小接收指令计数值而从底盘控制器22接收到的。
虽然微控制器100通常从底盘控制器22接收多种指令，但有两种指令是特别需要注意的。第一种是模式指令。一个模式指令由三个字节的信息组成：第一个字节简单地表示该指令是一个模式指令而不是其他类型的指令；第二个字节表示模式(例如空档、驾驶、充电、BIT)；及第三个字节是一个校验和字节，它简单地被用来表示指令的结束。第二种指令是一个力矩指令。该力矩指令象模式指令一样也由三个字节组成：第一个字节表示它是力矩指令(而不是其他的指令)，第二个字节表示底盘控制器22所请求的力矩值；及第三个字节是校验和字节。有关底盘控制器22如何把驾驶输入(加速器和制动踏板位置)译码为力矩值的细节，在有关底盘控制器22的共同未决、标题为“电动车辆底盘控制器”的美国专利申请序号第08/258628(Westinghouse存档号58,347)中得到了详细描述。
4.  处理指令组成部分
处理指令组成部分的指令在图15的步骤中显示。利用与步骤5005对应的指令，微控制器100判定它是否已经从底盘控制器22接收到一个指令。这种判定是通过访问接收计数器和存储在公共队列中的一个指令的第一个字节而作出的。一个指令的第一个字节表明组成该指令的字节总数。在步骤5005，微控制器100判定对应于存储在指令队列中的字节的数目是否等于指令的第一个字节所表明的具体指令的字节数。例如，模式指令由表示该指令由三个字节组成的的一个第一个字节组成。因此，当微控制器100接收到一个模式指令时，它判定接收计数器值是否等于三(步骤5005)。
如果该接收计数值不等于指令的第一个字节所表明的具体指令的字节数(步骤5005)，则微控制器100在此情况下简单地返回以执行处理控制组成部分1030的步骤4070的指令。否则，微控制器100已经从底盘控制器22接收到一个完整的指令，且微控制器100判定校验和(xsum)是否OK(步骤5010)。一个指令的所有字节加起来必须为零。校验和确定是这种情况。例如，如果三字节模式指令的头两个字节加起来为二(2)，则该指令的校验和必须为负二(-2)。因此，在步骤5010，微控制器100判定指令的所有字节加起来是否为零。如果这些字节不等于零(步骤5010)，则从底盘控制器22接收的指令就有问题，且微控制器100为校验和设定一个标记以表明该错误(步骤5015)。随后，在步骤5075，微控制器100把发送(xmit)计数器的值设定为等于要送回底盘控制器22的数据的字节数。它还将接收计数值设定为零，因为它没有什么需要处理了。指令队列是空的。最后，它产生一个发送中断，该中断如上所述地使一个响应被送到底盘控制器22。
例如，如果xsum不OK(步骤5010)且xsum错误标记被设定，则发送计数器的值被设定为四(表明有四个字节要被送到底盘控制器22)，第一个字节只是对从底盘控制器22接收的第一个字节的反响，第二字节是一个状态，第三个字节是一个校验和(底盘控制器以与微控制器100使用xsum的方式类似的方式使用它)，且第四个字节表明微控制器100是否承认(即响应于一个指令而执行某些操作)。
然而，如果xsum是OK(步骤5010)，则微控制器100继续识别从底盘控制器22接收的指令(步骤5020-5060)。如果从底盘控制器22接收的指令不是模式指令(步骤5020)、电流指令(步骤5030)、力矩指令(步骤5040)、BIT指令(步骤5050)、或状态请求指令(步骤5060)之一，则微控制器100设定一个坏消息标记—它表明该指令是不能处理的指令(步骤5070)。它随后进行到步骤5075，并将发送(xmit)计数器的值设定成等于所要送回到底盘控制器22的数据的字节数。它还将接收计数器的值设定为零，因为它没有什么需要处理。最后，它产生一个发送中断—它如上所述地启动将要送到底盘控制器22的一个响应。
在步骤5020，微控制器100判定来自底盘控制器22的指令是否模式指令。在此情况下，该指令是使微控制器100改变其运行模式(或状态)的。如果“是”，则微控制器100设定一个模式指令标记以反映来自底盘控制器22的该模式指令(步骤5025)。例如，如果微控制器100的现行模式是空档模式9005且微控制器100从底盘控制器22接收到一个驾驶模式指令，则微控制器100将其模式指令标记设定为驾驶模式。(因此，在模式处理组成部分1070的执行期间，微控制器100转换到驾驶模式(见图21的驾驶模式9085)。)
另一方面，如果来自底盘控制器22的指令是电流指令(步骤5030)，则微控制器100设定一个电流指令标记以反映来自底盘控制器22的电流指令(步骤5035)。微控制器100在充电模式将在下面讨论下利用该标记表明它接收到了驱动电池充电器16的指令。
如果来自底盘控制器22的指令是力矩指令(步骤5040)，则微控制器100设定一个力矩指令标记以反映来自底盘控制器22的该力矩指令(步骤5045)。微控制器100利用该标记以在驾驶模式(将在下面讨论)下表明它将需要写出用于DSP 200的信息以驱动马达28。
