CN105897117A - 一种适用电动汽车的电机控制方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用电动汽车的电机控制方法、装置及系统。所述方法包括：当到达当前周期的预设时刻时，根据预设电机控制算法获取所述电机任意一相电路的下一周期的PWM波的占空比；根据当前周期的PWM波的占空比与所述下一周期的PWM波的占空比，计算对应相电路下一周期的第一功率开关器件的下降沿的第一生成时间和上升沿的第二生成时间，以及第二功率开关器件的上升沿的第三生成时间和下降沿的第四生成时间；并相应的调整当前周期内第一功率开关器件的下降沿的第一生成时间，以及第二功率开关器件的上升沿的第三生成时间。本发明可以输出0％～100％的PWM波，从而使电动汽车适应不同的工况，提高控制效果。

Description

一种适用电动汽车的电机控制方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及电动汽车技术领域，具体涉及一种适用电动汽车的电机控制方法、装置及系统。

背景技术

当今社会面临的环境污染和能源短缺等问题使人们越来越重视新能源汽车。其中电动汽车作为新能源汽车的一种，由于具有“零污染”、噪声低、能量转换效率高和结构简单、平抑电网的峰谷差等优点成为备受关注的绿色出行交通工具，同时也成为各大汽车厂商未来发展的一个重要方向。

纯电动汽车最重要的组成部分是电池、电机和控制器；其中控制器是纯电动汽车驱动控制系统的核心之一，控制算法相对复杂。随着用户对舒适性以及安全性的要求越来越高，对控制器的控制性能也提出了更高的要求。

例如，现有技术中纯电动汽车采用的电路拓扑结构，参见图1：包括电机1、微控制器2和三相桥式电路3，微控制器2输出6路PWM信号控制三相桥式电路，再由此三相桥式电路3控制电机，从而构成纯电动汽车的动力系统。其中三相桥式电路3由6个功率开关器件31～36构成，其中A相电路包括功率开关器件31(下称A相上桥31)和功率开关器件32(A相下桥32)，B相、C相电路与A相电路相同不再说明。在对三相桥式电路输出PWM波的过程中，如图3所示，PWM波的占空比最大达到95％，在周期为100微秒且死区时间为2.5微秒的情况下，A相上桥31导通时间最大为95微秒占本周期的95％。当电动汽车在驻坡或者在高速超车的特殊工况下，需要PWM波的占空比为100％，显然图3所示的波形不满足上述两种工况，且A相下桥32的尖峰会影响其使用寿命。同样的，在要求PWM波占空比为0％的工况中，A相下桥32会出现如图4所示的5微秒的低电平，同样不满足控制算法的要求。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种适用电动汽车的电机控制方法、装置及系统，用于解决现有技术中电机控制算法无法输出0％或者100％PWM波的问题。

第一方面，本发明提供了一种适用电动汽车的电机控制方法，所述电机采用六个功率开关器件构成的三相桥式电路驱动，每相桥式电路包括第一功率开关器件和第二功率开关器件，所述方法包括：

当到达当前周期的预设时刻时，根据预设电机控制算法获取所述电机任意一相电路的下一周期的PWM波的占空比；

根据当前周期的PWM波的占空比与所述下一周期的PWM波的占空比，计算对应相电路下一周期的第一功率开关器件的下降沿的第一生成时间和上升沿的第二生成时间，以及第二功率开关器件的上升沿的第三生成时间和下降沿的第四生成时间；

根据当前周期的PWM波的占空比与所述下一周期的PWM波的占空比判断是否调整当前周期内第一功率开关器件的下降沿以及第二功率开关器件的上升沿，若需要调整，则重新计算当前周期内第一功率开关器件的下降沿的第一生成时间，以及第二功率开关器件的上升沿的第三生成时间；

