CN105375828A - 一种车用四电机控制器及控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车用四电机控制器及控制系统。该控制器包括：用于生成四路驱动信号的主控单元；用于采集直流母线电压的母线电压检测单元；用于输出所述四路驱动信号的驱动信号输出单元；用于采集四台电机的转速和位置信号的位置信号处理单元；用于采集直流母线与四台电机的电流信号处理单元；用于采集电机与控制器冷却水温度的温度信号处理单元；和用于连接主控单元与汽车控制单元的总线单元，其中：所述主控单元分别与母线电压检测单元、驱动信号输出单元、位置信号处理单元、电流信号处理单元、温度信号处理单元和总线单元双向连接。本发明可以减少电机控制器的数量，优化线束布置，从而提高电动汽车控制系统的可靠性。

Description

一种车用四电机控制器及控制系统

技术领域

本发明涉及电动汽车控制技术领域，尤其涉及一种车用四电机控制器及控制系统。

背景技术

随着轮边电机技术及轮毂电机技术的发展，汽车工业正在由传统内燃机驱动向以电动机为动力装置的电动车辆的方向发展，比较典型的已开发或正在开发的电动汽车为采用四轮驱动的轮毂电动汽车。与传统汽车相比，其具有如下特点：(1)省略了离合器、变速箱、差速器及传动轴等环节，使传动系统得到简化，传动效率提高，节省空间，整车质量大大减轻；(2)能够实现汽车安全系统及底盘系统的电子化、主动化，提高安全性能；(3)对制动能量可以进行回收，提高汽车能量利用效率；(4)依据不同工况和行驶需求，采用四轮驱动、两轮驱动(前驱/后驱)、混合驱动(四轮驱动/两轮驱动)等形式；(5)便于实现电子差速与转矩协调控制，提高车辆行驶过程中的操作稳定性。

为实现对电动汽车四轮进行实时准确的独立驱动，现有技术中通常采用单电机控制方法对四台电机进行控制，如图1所示，利用四台驱动器MCU1、MCU2、MCU3、MCU4分别接收来自整车控制器VCU的不同指令，然后对四台电机进行驱动。但是四台MCU使控制系统变得复杂，造成硬件资源与车辆空间的浪费，线束布置不便，甚至会引起可靠性降低。现有技术中还有采用双电机控制方法对四台电机进行控制。如图2所示，由双电机控制器DMCU1和DMCU2分别对驱动电机M1和M2、M3和M4进行驱动控制，以DMCU1为例进行说明，双电机控制器中控制部分共用一块主控芯片及直流支撑电容，而信号处理电路和驱动部分则相互独立，双电机控制的方法在一定程度上解决了上述单电机控制方法中的问题，但还有待改进和优化的空间。

发明内容

本发明的其中一个目的在于提供一种车用四电机控制器及控制系统，以解决现有技术中电机控制器过多引起的硬件资源浪费、线束布置不便甚至可靠性降低的问题。

为实现上述发明目的，第一方面，本发明实施例提供了一种车用四电机控制器，包括：

用于生成四路驱动信号的主控单元；

用于采集直流母线电压的母线电压检测单元；

用于输出所述四路驱动信号的驱动信号输出单元；

用于采集四台电机的转速和位置信号的位置信号处理单元；

用于采集直流母线与四台电机的电流信号处理单元；

用于采集电机与控制器冷却水温度的温度信号处理单元；

和用于连接主控单元与汽车控制单元的总线单元，其中：

所述主控单元分别与母线电压检测单元、驱动信号输出单元、位置信号处理单元、电流信号处理单元、温度信号处理单元和总线单元双向连接。

可选地，所述主控单元采用多核数字处理器芯片。

可选地，还包括调试单元，该调试单元与所述主控制单元双向连接。

可选地，所述电流信号处理单元采用霍尔传感器。

可选地，所述温度信号处理单元采用温度传感器。

可选地，所述位置信号处理单元采用旋转变压器。

第二方面，本发明实施例还提供了一种车用四电机控制系统，基于上文所述的车用四电机控制器实现，包括：

用于将控制指令以及汽车参数通过总线单元传输至所述车用四电机控制器的汽车控制单元；

用于根据所述车用四电机控制器输出四路驱动信号控制四台电机工作的电机驱动单元；

用于向四台电机提供电能的直流电源；和，

用于维持直流母线电压的直流支撑电容。

可选地，所述直流支撑电容为薄膜电容器。

本发明提供的控制器可以对四台电机进行实时精确控制，由于减少了控制器的数量，可以减少汽车中的线束，从而使得汽车控制系统更加简单紧凑，有利于电动汽车控制的集成化和轻量化。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1是现有技术中单电机控制器驱动控制原理示意图；

图2是现有技术中双电机控制器驱动控制原理示意图；

图3是是本发明实施例中四电机控制器驱动控制系统示意图；

图4是本发明中的四电机控制器原理结构框图；

图5是本发明实施例提供的车用四电机控制器实现电子差速转向控制框图；

附图标记说明：

100、车用四电机控制器；101、主控单元；102、母线电压检测单元；103、驱动信号输出单元；104、位置信号处理单元；105、电流信号处理单元；106、温度信号处理单元；107、总线单元；108、调度单元；200、电机驱动单元；300、电机；400、直流支撑电容。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

第一方面，本发明实施例提供了一种车用四电机控制器，如图3与图4所示，包括：

用于生成四路驱动信号的主控单元101；

用于采集直流母线电压的母线电压检测单元102；

用于输出所述四路驱动信号的驱动信号输出单元103；

用于采集四台电机的转速和位置信号的位置信号处理单元104；

用于采集直流母线与四台电机的电流信号处理单元105；

用于采集电机与控制器冷却水温度的温度信号处理单元106；和，

用于连接主控单元与汽车控制单元的总线单元107，其中：

主控单元101分别与母线电压检测单元102、驱动信号输出单元103、位置信号处理单元104、电流信号处理单元105、温度信号处理单元106和总线单元107双向连接。

实际应用中，主控单元101采用多核数字处理器芯片。本领域技术人员也可以选择单片机、DSP、ARM等芯片实现主控单元，能够达到相同的目的，本发明不作限定。

如图4所示，实际应用中，还需要对电动汽车进行维修、保养以及软件升级等处理，为此，该车用四电机控制器还包括调试单元108。该调试单元108采用现有技术中可以实现调试功能的电路实现，本领域技术人员可以根据具体场合进行设置，本发明不作限定。

如图4所示，实际应用中，电流信号处理单元105采集直流母线与四台电机的电流信号。其中，每台电机的电流信号是指，采集每一相线的电流信号。该电流信号处理单元105将所采集的电流信号发送至主控单元101。可选地，本发明实施例中，电流信号处理单元105采用霍尔传感器实现。当然，本领域技术人员也可以根据具体的使用场景选择其他类型的电流传感器实现，本发明不作限定。

如图4所示，实际应用中，温度信号处理单元106采集用于采集四台电机与冷却水温度，以及电动汽车其他部位的温度。可选地，温度信号处理单元106采用温度传感器实现，并将所采集的温度信号发送至主控单元101。该温度传感器可以为：采用电阻式、热电偶、PN结等形式实现的接触式温度传感器，和采用红外形式实现的非接触式温度传感器中的一种或者多种。当然，本领域技术人员也可以根据具体的使用场景选择其他类型的温度传感器实现，本发明不作限定。

为实现对电动汽车的精确控制，还需要实时获取车轮的准确位置。如图4所示，本发明实施例中，位置信号处理单元104采集四台电机的转速和位置信号，并发送至主控单元101。该位置信号处理单元104可以为正-余弦转换变压器、线性旋转变压器和比例式旋转变压器中的一种或多种，也可以选择位移传感器实现。可选地，该位置信号处理单元104采用旋转变压器实现。本领域技术人员可以根据具体的使用场景选择合适的旋转变压器实现，本发明不作限定。

可理解的是，本发明实施例提供的车用四电机控制器还包括例如无线模块、蓝牙模块和通话模块等功能的其他电路109。本领域技术人员可以根据实际需要，设置其他电路109的具体功能，本发明不作限定。

本发明实施例提供的车用四电机控制器的工作原理如下：如图4所示，该车用电机控制器100通过总线与汽车控制单元相连接，用户通过该汽车控制单元向该车用电机控制器100发送控制指令。该车用电机控制器100中的主控单元101将该控制指令作为控制目标值，同时该主控单元101分别获取母线电压检测单元102、位置信号处理单元104、电流信号处理单元105、温度信号处理单元106的各种信息以获取电动汽车的整车运动参数，生成对应于每台电机的四路驱动信号，并通过驱动信号输出单元103发送至电机驱动单元200。每个电机驱动单元200根据相应的驱动信号独立工作。车用四电机控制器100通过协调四台电机的转矩与转速，使电动汽车工作在前进、后退、起步、爬坡、转弯、加减速等不同工况下。