如果来自底盘控制器22的指令是BIT指令(步骤5050)，则微控制器100设定一个BIT指令标记以反映来自底盘控制器22的BIT指令(步骤5055)。微控制器100在BIT模式(将在下面讨论)下利用该标记来表明它接收了执行各种内装测试之一的指令。
最后，如果来自底盘控制器22的指令是状态请求指令(步骤5060)，则微控制器100设定一个状态请求指令标记以反映来自底盘控制器22的状态请求指令(步骤5065)。微控制器100利用该标记以表明它接收到了将请求的状态信息送回到底盘控制器22的指令。例如，底盘控制器22可能送来一个状态请求指令，请求微控制器100表明其现行操作模式，即是空档还是驾驶。
在步骤5015、5025、5035、5045、5055、或5065中的任何一个之后，微控制器100将发送(xmit)计数器的值设定成等于将要送回到底盘控制器22的数据的字节数。它还将接收计数器的值设定为零，因为它已经没有什么要处理的。最后，它产生一个发送中断，该中断如上所述地启动将要送到底盘控制器22的一个响应。
5.  A/D输入组成部分
现在结合图16显示的步骤来描述A/D输入组成部分1050的指令。如上所述，微控制器100接收数字值，而这些数字值是用于其各种模式处理期间所用的若干模拟输入的。各个模拟输入来自与A/D转换器110相连的单独的模拟通道。A/D转换器110每次转换各个通道的模拟输入中的一个，并将数字值存储微控制器100的一个专用结果寄存器中。
例如，微控制器100从温度检测器104接收表示冷却板14和第一和第二功率桥48和50的温度(-10℃至+105℃)的模拟输入的数字值。其他的模拟输入包括基准信号(5伏特)、电池电压(0-500伏特)、电池电压(300-500伏特)、电压接通控制器(0-500伏特)、地(0伏特)以及两个备件。
由于各个模拟输入(对于所有八个通道)都被转换成八位数字值，所以A/D输入组成部分1050主要由用于存储来自各个通道的能各个模拟输入的数字值的指令循环组成。转换的模拟输入(所有八个通道)的数字值被存储在一个数字值(值〔I〕)阵列中。
首先，在步骤6010，微控制器100判定A/D转换是否完成。换言之，已经从输入的模拟信号转换成了数字位。如果“是”，则微控制器100读取A/D结果寄存器(步骤6020)，该寄存器是微控制器100中的一个寄存器—A/D转换器110在其中存储A/D转换的结果。它随后把来自A/D结果寄存器的一个数字值存储在位置I处的值阵列中(步骤6030)。微控制器100随后使I增值一(步骤6040)并判定I是否大于8—这意味着模拟输入的所有八位(对于所有八个通道)都已经被存储在值阵列中(步骤6050)。如果“是”(步骤6050)，则微控制器将100I设定为等于一(步骤6050)。否则，或者在步骤6050之后，微控制器100向A/D转换器110发出信号以开始通道(I)上的下一个模拟输入的转换。
如果所有八个通道的输入都已经得到转换并存储在值阵列中(步骤6050)，则微控制器将I复位为等于一并开始向A/D转换器110发出信号以开始从第一个通道开始转换模拟输入的所有八个通道，读取转换的数字值，并将这些值存储在值阵列中(步骤6060之后的步骤6070)。如果所有八个还没有得到转换并存储在值阵列中(步骤6050)，则微控制器100向A/D转换器110发出信号以转换通道〔I〕上的下一个模拟输入(步骤6050之后的步骤6070)。换言之，来自通道〔1〕的模拟输入被A/D转换器110所转换并随后在步骤6030被作为值〔1〕而存储。
6.  故障运行记录组成部分
现在结合图17的步骤来描述故障运行记录组成部分1060的指令。故障运行记录组成部分1060的指令也将由微控制器100在步骤4080执行(图14)。一般地，利用故障运行记录组成部分1060的指令，微控制器100简单地存储在运行期间出现的错误。例如，每当设定一个状态标记以表明发生了错误时，微控制器100记录该状态标记的设定。
在步骤7010，微控制器100判定状态标记是否表示“运行记录”。当没有错误发生时就是这种情况，在此情况下微控制器100简单地以步骤4050(图14)继续进行处理，并完成处理控制组成部分1030的循环4050-4080。否则，状态标记不等于“运行记录”，表明在微控制器100的处理期间发生了错误。如果这样，微控制器100判定微控制器100的存储器的EEPROM部分是否满(步骤7020)。如果“是”，则微控制器100以步骤4050(图14)继续进行处理。如果“否”，则微控制器100存储标明该错误的数据(步骤7030)并设定状态标记以表明它已经记录了一个错误。随后，微控制器100以步骤4050(图14)继续进行处理。
7.  模式处理组成部分