所述第一生成时间与所述第三时间段间隔预设时间段；所述第二生成时间与所述第四时间段间隔预设时间段。

可选地，当下一周期的PWM波的占空比为100％时，且当前周期的PWM波的占空比小于100％时，所述第四生成时间为下一周期的起始时刻，所述第二生成时间为下一周期的起始时刻之后预设时间段的时刻；

所述第一生成时间为下一周期的结束时刻之前预设时间段的时刻，所述第三生成时间为下一周期的结束时刻。

可选地，当下一周期的PWM波的占空比为100％时，且当前周期的PWM波的占空比为100％时，

所述第一功率开关器件和所述第二功率开关器件均不设置上升沿和下降沿。

可选地，当下一周期的PWM波的占空比为0％，且当前周期PWM波的占空比小于100％时，所述第一功率开关器件和所述第二功率开关器件在下一周期均不设置上升沿和下降沿。

可选地，当下一周期的PWM波的占空比为0％，且当前周期PWM波的占空比为100％时，所述第一功率开关器件在当前周期的下降沿的第一生成时间与当前周期的结束时刻之前预设时间段的时刻；所述第二功率开关器件在当前周期的上升沿的第三生成时间为当前周期的结束时刻。第二方面，本发明实施例还提供了一种适用电动汽车的电机控制装置，所述电机采用六个功率开关器件构成的三相桥式电路驱动，每相桥式电路包括第一功率开关器件和第二功率开关器件，所述装置包括：

下周期占空比获取模块，用于当到达当前周期的预设时刻时，根据预设电机控制算法获取所述电机任意一相电路的下一周期的PWM波的占空比；

生成时间计算模块，用于根据当前周期的PWM波的占空比与所述下一周期的PWM波的占空比，计算对应相电路下一周期的第一功率开关器件的下降沿的第一生成时间和上升沿的第二生成时间，以及第二功率开关器件的上升沿的第三生成时间和下降沿的第四生成时间；

所述第一生成时间与所述第三时间段间隔预设时间段；所述第二生成时间与所述第四时间段间隔预设时间段。

第三方面，本发明实施例又提供了一种电动汽车驱动系统，包括上文所述的电机控制装置。

由上述技术方案可知，本发明在当前周期的预设时刻根据预设电机控制算法获取所述电机任意一相电路的下一周期的PWM波的占空比；并根据当前周期的PWM波的占空比与所述下一周期的PWM波的占空比，计算对应相电路下一周期的第一功率开关器件的下降沿的第一生成时间和上升沿的第二生成时间，以及第二功率开关器件的上升沿的第三生成时间和下降沿的第四生成时间。本发明可以输出0％～100％的PWM波，从而使电动汽车适应不同的工况，提高控制效果。另外，本发明还设置上升沿与下降沿间隔预设时间段，防止电池短路影响电池的使用寿命。

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是现有技术中电机控制电路图；

图2是图1所述电路的PWM波形图；

图3是现有技术中最大占空比的PWM波形图；

图4是现有技术中最小占空比的PWM波形图；

图5是本发明实施例中计算生成时间的示意图；

图6是连续输出占空比为100％的PWM波形图；

图7是连续输出占空比为0％的PWM波形图；

图8是本发明实施例提供的一种适用电动汽车的电机控制装置框图；

图9是本发明实施例中包括定时器的电机控制装置框图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

第一方面，本发明提供了一种适用电动汽车的电机控制方法，所述电机采用如图1所示的六个功率开关器件构成的三相桥式电路驱动，每相桥式电路包括第一功率开关器件和第二功率开关器件，所述方法包括：

当到达当前周期的预设时刻时，根据预设电机控制算法获取所述电机任意一相电路的下一周期的PWM波的占空比；

根据当前周期的PWM波的占空比与所述下一周期的PWM波的占空比，计算对应相电路下一周期的第一功率开关器件的下降沿的第一生成时间和上升沿的第二生成时间，以及第二功率开关器件的上升沿的第三生成时间和下降沿的第四生成时间；