第二方面，本发明实施例还提供了一种车用四电机控制系统，基于上文所述的车用四电机控制器实现，如图4所示，包括：

用于将控制指令以及汽车参数通过总线单元传输至所述车用四电机控制器的汽车控制单元(VCU)；

用于根据所述车用四电机控制器输出四路驱动信号控制四台电机工作的电机驱动单元200；

用于向四台电机提供电能的直流电源(图中未标出)；和，

用于维持直流母线电压的直流支撑电容400。

可选地，所述直流支撑电容400为薄膜电容器。本领域技术人员可以根据具体的使用场景选择合适的电容实现，本发明不作限定。

本发明实施例提供的车用四电机控制系统的工作原理如下：如图4所示，该车用电机控制器100通过总线与汽车控制单元VCU相连接，用户通过该汽车控制单元向该车用电机控制器100发送控制指令。该车用电机控制器100结合所采集的直流母线电压、电流信号、温度信号以及车轮的位置信号等信息生成对应于每台电机的四路驱动信号。该驱动信号分别控制电机驱动单元200向对应的电机输出相应转矩与转速的电压。在工作期间，直流支撑电容400对直流母线的电压进行滤波以维持直流母线电压。车用四电机控制器100通过协调四台电机的转矩与转速，使电动汽车工作在前进、后退、起步、爬坡、转弯、加减速等不同工况下。

图5是本发明实施例提供的车用四电机控制器实现电子差速转向控制框图。如图5所示，当驾驶员操作方向盘时，传感器获取方向盘转角，将该转角实时传输至汽车控制单元(VehicleControlUnit，VCU)中。同时该汽车控制单元检测车辆当前的运行状态和外部环境，得出一个理想的车辆运行轨迹，并与实际的车辆运行轨迹进行实时比对，由此判断车辆是否有转向不足或转向过度的趋势，若没有，则保持此稳定状态；若有，则由MCU依据VCU给定的目标指令，对四个驱动电机转速、驱动/制动转矩进行分配，实现电子差速控制。

本发明提供的控制器可以对四台电机进行实时精确控制，由于减少了控制器的数量，可以减少汽车中的线束，从而使得汽车控制系统更加简单紧凑，有利于电动汽车控制的集成化和轻量化。

在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (8)

1.一种车用四电机控制器，其特征在于，包括：

用于生成四路驱动信号的主控单元；

用于采集直流母线电压的母线电压检测单元；

用于输出所述四路驱动信号的驱动信号输出单元；

用于采集四台电机的转速和位置信号的位置信号处理单元；

用于采集直流母线与四台电机的电流信号处理单元；

用于采集电机与控制器冷却水温度的温度信号处理单元；

和用于连接主控单元与汽车控制单元的总线单元，其中：

所述主控单元分别与母线电压检测单元、驱动信号输出单元、位置信号处理单元、电流信号处理单元、温度信号处理单元和总线单元双向连接。

2.根据权利要求1所述的车用四电机控制器，其特征在于，所述主控单元采用多核数字处理器芯片。

3.根据权利要求1所述的车用四电机控制器，其特征在于，还包括调试单元，该调试单元与所述主控制单元双向连接。

4.根据权利要求1所述的车用四电机控制器，其特征在于，所述电流信号处理单元采用霍尔传感器。

5.根据权利要求1所述的车用四电机控制器，其特征在于，所述温度信号处理单元采用温度传感器。

6.根据权利要求1所述的车用四电机控制器，其特征在于，所述位置信号处理单元采用旋转变压器。

7.一种车用四电机控制系统，基于权利要求1～6任意一项所述的车用四电机控制器实现，其特征在于，包括：

用于将控制指令以及汽车参数通过总线单元传输至所述车用四电机控制器的汽车控制单元；

用于根据所述车用四电机控制器输出四路驱动信号控制四台电机工作的电机驱动单元；

用于向四台电机提供电能的直流电源；和，

用于维持直流母线电压的直流支撑电容。

8.根据权利要求7所述的车用四电机控制系统，其特征在于，所述直流支撑电容为薄膜电容器。