CN1050097C - 电动车辆推进系统电动机控制器的矢量控制板 - Google Patents

电动车辆推进系统电动机控制器的矢量控制板 Download PDF

Info

Publication number
CN1050097C
CN1050097C CN95194186A CN95194186A CN1050097C CN 1050097 C CN1050097 C CN 1050097C CN 95194186 A CN95194186 A CN 95194186A CN 95194186 A CN95194186 A CN 95194186A CN 1050097 C CN1050097 C CN 1050097C
Authority
CN
China
Prior art keywords
microcontroller
signal
signal processor
controlled plate
digital
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN95194186A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1154679A (zh
Inventor
乔弗里·B·兰斯伯里
詹姆斯·L·芒罗
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seterkang Technology
Original Assignee
Westinghouse Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Westinghouse Electric Corp filed Critical Westinghouse Electric Corp
Publication of CN1154679A publication Critical patent/CN1154679A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1050097C publication Critical patent/CN1050097C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L15/00—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
    • B60L15/20—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles for control of the vehicle or its driving motor to achieve a desired performance, e.g. speed, torque, programmed variation of speed
    • B60L15/2045—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles for control of the vehicle or its driving motor to achieve a desired performance, e.g. speed, torque, programmed variation of speed for optimising the use of energy
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L15/00—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
    • B60L15/02—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles characterised by the form of the current used in the control circuit
    • B60L15/025—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles characterised by the form of the current used in the control circuit using field orientation; Vector control; Direct Torque Control [DTC]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/51—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells characterised by AC-motors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/60—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L7/00—Electrodynamic brake systems for vehicles in general
    • B60L7/10—Dynamic electric regenerative braking
    • B60L7/14—Dynamic electric regenerative braking for vehicles propelled by ac motors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

电动车辆推进系统电动机控制器的矢量控制板(46)包括：一个产生转矩请求的微控制器(100)，一个接收微控制器发出的转矩请求、按照转矩请求产生相电压信号的数字信号处理器(200)，以及一个接收数字信号处理器发出的相电压信号、按照相电压信号产生门驱动信号的数字门阵列(300)。

