CN109849688A - 电动自行车的电机控制方法、装置及控制器、存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请实施例适用于电动自行车技术领域，公开了一种电动自行车的电机控制方法、装置及控制器、计算机可读存储介质，其中，方法包括：采集预设扇区的时间差；其中，预设扇区为通过将三个相位互差120°的霍尔位置传感器的信号异或后得到的包括六个扇区的方波信号中的任一扇区，时间差为方波信号相邻两个越变沿之间的时间间隔差值；将预先存储的六个扇区的第一时间差总和与上一次采集的预设扇区的历史时间差相减，得到待计算数值；将待计算数值与时间差相加，得到六个扇区的第二时间差总和；根据第二时间差总和执行电机控制操作。本申请实施例通过减少计算转子周期的运算量，以减少电机实时运行阶段中控制器的时间开销，从而提高了控制性能。

Description

电动自行车的电机控制方法、装置及控制器、存储介质

技术领域

本申请属于电动自行车技术领域，尤其涉及一种电动自行车的电机控制方法、装置及控制器、计算机可读存储介质。

背景技术

目前，电动自行车的电机大都采用轮毂式直流无刷(Brushless Direct Current，BLDC)电机。

为了低速启动平稳，在低速阶段能够输出足够大的转矩，电动自行车的BLDC电机上一般都安装有3个相位差相差120°的霍尔位置传感器。通过霍尔传感器可以测量转子的位置，同时还可以计算出转子的角速度。

转子的角速度是周期的倒数，转子的周期可以通过6节拍的方波信号的6个越变沿之间的时间差计算得到，而6节拍的方波信号可以通过3个霍尔信号异或得到的。计算转子周期的方式有很多种，例如，将采集到的6个时间差数据相加即可，又或者通过占空比的方式计算。但是，这些方法的运算量均较大，例如，将6个时间差数据相加则需要进行6次加法。而电动自行车的控制单元一般是MCU，其计算资源十分有限。另外，电动自行车对于电机控制实时性要求较高。此时，运算量较大意味着需要MCU更多的时间开销，这会影响控制系统的相应性能的影响。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供一种电动自行车的电机控制方法、装置及控制器、计算机存储介质，以解决现有电动自行车中通过霍尔信号计算转子周期的运算量较大导致控制性能较低的问题。

本申请实施例的第一方面提供一种电动自行车的电机控制方法，包括：

采集预设扇区的时间差；其中，所述预设扇区为通过将三个相位互差120°的霍尔位置传感器的信号异或后得到的包括六个扇区的方波信号中的任一扇区，所述时间差为所述方波信号相邻两个越变沿之间的时间间隔差值；

将预先存储的六个扇区的第一时间差总和与上一次采集的所述预设扇区的历史时间差相减，得到待计算数值；

将所述待计算数值与所述时间差相加，得到所述六个扇区的第二时间差总和；

根据所述第二时间差总和执行电机控制操作。

结合第一方面，在一种可行的实现方式中，所述根据所述第二时间差总和执行电机控制操作，包括：

根据电机转子的周期和角速度间的关系，通过所述第二时间差总和计算角速度；

根据所述角速度和所述霍尔传感器输出的转子位置信号，执行电机控制操作。

结合第一方面，在一种可行的实现方式中，在所述采集预设扇区的时间差之前，还包括：

获取各个扇区的时间差初始值；

根据所述时间差初始值，计算所述六个扇区的时间差初始总和。

结合第一方面，在一种可行的实现方式中，在所述将所述待计算数值与所述时间差相加，得到所述六个扇区的第二时间差总和之后，还包括：

将所述预设扇区的所述历史时间差替换为所述时间差。

本申请实施例的第二方面提供一种电动自行车的电机控制装置，包括：

时间差采集模块，用于采集预设扇区的时间差；其中，所述预设扇区为通过将三个相位互差120°的霍尔位置传感器的信号异或后得到的包括六个扇区的方波信号中的任一扇区，所述时间差为所述方波信号相邻两个越变沿之间的时间间隔差值；

