CN109617491B - 电动车控制方法、装置及电动车 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电动车控制方法、装置及电动车，电动车包括无感FOC控制器、检测电机转子位置的电机位置检测器和采集电机工作电流的采集电路，无感FOC控制器获取电机位置检测器检测的电动车静止时的电机转子初始位置；根据获取的电机转子初始位置控制电机启动，运行电机低速模式；在电机低速模式下，根据无感FOC控制器获取电机位置检测器检测的电机转子当前位置以及获取采集电路当前采集的第一电机转速；若当前采集的第一电机转速小于或者等于第一预设转速时，控制电机继续按照电机低速模式运行；若当前采集的第一电机转速大于第一预设转速时，控制电机运行FOC正常运行模式。本发明技术方案实现减小电动车电机运行噪音，解决了低速扭矩不够的问题。

Description

电动车控制方法、装置及电动车

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，特别涉及一种电动车控制方法、装置及电动车。

背景技术

目前人们出行方式的多样化，如电动车、助力车、滑板车、踏板车等应用广泛，而现有的电动车、助力车等驱动系统普遍采用有感正弦方案或无感方波方案。但由于电机极对数较多，磁钢安装分布不均匀或hall安装不对称等问题，导致有感方案hall器件位置检测不准确，电机运行振动大，噪音大等问题；同时无感方波力矩输出不平衡，运行过程中有明显的电磁噪音，常用的无感FOC算法在低速估算位置不准确，不能提供大扭矩启动，无法在电动车上应用。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种电动车控制方法、装置及电动车，旨在减小电动车电机运行噪音，解决了电动车电机无感FOC低速扭矩不够的问题。

为实现上述目的，本发明提出的一种电动车控制方法，电动车包括无感FOC控制器、用于检测电动车静止时的电机转子初始位置的电机位置检测器和用于采集电动车电机工作电流的采集电路，该电动车控制方法包括：

无感FOC控制器获取电机位置检测器检测的电动车静止时的电机转子初始位置；

根据获取的所述电机转子初始位置控制电机启动，并运行电机低速模式；

在所述电机低速模式下，根据无感FOC控制器获取电机位置检测器检测的电机转子当前位置以及获取采集电路当前采集的第一电机转速；

若当前采集的第一电机转速小于或等于第一预设转速时，控制所述电机继续按照所述电机低速模式运行；

若当前采集的第一电机转速大于所述第一预设转速时，控制所述电机运行FOC正常运行模式。

可选地，所述无感FOC控制器获取电机位置检测器检测的电动车静止时的电机转子初始位置包括：

无感FOC控制器按照预设的顺序对电机的U、V、W三个相线两两注入脉冲信号；

采集UV、UW、VU、VW、WU、WV注入脉冲时的母线电流IUV、IUW、IVU、IVW、IWU、IWV；

根据母线电流IUV、IUW、IVU、IVW、IWU、IWV计算出电流从电机每一相线的一端到另外一端所用的时间tUV、tUW、tVU、tVW、tWU、tWV；

根据所述时间tUV、tUW、tVU、tVW、tWU、tWV之间的时间差异计算出所述电机转子初始位置。

可选地，所述当前采集的第一电机转速大于所述第一预设转速时，控制所述电机运行FOC正常运行模式的步骤之后还包括：

在所述电机运行FOC正常运行模式下，若采集的第二电机转速小于或等于第二预设转速时，控制所述电机运行电机低速模式；

若采集的第二电机转速大于第二预设转速时，控制所述电机运行FOC正常模式。

可选地，所述采集的第二电机转速大于第二预设转速时，控制所述电机运行FOC正常模式的步骤之后还包括：

若判断给定的调速电压大于预设关机电压时，控制所述电机运行FOC正常运行模式；

若判断给定的调速电压小于或等于预设关机电压时，控制所述电机停止运行。

可选地，所述电机低速模式具体为控制所述电机的转速小于或者等于500RPM。

可选地，所述FOC正常运行模式具体为控制所述电机的转速大于500RPM。

为实现上述目的，本发明还提出一种电动车控制装置，所述电动车控制装置包括无感FOC控制器、存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的无感FOC控制程序；所述处理器执行所述无感FOC控制程序时实现如上所述的电动车控制方法。