Description

电动车辆推进系统电动机控制器的矢量控制板
下而标出的与本申请在同一日期提出的美国专利申请与本申请有关，列为本申请的参考：
“平顶原理”，代理人卷号58,295；
“感应电动机及其冷却方法”，代理人卷号58,332；
“电动车辆的汽车12伏系统”,代理人卷号58,333；
“电动车辆推进系统的直冷式开关模块”，代理人卷号58,334；
“电动车辆推进系统”，代理人卷号58,335；
“电动车辆推进系统电动机控制器的矢量控制板”，代理人卷号58,337；
“具有综合测试和控制功能的数字脉冲宽度调制器”，代理人卷号58,338；
“电动车辆控制机构”，代理人卷号58,339；
“改进的功率转换器EMI滤波器配置技术”，代理人卷号58,340；
“检测电源和底盘之间漏电流的故障检测电路”，代理人卷号58,341；
“电动车辆继电器组件”，代理人卷号58,342；
“3相供电桥组件”，代理人卷号58,343；
“具有机内测试功能的电动车辆推进系统供电电桥”，代理人卷号58,344；
“电动车辆推进系统供电电桥的测试方法”，代理人卷号58,345；
“电动车辆配电模块”，代理人卷号58,346；
“电动车辆底盘控制器”，代理人卷号58,347；
“电动车辆系统控制单元机柜”，代理人卷号58,348；
“电动车辆系统控制单元的低成本液冷机柜”，代理人卷号58,349；
“电动车辆冷却剂泵组件”，代理人卷号58,350；
“散热变压器线圈”，代理人卷号58,351；
“电动车辆电池充电器”，代理人卷号58,352。
本发明与矢量控制板有关。具体地说，本发明与电动车辆推进系统电动机控制器的矢量控制板有关。虽然本发明的应用范围很广，但特别适用于利用电池或利用电池和与交流发电机连接的热机作为动力的电动车辆，因此将结合这种情况具体加以说明。
电动车辆推向市场，在成本和性能上应当与相应的以汽油为动力的车辆不相上下。通常，电动车辆的推进系统和电池是使这种车辆在成本和性能上是否具有竞争能力的主要因素。
一般来说，为了能为市场接受，电动车辆推进系统应提供：(1)与典型的以汽油为动力的推进系统相当的性能；(2)平稳的车辆推进控制；(3)能量回收式制动；(4)高效率；(5)低成本；(6)自冷却；(7)低电磁干扰(EMI)；(8)故障检测和自防护；(9)自测试和诊断能力；(10)与外界系统的控制和状态接口；(11)安全的操作和维护；(12)灵活的电池充电能力；以及(13)由主电池供电的辅助12伏电源。然而，在以往的实践中，电动车辆推进系统的设计主要是使电动机和控制器符合一系列车辆性能指标，以致为了满足可行的电动机和控制器方案往往要牺牲一些性能。此外，对上述这些能增强市场竞争能力的特点考虑得很少。
例如，典型的常用电动车辆推进系统包括直流电动机、斩波器型电动机控制器、独立的电池充电器和分布在各处的控制和状态指示器。这种车辆的性能往往不适合车辆在高速公路上行驶，加速不均匀，还需要手动换档。此外，没有能量回收式制动功能，有也最多只是在高电动机转速时可用。而且，各系统部件分别具有各自的采用强迫风冷或强迫风冷和液冷混合的冷却系统。还有，象大批量生产成本、EMI、故障检测、维护、控制和状态接口、安全性等问题通常也不是结合在一起综合考虑的。
1988年5月22日提交的发明名称为“电流模式电动机控制器”的英国专利2,204,969A公开了一种电动机控制器，包括一个微处理器、一个电流模式控制器和一个脉宽调制逆变器，用于控制三相鼠笼电动机。其中，将指令送入产生多相电流基准信号的微处理器。该基准信号以及反馈电流信号被送到电流模式控制器，其中反馈电流信号来自于检测电动机的三相导线中的两相中的实际电流的两个电流互感器。该微处理器还接收在一个传感器中的光编码转子位置反馈信息。该控制器将输出信号提供到逆变器晶体管的栅极。
因此，本发明的目的是提供一种基本上消除了由于现有技术的限制和不足而引起的一些问题的电动车辆推进系统电动机控制器的矢量控制板。
按照本发明的用途，为了获得这些和其他一些优点，作为具体实施概括地说，本发明所提出的电动车辆推进系统电动机控制器的矢量控制板包括：一个用来产生转矩请求的微控制器，一个用来接收从微控制器发出的转矩请求、根据转矩请求产生相电压信号的数字信号处理器，以及一个用来接收从数字信号处理器发出的相电压信号并产生用于驱动供电电桥的脉宽调制信号的数字门阵列。
可以理解，上述概要说明和以下详细说明都是示例性的，旨在为权利要求所限定的本发明作进一步的说明。
图1为作为本发明的优选实施例的电动车辆推进系统的方框图；
图2为图1所示电动车辆推进系统的配电模块的方框图；
图3为图1所示电动车辆推进系统的功能图；
图4为图1所示电动车辆推进系统的电动机控制器的功能图；
图5为图1所示电动车辆推进系统的冷却方式图；
图6A为图1所示电动车辆推进系统的电动机的原理图；
图6B为图1所示电动车辆推进系统的解算器的原理图；
图7为图4所示电动机控制器的矢量控制板的原理图；
图8为图7所示矢量控制板的数字信号处理器的功能图；
图9为图8所示数字信号处理器的自动通量控制器的功能图；以及
图10为图7所示矢量控制板数字门阵列的功能图。
下面将结合附图对本发明例示的优选实施例进行详细说明。
图1所示的电动车辆驱动系统10包括系统控制单元12、电动机组件24、冷却系统32、电池40和DC/DC变换器38。系统控制单元12包括吸热板14、电池充电器16、电动机控制器18、配电模块20和底盘控制器22。电动机组件24包括解算器26、电动机28和过滤器30。冷却系统32包括油泵单元34和放热器/风扇36。
如图2所示，电池40用作电推进系统10的主电源。电池40例如可以是密封的铝酸性蓄电池、单极硫化锂蓄电池、双极硫化锂蓄电池之类，提供320伏电压。最好，电推进系统10在很大的电压范围内，例如120伏至400伏，都能工作，以适应电池40的输出电压由于负载或放电情况不同而改变。然而，电动车辆推进系统10最好还是对320伏左右的标称电池电压最优化。
配电模块20接到电池40的输出端。除了其他一些东西外，配电模块20包括保险丝、配电线和连接器，将电池40输出的320伏分配给电动车辆推进系统10的各个部件。例如，配电模块20将电池40的320伏输出分配给电动机控制器18、DC/DC变换器38、油泵单元34和电池充电器16。配电模块20还将电池40的320伏输出分配给电动车辆推进系统10以外的各种车内辅助设备，例如：空调系统，加热系统，动力转向系统，以及其他可能要求得到320伏供电的辅助设备。