现在结合图18的步骤描述模式处理组成部分1070的指令。一般地，在执行模式处理组成部分1070的指令时，微控制器100在包括空档模式、驾驶模式、充电模式、和BIT模式的多个运行模式(或状态)之间转换。下面描述微控制器100的各个模式的处理以及在这些模式之间转换的状态。当微控制器100利用处理指令组成部分1040的指令在步骤5025(图15)设定一个模式指令时，模式处理组成部分1070的指令由微控制器100执行。
模式处理组成部分1070的指令是中断驱动的，即每当实时中断(见步骤4030)表明已经过去了10毫秒时微控制器100就中断其他组成部分1020、1030、1050、1060和1080的任何指令的执行，以执行模式处理组成部分1070的指令。当它完成了模式处理组成部分1070的指令的执行时，微控制器100返回以执行在它中断的点处的组成部分的指令。当然10毫秒之后实时中断再次触发，且循环得到重复。
模式改变指令被用来告诉微控制器100转换到哪个模式。这些指令是响应于档选择器(PRNDL)位置改变而从底盘控制器100接收的。底盘控制器100在驾驶模式下响应于加速器和制动输入而发送力矩指令。当在充电模式下时发送电流指令以设定电池的充电电平。在BIT模式下设定BIT测试指令以选择所要执行的测试。状态请求指令可以在任何时刻发送，以请求微控制器100送回选定的状态信息。底盘控制器22与微控制器100之间的所有通信都是由底盘控制器22启动的。
在步骤8000，微控制器100复位监视器。所以监视器在处理控制组成部分1030的循环(步骤4050-4080)的执行期间作好准备并在步骤8000得到复位。如果监视器的作好准备(步骤4050)或监视器的复位(步骤8000)都没有得到执行，则微控制器100复位它自己。换言之，在每一次作好准备之后(步骤4050)，监视器必须复位(步骤8000)。否则，在微控制器100的处理中有一个错误。
在步骤8005、8020，8040和8060，微控制器100标明在从底盘控制器22接收的模式改变指令中指定的模式的类型。如果在模式改变指令中的模式类型不是空档模式、驾驶模式、充电模式或BIT模式，则微控制器100设定状态标记(见图17的步骤7010至7040)以反映它已经从底盘控制器22接收到一个“模式错误”或不正确(或不可识别)模式指令(步骤8080)。
如上结合对故障运行记录组成部分1060的指令的讨论所讨论的，当状态标记不等于“运行记录”时，则微控制器100将状态存储在其存储器中。因此，当微控制器100在步骤8080将状态标记设定为“模式错误”并随后完成模式处理组成部分1070的操作时，故障运行记录组成部分1060将记录该“模式错误”状态。
微控制器100随后将其自己设定在空档处理模式9005(见图19)(步骤8090)。换言之，当它接收到一个不正确模式指令时(步骤8080)，微控制器100将模式设定为等于空档模式9005，从而在下一次执行模式处理组成部分1070时，微控制器100识别出模式是空档模式9005(步骤8005)并相应地处理来自底盘控制器22的指令(步骤8010)。这保证了底盘控制器22发送另一指令以在微控制器100处理例如来自底盘控制器22的另一力矩或其他指令之前把微控制器100复位在一个正确的模式。
如上所述，来自底盘控制器22的模式指令的第一个字节指定了请求的模式类型。例如，当来自底盘控制器22的指令的第一个字节表示字符“A”、“B”、“C”或“D”中的任何一个时，则该指令是一个模式指令，且微控制器在步骤5025设定模式指令标记以反映这点(图15)。在模式处理组成部分1070的指令执行中，微控制器100随后标明底盘控制器22请求哪个模式。例如，当模式指令的第一个字节是字符A，它可能意味着模式类型是空档；B可能表示驾驶模式；C可能表示充电模式；且D可能表示BIT模式。
如果来自底盘控制器22的模式指令表示空档模式9005(步骤8000)，则微控制器100执行空档处理模式9005的指令(步骤8010)。空档处理模式9005的指令将在下面结合图19-22所示的有关表和状态图而进行描述。
如果来自底盘控制器22的模式指令是驾驶模式9085(见图21)(步骤8020)，则微控制器100执行驾驶处理模式9085的指令(步骤8030)。驾驶处理模式9085的指令(或驾驶模式处理组成部分1080)将在下面结合图23-25进行描述。一般地，从空档模式9005至驾驶处理模式9085(向前或倒行)的模式改变，将使微控制器100转换到驾驶处理模式9085。在从空档模式9005至驾驶处理模式9085的转换中，首先检查电池电压和冷却板温度，以确定它们是否处于允许的范围。通过按照适当的顺序闭合继电器，而将高压加到电子电路上(如果还没有加上的话)，且检查诊断状态以确定是否允许驾驶模式。在驾驶模式9085，底盘控制器22响应于加速器和制动输入而发送力矩指令(“TorCmd”)。微控制器100对该指令力矩值进行滤波并把适当的力矩输出送到DSP 200(经过数字选通器阵列300)以用于控制驱动马达28的PWM信号。