第一计算模块，用于将预先存储的六个扇区的第一时间差总和与上一次采集的所述预设扇区的历史时间差相减，得到待计算数值；

第二计算模块，用于将所述待计算数值与所述时间差相加，得到所述六个扇区的第二时间差总和；

控制模块，用于根据所述第二时间差总和执行电机控制操作。

结合第二方面，在一种可行的实现方式中，所述控制模块包括：

角速度计算单元，用于根据电机转子的周期和角速度间的关系，通过所述第二时间差总和计算角速度；

控制单元，用于根据所述角速度和所述霍尔传感器输出的转子位置信号，执行电机控制操作。

结合第二方面，在一种可行的实现方式中，还包括：

获取模块，用于获取各个扇区的时间差初始值；

第三计算模块，用于根据所述时间差初始值，计算所述六个扇区的时间差初始总和。

结合第二方面，在一种可行的实现方式中，还包括：

替换模块，用于将所述预设扇区的所述历史时间差替换为所述时间差。

本申请实施例的第三方面提供一种控制器，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述第一方面任一项所述方法的步骤。

本申请实施例的第四方面提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述第一方面任一项所述方法的步骤。

本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是：

本申请实施例通过将上一次计算得到的六个扇区的时间差总和与预设扇区对应的历史时间差相减，然后再加上该新采集的预设扇区的时间差，即可得到六个扇区的当次时间差总和，这样，只需进行一次减法运算和一次加法运算，运算量大大减少，减少了电机实时运行阶段中控制器的时间开销，提高了电机控制实时性，从而提高了控制性能。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种电动自行车的电机控制方法的流程示意框图；

图2为本申请实施例提供的电动自行车的电机控制方法的另一种流程示意框图；

图3为本申请实施例提供的一种电动自行车的电机控制装置的结构示意框图；

图4为本申请实施例提供的控制器的示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

为了说明本申请所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

实施例一

请参见图1，为本申请实施例提供的一种电动自行车的电机控制方法的流程示意框图，该方法可以包括以下步骤：

步骤S101、采集预设扇区的时间差。

其中，预设扇区为通过将三个相位互差120°的霍尔位置传感器的信号异或后得到的包括六个扇区的方波信号中的任一扇区，时间差为方波信号相邻两个越变沿之间的时间间隔差值。

需要说明，电动自行车的BLDC电机安装有3个相位差相差120°的霍尔位置传感器。三个霍尔传感器分别输出三个霍尔信号，将这三个霍尔信号进行异或操作之后，可以得到包括6个节拍(6个扇区)的方波信号，且每个扇区的角度为60°，即一个周期(360°)被均匀分成6个60°的扇区。

时间差是指相邻两个越变沿之间的时间间隔差值，而两个越变沿包括一个上升沿和下降沿。例如，一个上升沿至下一个相邻的下降沿之间的时间间隔为时间差。上述方波信号包括6个时间差，每个扇区对应一个时间差。

上述预设扇区可以是六个扇区中的任一扇区，每个扇区的时间差的采集可以有一定的先后顺序。

步骤S102、将预先存储的六个扇区的第一时间差总和与上一次采集的预设扇区的历史时间差相减，得到待计算数值。

需要说明，上述第一时间差总和是指上一次计算得到的数值，一般情况下，在每次计算得到六个扇区的时间差总和之后，会用于新计算的数值替换或覆盖旧的数值，即所存储的六个扇区的第一时间差总和一般是上一次计算得到的数值。其中，六个扇区的时间差总和为上述通过将三个互差120°的霍尔传感器的信号异或后得到的方波信号的周期。

上述历史时间差是指上一次采集的该预设扇区的历史时间差，例如，六个扇区分别为第一扇区、第二扇区、第三扇区、第四扇区、第五扇区以及第六扇区，假如目前采集到第三扇区的时间差，则利用上一次计算得到的第一时间差总和减去上一次的第三扇区对应的时间差，然后，再加上第三扇区新采集的时间差。

步骤S103、将待计算数值与时间差相加，得到六个扇区的第二时间差总和。

具体地，在将第一时间差总和于上一次采集的该预设扇区的历史时间差相减之后，得到待计算数值，然后，再将该待计算数值与该预设扇区新采集的时间差相加，即可得到该六个扇区的第二时间差总和。

步骤S104、根据第二时间差总和执行电机控制操作。

其中，第二时间差总和为方波信号的周期，根据周期和角速度的关系，可以计算出转子的角速度，再结合霍尔传感器测量的转子位置，对电机的转速、转向等进行相应控制。

可以看出，本实施例通过将上一次计算得到的六个扇区的时间差总和与预设扇区对应的历史时间差相减，然后再加上该新采集的预设扇区的时间差，即可得到六个扇区的当次时间差总和，这样，只需进行一次减法运算和一次加法运算，运算量大大减少，减少了电机实时运行阶段中控制器的时间开销，提高了电机控制实时性，从而提高了控制性能。