为实现上述目的，本发明还提出一种电动车，所述电动车包括如上所述的电动车控制装置。

本发明技术方案通过采用电动车包括无感FOC控制器、用于检测电动车静止时的电机转子初始位置的电机位置检测器和用于采集电动车电机工作电流的采集电路，该电动车控制方法包括：无感FOC控制器获取电机位置检测器检测的电动车静止时的电机转子初始位置；根据获取的所述电机转子初始位置控制电机启动，并运行电机低速模式；在所述电机低速模式下，根据无感FOC控制器获取电机位置检测器检测的电机转子当前位置以及获取采集电路当前采集的第一电机转速；若当前采集的第一电机转速小于或者等于第一预设转速时，控制所述电机继续按照所述电机低速模式运行；若当前采集的第一电机转速大于所述第一预设转速时，控制所述电机运行FOC正常运行模式。也即本发明技术方案无感FOC控制器中无感FOC控制算法及其中的电机位置检测算法对电动车电机转子初始位置检测并对电动车电机在不同情况下进行控制，使得电动车电机位置检测准确，电动车电机输出电磁转矩平稳，从而实现了减小电动车电机运行噪音，解决了对电动车电机的大扭矩控制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明电动车控制方法一实施例的流程示意图；

图2为本发明电动车控制方法、装置及电动车无感FOC控制器一实施例的结构示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				100	PI控制器	500	第一坐标变换器
200	第一坐标逆变器	600	第二坐标变换器
				300	第二坐标逆变器	700	转子位置估算器
400	三相全桥逆变器	800	电机

本发明目的的实现、功能特点及可点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

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的一部分实施例，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。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种电动车控制方法，应用于电动车，电动车包括无感FOC控制器、用于检测电动车静止时的电机转子初始位置的电机位置检测器和用于采集电动车电机工作电流的采集电路，在目前电动汽车、助力车、滑板车、踏板车等电动车应用广泛，而电动车驱动系统普遍采用有感正弦方案或无感方波方案，就会存在由于电动车中电机极对数多，磁钢安装不均匀或hall安装不对称等问题，如采用有感正弦方案就导致hall器件位置检测不准确，电机运行振动大，噪音大等问题；如采用无感方波方案就导致无感方波力矩输出不平衡，也即无感方波输出电磁转矩是不连续的，180度电周期里面只有120度通电，剩余60度是惯性运行，导致一会通电，一会断电，引起电磁转矩不平衡，导致运行过程中有明显电磁噪音和振动，而且常用的无感FOC算法在电机低速估算位置不准确，不能提供大扭矩启动，无法在电动车上应用。

为了解决上述问题，在本发明一实施例中，如图1所示，该电动车控制方法包括：

步骤S101，无感FOC控制器获取电机位置检测器检测的电动车静止时的电机转子初始位置；

步骤S102，根据获取的所述电机转子初始位置控制电机启动，并运行电机低速模式；

步骤S103，在所述电机低速模式下，根据无感FOC控制器获取电机位置检测器检测的电机转子当前位置以及获取采集电路当前采集的第一电机转速；

步骤S104，若当前采集的第一电机转速小于或等于第一预设转速时，控制所述电机继续按照所述电机低速模式运行；

步骤S105，若当前采集的第一电机转速大于所述第一预设转速时，控制所述电机运行FOC正常运行模式。

本实施例中，为了解决电动车中电机极对数较多导致磁钢分布不均匀或hall安装不对称，传统方法会导致Hall位置检测不准确，引起噪音大，振动大，效率低等问题，本实施例采用在电动车电机无感FOC控制器获取电机转子初始位置进入电机低速模式，用电机无感FOC控制器实时估算电机位置对电机进行控制，从而实现电机位置检测准确，减小电动车电机噪音和振动，提高了电动车电机的效率。同时无感FOC控制算法可以避免无感方波输出电磁转矩是不连续的，180度电周期里面只有120度通电，剩余60度是惯性运行，导致一会通电，一会断电，断断续续，引起电磁转矩不平衡的问题，从而使得输出电磁转矩的连续输出，转矩大小一样，实现了电动车电机输出电磁转矩的平稳，减小了电动车电机电磁噪音和振动。