如果来自底盘控制器22的模式指令表明充电模式10800(见图26)(步骤8040)，则微控制器100执行用于充电处理模式的指令(步骤8050)。充电处理模式(或充电模式处理组成部分1090)的指令将在下面结合图26中的状态图进行描述。一般地，模式改变指令使得微控制器100转换到充电模式10800。在转换至充电模式10800中，检查冷却板温度以确定正确的充电温度，检查底盘故障检测电路以确定故障，且运行充电器BIT测试。如果所有的条件都得到满足，微控制器100进入充电模式10800。在充电模式10800，底盘控制器22发送指令以设定电池40的充电电平。
最后，如果来自底盘控制器的模式指令表明BIT模式10930(见图27)(步骤8060)，则微控制器100执行BIT模式10930的指令(步骤8070)。BIT模式10930(或BIT模式处理组成部分1100)的指令将在下面结合图29进行描述。一般地，至BIT的模式改变使微控制器100转换到BIT模式10930。在从空档模式9005至BIT模式10930的转换中，通过以适当的顺序打开电源继电器并闭合一个放电继电器，从系统10的各种电子电路中除去高压。这是为了防止对维护人员的可能伤害而采取的措施。在BIT模式10930中，测试指令表明执行哪一个测试。微控制器100执行所请求的测试并送回测试状态值。该状态值随后可被用来进行通过一个故障树的搜索，以确定运行哪一个测试或者在哪里发生了运行故障。如果检测到了底盘故障，通过打开电源继电器并闭合放电继电器而从各种电子电路除去高电压。
a.  空档处理模式
现在结合图19-22的状态图和有关的表来描述空档处理模式9005的指令。
图19显示了微控制器100用于处理来自底盘控制器的启动指令的状态(通过在空档模式9005与各种启动子状态9010至9060之间进行转换)。图20是一个表，列出了图19中指定的事件编码(E.N.S.和E.S.#.#，其中#是一个数)和动作编码(A.N.S.和A.S.#.#，其中“#”是一个数)。一般地，启动指令使得微控制器100执行诊断测试，包括矢量控制板46上的各种组成部分的测试。这些测试要求把高电源电压加到系统10中的各种电子电路上。微控制器100首先检查电池电压和冷却板温度是否处于运行这些测试的适当范围内，随后通过以定时的顺序闭合继电器而施加电压。启动指令测试得到运行，且微控制器100自动返回到空档模式9005。测试故障被记录在微控制器100的存储器中，且微控制器100也返回到空档模式9005。
在图19和20中，各种定时器被用来在微控制器100在各种“启动”子状态之间进行转换时保持其功能的时间，这些功能包括各种测试和其他的操作，而这些子状态包括：START：0 90110、START：1 9015、START：2 9020、START：3 9030、START：4 9040、START：5 9050和START：6 9060。当微控制器100从底盘控制器22接收到一个启动指令时，它在空档模式9005开始并随后在子状态之间进行转换。如果微控制器100成功地处理了一个启动指令，则它转换过所有这些“启动”子状态。在从空档模式9005转换经过所有这些子状态9010至9060并随后返回到空档模式9005之后，已经成功地处理了一个启动指令，或者如果在这些“启动”子状态9010至9060中的任何一个期间没有成功地完成一个具体的测试，则微控制器100返回到空档模式9005。微控制器100保持对其现行子状态的跟踪。
例如，如果微控制器100处于空档模式9005并接收到了一个启动指令(事件编码“E.N.S.”)，则微控制器100将一个模式变量设定为等于“START：0”，转换到子状态“START：0”9010。在子状态“START：0”微控制器100进行检查以确定具体的条件是否适合于对电动车辆推进系统10执行一定的启动测试，包括BIT测试、继电器测试，充电电容的测试。微控制器100检查在执行A/D输入组成部分1050的指令期间接收到的模拟输入的数字值。
随后，微控制器100闭合预充电继电器，将现行子状态设定在“START：1”、转换到子状态“START：1”9015—在此期间微控制器执行电容预充电测试(E.S.0.2和A.S.0.2)。这些测试的细节在图20的表中给出。如果确定电容预充电继电器通过了测试，则微控制器100将现行子状态设定为等于“START：2”，转换到子状态“START：2”9020(E.S.1.3和A.S.1.3)。
在子状态“START：2”9020，判定预充电继电器是否通过了一组测试－包括电压是否足够高，以将现行子状态设定为等于“START：3”9030(E.S.2.3和A.S.2.3)。在子状态“START：3”，微控制器100闭合主继电器(A.S.3.3)，这使得少量的电流开始从电池40流向马达28，并在将现行子状态设定为“START：4”之前等待预定的时间，转换到子状态“START：4”9040(E.S.3.2和A.S.3.2)。在从子状态“START：4”9040向“START：5”9050转换中，微控制器100等候预定的时间并随后开始测试主继电器以确信例如它被闭合(E.S.4.2和A.S.4.2)。