实施例二

请参见图2，为本申请实施例提供的电动自行车的电机控制方法的另一种流程示意框图，该方法可以包括以下步骤：

步骤S201、获取各个扇区的时间差初始值。

步骤S202、根据时间差初始值，计算六个扇区的时间差初始总和。

需要说明，上述时间差初始值可以人为设定，根据电机启动时各个扇区的时间差初始值，设定各个扇区的初始值。其中，电机从启动至稳定运行阶段，转速持续增加，周期持续减小，故各个扇区的时间差初始值一般是时间差的最大值。根据所设定的初始值，计算时间差初始总和。后续每采集到一个扇区的时间差初始值，则减去相应扇区对应的历史时间差，再加上新采集的时间差，并用新采集的时间差替换或覆盖旧的时间差。在经过一段时间之后，六个扇区的时间差初始值都会被依次替换成新采集的时间差。

可见，在电机运行阶段，如果采用每次均将六个扇区的时间差相加来计算周期，每次计算均需要进行6次加法运算。而如果采用本实施例的方法，在电机运行阶段时，则只需进行一次加法运算和一次减法运算。相较于而言，后者的运算量是前者的三分之一，后者比前者可以节省60％的计算量。对于电动自行车这种对电机控制实时性较高的场合，可以有效地减少MCU的时间开销。

步骤S203、采集预设扇区的时间差。

步骤S204、将预先存储的六个扇区的第一时间差总和与上一次采集的预设扇区的历史时间差相减，得到待计算数值。

步骤S205、将待计算数值与时间差相加，得到六个扇区的第二时间差总和。

步骤S206、将预设扇区的历史时间差替换为时间差。

其中，在计算出第二时间差总和之后，会利用新采集的时间差替换相应的旧的时间差数值。

步骤S207、根据电机转子的周期和角速度间的关系，通过第二时间差总和计算角速度。

步骤S208、根据角速度和霍尔传感器输出的转子位置信号，执行电机控制操作。

可以看出，本实施例可以提高电动自行车的电机的控制性能。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

实施例三

请参见图3，为本申请实施例提供的一种电动自行车的电机控制装置的结构示意框图，该装置可以包括：

时间差采集模块31，用于采集预设扇区的时间差；其中，预设扇区为通过将三个相位互差120°的霍尔位置传感器的信号异或后得到的包括六个扇区的方波信号中的任一扇区，时间差为方波信号相邻两个越变沿之间的时间间隔差值；

第一计算模块32，用于将预先存储的六个扇区的第一时间差总和与上一次采集的预设扇区的历史时间差相减，得到待计算数值；

第二计算模块33，用于将待计算数值与时间差相加，得到六个扇区的第二时间差总和；

控制模块34，用于根据第二时间差总和执行电机控制操作。

在一种可行的实现方式中，上述控制模块可以包括：

角速度计算单元，用于根据电机转子的周期和角速度间的关系，通过第二时间差总和计算角速度；

控制单元，用于根据角速度和霍尔传感器输出的转子位置信号，执行电机控制操作。

在一种可行的实现方式中，上述装置还可以包括：

获取模块，用于获取各个扇区的时间差初始值；

第三计算模块，用于根据时间差初始值，计算六个扇区的时间差初始总和。

在一种可行的实现方式中，上述装置还可以包括：

替换模块，用于将预设扇区的历史时间差替换为时间差。

需要说明，本实施例与上述各实施例的相同或相似之处，具体介绍请参见上文相应内容，在此不再赘述。

可以看出，本实施例通过将上一次计算得到的六个扇区的时间差总和与预设扇区对应的历史时间差相减，然后再加上该新采集的预设扇区的时间差，即可得到六个扇区的当次时间差总和，这样，只需进行一次减法运算和一次加法运算，运算量大大减少，减少了电机实时运行阶段中控制器的时间开销，提高了电机控制实时性，从而提高了控制性能。

实施例四

图4是本申请一实施例提供的控制器的示意图。如图4所示，该实施例的控制器4包括：处理器40、存储器41以及存储在所述存储器41中并可在所述处理器40上运行的计算机程序42。所述处理器40执行所述计算机程序42时实现上述各个电动自行车的电机控制方法实施例中的步骤，例如图1所示的步骤S101至S104。或者，所述处理器40执行所述计算机程序42时实现上述各装置实施例中各模块或单元的功能，例如图3所示模块31至34的功能。