如上所述，DC/DC变换器38接到配电模块20的320伏输出端上，将配电模块20的320伏输出变换成12伏。DC/DC变换器38将它的12伏输出输送给电池充电器16、电动机控制器18、底盘控制器22、油泵34和放热器/风扇36作为工作电源。DC/DC变换器38还将它的12伏输出输送给电动车辆推进系统10以外的各种车内辅助设备作为工作电源。这些车内辅助设备例如包括：车辆照明，音响系统，以及其他要求得到12伏供电的辅助设备。可以看出，有了DC/DC变换器38就不需要用独立的12伏蓄电池了。
如图6A所示，电动机28是一个3相交流感应电动机，每一相都有两个完全相同而电气上相互绝缘的绕组(“A”相为绕组A1，A2，“B”相为绕组B1、B2，“C”相为绕组C1、C2)，以便在速度为零时可以产生大转矩，提供与常用的气体驱动发动机相当的性能。电动机28的转轴(未示出)与车辆的传动轴(未示出)连接。最好，电动机28每一相中的两个绕组在顶部基本相互对齐，而电气上是同相，使得每个绕组所提供的功率为这一相的总功率的一半左右。电动机28还最好是完全密封的，采用喷油冷却方式直接散去转子和端部绕组的热，提高可靠性。
下面将结合图3-5和7-10说明电动车辆推进系统10的工作情况。
如图3和4所示，电动车辆推进系统10的部件通过各数据总线相互连接。这些数据总线可以是电的、光的或光电型的，如所周知。
电池充电器16接收来自电动机控制器18的有关对电池40充电的命令信号和向电动机控制器18发回状态信号。电池充电器16提供来自一个外界AC电源(未示出)的受控电池充电电流。最好，从这个外电源得到的AC电流符合所期望的未来电源质量标准，功率因数近似为1而谐波失真很小。此外，电池充电器16最好设计成可与标准的接地故障电流断路器和在驱留地通常可得到的单相电源兼容。
油泵单元34和放热器/风扇36也是接收来自电动机控制器18的命令信号和发回状态信号。如图5所示，电动车辆推进系统10采用了封闭的循环冷却系统，包括吸热板14、过滤器30、电动机28、油泵单元34和放热器/风扇36。最好，吸热板14是一块中间空的板，具有双侧表面，上面装有电池充电器16、电动机控制器18和配电模块20，与之热接触。可以想象，DC/DC变换器38也能够安装成与吸热板14热接触。油泵单元34使油(例如飞机发动机油)从电动机28的集油槽通过放热器/风扇36、吸热板14、过滤器30循环回电动机28，如图5所示。油中的热由放热器/风扇36散去，油由过滤器30过滤。过滤器30可以是一个在该技术领域常用的市售滤油器。最好，油泵单元34受电动机控制器18控制，可以改变油流速。可以理解，图5这种封闭的循环冷却系统保护了电动车辆推进系统10，不致由于恶劣的汽车工作环境而损坏，因此提高了可靠性，降低了维修率。此外，由于用于润滑电动机28的油也用于冷却系统控制单元12，因而冷却系统的设计得以简化。
解算器26如图68所示，安装在电动机28附近，用来检测电动机转轴的角位置，向电动机控制器18提供指示电动机转轴角位置的信号。接到解算器的基准信号线R1用于施加指示电动机转轴角位置的正负交变的基准值。从解算器引出的S1信号线提供电动机转轴角位置的正负交变的正弦值，而从解算器引出的S2信号线提供电动机转轴角位置的正负交变的余弦值。
解算器26可以包括一个市售的解算器或在该技术领域中常用的其他解算器。如以后要详细说明的那样，解算器26的基准信号由电动机控制器18提供。
底盘控制器22和电动机控制器18从车辆通信总线接收信号。通常，车辆通信总线用作一条通信路径将各个车辆传感器和控制器接到底盘控制器22和电动机控制器18，这在下面还要详细进行说明。
底盘控制器22包括一个以微处理器为基础的数字和模拟电子系统，提供面向车辆传感器和控制器以及面向电动机控制器18的控制和状态。例如，底盘控制器22通过车辆通信总线接至车钥开关、加速器、制动器和驾驶选择器开关。底盘控制器22判读来自这些开关的信号，向电动机控制器18提供起动、驾驶模式(如正行、倒车和空档)、电动机转矩、能量回收式制动、关断和内部测试(BIT)等命令。最好，底盘控制器22通过一个光耦合的串行数据接口与电动机控制器18通信，从电动机控制器18接收所发送的所有检验底盘控制器22、车辆和电动机控制器18之间的各通信链路以及检验车辆是否工作正常的命令的状态信号。可以看到，由于底盘控制器22提供面向车辆传感器和控制器以及面向电动机控制器18的控制和状态，因此这种电动车辆推进系统10可以适用于各种各样的车辆，只需根据具体车辆类型修改一下底盘控制器22就行了。
底盘控制器22还通过利用位于配电模块20内的电池电流传感器发送到车辆通信总线的信号提供电池管理能力。底盘控制器22判读来自电池电流传感器的信号，向电动机控制器18提供充电命令，向车辆仪表板上的“燃料”表发送表示充电情况的值。底盘控制器22还通过车辆通信总线接至包括里程表、速度表、照明、诊断和排放控制器的各车辆控制器，和接至用于系统开发的RS-232接口。
如图4所示，电动机控制器18包括低压电源42、输入滤波器和DC继电器控制单元44、矢量控制板46、第一和第二供电电桥及其相应的门驱动器48和50。
低压电源42对DC/DC变换器38的12伏输出进行变换，将+5伏、+/-15伏和+20伏这些输出提供给输入滤波器和DC继电器控制单元44、矢量控制板46、第一供电电桥48和第二供电电桥50。低压电源42可以包括一个在该技术领域常用的市售电源。
输入滤波器和DC继电器控制单元44包括用来将配电模块20的320伏输出分别加到第一和第二供电电桥48和50的电气连接。输入滤波器和DC继电器控制单元44包括EMI滤波电路，用来断开配电模块20的320伏输出加到第一和第二供电电桥的电气连接的继电器电路，以及包括电压传感电路和底盘接地故障电路的各个BIT电路。最好，输入滤波器和DC继电器控制单元44从矢量控制板46接收控制信号和发回状态信号，如BIT信号。
如图7所示，矢量控制板46包括微控制器100、数字信号处理器200、数字门阵列300、解算器接口400和模拟接口500。微控制器100、数字信号处理器200和数字门阵列300这些的时钟信号由振荡器202提供。
