CN110103726B - 一种集成式纯电动汽车驱动控制器及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种集成式纯电动汽车驱动控制器及控制方法，低压连接器的低压输入口与主控板相连，主控板与门极驱动模块相连，门极驱动模块与IGBT模组相连；高压连接器的高压输入口与电容组相连，电容组与IGBT模组相连，IGBT模组与电流传感器相连，电流传感器与高压连接器的高压输出口相连。本发明集成了整车控制器与电机控制器的功能，这样使得车辆驱动控制计算集中在主控板内，响应快，效率提高了，由于不需要在整车控制器与电机控制器之间通过CAN总线传递信息，即不存在外部干扰的条件，安全性也得到保障。只使用一个主控制板，整车控制器的主控芯片以及外围电路等电路板全部省去，使得整车成本大大降低。
Description
技术领域：
本发明涉及一种集成式纯电动汽车驱动控制器及控制方法。
背景技术：
现有的汽车是将整车控制器（VCU）与电机控制器（MCU）分开设计，或者仅仅是将两部分封装在一个壳体内，车辆驱动部分是经过VCU采集驾驶员的意图以及接收MCU发出的电机状态，从而计算出目标扭矩，再发送给MCU去执行。
缺点一：汽车行驶控制需要各机械及电子部件配合紧密，尤其是电机控制需要更快的响应精度，目前方式信号传递流程较长，存在必然的时间延迟。
缺点二： VCU与MCU分开工作，由于MCU属于高压设备，对于两者之间通讯容易产生干扰，影响行驶安全。
缺点三：VCU与MCU通过两个控制模块，封装在一个壳体内，形成硬件资源浪费。
发明内容：
本发明是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种集成式纯电动汽车驱动控制器及控制方法。
本发明所采用的技术方案有：
一种集成式纯电动汽车驱动控制器，包括主控板、门极驱动模块、电容组、IGBT模组、电流传感器、低压连接器和高压连接器，所述低压连接器的低压输入口与主控板相连，主控板与门极驱动模块相连，门极驱动模块与IGBT模组相连； 高压连接器的高压输入口与电容组相连，电容组与IGBT模组相连，IGBT模组与电流传感器相连，电流传感器与高压连接器的高压输出口相连。
进一步地，所述主控板包括主控芯片、电源模块、CAN收发模块、功率驱动模块、PWM输出模块、模拟量采集模块、开关量采集模块和存储模块，所述电源模块、CAN收发模块、功率驱动模块、PWM输出模块、模拟量采集模块、开关量采集模块和存储模块对应连接在主控芯片上，PWM输出模块与门极驱动模块相连，低压连接器的低压输入口与模拟量采集模块相连。
进一步地，所述IGBT模组的下方设有水冷板，水冷板与IGBT模组之间涂抹导热硅脂。
一种集成式纯电动汽车驱动控制器的控制方法，包括如下步骤：
1）纯电动汽车的油门信号或制动信号经过低压连接器的低压输入口进入主控板，主控板分析计算后，得出纯电动汽车中的驱动电机需要执行的状态及驱动扭矩，并转换成电机矢量控制参数，控制门极驱动模块工作；
2）门极驱动模块通过PWM信号驱动IGBT模组工作，当需要IGBT模组导通时，门极驱动模块中的驱动电路输出正压门极脉冲电流，当需要IGBT模组断开时，门极驱动模块中的驱动电路输出负压门极脉冲电流；
3）纯电动汽车中车辆电池组的高压经过高压连接器的高压输入口输至电容组，经过电容组稳压后进入IGBT模组，IGTB模组受门极驱动模块的驱动，将电容提供过来的高压直流逆变成三相交流，并经高压连接器的高压输出口输送至驱动电机；
4）电流传感器采集上述三相交流电流大小并回馈给主控板，主控板计算出三相电流大小，判断三相输出是否均衡，以及形成电流闭环控制，提高控制精度，同时根据电流限制，保护输出不会过流。