示例性的，所述计算机程序42可以被分割成一个或多个模块或单元，所述一个或者多个模块或单元被存储在所述存储器41中，并由所述处理器40执行，以完成本申请。所述一个或多个模块或单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序42在所述控制器4中的执行过程。例如，所述计算机程序42可以被分割成时间差采集模块、第一计算模块、第二计算模块以及控制模块，各模块具体功能如下：

时间差采集模块，用于采集预设扇区的时间差；其中，预设扇区为通过将三个相位互差120°的霍尔位置传感器的信号异或后得到的包括六个扇区的方波信号中的任一扇区，时间差为方波信号相邻两个越变沿之间的时间间隔差值；

第一计算模块，用于将预先存储的六个扇区的第一时间差总和与上一次采集的预设扇区的历史时间差相减，得到待计算数值；

第二计算模块，用于将待计算数值与时间差相加，得到六个扇区的第二时间差总和；

控制模块，用于根据第二时间差总和执行电机控制操作。

所述控制器可包括，但不仅限于，处理器40、存储器41。本领域技术人员可以理解，图4仅仅是控制器4的示例，并不构成对控制器4的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述控制器还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所称处理器40可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

所述存储器41可以是所述控制器4的内部存储单元，例如控制器4的硬盘或内存。所述存储器41也可以是所述控制器4的外部存储设备，例如所述控制器4上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器41还可以既包括所述控制器4的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器41用于存储所述计算机程序以及所述控制器所需的其他程序和数据。所述存储器41还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置、控制器和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置、控制器实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的模块或单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电动自行车的电机控制方法，其特征在于，包括：

采集预设扇区的时间差；其中，所述预设扇区为通过将三个相位互差120°的霍尔位置传感器的信号异或后得到的包括六个扇区的方波信号中的任一扇区，所述时间差为所述方波信号相邻两个越变沿之间的时间间隔差值；

将预先存储的六个扇区的第一时间差总和与上一次采集的所述预设扇区的历史时间差相减，得到待计算数值；

将所述待计算数值与所述时间差相加，得到所述六个扇区的第二时间差总和；

根据所述第二时间差总和执行电机控制操作。

2.根据权利要求1所述的电动自行车的电机控制方法，其特征在于，所述根据所述第二时间差总和执行电机控制操作，包括：

根据电机转子的周期和角速度间的关系，通过所述第二时间差总和计算角速度；

根据所述角速度和所述霍尔传感器输出的转子位置信号，执行电机控制操作。

3.根据权利要求1所述的电动自行车的电机控制方法，其特征在于，在所述采集预设扇区的时间差之前，还包括：

获取各个扇区的时间差初始值；

根据所述时间差初始值，计算所述六个扇区的时间差初始总和。

4.根据权利要求1至3任一项所述的电动自行车的电机控制方法，其特征在于，在所述将所述待计算数值与所述时间差相加，得到所述六个扇区的第二时间差总和之后，还包括：

将所述预设扇区的所述历史时间差替换为所述时间差。

5.一种电动自行车的电机控制装置，其特征在于，包括：

时间差采集模块，用于采集预设扇区的时间差；其中，所述预设扇区为通过将三个相位互差120°的霍尔位置传感器的信号异或后得到的包括六个扇区的方波信号中的任一扇区，所述时间差为所述方波信号相邻两个越变沿之间的时间间隔差值；

第一计算模块，用于将预先存储的六个扇区的第一时间差总和与上一次采集的所述预设扇区的历史时间差相减，得到待计算数值；

第二计算模块，用于将所述待计算数值与所述时间差相加，得到所述六个扇区的第二时间差总和；

控制模块，用于根据所述第二时间差总和执行电机控制操作。

6.根据权利要求5所述的电动自行车的电机控制装置，其特征在于，所述控制模块包括：

角速度计算单元，用于根据电机转子的周期和角速度间的关系，通过所述第二时间差总和计算角速度；

控制单元，用于根据所述角速度和所述霍尔传感器输出的转子位置信号，执行电机控制操作。

7.根据权利要求5所述的电动自行车的电机控制装置，其特征在于，还包括：

获取模块，用于获取各个扇区的时间差初始值；

第三计算模块，用于根据所述时间差初始值，计算所述六个扇区的时间差初始总和。

8.根据权利要求5至7任一项所述的电动自行车的电机控制装置，其特征在于，还包括：

替换模块，用于将所述预设扇区的所述历史时间差替换为所述时间差。

9.一种控制器，其特征在于，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至4任一项所述方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4任一项所述方法的步骤。