根据当前周期的PWM波的占空比与所述下一周期的PWM波的占空比判断是否调整当前周期内第一功率开关器件的下降沿以及第二功率开关器件的上升沿，若需要调整，则重新计算当前周期内第一功率开关器件的下降沿的第一生成时间，以及第二功率开关器件的上升沿的第三生成时间；

所述第一生成时间与所述第三时间段间隔预设时间段；所述第二生成时间与所述第四时间段间隔预设时间段。

需要说明的是，本发明实施例中电机控制算法采用现有技术中常用的电机控制算法实现即可，目的在于得到下一周期的PWM波的占空比，本领域技术人员可以根据需要合理选择相应的电机控制算法，本发明不作限定。

需要说明的是，本发明实施例中预设时刻是指开始计算下一周期的上升沿与下降沿的起始时刻。本发明实施例中该预设时刻设置在每个周期的中间时间点。当然，本领域技术人员可以根据需要进行设置，本发明不作限定。

需要说明的是，本发明实施例中预设时间段是保证第一功率开关器件与第二功率开关器件不同时导通的必须时间间隔即死区时间。若在该死区时间内第一功率开关器件与第二功率开关器件同时导通会导致电池短路。因此，需要保证第一功率开关器件的上升沿与第二功率开关器件的下降沿，以及第二功率开关器件的上升沿与第一功率开关器件的下降沿不能同时处于死区时间内。本发明实施例中设置死区时间为2.5微秒。当然本领域技术人员也可以根据具有的功率开关器件确定其死区时间。

需要说明的是，本发明实施例中第一生成时间、第二生成时间、第三生成时间以及第四生成时间均为处于某一个周期内的一个时间点。设置生成时间是为了区别上升沿、下降沿的位置，从而便于本领域技术人员更好的理解本发明。

如图5所示，对于三相电路中的其中一路，包括第一功率开关器件(以下简称上桥)以及第二功率开关器件(以下简称下桥)。本实施例中每个PWM波的周期为100微秒，即PWM波的频率为10000Hz。对于一个周期内的PWM波，上桥和下桥均包括上升沿和下降沿。在每个周期的中间时间点时开始计算当前周期的下一周期的上升沿与下降沿。

进一步地，当下一周期的PWM波的占空比为100％时，且当前周期的PWM波的占空比小于100％时，所述第四生成时间为下一周期的起始时刻，所述第二生成时间为下一周期的起始时刻之后预设时间段的时刻；所述第一生成时间为下一周期的结束时刻之前预设时间段的时刻，所述第三生成时间为下一周期的结束时刻。如图6所示，本发明实施例中以连续输出4个周期(图6中第二周期～第五周期)的占空比为100％的PWM波。第一周期输出占空比为大于0％小于100％之间的PWM波，例如50％，在第一周期的中间时间点将第二周期的上桥的上升沿的第三产生时间与下桥的下降沿的第四产生时间间隔预设时间段即2.5微秒，并且不设置上桥的下降沿以及下桥的上升沿，从而得到第二周期的PWM波；当前周期内上桥的下降沿与下桥的上升沿无需要重置。在第二周期的中间时间点，设置第三周期内，上桥与下桥均不产生上升沿或者下降沿，也就是说，当下一周期的PWM波的占空比为100％时，且当前周期的PWM波的占空比为100％时，上桥和下桥均不设置上升沿和下降沿。在第三周期与第四周期的中间时间点的计算方式与第二周期相同不再说明。在第五周期的中间时间点，根据电机控制算法得到第六周期需要输出占空比为70％的PWM波，此时需要对本周期内的上桥的下降沿和下桥的上升沿进行重置，例如，上桥的下降沿设置在距离在第五周期结束时刻之前预设时间段即2.5微秒的时刻，下桥的上升沿设置在第五周期结束时刻。第六周期的波形则按照正常的情况进行设置，例如下桥的下降沿设置在某一时刻(t0)，上桥的上升沿设置在t0+2.5微秒的时刻，上桥的上升沿到达70％后设置下降沿，持续2.5微秒后设置下桥的上升沿。