解算器接口400包括R/D变换器402、基准振荡器404、多路复用器406和BIT电路408。解算器接口400通过多路复用器406接收体现电动机转子位置测量的信号S1和S2。R/D变换器402将信号S1和S2变换为数字值。如前面所述，信号S1和S2由解算器26产生，指示电动机28的转轴的角位置。解算器接口400还向解算器26提供基准信号。具体地说，基准振荡器404产生基准波形，通过多路复用器406加到解算器26，作为信号R1。BIT电路408执行BIT操作，测试解算器接口400的工作情况。
模拟接口500包括A/D时钟、一组A/D变换器504a-d、一组抗混淆滤波器506a-d、一组电流定标器508a-d、过电流检测器510和BIT电路512。模拟接口500接收和处理从处于第一和第二供电电桥48和50的各电流传感器(未示出)发出的体现电流测量的相应信号IA1、IC1、IA2和IC2。这些电流传感器最好分别最好分别与电动机28的绕组A1、A2、C1和C2耦合。接收到的信号IA1、IC1、IA2。IC2由电流定标器508a-d定标、由抗混淆滤波器506a-d滤波后，由A/D变换器504a-d变换成数字值。过电流检测器510检测电流定标器508a-d的过电流，而BIT电路512执行BIT操作，测试模拟接口500的工作情况。
微控制器100包括例如一个从Motorolla 68HC11微控制器系列中选出的微控制器，或者在该技术领域所知的其他类似器件。就其主要功能而言，微控制器100执行矢量控制板46的各种内务处理功能。例如，微控制器100通过光隔离器102与底盘控制器22通信，从底盘控制器22接收电流命令、BIT命令、转矩命令和模式命令，而发回状态信号。微控制器100还与数字信号处理器200通信，经数字门阵列300向数字信号处理器200提供转矩请求；与数字门阵列300通信以执行例如各种BIT和控制操作。最好，微控制器100包括配合在一起的RAM、ROM和EEPROM，用来存储控制其操作的程序指令。或者，这些程序指令的某些或全部可以存储在EPROM 112中。
微控制器100还通过A/D变换器110接收来自温度传感器接口104、A/D BIT电路106和电压检测器接口108这些的模拟输入信号。A/D变换器110最好就是微控制器100的一部分。
从温度传感器接口104得到的模拟输入信号包括分别配置在吸热板14上的第一和第二供电电桥48和50附近的相应温度传感器(未示出)发送的温度信号。从A/D BIT电路106得到的模拟输入信号包括测试A/D变换器110的电压测试信号。从电压检测器接口108得到的模拟输入信号包括配置在输入滤波器和DC继电器控制单元44内的电压检测器(未示出)发送的电压信号。
数字信号处理器200包括例如一个Texas仪器公司的TMS 320C50数字信号处理器或在该技术领域所知的其他类似器件。就其主要功能而言，数字信号处理器200执行存储在EPROM 204内和电动车辆推进系统10起动后装入配置在数字信号处理器200内的RAM的转矩控制程序。或者，数字信号处理器200可以预先受到编程，包括转矩控制程序。
具体地说，数字信号处理器200接收来自解算器接口400的数字化转子位置测量、来自模拟接口500的数字化电流测量和来自微控制器100的转矩命令，利用这些测量和命令产生相电压信号。正如下面还要详细说明的那样，这些相电压信号加到数字门阵列300，使得数字门阵列300产生具有脉冲宽度调制(PWM)电压波形的门驱动信号，以便在电动机28内获得所要求的加速或制动的效果。相电压信号，因而也就是PWM电压波形，根据设计成可以得到所请求的转矩输出的转矩控制程序产生。数字信号处理器200执行转矩控制程序的情况下面将结合图8和9进行说明。
如图7所示，微控制器100通过数字门阵列300向数字信号处理器200发送一个转矩请求。这个转矩请求与底盘控制器22发给微控制器100的转矩命令相应。然而，底盘控制器22发送的转矩值可能与发给DSP200的转矩请求并不一样，因为转矩值要受到诸如当前温度、电池供电能力、当前速度等现有情况的影响。微控制器100测出这些情况，向DSP200发送考虑了这些情况后的转矩请求。
DSP200通过用A/D变换器504a、504b、504c和504d对电流进行采样的模拟接口500得到有关电动机中的电流的信息(见图7)。只需要相A和C的电流。如图8所示，相A的电流IA1和IA2由加法器224相加，得Ia；而相C的电流IC1和IC2由加法器226相加，得IC。Idq变换208将Ia和Ic变换为一个直轴分量Id和一个交轴分量Iq，这两个分量表示在同步旋转参照系中定子电流消耗矢量信号的直角座标(详见美国专利5,168,204)。
DSP100用它内部的自动通量控制器(AFC)206按照转矩请求执行一个算法。自动通量控制器的功能可参见Schander的美国专利5,168,204，该专利的内容列为本申请的参考。如图9所示，AFC206接收到转矩请求后，产生含有转矩和磁场本征值的Id请求(磁场分量)和Iq请求(转矩分量)。磁场分量是基于相互相反的转子和定子磁场，以产生转矩。如果所加的是最大电压而还请求增加转矩(这通常是在较高速度时发生的情况)，那么可以减小转子磁场来获得更高的速度。因此，如果正使用的当前电压是高电压，则可以通过减弱转子磁场来控制转子(磁场弱化控制)，使车辆获得更高的速度。然而，在这种磁场弱化方法中，转矩和加速度比较小(因为在较高速度加速要比在较低速度加速需要更大的功率)。
减法器252将可以获得的最大电压EmodRef减去当前正施加的电压Emod。Emod从电压矢量Vd和Vq得出，而电压矢量Vd和Vq则从由Idq变换208得到的Id和Iq再经过变换函数214和218的变换得出。Vd和Vq的矢量幅度VectMag由单元236确定。矢量幅度通过滤波器250后就得出电压Emod。减法器252得出的相减结果经过一个比例加积分的处理(254、256、258和260)后控制IDC，以便获得增大的速度。这个处理过程称为高速转矩控制，有别于尚有足够电压余量(通常是在低速度时)以最大转矩使车辆加速时所采用的低速转矩处理过程。低速转矩处理过程示于方框274、276、278、280、282、284和286。这个过程输出在当时情况下符合要求的转矩Idh。