进一步地，电机位置检测器中运行电机位置检测算法，无感FOC控制器中运行无感FOC控制算法，在电动车启动电机位置检测器中的电机位置检测算法获取电机转子初始位置，接着启动电动车电机运行进入电机低速模式，在电机低速模式中通过电机位置检测器获取电机转子当前位置，无感FOC控制器获取第一电机转速，并对电动车电机进行控制；当在电机低速模式中通过无感FOC控制算法获取的第一电机转速小于或者等于第一预设转速时，就将电动车电机继续保持在电机低速模式运行；当在电机低速模式中通过无感FOC控制算法获取的第一电机转速大于第一预设转速时，就控制电动车电机为FOC正常运行模式。本实施例采用电机位置检测器中电机位置检测算法对电动车电机转子初始位置检测并配合无感FOC控制器中的无感FOC算法获取的电机当前转速对电动车电机在不同情况下进行控制，使得电动车电机位置检测准确，电动车电机输出电磁转矩平稳，从而实现了减小电动车电机运行噪音，解决了电动车电机无感FOC低速扭矩不够的问题。

需要说明的是，电机低速模式是指控制电机的转速小于或者等于500RPM，也即是第一预设转速为500RPM，此时采用电机位置检测器中的电机位置检测算法估算电机位置；在电机低速模式时，是由用户给定输出电压，当负载越大时，转速越低，当负载越小时，转速越高，同时当用户提高给定的输出电压时，电机加速，达到第一预设转速后进入FOC正常运行模式；FOC正常运行模式是指控制电机的转速大于500RPM，此时采用无感FOC控制器中的无感FOC控制算法估算电机位置，可以理解的是，此处的控制电机第一预设转速为500RPM，第一预设转速也可以是600RPM、700RPM等，可以根据实际情况按照需求控制设定，此处不做限定，此处的RPM是指转速单位。

在一实施例中，所述无感FOC控制器获取电机位置检测器检测的电动车静止时的电机转子初始位置包括：

无感FOC控制器按照预设的顺序对电机的U、V、W三个相线两两注入脉冲信号；

采集UV、UW、VU、VW、WU、WV注入脉冲时的母线电流IUV、IUW、IVU、IVW、IWU、IWV；

根据母线电流IUV、IUW、IVU、IVW、IWU、IWV计算出电流从电机每一相线的一端到另外一端所用的时间tUV、tUW、tVU、tVW、tWU、tWV；

根据所述时间tUV、tUW、tVU、tVW、tWU、tWV之间的时间差异计算出所述电机转子初始位置。

本实施例中，电机位置检测器中具有电机位置检测算法，通过电机位置检测算法获取电机转子初始位置是利用一些直流无刷电机的凸极性，即是因电机转子位置不同而造成的电机定子各相间电感不平衡的现象，而对电机定子各相注入脉冲信号，观察其由于电感不平衡而造成的反馈差异，以获取电机转子当前静止时的位置信息。可以理解的是，此处获取电机转子当前静止时的初始位置信息也即是通过电机位置检测器获取的电机转子初始位置。

本实施例中，无感FOC控制器对电机各相注入脉冲信号，获取电机当前静止时的转子初始位置信息可以是直接脉冲注入检测法，也可以是间接高频信号注入检测法，可以理解的是，在电机位置检测器中能够实现获取电机当前静止时转子初始位置信息的算法都是可以的，此处不做限定。

进一步地，直接脉冲注入检测法是给电机定子三相通相同的短时电流或电压信号，也即是向电机定子绕组注入一系列的脉冲信号，观察电机定子反馈回来的电压或电流信号差异，随后根据信号差异确定出对应的电机三相电感差异，最终估算获得电机转子的位置信息，以此达到较高的位置检测准确性，同时可以省去电机内部的检测元件。间接高频信号注入检测法是在直流无刷电机中注入特定的高频电压或电流，检测电机对应的电流或电压信号，经过算法变换估算出电机凸极位置，从而估算出电机转子的位置信息，以此实现高精度、高动态性能的速度和位置控制。可以理解的是，间接高频信号注入检测法可以是旋转高频电压信号注入法和脉动高频电压信号注入法，此处不做限定。

在一实施例中，所述当前采集的第一电机转速大于所述第一预设转速时，控制所述电机运行FOC正常运行模式的步骤之后还包括：

在所述电机运行FOC正常运行模式下，若采集的第二电机转速小于或等于第二预设转速时，控制所述电机运行电机低速模式；

若采集的第二电机转速大于第二预设转速时，控制所述电机运行FOC正常模式。

本实施例中，在电动车电机处于无感FOC正常运行模式下，继续判断第二电机转速，当判断电机转速小于或等于第二预设转速时，就将电动车电机切返回电机低速位置检测模式，当判断电机转速大于第二预设转速时，就将电动车电机控制为电机运行FOC正常模式。需要说明的是，第一预设转速与第二预设转速值是两个不同的速度值，且第一预设转速大于第二预设转速值，以此实现在电动车控制方法中存在一个迟滞转速带，防止电动车控制方法中的控制步骤一直循环。

进一步地，所述采集的第二电机转速大于第二预设转速时，控制所述电机运行FOC正常模式的步骤之后，若判断给定的调速电压大于预设关机电压时，控制所述电机运行FOC正常运行模式；若判断给定的调速电压小于或等于预设关机电压时，控制所述电机停止运行。可以理解的是，这里的给定的调速电压可以是由软件给定，通过不同的给定调速电压以控制电机处于不同的转速状态；此处的在所述采集的第二电机转速大于第二预设转速时，控制所述电机运行FOC正常模式的步骤之后，也可以是在电动车电机处于无感FOC正常运行模式或低速运行模式下。

此外，为了解决上述问题，在一实施例中，本发明还提出一种电动车控制装置，所述电动车控制装置包括无感FOC控制器、存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的无感FOC控制程序；所述处理器执行所述无感FOC控制程序时实现如上所述的电动车控制方法。

本实施例中，如图2所示，所述电动车控制装置还包括无感FOC控制器，所述无感FOC控制器包括PI控制器100、第一坐标逆变器200、第二坐标逆变器300、三相全桥逆变器400、第一坐标变换器500、第二坐标变换器600、和转子位置估算器700，其中，

所述PI控制器100的第一端输入参考电流，所述PI控制器100的第二端连接所述第一坐标逆变器200的第一端，所述第一坐标逆变器200的第二端连接所述第二坐标逆变器300的第一端，所述第二坐标逆变器300的第二端连接所述三相全桥逆变器400的第一端，所述三相全桥逆变器400的第二端连接所述电机800，所述第一坐标变换器500的第一端连接于所述三相全桥逆变器400的第二端与所述电机800输入端之间，所述第一坐标变换器500的第二端连接所述第二坐标变换器600的第一端，所述第二坐标变换器600的第二端连接PI控制器100的第一端，所述第一坐标逆变器200与所述第二坐标变换器600互相连接，所述转子位置估算器700的第一端连接于所述第一坐标逆变器200与所述第二坐标变换器600之间，所述第一坐标变换器500的第二端与所述第二坐标变换器600的第一端之间连接所述转子位置估算器700。

本实施例中，在电动车控制装置中，第一坐标逆变器200即是无感FOC控制算法中PARK反变换，三相全桥逆变器即是无感FOC控制算法中三相全桥逆变，第二坐标逆变器300即是无感FOC控制算法中SVPWM反变换，第一坐标变换器500即是无感FOC控制算法中CLARKE变换，第二坐标变换器600即是无感FOC控制算法中PARK变换，三相全桥逆变器400到电机800之间具有自动采集电机在运行的相电流，相电流包括Ia、Ib、Ic，可以理解的是，自动采集可以是包括单电阻采样、双电阻采样、三电阻采样和功率器件内阻采样等不同采样方式；在无感FOC控制器中坐标轴变换包括第一坐标变换器500和第二坐标变换器600，也即是无感FOC控制算法中坐标轴变换包括CLARKE变换和PARK变换，用于把三相旋转坐标轴电流Ia、Ib、Ic变换成D，Q轴垂直坐标轴ID，IQ电流信号；电流环控制用于根据D轴参考电流IDREF，Q轴参考电流IQREF和反馈电流信号D轴反馈电流IDREF，Q轴反馈电流信号IQREF，通过PI控制器的PI算法对D轴，Q轴电流进行控制，并输到UD，UQ电压信号；坐标轴反变换用于把D，Q垂直坐标轴UD，UQ信号变换成α，β垂直旋转坐标轴Uα，Uβ电压信号；第二坐标逆变器300输出用于把α、β垂直旋转坐标轴Uα，Uβ电压信号变换成三相U、V、W输出占空比电压信号；转子位置估算器用于把Vα、Vβ、Iα、Iβ输入估算获得电机转子位置和速度信息。

需要说明的是，转子位置估算器方式可以是反正切法、PLL锁相环法等，以此获得电机角度信号θ和角速度信号Speed，从而使得对电动车电机的高频噪音滤波，实现了减小电动车电机运行噪音，提高电动车电机的效率。

由于该电动车控制装置采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

此外，为了解决上述问题，本发明还提出一种电动车，所述电动车包括如上所述的电动车控制装置，由于该电动车采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。可以理解的是，该电动车可以是电动汽车、电动货车、平衡车、助力车、滑板车、踏板车，此处不做限制。

以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种电动车控制方法，其特征在于，电动车包括无感FOC控制器、用于检测电动车静止时和低速模式时的电机转子位置的电机位置检测器和用于采集电动车电机工作电流的采集电路，该电动车控制方法包括：

无感FOC控制器获取电机位置检测器检测的电动车静止时的电机转子位置；

根据获取的所述电机转子位置控制电机启动，并运行电机低速模式；

在所述电机低速模式下，通过电机位置检测器获取电机转子当前位置，无感FOC控制器通过无感FOC算法获取当前的第一电机转速；

若当前的第一电机转速小于或等于第一预设转速时，控制所述电机继续按照所述电机低速模式运行；

若当前的第一电机转速大于所述第一预设转速时，控制所述电机运行FOC正常运行模式；

所述当前的第一电机转速大于所述第一预设转速时，控制所述电机运行FOC正常运行模式的步骤之后还包括：

在所述电机运行FOC正常运行模式下，若获取的第二电机转速小于或等于第二预设转速时，控制所述电机运行电机低速模式；

若获取的第二电机转速大于第二预设转速时，控制所述电机运行FOC正常模式；

所述获取的第二电机转速大于第二预设转速时，控制所述电机运行FOC正常模式的步骤之后还包括：

若判断给定的调速电压大于预设关机电压时，控制所述电机运行FOC正常运行模式；

若判断给定的调速电压小于或等于预设关机电压时，控制所述电机停止运行；

其中，所述电机低速模式具体为控制所述电机的转速小于或者等于500RPM，此时采用电机位置检测器中的电机位置检测算法估算电机位置；

所述FOC正常运行模式具体为控制所述电机的转速大于500RPM，此时采用无感FOC控制器中的无感FOC控制算法估算电机位置。

2.如权利要求1所述的电动车控制方法，其特征在于，所述无感FOC控制器获取电机位置检测器检测的电动车静止时的电机转子位置包括：

无感FOC控制器按照预设的顺序对电机的U、 V、W三个相线两两注入脉冲信号；

采集UV、UW、VU、VW、WU、WV注入脉冲时的母线电流IUV、IUW、IVU、IVW、IWU、IWV；

根据母线电流IUV、IUW、IVU、IVW、IWU、IWV计算出电流从电机每一相线的一端到另外一端所用的时间tUV、tUW、tVU、tVW、tWU、tWV；

根据所述时间tUV、tUW、tVU、tVW、tWU、tWV之间的时间差异计算出所述电机转子位置；

无感FOC控制器按照预设的顺序对电机的U、V、W三个相线两两注入脉冲信号为直接脉冲注入法或间接高频信号注入法。

3.一种电动车控制装置，其特征在于，所述电动车控制装置包括无感FOC控制器、存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的无感FOC控制程序；所述处理器执行所述无感FOC控制程序时实现如权利要求1-2中任意一项所述的电动车控制方法。

4.一种电动车，其特征在于，所述电动车包括如权利要求3所述的电动车控制装置。

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