如图7所示，本发明实施例以连续输出4个周期占空比为0％的PWM波。同样，第一周期为任意占空比的PWM波，例如50％，在第一周期的中间时间点利用电机控制算法获取第二周期的PWM波的占空比0％，此时无需对上桥的下降沿以及下桥的上升沿进行重置，同时上桥与下桥也无需要在第二周期产生上升沿和下降沿。第三周期、第四周期与第二周期相同，无需对当前周期、下一周期的上桥以及下桥的上升沿与下降沿进行设置。在第五周期的中间时间点根据预设电机控制算法得到第六周期的PWM波占空比为70％，在第五周期无需生成上升沿和下降沿，但是在第六周期内，下桥的下降沿的第四生成时间为某一时刻t1，则上桥的上升沿为t1+2.5微秒，上桥的下降沿与下桥的上升沿产生时间按照70％的占空比设置，且第一生成时间与第三生成时间间隔为2.5微秒。即当下一周期的PWM波的占空比为0％，且当前周期PWM波的占空比小于100％时，上桥和下桥在下一周期均不设置上升沿和下降沿；当前周期PWM波的占空比为100％时，上桥在在当前周期的下降沿的第一生成时间与当前周期的结束时刻之前预设时间段的时刻；下桥在当前周期的上升沿的第三生成时间为当前周期的结束时刻。

第二方面，本发明实施例提供了一种适用电动汽车的电机控制装置，如图8所示，所述电机采用六个功率开关器件构成的三相桥式电路驱动，每相桥式电路包括第一功率开关器件和第二功率开关器件，所述装置包括：

下周期占空比获取模块，用于当到达当前周期的预设时刻时，根据预设电机控制算法获取所述电机任意一相电路的下一周期的PWM波的占空比；

生成时间计算模块，用于根据当前周期的PWM波的占空比与所述下一周期的PWM波的占空比，计算对应相电路下一周期的第一功率开关器件的下降沿的第一生成时间和上升沿的第二生成时间，以及第二功率开关器件的上升沿的第三生成时间和下降沿的第四生成时间；

所述第一生成时间与所述第三时间段间隔预设时间段；所述第二生成时间与所述第四时间段间隔预设时间段。

实际应用中，本发明实施例中的电机控制装置可以采用32位微控制器实现，也可以采用数字信号处理器实现。此时在微控制器或者数字信号处理器内设置定时器对上述三相桥式电路的输入控制信息进行定时。

本发明实施例中还在微控制器或者数字信号处理器中设置4个可控定时器且设置为比较模式，比较模式即当比较事件发生时就会在相应可控定时器的输出端输出控制信号以控制功率开关器件产生上升沿或者下降沿。如图9所示，定时器1根据第二生成时间控制A相电路(或者B相电路，或者C相电路)的上桥产生上升沿，定时器2根据第一生成时间控制上桥产生下降沿，定时器3根据第四生成时间控制下桥产生下降沿，定时器4根据第三生成时间控制下桥产生上升沿。另外，定时器5设置为定时中断模式，中断周期可以设定为100微秒，定时器5每次产生中断的时间即每个周期的中间时间点，在每次中断服务程序根据电机控制算法的要求设置下一周期定时器1、2、3和4发生比较事件的时间即上桥或者下桥的上升沿和下降沿产生的时间，并根据电机控制算法要求的当前周期和下一周期PWM波的占空比的情况决定是否对本周期上桥下降沿和下桥上升沿的产生情况进行重新配置，如需重新配置则重新设置本周期内定时器2和定时器4产生比较事件的时间或设置为不产生比较事件。

第三方面，本发明实施例又提供了一种电动汽车驱动系统，包括上文所述的电机控制装置。

由上可以看出，本发明实施例提供的电动汽车驱动系统基于上文所述的电机控制方法实现，因而可以解决同样的技术问题，并取得相同的技术效果，在此不再一一赘述。

应当注意的是，在本实施例公开的装置的各个部件中，根据其要实现的功能而对其中的部件进行了逻辑划分，但是，本公开不受限于此，可以根据需要对各个部件进行重新划分或者组合，例如，可以将一些部件组合为单个部件，或者可以将一些部件进一步分解为更多的子部件。

本公开的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本公开实施例的系统中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本公开还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本公开的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。

应该注意的是，上述实施例对本公开进行说明而不是对本公开进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本公开可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

以上实施方式仅适于说明本公开，而并非对本公开的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本公开的范畴，本公开的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (7)

1.一种适用电动汽车的电机控制方法，其特征在于，所述电机采用六个功率开关器件构成的三相桥式电路驱动，每相桥式电路包括第一功率开关器件和第二功率开关器件，所述方法包括：

当到达当前周期的预设时刻时，根据预设电机控制算法获取所述电机任意一相电路的下一周期的PWM波的占空比；

根据当前周期的PWM波的占空比与所述下一周期的PWM波的占空比，计算对应相电路下一周期的第一功率开关器件的下降沿的第一生成时间和上升沿的第二生成时间，以及第二功率开关器件的上升沿的第三生成时间和下降沿的第四生成时间；

根据当前周期的PWM波的占空比与所述下一周期的PWM波的占空比判断是否调整当前周期内第一功率开关器件的下降沿以及第二功率开关器件的上升沿，若需要调整，则重新计算当前周期内第一功率开关器件的下降沿的第一生成时间，以及第二功率开关器件的上升沿的第三生成时间；

所述第一生成时间与所述第三时间段间隔预设时间段；所述第二生成时间与所述第四时间段间隔预设时间段。

2.根据权利要求1所述的电机控制方法，其特征在于，当下一周期的PWM波的占空比为100％时，且当前周期的PWM波的占空比小于100％时，所述第四生成时间为下一周期的起始时刻，所述第二生成时间为下一周期的起始时刻之后预设时间段的时刻；

所述第一生成时间为下一周期的结束时刻之前预设时间段的时刻，所述第三生成时间为下一周期的结束时刻。

3.根据权利要求1所述的电机控制方法，其特征在于，当下一周期的PWM波的占空比为100％时，且当前周期的PWM波的占空比为100％时，

所述第一功率开关器件和所述第二功率开关器件均不设置上升沿和下降沿。

4.根据权利要求1所述的电机控制方法，其特征在于，当下一周期的PWM波的占空比为0％，且当前周期PWM波的占空比小于100％时，所述第一功率开关器件和所述第二功率开关器件在下一周期均不设置上升沿和下降沿。

5.根据权利要求1所述的电机控制方法，其特征在于，当下一周期的PWM波的占空比为0％，且当前周期PWM波的占空比为100％时，所述第一功率开关器件在当前周期的下降沿的第一生成时间与当前周期的结束时刻之前预设时间段的时刻；所述第二功率开关器件在当前周期的上升沿的第三生成时间为当前周期的结束时刻。

6.一种适用电动汽车的电机控制装置，其特征在于，所述电机采用六个功率开关器件构成的三相桥式电路驱动，每相桥式电路包括第一功率开关器件和第二功率开关器件，所述装置包括：

下周期占空比获取模块，用于当到达当前周期的预设时刻时，根据预设电机控制算法获取所述电机任意一相电路的下一周期的PWM波的占空比；

生成时间计算模块，用于根据当前周期的PWM波的占空比与所述下一周期的PWM波的占空比，计算对应相电路下一周期的第一功率开关器件的下降沿的第一生成时间和上升沿的第二生成时间，以及第二功率开关器件的上升沿的第三生成时间和下降沿的第四生成时间；

所述第一生成时间与所述第三时间段间隔预设时间段；所述第二生成时间与所述第四时间段间隔预设时间段。

7.一种电动汽车驱动系统，其特征在于，包括权利要求6所述的电机控制装置。