Idh与IDC进行比较，如果IDC小于Idh，也就是说没有足够的电压余量，那么就采用磁场弱化方法来增大速度。然而，如果IDC大于Idh，这说明尚有足够的电压余量，因此可以不改变磁场而获得较大的转矩和加速度。这两种方法经262、264、268、270、272、292处理输出相应的Id请求(磁场分量)和限幅的Iq请求(转矩分量)。然后，利用Id请求和Iq请求产生一个相应的滑动角(slipAngle)，从自动通量控制器206输出。
滑动角与转子位置的和(222)、Vα和Vq输入到Iac变换210，变换回原来的座标系。Iac变换210将与转矩请求相应的电压基准信号V1a、V1b和V1c输出给平顶单元212，以便在这些基准信号加到脉冲宽度调制器前先增大信号的振幅。
除了执行转矩控制程序外，数字信号处理器200还执行各种BIT操作、控制功能和诊断测试，如下面将要详细说明的那样。所配置的D/A变换器312和314在外界测试设备(未示出)对数字信号处理器200和推进系统10进行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变换成模拟信号。
数字门阵列300包括例如一个现场可编程门阵列，或在该技术领域中所知的其他类似器件。通常，数字门阵列300接收来自数字信号处理器200的相电压信号Va、Vb和Vc，产生具有PWM电压波形的门驱动信号AIU、AIL、BIU、BIL、CIU和CIL，以及门驱动信号AZU、AZL、BZU、BZL、CZU和CZL，分别驱动第一和第二供电电桥48和50。数字门阵列300还产生和通过光隔离驱动器304发送各种PWM信号(例如“泵PWM”和“充电器PWM”)来控制油泵单元34和电池充电器16，以及各种控制信号(例如“风扇”，“主继电器”，“预充电/放电继电器”和“底盘故障测试”)来控制配置在输入滤波器和DC继电器控制单元44内的放热器/风扇36、主继电器和预充电/放电继电器(未示出)以及也是配置在输入滤波器和DC继电器控制单元44内的底盘故障检测单元。此外，数字门阵列300通过光隔离驱动器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”)，通过光隔离器302接收操作负启动的应急停车信号(例如“停车”)。下面将结合图10对数字门阵列300进行详细说明。
如图10所示，数字门阵列300包括PWM产生器316、间歇时间产生器318、允许/禁止单元320、控制逻辑电路322和324、微控制器BIT接口326。图10还示出，数字门阵列300还包括微控制器接口和PWM产生器328、故障输入逻辑330和光驱动器BIT接口332。
数字信号处理器200输出的相电压信号Va、Vb和Vc由PWM产生器316和间歇时间产生器318接收。PWM产生器316和间歇时间产生器318根据相电压信号Va、Vb和Vc产生PWM电压信号AU、AL、BU、BL、CU和CL。
PWM产生器316和间歇时间产生器318产生的PWM信号AU、AL、BU、BL、CU和CL每个都分为相同的两路，从而得到两组PWM信号。这两组PWM信号AU、AL、BU、BL、CU和CL通过允许/禁止单元320后分别加到控制逻辑电路322和324，从而产生门驱动信号A1U、A1L、B1U、B1L、C1U、C1L和门驱动信号A2U、A2L、B2U、B2L、C2U、C2L，如图10所示。控制逻辑电路322输出的门驱动信号A1U、A1L、B1U、B1L、C1U、C1L通过光驱动器306加到第一供电电桥48，而控制逻辑电路324输出的门驱动信号A2U、A2L、B2U、B2L、C2U、C2L则通过光驱动器308加到第二供电电桥50。
允许/禁止单元320按照微控制器100产生的BIT信号禁止PWM信号AU、AL、BU、BL、CU、CL从间隙时间产生器318流到控制逻辑电路322和324。允许/禁止单元320通过微控制器接口326接收微控制器100输出的这些BIT信号。一旦微控制器100使允许/禁止单元320禁止PWM信号AU、AL、BU、BL、CU、CL从间歇时间产生器318流到控制逻辑电路322和324，微控制器100就能通过微控制器BIT将它自己产生的门驱动信号加到控制逻辑电路322和324。因此，微控制器100可以取代数字信号处理器200对数字门阵列300进行控制。这种由微控制器100取代进行控制可能正是所希望的，例如在数字信号处理器200有故障时和在推进系统10进行内部测试时。
微控制器接口和PWM产生器328包括一个PWM产生器和接口的电子线路，用来接收微控制器100发出的命令和产生控制油泵单元34、电池充电器在16、放热器/风扇36、主继电器、预充电/放电继电器、底盘故障检测单元的PWM信号和控制信号，如前面所述。微控制器接口和PWM产生器328还接收分别由电池充电器16和底盘故障检测单元发出的BIT信号和故障检测信号以及操作员启动的应急停车信号，将接收到的这些信号加到微控制器100。
故障输入逻辑330用作电动车辆推进系统10中各种故障和复位电路与数字门阵列300之间的接口。收到适当的故障控制信号和复位信号后，故障输入逻辑330向控制逻辑电路322和324发送一个全局复位信号。故障控制信号包括例如低压电源42发出的电压过低信号，操作员启动的应急关断信号，监视定时器信号，电源复位信号，解算器接口400发出的BIT信号，以及过电流检测器510发出的过电流检测信号。复位信号由微控制器100产生。
光驱动器BIT接口332接收光驱动器306和308发出的BIT数据，向微控制器100提供这BIT数据进行处理。微控制器100利用光驱动器306和308发出的BIT数据测试分别由控制逻辑电路322和324提供的门驱动信号A1U、A1L、B1U、B1L、C1U、C1L和门驱动信号A2U、A2L、B2U、B2L、C2U、C2L。微控制器100还利用光驱动器306和308发出的BIT数据分别测试第一和第二供电电桥48和50。
显然，对于熟悉本技术领域的人员来说，在不背离本发明的精神或范围的情况下对本发明进行各种修改和变动。因此，本发明包括了所有属于所附权利要求规定的本发明专利保护范围的对本发明的修改和变动。