进一步地，所述主控板包括主控芯片、电源模块、CAN收发模块、功率驱动模块、PWM输出模块、模拟量采集模块、开关量采集模块和存储模块，所述电源模块、CAN收发模块、功率驱动模块、PWM输出模块、模拟量采集模块、开关量采集模块和存储模块对应连接在主控芯片上，PWM输出模块与门极驱动模块相连，低压连接器的低压输入口与模拟量采集模块相连；所述电源模块将纯电动汽车中车辆电池组的24V供电转换为5V并用于主控芯片供电，模拟量采集模块及开关量采集模块将纯电动汽车的工作信号采集处理后发送到主控芯片，主控芯片经过分析计算得出驾驶员的操作意图并转换为控制命令，功率驱动模块执行主控芯片的控制命令，PWM输出模块通过门极驱动模块来控制IGTB模组工作。
进一步地，所述模拟量采集模块采集的电动汽车的工作信号包括：驱动电机控制器的温度信号、驱动电机的温度信号、油门信号、制动信号以及旋变信号；开关量采集模块采集的电动汽车的工作信号包括：档位信号、空调的除霜信号以及钥匙开关ON档信号。
进一步地，所述门极驱动模块中的驱动电路包括门极开通电路和门极关断电路，分别对应控制IGBT模组的导通和断开。
本发明具有如下有益效果：
1）本发明实现了汽车整车控制与驱动控制一体化的解决方案，解决了常见整车控制与驱动控制分开时网络易受干扰、响应慢的缺点，同时由于共用部分硬件电路，节省了外围线路，降低了硬件成本，节省了整车成本；
2）本发明通过将VCU与MCU功能集中到同一电路板上，共用处理器，直接获取整车信号，经过内部计算扭矩后，换算为扭矩控制模块，控制的精度以及实时性提高。
附图说明：
图 1 为本发明结构原理图。
图 2 为本发明中主控板的结构图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
如图1所示，本发明一种集成式纯电动汽车驱动控制器，包括主控板、门极驱动模块（GDU）、电容组、IGBT模组、电流传感器、低压连接器和高压连接器，低压连接器的低压输入口与主控板相连，主控板与门极驱动模块相连，门极驱动模块与IGBT模组相连； 高压连接器的高压输入口与电容组相连，电容组与IGBT模组相连，IGBT模组与电流传感器相连，电流传感器与高压连接器的高压输出口相连。
本发明中的主控板包括主控芯片、电源模块、CAN收发模块、功率驱动模块、PWM输出模块、模拟量采集模块、开关量采集模块和存储模块，电源模块、CAN收发模块、功率驱动模块、PWM输出模块、模拟量采集模块、开关量采集模块和存储模块对应连接在主控芯片上，PWM输出模块与门极驱动模块相连，低压连接器的低压输入口与模拟量采集模块相连。
电源模块将纯电动汽车中车辆电池组的24V供电转换为5V并用于主控芯片以及其他传感器供电，模拟量采集模块及开关量采集模块将纯电动汽车的工作信号采集处理后发送到主控芯片，主控芯片经过分析计算得出驾驶员的操作意图并转换为控制命令，功率驱动模块执行主控芯片的控制命令，PWM输出模块通过门极驱动模块来控制IGTB模组工作。
本发明中模拟量采集模块采集的电动汽车的工作信号包括：驱动电机控制器的温度信号、驱动电机的温度信号、油门信号、制动信号以及旋变信号（转速及位置传感器信号）；
开关量采集模块采集的电动汽车的工作信号包括：档位信号、空调的除霜信号以及钥匙开关ON档信号。
为便于更好地散热，在IGBT模组的下方设有水冷板，水冷板与IGBT模组之间涂抹导热硅脂。
本发明的控制方法，包括如下步骤：
1）纯电动汽车的油门信号或制动信号经过低压连接器的低压输入口进入主控板，主控板分析计算后，得出纯电动汽车中的驱动电机需要执行的状态及驱动扭矩，并转换成电机矢量控制参数，控制门极驱动模块工作，门极驱动模块就是GDU，是用来驱动IGBT模组工作在高频开断状态的电路板，当需要IGBT导通时，电路板中的驱动电路输出正压门极脉冲电流，当需要IGBT断开时，驱动电路输出负压门极脉冲电流；
2）门极驱动模块通过PWM信号驱动IGBT模组工作；门极驱动模块中的驱动电路包括门极开通电路和门极关断电路，分别对应控制IGBT的导通和断开，6只IGBT组成三相全桥逆变电路，驱动纯电动汽车中的驱动电机（永磁同步电机）工作；
3）纯电动汽车中车辆电池组的高压经过高压连接器的高压输入口输至电容组，经过电容组稳压后进入IGBT模组，IGTB模组受门极驱动模块的驱动，将电容提供过来的高压直流逆变成三相交流，并经高压连接器的高压输出口输送至驱动电机；
4）电流传感器采集上述三相交流电流大小并回馈给主控板，主控板计算得出三相电流大小，判断三相输出是否均衡，以及形成电流闭环控制，提高控制精度，同时根据电流限制，保护输出不会过流。
本发明中涉及的门极驱动模块（GDU）以及IGBT模组均为现有的结构，且不再对两者的工作原理及工作电路进行详细描述。
本发明控制器集成了整车控制器与电机控制器的功能，这样使得车辆驱动控制计算集中在主控板内，响应快，效率提高了，由于不需要在整车控制器与电机控制器之间通过CAN总线传递信息，即不存在外部干扰的条件，安全性也得到保障。只使用一个主控制板，整车控制器的主控芯片以及外围电路等电路板全部省去，使得整车成本大大降低。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种集成式纯电动汽车驱动控制器的控制方法，其特征在于：所述控制器包括主控板、门极驱动模块、电容组、IGBT模组、电流传感器、低压连接器和高压连接器，所述低压连接器的低压输入口与主控板相连，主控板与门极驱动模块相连，门极驱动模块与IGBT模组相连； 高压连接器的高压输入口与电容组相连，电容组与IGBT模组相连，IGBT模组与电流传感器相连，电流传感器与高压连接器的高压输出口相连；
所述方法包括如下步骤：
1）纯电动汽车的油门信号或制动信号经过低压连接器的低压输入口进入主控板，主控板分析计算后，得出纯电动汽车中的驱动电机需要执行的状态及驱动扭矩，并转换成电机矢量控制参数，控制门极驱动模块工作；
2）门极驱动模块通过PWM信号驱动IGBT模组工作，当需要IGBT模组导通时，门极驱动模块中的驱动电路输出正压门极脉冲电流，当需要IGBT模组断开时，门极驱动模块中的驱动电路输出负压门极脉冲电流；
3）纯电动汽车中车辆电池组的高压经过高压连接器的高压输入口输至电容组，经过电容组稳压后进入IGBT模组，IGBT模组受门极驱动模块的驱动，将电容提供过来的高压直流逆变成三相交流，并经高压连接器的高压输出口输送至驱动电机；
4）电流传感器采集上述三相交流电流大小并回馈给主控板，主控板计算出三相电流大小，判断三相输出是否均衡，以及形成电流闭环控制，提高控制精度，同时根据电流限制，保护输出不会过流。
2.如权利要求1所述的集成式纯电动汽车驱动控制器的控制方法，其特征在于：所述主控板包括主控芯片、电源模块、CAN收发模块、功率驱动模块、PWM输出模块、模拟量采集模块、开关量采集模块和存储模块，所述电源模块、CAN收发模块、功率驱动模块、PWM输出模块、模拟量采集模块、开关量采集模块和存储模块对应连接在主控芯片上，PWM输出模块与门极驱动模块相连，低压连接器的低压输入口与模拟量采集模块相连；所述电源模块将纯电动汽车中车辆电池组的24V供电转换为5V并用于主控芯片供电，模拟量采集模块及开关量采集模块将纯电动汽车的工作信号采集处理后发送到主控芯片，主控芯片经过分析计算得出驾驶员的操作意图并转换为控制命令，功率驱动模块执行主控芯片的控制命令，PWM输出模块通过门极驱动模块来控制IGBT模组工作。
3.如权利要求2所述的集成式纯电动汽车驱动控制器的控制方法，其特征在于：所述模拟量采集模块采集的电动汽车的工作信号包括：驱动电机控制器的温度信号、驱动电机的温度信号、油门信号、制动信号以及旋变信号；
开关量采集模块采集的电动汽车的工作信号包括：档位信号、空调的除霜信号以及钥匙开关ON档信号。
4.如权利要求1所述的集成式纯电动汽车驱动控制器的控制方法，其特征在于：所述门极驱动模块中的驱动电路包括门极开通电路和门极关断电路，分别对应控制IGBT模组的导通和断开。
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