随后在子状态“START：5”，微控制器100检查主继电器是否被闭合。这通过识别主继电器上是否有电压降来判定。如果有电压降，则主继电器没有闭合，且微控制器100返回到空档模式9005以等待来自底盘控制器22的另一个启动指令。否则，主继电器闭合(E.S.5.3)，且微控制器100取消主继电器测试(已经成功地完成了该测试)，将主继电器测试的状态设定为“通过”，将一个定时器设定为零，并将现行子状态设定为“START：6”—其间它运行IGBT 54、56、58和60的各种测试(A.S.5.3)。当这些测试被成功完成时，微控制器100返回到空档模式9005(E.S.6.3和A.S.6.3)。
图21显示了微控制器100用于处理来自底盘控制器的模式改变指令以改变到驾驶模式9085的子状态(通过在进入驾驶模式9085之前在空档模式9005和各种驾驶子状态9065-9080之间转换)。图22是一个表，列出了图21规定的事件编码(E.N.D.和E.D.#.#，其中#是一个数)和动作编码(A.N.D.和A.D.#.#，其中#是一个数)。以下结合对驾驶模式处理组成部分1080的讨论，来详细描述微控制器100在驾驶模式9085期间的处理的细节。
如果微控制器100接收到改变到驾驶模式9085(E.N.D.)的模式改变指令，如以上结合图13、14、15和18所述的，则微控制器100将其现行子状态设定为“DRIVE：0”9065，并开始在各种驾驶子状态之间的一系列的状态转换。在成功完成了所有驾驶子状态之间的状态“DRIVE：0”9065、“DRIVE：1”9070、“DRIVE：2”9075、“DRIVE：3”9080时，微控制器100进入驾驶模式(现行子状态＝“DRIVE：4”9085)。
例如，如果微控制器100判定来自电池40的电压OK(或处于预定的电平)，则微控制器100闭合预充电继电器，将一个定时器设定在零，并将其现行子状态设定为“DRIVE：1”9070(E.D.0.2和A.D.0.2)。在子状态＝“DRIVE：1”9070时，微控制器100执行若干测试，以判定预充电继电器是否得到充电。如果预充电继电器通过了子状态＝“DRIVE：1”9070测试，则微控制器100表明预充电继电器通过了其测试，将一个定时器设定为零，并将微控制器100的现行子状态设定为“DRIVE：2”9075(E.D.1.2和A.D.1.2)。
在子状态＝“DRIVE：2”9075，微控制器100等待预定的时间，并随后闭合主继电器，将一个定时器设定为零，并转换到子状态＝“DRIVE：3”9080(E.D.2.3和A.D.2.3)。在子状态＝“DRIVE：3”9080，微控制器100判定主继电器是否已经闭合了预定的时间—在此情况下它启动IGBT 54和56，设定一个DSP模式等于驾驶，复位该定时器，并将现行子状态设定为“DRIVE：4”9085(E.D.3.1和A.D.3.1)或将现行模式设定为驾驶模式9085。
如果微控制器100接收到改变到空档模式9005的模式改变指令，则它返回到空档模式9005(E.D.4.1和A.D.4.1)。如果它接收到改变到空档模式9005或驾驶模式9085以外的其他模式的模式改变指令，则它返回到空档模式9005(E.D.4.2和A.D.4.2)。如果它接收到表示DSP不处于驾驶模式的信息，则它返回到空档模式9005(E.D.4.3和A.D.4.3)。如果它接收到驾驶模式改变指令，则它把现行模式复位到驾驶模式9085(E.D.4.4和A.D.4.4)。
8.  驾驶模式处理组成部分
下面结合图23-25来描述驾驶处理模式(或驾驶模式处理组成部分1080)的指令。
在步骤10010，微控制器100判定底盘控制器22是否发送了一个模式指令。如果它接收到改变到空档模式9005的模式指令(这对应于图22的E.D.4.1)，则它将微控制器100的现行模式设定在空档模式9005(步骤10020)(这对应于图22的A.D.4.1)。如果它接收到改变至驾驶模式和空档模式以外的模式指令(这对应于图22的E.D.4.2)，则微控制器100设定一个状态标记以表示它接收了序列中的一个模式指令或一个不适当的模式指令，以将其现行模式改变到驾驶和空档模式以外的一个模式，并将其现行模式设定为空档模式9005(步骤10030)(这对应于图22的A.D.4.2)。在步骤10020或10030之后，驾驶模式处理组成部分1080的处理完成。
然而，如果微控制器100从底盘控制器22接收到一个驾驶模式指令以执行驾驶模式处理组成部分1080的指令(步骤10010)(这对应于图22的E.D.4.4)，则微控制器100执行图21和22标明的指令(A.D.4.4)，以将其现行模式设定到驾驶模式(步骤10040)，在此期间它处理来自底盘控制器22的力矩指令。
在步骤10050，微控制器100判定是否有太多电流通过马达28。微控制器100通过参照来自模拟接口500中的过流检测器510的数字选通器阵列(OC)的适当数字输入，来执行该步骤。如果“是”(步骤10050)(这对应于图22的E.D.4.5)，则微控制器100把一个过充电(OC)标记设定为真，将其现行子状态设定在“DRIVE：3”并将DSP模式设定为空档(步骤10060)(这对应于图22的A.D.4.5)。否则，微控制器100将OC标记设定为假(步骤10070)并计算力矩限度(步骤10080)。微控制器100利用它从DSP200接收的马达28的现行速度和作为来自A/D转换器110的转换模拟输入的温度和电压值，来计算力矩限度。换言之，微控制器100确信来自底盘控制器22的力矩指令(TorCmd)处于这些力矩限度范围内。它随后将一个变量TorReq设定为等于来自底盘控制器22的力矩指令的力矩值，并将一个用于再生制动(Regen)的标记设定为关断(步骤10090)。驾驶模式处理组成部分的流程在图24的步骤10100得到继续。
在步骤10100，微控制器100判定来自底盘控制器22的驾驶模式指令(图22的E.D.4.4)是否表示向前或倒行。如果向前(步骤10100)，则微控制器100判定TorReq(来自底盘控制器22的一个力矩指令的力矩值)是否小于零(或为负)(步骤10110)。如果“是”，则微控制器100将Regen标记设定为接通(步骤10120)。这表示微控制器100将把来自底盘控制器22的力矩指令作为一个再生制动请求而进行处理。即，来自马达28的动力被用来对电池40进行充电。
在将Regen设定为接通(步骤10120)之后，微控制器100判定来自DSP(见步骤10080)的速度(变量“Speed”)是否小于或等于零(步骤10130)。如果“是”，则微控制器100将TorOut变量设定为零并把TorReq变量也设定为零。TorOut变量表示设定在数字选通器阵列300中并被DSP用来驱动IGBT 54和56的值。
如果Speed大于零(步骤10130)且Speed小于预定的最小速度值(或MinSpeed)(步骤10140)，则微控制器100将TorOut变量设定为等于TorReq值与速度值的积被最小速度值所除(步骤10160)。例如，如果TorReq为55，来自DSP的速度为55，且MinSpeed为55，则微控制器100将TorOut设定为55。否则，如果Speed大于或等于MinSpeed(步骤10140)，则微控制器100将变量TorRate设定为等于中等并逐渐增大TorOut(步骤10170)。有三个可能的TorRate：慢、中等、和快。TorRate被用来规定力矩的改变有多快。
在执行了步骤10150、10160或10170表示的指令之后，微控制器100在图25的步骤10700继续进行处理。
如果微控制器100判定驾驶模式是倒行(步骤10100)，则它判定TorRate是否大于零(步骤10300)。如果“是”，则微控制器100将Regen设定为接通(步骤10310)，并判定Speed是否大于零(步骤10320)。如果“是”，则微控制器100执行步骤10330所表示的指令。这些指令与上述的步骤10150所表示的指令相同。否则，如果Speed小于或等于零(步骤10320)，则微控制器100判定Speed是否小于预定的MinSpeed的负值(步骤10340)。如果“是”，则微控制器100执行与步骤10350对应的指令，该指令与上述的步骤10160中的指令相同。否则，微控制器100执行步骤10360的指令，该指令与上述的步骤10170中的指令相同。
然而，如果TorReq小于或等于零(步骤10300)且TorReq等于零且TorOut大于零(步骤10400)，则微控制器100将TorRate设定为快并逐渐增大TorOut(步骤10410)。如果TorReq不等于零或者TorOut不大于零(步骤10400且Speed小于MaxReverseSpeed(它是车辆推进系统10的最大(例如20)倒行速度)(步骤10500)，则微控制器100将TorOut设定为零。否则，当Speed小于LimReverseSpeed(它是与MaxReverseSpeed接近的一个预定值(例如15))步骤10600，则微控制器100将TorRate设定为正常并逐渐增大TorOut(步骤10610)。如果“否”，则微控制器100将TorOut设定为TorReq与Speed的乘积乘以MaxReverseSpeed被32除(步骤10620)。这保证了微控制器100在此情况下只给出所请求的力矩的百分比。
在执行了步骤10330、10350、10360、10410、10510、10610、10620中的指令之后，微控制器100继续在驾驶模式处理组成部分1080(图15)的步骤10700处的指令。
在步骤10700，微控制器100判定Regen标记是否表明再生制动接通。如果“是”，微控制器100将TorLimit设定为预定的再生制动力矩限度(Regen力矩限度)(步骤10710)。否则，它跳过步骤10710。
微控制器100随后判定TorOut是否大于TorLimit(步骤10720)。如果“是”，则微控制器100将TorOut设定为TorLimit(步骤10740)。否则，它判定TorOut是否小于TorLimit的负值(步骤10730)。如果“是”，则它把TorOut设定为TorLimit的负值(步骤10750)。如果“否”，则它跳过步骤10750。
在步骤10740、10750之后，或者如果TorOut不大于TorLimit且TorOut不小于负的TorLimit，则微控制器100在步骤10760判定过充电或OC标记是否为真。如果“是”，则微控制器100将TorOut设定为零(步骤10795)。如果“否”，则微控制器100判定DSP模式是否是驾驶(步骤10770)。如果“是”，则微控制器100将DSP Torque设定为TorOut(步骤10790)。如果“否”，则它设定状态标记以表示一个DSP模式故障错误(步骤10780)。在步骤10795、10790、或10780之后，驾驶模式处理组成部分1080的处理完成。
9.  充电模式处理组成部分。
下面结合图26的状态图描述充电处理模式(或充电模式处理组成部分1090)的指令。一般地，在充电模式处理中，微控制器100监测一个底盘故障检测器以判定是否是底盘故障(例如电池的终端之一短路)并将来自底盘控制器22的电流指令送到电池充电器16(图15的步骤5050、5035、和5075以及底盘控制器I/O组成部分的指令)以对电池40进行充电。
从空档模式9005，当底盘控制器22把一个充电模式指令送到微控制器100时，微控制器100启动DC/DC转换器38并进入充电模式10800—其间它将电流指令送到数字选通器阵列300并将PWM信号送到对电池40进行充电的电池充电器16。当充电完成时，或者由于其他原因而中断时，微控制器100返回到空档模式9005。
10.  BIT处理组成部分
下面结合图27-29描述BIT处理模式(或BIT模式处理组成部分1100)的指令。
图27是状态图，显示了微控制器100在空档模式9005与BIT模式10930之间的状态转换。图28是一个表，它包括图27的状态图的事件编码和动作编码。
如果底盘控制器22将一个BIT指令送到微控制器100(E.N.B)，则微控制器100转换到子状态“BIT：0”10900(A.N.B.)。在预定的时间(由实时中断设定)之后(E.B.0.1)，微控制器100打开主继电器，将一个定时器设定为零，并转换到子状态“BIT：1”10910(A.B.0.1)。在子状态“BIT：1”10910，微控制器100等待主继电器闭合。当定时器得到增值(A.B.1.1)直到它大于预定的主继电器弹起时间(E.B.1.2)时，则微控制器100闭合放电继电器，将该定时器设定为零，并转换到子状态“BIT：2”10920(A.B.1.2)。在子状态“BIT：2”10920，微控制器100等待主继电器上的电压衰减到零。当定时器得到增值(A.B.2.1)直到主继电器上的电压得到放电的预定时间(E.B.2.2)时，则微控制器100转换到子状态“BIT：3”或BIT模式10930(A.B.2.2)。在BIT模式10930，微控制器打开主继电器，闭合放电继电器，并设定状态以反映一个底盘故障—它要求系统10复位以退出BIT模式10930。
当在BIT模式10930时，微控制器100根据图29显示的BTT模式处理组成部分1100的步骤中列出的指令来处理各种BIT模式测试。当底盘控制器22给微控制器100发送一个BIT测试指令时，则微控制器100判定所请求的是哪一个BIT测试，运行该测试，并送回一个测试结果。
首先在步骤10950，微控制器100判定底盘控制器22所请求的BIT测试的号是否大于零。如果“否”，则微控制器100简单地不为底盘控制器22所请求的BIT测试作任何事情。然而，当请求的BIT测试的号大于零时(步骤10950)，则微控制器100能够处理该测试。微控制器100随后运行与请求的BIT测试号相对应的一组指令(步骤10960)并随后将一个BIT测试结果送回到底盘控制器22(步骤10970)。
最后，微控制器100设定其内部变量以跟踪所请求的BIT测试号至零(步骤10980)，并随后完成操作。微控制器100随后等待执行底盘控制器22所请求的下一个BIT测试。如上所示，一旦处于BIT模式10930，微控制器100在没有先得到复位的情况下不能返回到另一模式。这是电动车辆推进系统10的一个安全特征。
本领域的技术人员应该理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明进行各种修正和改变。因此，本发明覆盖了对本发明的这些修正和变更—只要这些修正和变更属于所附权利要求书及其等价描述的范围之内。

Claims (12)

1.  一种用于车辆的马达控制器，该车辆包括驱动该车辆的一个电马达、多个检测器和一个车辆动力控制器，其中车辆动力控制器接收来自一个加速器检测器和一个制动检测器的信号、将加速器检测器和制动检测器的这些信号转换成一个力矩值，该马达控制器包括：
用于接收来自车辆动力控制器的力矩值的装置；
用于将该力矩值转换成一个力矩输出的装置；以及
用于根据该力矩输出控制马达的装置
2.  根据权利要求1所述的马达控制器，其中多个检测器包括用于检测马达温度的一个温度检测器，且其中转换装置包括：
用于利用温度检测器的温度来处理力矩值的装置。
3.  一种用于车辆的马达控制器，该车辆包括驱动该车辆的一个电马达和一个车辆动力控制器，其中车辆动力控制器产生模式指令，且其中马达控制器具有现行运行模式－它是空档模式、一个驾驶模式、一个充电模式、以及一个BIT模式中的一个，该马达控制器包括：
用于接收一个模式指令的装置；
用于根据该模式指令转换马达控制器的现行运行模式的装置；
用于在马达控制器处于现行运行模式时接收一个运行指令的装置；
用于判定该运行指令是否是适合于在现行运行模式期间进行处理的指令的装置；以及
用于当判定装置判定运行指令是一个适合的指令时处理该运行指令的装置。
4.  一种用于车辆的马达控制器，该车辆包括驱动该车辆的一个电马达以及一个车辆动力控制器，其中车辆动力控制器产生指令，该马达控制器包括：
用于接收来自车辆动力控制器的第一指令的装置；
用于判定该指令是模式指令、一个电流指令、一个力矩指令、以及一个BIT指令之一的装置；
用于向车辆动力控制器输出表示接收到该指令的一个响应的装置；
用于识别模式指令中的一个模式的装置；
用于接收来自车辆动力控制器的一个第二指令的装置；
用于根据在模式指令中识别的模式处理该第二指令的装置。
5.  用于一种车辆的马达控制器，该车辆包括驱动该车辆的一个电马达、多个检测器和一个车辆动力控制器，其中车辆动力控制器接收来自多个检测器的信号并将这些信号转换成数据，该马达控制器包括：
用于接收来自车辆动力控制器的数据的装置；
用于处理该数据的装置；以及
用于向车辆动力控制器输出一个响应以表明该处理装置是否完成了对数据的处理的装置。
6.  根据权利要求5所述的马达控制器，其中处理装置包括：
用于判定数据是否有效的装置；以及
用于在数据无效时停止处理数据的装置。
7.  一种用于控制车辆的推进的计算机实施的方法，该车辆包括驱动该车辆的一个电马达、多个检测器、一个马达控制器、以及一个车辆动力控制器，其中该车辆动力控制器接收来自一个加速器检测器和一个制动检测器的信号并将加速器检测器和制动检测器的信号转换成一个力矩值，由马达控制器实施的该方法包括以下步骤：
从车辆动力控制器接收该力矩值；
将该力矩值转换成一个力矩输出；以及
根据该力矩输出控制马达。
8.  根据权利要求7所述的方法，其中多个检测器包括用于检测马达温度的一个温度检测器，且其中转换步骤包括以下子步骤；
利用温度检测器的温度处理力矩值。
9.  一种用于控制车辆的推进的计算机实施的方法，该车辆包括驱动该车辆的一个电马达、一个马达控制器、以及一个车辆动力控制器，其中该车辆动力控制器产生诸模式指令，且其中马达控制器具有一个现行运行模式—它是一个空档模式、一个驾驶模式、一个充电模式、以及一个BIT模式之一，由马达控制器实施的该方法包括以下步骤：
接收一个模式指令；
根据该模式指令转换马达控制器的现行运行模式；
当马达控制器处于现行运行模式时接收一个运行指令；
判定该运行指令是否是在现行运行模式期间进行处理的一个适当的指令；以及
当判定装置判定该运行指令是一个适当的指令时处理该运行指令。
10.  一种用于控制车辆的推进的计算机实施的方法，该车辆包括驱动该车辆的一个电马达、一个马达控制器和一个车辆动力控制器，其中该车辆动力控制器产生诸指令，由马达控制器实施的该方法包括以下步骤：
接收来自车辆动力控制器的一个第一指令；
确定该指令是一个模式指令、一个电流指令、一个力矩指令、和一个BIT指令中的一个；
向车辆动力控制器输出表示接收到该指令的一个响应；
识别模式指令中的一个模式；
接收来自车辆动力控制器的一个第二指令；
根据在模式指令中识别的模式处理该第二指令。
11.  一种用于控制车辆的推进的计算机实施的方法，该车辆包括驱动该车辆的一个电马达、多个检测器、一个马达控制器、以及一个车辆动力控制器，其中该车辆动力控制器接收来自多个检测器的信号并将这些信号转换成数据，由马达控制器实施的该方法包括以下步骤：
接收来自车辆动力控制器的数据；
处理该数据；以及
向车辆动力控制器输出表明处理步骤是否完成的一个响应。
12.  根据权利要求11所述的方法，其中处理步骤包括以下步骤：
判定数据是否有效；以及
当数据无效时停止数据的处理。
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