Claims (5)

1.一种电动车辆推进系统电动机控制器的矢量控制板，包括：
一个微控制器、一个数字信号处理器和一个数字门阵列，其特征在于，
所述微控制器产生转矩请求；
所述数字信号处理器接收微控制器发出的转矩请求，按照转矩请求产生相电压信号；以及
所述数字门阵列接收数字信号处理器发出的相电压信号，并产生脉宽调制信号，用于驱动至少一个供电电桥；并且
所述微控制器经所述数字门阵列将转矩请求送到所述数字信号处理器，并且通过所述数字信号处理器超驰控制所述数字门阵列。
2.按照权利要求1所述的矢量控制板，其特征在于，还包括一个接收转子位置测量值的解算器接口和一个接收电流测量值的模拟接口；其中数字信号处理器还接收转子位置测量值和电流测量值，按照转矩请求、转子位置测量值和电流测量值产生相电压信号。
3.按照权利要求1所述的矢量控制板，其特征在于，数字门阵列包括一个产生脉宽调制信号的PWM产生器。
4.按照权利要求1所述的矢量控制板，其特征在于，数字信号处理器还执行矢量控制板的一个或多个内部测试操作、控制功能和诊断测试。
5.按照权利要求1所述的矢量控制板，其特征在于，微控制器执行矢量控制板的一个或多个BIT操作和诊断测试。
CN95194186A 1994-06-10 1995-06-01 电动车辆推进系统电动机控制器的矢量控制板 Expired - Fee Related CN1050097C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/258,306 US5627758A (en) 1994-06-10 1994-06-10 Vector control board for an electric vehicle propulsion system motor controller
US08/258,306 1994-06-10

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1154679A CN1154679A (zh) 1997-07-16
CN1050097C true CN1050097C (zh) 2000-03-08

Family

ID=22980006

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN95194186A Expired - Fee Related CN1050097C (zh) 1994-06-10 1995-06-01 电动车辆推进系统电动机控制器的矢量控制板

Country Status (8)

Country Link
US (1) US5627758A (zh)
EP (1) EP0764090B1 (zh)
CN (1) CN1050097C (zh)
AT (1) ATE197269T1 (zh)
DE (1) DE69519293T2 (zh)
MY (1) MY130600A (zh)
TW (1) TW267273B (zh)
WO (1) WO1995034439A1 (zh)

Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0893582B1 (de) * 1997-07-23 2002-10-30 TCG UNITECH Aktiengesellschaft Verfahren zur Steuerung einer Kühlmittelpumpe einer Brennkraftmaschine
US6023137A (en) * 1997-10-01 2000-02-08 General Electric Company Use of traction inverter for supplying power for non-traction applications
US5949210A (en) * 1998-03-16 1999-09-07 Lockheed Martin Corp. Two-dimensional variable limit proportional internal regulator for the current controller in synchronous frame
JP2001008482A (ja) * 1999-06-22 2001-01-12 Hitachi Ltd 電動機の制御システム及び制御方法
US6222332B1 (en) * 1999-09-16 2001-04-24 Honeywell International Inc. Low cost high performance single board motor controller
US6356463B1 (en) * 2001-02-07 2002-03-12 Phoenixtec Power Co. Ltd. High frequency, voltage feedback control mode power converter
US7142434B2 (en) * 2002-01-16 2006-11-28 Rockwell Automation Technologies, Inc. Vehicle drive module having improved EMI shielding
US7032695B2 (en) * 2002-01-16 2006-04-25 Rockwell Automation Technologies, Inc. Vehicle drive module having improved terminal design
US6909607B2 (en) * 2002-01-16 2005-06-21 Rockwell Automation Technologies, Inc. Thermally matched fluid cooled power converter
US6965514B2 (en) 2002-01-16 2005-11-15 Rockwell Automation Technologies, Inc. Fluid cooled vehicle drive module
US7187568B2 (en) * 2002-01-16 2007-03-06 Rockwell Automation Technologies, Inc. Power converter having improved terminal structure
US6898072B2 (en) * 2002-01-16 2005-05-24 Rockwell Automation Technologies, Inc. Cooled electrical terminal assembly and device incorporating same
US6982873B2 (en) * 2002-01-16 2006-01-03 Rockwell Automation Technologies, Inc. Compact vehicle drive module having improved thermal control
US6865080B2 (en) * 2002-01-16 2005-03-08 Rockwell Automation Technologies, Inc. Compact fluid cooled power converter supporting multiple circuit boards
US7187548B2 (en) * 2002-01-16 2007-03-06 Rockwell Automation Technologies, Inc. Power converter having improved fluid cooling
US7177153B2 (en) 2002-01-16 2007-02-13 Rockwell Automation Technologies, Inc. Vehicle drive module having improved cooling configuration
US6972957B2 (en) * 2002-01-16 2005-12-06 Rockwell Automation Technologies, Inc. Modular power converter having fluid cooled support
US7061775B2 (en) * 2002-01-16 2006-06-13 Rockwell Automation Technologies, Inc. Power converter having improved EMI shielding
US6927988B2 (en) * 2002-05-28 2005-08-09 Ballard Power Systems Corporation Method and apparatus for measuring fault diagnostics on insulated gate bipolar transistor converter circuits
US20060083037A1 (en) * 2004-07-27 2006-04-20 Silicon Laboratories Inc. Digital PWM controller with efficiency optimization as a function of PWM duty cycle
US7142140B2 (en) 2004-07-27 2006-11-28 Silicon Laboratories Inc. Auto scanning ADC for DPWM
DE102006023237A1 (de) * 2006-05-18 2007-11-22 Mtu Aero Engines Gmbh Gasturbine
DE102010054200A1 (de) * 2010-12-11 2012-06-14 Volkswagen Ag Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Elektromaschine
US9714029B2 (en) * 2012-08-31 2017-07-25 Ford Global Technologies, Llc Vehicle electric machine control strategy
US10442547B2 (en) 2017-06-22 2019-10-15 General Electric Company Engine and electrical machine health monitoring
DE102018200717A1 (de) * 2018-01-17 2019-07-18 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Test von Brücken einer Endstufe bei drehender Maschine

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2204969A (en) * 1987-05-21 1988-11-23 Eaton Corp Current mode motor controller

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5038090A (en) * 1988-10-05 1991-08-06 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Servo motor control apparatus
JPH02219498A (ja) * 1989-02-16 1990-09-03 Toyota Central Res & Dev Lab Inc インバータの電流制御装置
GB2243464B (en) * 1990-03-23 1994-02-23 Toyoda Machine Works Ltd Digital servo-control apparatus
US5204573A (en) * 1991-07-17 1993-04-20 Vision Applications, Inc. Two-dimensional pointing motor
US5168202A (en) * 1991-08-30 1992-12-01 Platt Saco Lowell Corporation Microprocessor control of electric motors
KR950004836B1 (ko) * 1991-10-21 1995-05-13 삼성전자 주식회사 교류 전동기의 상전압 측정장치 및 그 측정방법
US5168204A (en) * 1992-04-16 1992-12-01 Westinghouse Electric Corp. Automatic motor torque and flux controller for battery-powered vehicle drive
DE69306703T2 (de) * 1992-09-16 1997-04-30 Hitachi Ltd Verfahren zur Messung charakteristischer Konstanten für Wechselstrommotoren und auf diesem Verfahren basierender Regler
US5442268A (en) * 1993-05-13 1995-08-15 Hughes Aircraft Company Torque oscillation compensation using torque emulator/observer feedback

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2204969A (en) * 1987-05-21 1988-11-23 Eaton Corp Current mode motor controller

Also Published As

Publication number Publication date
DE69519293T2 (de) 2001-04-12
MY130600A (en) 2007-07-31
EP0764090A1 (en) 1997-03-26
TW267273B (zh) 1996-01-01
US5627758A (en) 1997-05-06
EP0764090B1 (en) 2000-11-02
WO1995034439A1 (en) 1995-12-21
DE69519293D1 (de) 2000-12-07
ATE197269T1 (de) 2000-11-15
CN1154679A (zh) 1997-07-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1050097C (zh) 电动车辆推进系统电动机控制器的矢量控制板
US5831409A (en) Electric vehicle propulsion system employing AC induction motor control
CN1053300C (zh) 具有集成测试和控制的数字脉冲宽度调制(pwm)电路
CN103079870B (zh) 电动车辆及其控制方法
KR100508786B1 (ko) 차재전지의제어장치
Masayoshi Research and development of electric vehicles for clean transportation
CN102549925A (zh) 半导体元件控制装置、车载用电机系统
JP6110355B2 (ja) 車両および電圧センサの故障診断方法
CN106256637A (zh) 用于混合动力车辆的驾驶模式控制的系统和方法
CN101061020A (zh) 减少电动车辆中的车轮打滑和车轮锁定的系统和方法
WO1995034824A1 (en) Fault detection circuit for sensing leakage currents between power source and chassis
CN1154091A (zh) 电动车辆底盘控制器
WO1995034826A1 (en) Method for testing a power bridge for an electric vehicle propulsion system
CN112672911B (zh) 采样触发方法、微处理器、电机控制器及电动汽车
EP0764276B1 (en) Electric vehicle propulsion system power bridge with built-in test
CN107662523A (zh) 电动车驱动控制系统及控制方法
CN105074156A (zh) 车辆用冷却风扇马达·逆变器系统及其控制方法和程序
WO1995034942A1 (en) Flat-topping unit
CN1154161A (zh) 用于检测电源和底盘之间的漏电流的故障检测电路
KR100213866B1 (ko) 직렬식 하이브리드 전기자동차의 감속시 충전 제어장치
CN1949661B (zh) 用于保持dc/ac电压转换器的输入端上的直流电压的方法、用于该方法的记录介质以及电动车辆
CN107757341A (zh) 一种自动导引车专用的混合动力总成控制系统
JPH0819116A (ja) 電動車両の駆動装置
JP3175431B2 (ja) ハイブリッド電気自動車の発電制御装置
JP2879485B2 (ja) 内燃機関の制動および補助動力装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: SAI TE KANG TECHNOLOGIES, INC.

Free format text: FORMER OWNER: WESTINGHOUSE ELECTRIC CORP.

Effective date: 20011123

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20011123

Address after: Massachusetts USA

Patentee after: Seterkang Technology

Address before: Maryland USA

Patentee before: Westinghouse Electric Corp.

C19 Lapse of patent right due to non-payment of the annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee