CN112477617B - 车辆中母线电容的放电控制方法、车辆控制装置及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车辆中母线电容的放电控制方法、车辆控制装置及车辆，属于新能源汽车领域，通过判断车辆下电指令和驱动电机的转速，在车辆下电指令有效，且驱动电机的转速小于一个设定值时，通过控制转向电机逐渐减速，直至停机，计算转向电机停机时的转子角度，控制转向电机控制器中的逆变器工作，达到辅驱母线电容通过转向电机的绕组放电的目的。本发明适用于驱动电机设置位置传感器和转向电机不设置位置传感器的情况，当主驱控制器与辅驱控制器采用不同的母线电容，能够实现辅驱母线电容的可靠放电，同时能够保证转向电机的安全可靠工作。

Description

车辆中母线电容的放电控制方法、车辆控制装置及车辆

技术领域

本发明属于新能源汽车领域，具体涉及车辆中母线电容的放电控制方法、车辆控制装置及车辆。

背景技术

新能源汽车中设置的驱动电机控制器(包括逆变器和控制连接该逆变器的控制单元)，将动力电池直流电转化成三相交流电，使驱动电机输出驱动力。驱动电机控制器内无电容的情况下，动力电池的内阻在输出大电流的情况下引起的压降会导致母线电压波动较大；另外，由于电机控制器控制电机输出扭矩是基于目标扭矩通过母线电压、电机转速查表获取输出电流，因此母线电压波动会导致输出扭矩波动。因此，为了稳定控制器的母线电压，保证控制电路的IGBT正常工作，而不受开关时产生的电压波动影响，同时为了提供脉宽调制(PWM)过程中的脉动电流，驱动电机控制器内部含有高压的母线电容，其容值通常会达到上千微法。驱动电机控制器内引入母线电容后，由于电容内阻远小于电池内阻，这样流过电容的电流占大部分，电压波动就小很多。

在车辆下电，且电池与驱动电机控制器断开连接后，由于母线电容的存在以及电容本身的特性，会导致驱动电机控制器仍处于高压电状态，当维护或者检修的时候，存在高压触电安全隐患，工作人员可能因为触碰电机控制器而引发触电。因此，需要对驱动电机控制器中的母线电容进行放电控制，在切断直流电源(即电池)后将母线电容上的高压电在一定时间内快速降至安全范围。

通常情况，可通过控制逆变器中三相桥臂的IGBT开关导通经由驱动电机绕组实现对母线电容的放电，但是放电过程需要获取转子的磁极位置(通过该磁极位置能够得到转子角度)，否则将会使驱动电机失控，导致电机的异常扭矩输出或产生过压损坏。例如，授权公告号为CN105471359B的中国专利公开的一种车辆控制装置中，记载有母线电容的放电控制方法，控制装置通过获取旋转角传感器检测到的旋转角，控制逆变器工作，使母线电容的电荷放电。

而新能源汽车领域的多合一(如五合一、七合一等)集成电机控制器分为主驱和辅驱两部分，其中，当主驱控制器与辅驱控制器采用同一母线电容，或二者的母线电容并联时，通过现有技术(例如上述授权公告号为CN105471359B的中国专利)实现母线电容的主动放电，原理等同单电机控制器，只是该情况下总的母线电容的容值更大而已。

如图1所示的五合一集成电机控制器，当主驱控制器与辅驱控制器采用不同的母线电容，即主驱控制器的母线端存在主驱母线电容，辅驱控制器的母线端存在辅驱母线电容，而且主驱与辅驱母线电容相对独立，主驱与辅驱控制器通过不同的接触器(主驱控制器对应主驱接触器，辅驱控制器对应辅驱接触器)分别控制直流侧供电，因此，需要分别控制主驱与辅驱部分的母线电容进行主动放电。

对于主驱部分，由于主驱电机设置有转子位置传感器(即旋转角传感器)，能够检测到电机转子的磁极位置(即转子角度)，主驱控制器能够通过现有技术实现主驱母线电容的主动放电。但是，辅驱部分的电机由于没有转子位置传感器，无法检测出电机转子的磁极位置，因此，无法通过现有技术的方法实现辅驱母线电容的放电。

发明内容

本发明的目的是提供一种车辆中辅驱母线电容的放电控制方法，用于解决多合一控制器中主驱控制器与辅驱控制器采用不同的母线电容时，无法实现辅驱母线电容的放电问题；还提出一种车辆中母线电容的放电控制方法，用于解决主驱母线电容和辅驱母线电容的放电问题。

还提出一种车辆控制装置，用于解决主驱控制器与辅驱控制器采用不同的母线电容时，无法实现辅驱母线电容的放电问题；同时，还提出一种车辆控制装置，用于解决主驱母线电容和辅驱母线电容的放电问题。另外，还提供了一种采用上述车辆控制装置的车辆。

基于上述目的，一种车辆中辅驱母线电容的放电控制方法的技术方案如下：

1)获取车辆下电指令、驱动电机的转速；

2)当所述车辆下电指令有效，且所述驱动电机的转速小于设定值时，控制车辆中的转向电机减速使其停机，计算减速过程中转向电机的转子角度，获取转向电机停机时的转子角度；

3)根据转向电机停机时的转子角度，控制转向电机控制器中的逆变器工作，以控制辅驱母线电容通过转向电机的绕组放电。

上述技术方案的有益效果：

本发明通过判断车辆下电指令和驱动电机的转速，在车辆下电指令有效，且驱动电机的转速小于一个设定值时，通过控制转向电机逐渐减速，直至停机，计算转向电机停机时的转子角度，控制转向电机控制器中的逆变器工作，达到辅驱母线电容通过转向电机的绕组放电的目的。本发明适用于驱动电机设置位置传感器和转向电机不设置位置传感器的情况，尤其适用于多合一集成控制器中，主驱控制器与辅驱控制器采用不同的母线电容时，能够实现辅驱母线电容的可靠放电，同时能够保证转向电机的安全可靠工作。

进一步，为实现转子角度的准确计算，步骤2)中，采用磁链观测方法计算所述减速过程中转向电机的转子角度。

基于上述目的，车辆控制装置的技术方案如下：

包括电机控制器，该电机控制器包括逆变器，以及控制连接该逆变器的控制单元，所述逆变器的直流侧用于连接辅驱母线电容，交流侧用于连接无位置传感器的电机，所述控制单元用于执行指令以实现以下步骤：

1)获取车辆下电指令、驱动电机的转速；

2)当所述车辆下电指令有效，且所述驱动电机的转速小于设定值时，控制所述无位置传感器的电机减速使其停机，计算减速过程中所述无位置传感器的电机的转子角度，获取所述无位置传感器的电机停机时的转子角度；

3)根据所述无位置传感器的电机停机时的转子角度，控制所述逆变器工作，以控制辅驱母线电容通过所述无位置传感器的电机的绕组放电。

上述技术方案的有益效果：

本发明通过判断车辆下电指令和驱动电机的转速，在车辆下电指令有效，且驱动电机的转速小于一个设定值时，通过控制无位置传感器的电机逐渐减速，直至停机，计算无位置传感器的电机停机时的转子角度，控制无位置传感器的电机控制器中的逆变器工作，达到辅驱母线电容通过转向电机的绕组放电的目的。本发明适用于驱动电机设置位置传感器和不设置位置传感器的情况，在主驱控制器与辅驱控制器采用不同的母线电容时，能够实现辅驱母线电容的有效放电，同时能够保证无位置传感器的电机的安全可靠工作。

进一步，为实现转子角度的准确计算，步骤2)中，采用磁链观测方法计算所述减速过程中转向电机的转子角度。

基于上述目的，一种车辆中母线电容的放电控制方法的技术方案如下：

获取车辆下电指令、驱动电机的转速；

当所述车辆下电指令有效，断开主驱接触器，判断所述驱动电机的转速，当驱动电机的转速小于第一设定值时，控制驱动电机控制器中的逆变器工作，以控制主驱母线电容通过驱动电机的绕组放电；

当所述驱动电机的转速小于第二设定值时，控制车辆中的转向电机减速使其停机，计算减速过程中转向电机的转子角度，获取转向电机停机时的转子角度，根据转向电机停机时的转子角度，控制转向电机控制器中的逆变器工作，以控制辅驱母线电容通过转向电机的绕组放电；所述第二设定值小于等于第一设定值。

上述技术方案的有益效果：

本发明能够实现主驱母线电容和辅驱母线电容的有效放电，通过判断车辆下电指令，控制主驱接触器断开，然后判断驱动电机的转速，在小于第一设定值时，控制驱动电机控制器中的逆变器工作，实现主驱母线电容通过驱动电机的绕组放电。

当驱动电机的转速小于第二设定值时，通过控制转向电机逐渐减速，直至停机，计算转向电机停机时的转子角度，控制转向电机控制器中的逆变器工作，达到辅驱母线电容通过转向电机的绕组放电的目的。本发明适用于驱动电机设置位置传感器和转向电机不设置位置传感器的情况，主驱控制器与辅驱控制器采用不同的母线电容时，能够实现驱母线电容和辅驱母线电容的可靠放电，同时能够保证转向电机的安全可靠工作。

进一步，为实现转子角度的准确计算，采用磁链观测方法计算所述减速过程中转向电机的转子角度。

基于上述目的，车辆控制装置的技术方案如下：

包括第一逆变器和第二逆变器，以及控制连接第一逆变器、第二逆变器的控制单元，第一逆变器的直流侧用于连接主驱母线电容，交流侧用于连接具有位置传感器的驱动电机；第二逆变器的直流侧用于连接辅驱母线电容，交流侧用于连接无位置传感器的电机，所述控制单元用于执行指令以实现以下步骤：

获取车辆下电指令、驱动电机的转速；

当所述车辆下电指令有效，断开主驱接触器，判断所述驱动电机的转速，当驱动电机的转速小于第一设定值时，控制第一逆变器工作，以控制主驱母线电容通过驱动电机的绕组放电；

当所述驱动电机的转速小于第二设定值时，控制所述无位置传感器的电机减速使其停机，计算减速过程中所述无位置传感器的电机的转子角度，获取所述无位置传感器的电机停机时的转子角度，根据所述无位置传感器的电机停机时的转子角度，控制第二逆变器工作，以控制辅驱母线电容通过所述无位置传感器的电机的绕组放电；所述第二设定值小于等于第一设定值。

上述技术方案的有益效果：

本发明能够实现主驱母线电容和辅驱母线电容的有效放电，通过判断车辆下电指令，控制主驱接触器断开，然后判断驱动电机的转速，在小于第一设定值时，控制第一逆变器工作，实现主驱母线电容通过驱动电机的绕组放电。

当驱动电机的转速小于第二设定值时，通过控制无位置传感器的电机逐渐减速，直至停机，并计算停机时的转子角度，控制第二逆变器工作，达到辅驱母线电容通过无位置传感器的电机的绕组放电的目的。本发明适能够实现驱母线电容和辅驱母线电容的可靠放电，同时能够保证无位置传感器的电机的安全可靠工作。

进一步，为实现转子角度的准确计算，采用磁链观测方法计算所述减速过程中转向电机的转子角度。

基于上述目的，提出一种车辆的技术方案，该技术方案包括上述车辆控制装置。本发明适用于驱动电机设置位置传感器和转向电机不设置位置传感器的车辆，主驱控制器与辅驱控制器采用不同的母线电容时，能够实现驱母线电容和辅驱母线电容的可靠放电。

附图说明

图1是现有技术中的五合一集成电机控制器示意图；

图2是本发明的主驱和辅驱母线电容的放电控制方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

车辆控制装置实施例：

本实施例提出一种车辆控制装置，包括主驱控制器和辅驱控制器，以如图1所示的五合一集成电机控制器为例，其中，主驱控制器包括第一逆变器和控制连接第一逆变器的控制单元(图中未示出)，用于根据设定的程序执行软件处理，来生成控制第一逆变器的PWM调制波。辅驱控制器包括转向电机控制器、空压机控制器、DC/DC(直流变换器)、高压配电(电加热、电除霜等)控制器，其中，转向电机控制器包括第二逆变器和控制连接第二逆变器的控制单元(图中未示出)，用于根据设定的程序执行软件处理，来生成控制第二逆变器的PWM调制波。

其中，第一逆变器的直流侧用于连接主驱母线电容，交流侧用于连接具有位置传感器的驱动电机；第二逆变器的直流侧用于连接辅驱母线电容，交流侧用于连接无位置传感器的电机。在本实施例中，该无位置传感器的电机为转向电机。

本实施例中，主驱控制器实现了主驱母线电容的放电，辅驱控制器实现了辅驱母线电容的放电，具体的，如图2所示，主驱母线电容的放电控制方法(该方法为控制连接第一逆变器的控制单元中设定的程序)如下：

获取整车发送的下电指令，主驱控制器收到整车发送的下电指令，发出断开主驱接触器指令。

主驱接触器的线圈控制电路接收该指令，执行断开主驱接触器，同时进行计时，等待100ms后，对主驱控制器获取的主驱电机(TM)转速进行判断。

当TM转速小于n1(本实施例中取100转/分)时，通过控制第一逆变器的IGBT开关，实现对主驱母线电容的主动放电。具体的控制电路为现有技术，例如，记载在授权公告号为CN105471359B的中国专利公开的一种车辆控制装置中的控制电路。

如图2所示，辅驱母线电容的放电控制方法(该方法为控制连接第二逆变器的控制单元中设定的程序)如下：

获取整车发送的下电指令，获取TM转速，对TM转速进行判断。当TM转速小于n2(本实施例中取50转/分)时，通过控制EPS调整输出频率，执行减速停机，采用磁链观测方法(该方法属于现有技术，例如，申请公布号CN107809191A的中国发明专利申请公开的一种同步电机无速度传感器的角速度观测方法)计算减速过程中EPS的转子角度，并获取停机时的转子角度。作为其他实施方式，还可以采用现有技术中的模型参考自适应方法、基于全阶状态观测器的方法、高频注入法等计算转子角度。

EPS减速停机完成后，发送辅驱接触器断开指令，辅驱接触器线圈的控制电路根据该指令，执行断开辅驱接触器，并进行计时，等待100ms后，根据停机时的转子角度(用于坐标变换、获取电机转速信息等)计算并生成PWM调制波，控制第二逆变器的IGBT开关工作，实现对辅驱母线电容的主动放电。

关于控制单元如何根据转子角度计算并生成PWM调制波，控制逆变器工作，属于本领域技术人员公知的现有技术，例如，参见授权公告号为CN105471359B的中国专利的说明书。

本实施例中，为了保证行车过程的转向安全性，设置的n2小于等于n1，作为其他实施方式，n2和n1均小于等于100转/分即可。

本发明的车辆控制装置，利用了车辆中存在的硬件电路，即在不增加硬件器件和成本的情况下，通过判断车辆下电指令，控制主驱接触器断开，然后判断驱动电机的转速，在小于设定值n1时，控制第一逆变器工作，实现主驱母线电容通过驱动电机的绕组放电。

当驱动电机的转速小于设定值n2时，通过控制EPS逐渐减速，直至停机，并计算停机时的转子角度，控制第二逆变器工作，达到辅驱母线电容通过EPS的绕组放电的目的。本发明能够实现驱母线电容和辅驱母线电容的可靠放电，同时能够保证EPS的安全可靠工作。

在实际的车辆中，空压机控制器、转向电机控制器、DC/DC各有一个母线电容(即实际的电路结构中有3个电容)，但是由于三者是并联关系，根据电容串并联特性(多电容并联后总电容值等于各个电容值之和)，可以等效为一个辅驱母线电容，本发明的车辆控制装置，实际上实现了空压机控制器、转向电机控制器、DC/DC中各电容的可靠放电。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。

在本实施例中，是以转向电机为例，作为无位置传感器的电机，通过转向电机的绕组对辅驱母线电容放电；作为其他实施方式，还可以将控制器的电机作为无位置传感器的电机，通过空压机的电机绕组实现辅驱母线电容的放电。

本实施例中，只要保证先停机、后断开辅驱接触器即可，辅驱接触器断开指令在停机前或停机后发送均可以，也就是停机和发送辅驱接触器断开指令并无严格的时序要求。

另外，本实施例中的控制单元可以是微处理器，如ARM等，也可以是可编程芯片，如FPGA、DSP等。

因此，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

控制方法实施例：

本实施例提出一种车辆中母线电容的放电控制方法，包括以下步骤：

获取车辆下电指令、驱动电机的转速；

当车辆下电指令有效，断开主驱接触器，判断驱动电机的转速，当驱动电机的转速小于第一设定值时，控制驱动电机控制器中的逆变器工作，以控制主驱母线电容通过驱动电机的绕组放电；

当驱动电机的转速小于第二设定值(第二设定值小于等于第一设定值)时，控制车辆中的转向电机减速使其停机，计算减速过程中转向电机的转子角度，获取转向电机停机时的转子角度，根据转向电机停机时的转子角度，控制转向电机控制器中的逆变器工作，以控制辅驱母线电容通过转向电机的绕组放电。

由于上述放电控制方法已经在车辆控制装置实施例中介绍的足够完整清楚，故本实施例不再详细进行描述。需要说明的是，上述放电控制方法不仅适用于主驱控制器与辅驱控制器采用不同母线电容的多合一集成控制器，作为其他实施方式，还可以应用于非集成控制器，只要满足驱动电机设置位置传感器、转向电机不设置位置传感器，且二者相应控制器采用不同的母线电容(非并联)即可。

车辆实施例：

本实施例提出一种车辆，包括上述车辆控制装置实施例中的车辆控制装置，由于在车辆控制装置实施例中已经介绍的足够完整清楚，故本实施例不再详细进行描述。

Claims (5)

1.一种车辆中母线电容的放电控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取车辆下电指令、驱动电机的转速；

当所述车辆下电指令有效，断开主驱接触器，判断所述驱动电机的转速，当驱动电机的转速小于第一设定值时，控制驱动电机控制器中的逆变器工作，以控制主驱母线电容通过驱动电机的绕组放电；

当所述驱动电机的转速小于第二设定值时，控制车辆中的转向电机减速使其停机，断开辅驱接触器；计算减速过程中转向电机的转子角度，获取转向电机停机时的转子角度，根据转向电机停机时的转子角度，控制转向电机控制器中的逆变器工作，以控制辅驱母线电容通过转向电机的绕组放电；所述第二设定值小于等于第一设定值。

2.根据权利要求1所述的车辆中母线电容的放电控制方法，其特征在于，采用磁链观测方法计算所述减速过程中转向电机的转子角度。

3.一种车辆控制装置，包括第一逆变器和第二逆变器，以及控制连接第一逆变器、第二逆变器的控制单元，第一逆变器的直流侧用于连接主驱母线电容，交流侧用于连接具有位置传感器的驱动电机；第二逆变器的直流侧用于连接辅驱母线电容，交流侧用于连接无位置传感器的电机，其特征在于，所述控制单元用于执行指令以实现以下步骤：

获取车辆下电指令、驱动电机的转速；

当所述车辆下电指令有效，断开主驱接触器，判断所述驱动电机的转速，当驱动电机的转速小于第一设定值时，控制第一逆变器工作，以控制主驱母线电容通过驱动电机的绕组放电；

当所述驱动电机的转速小于第二设定值时，控制所述无位置传感器的电机减速使其停机，断开辅驱接触器；计算减速过程中所述无位置传感器的电机的转子角度，获取所述无位置传感器的电机停机时的转子角度，根据所述无位置传感器的电机停机时的转子角度，控制第二逆变器工作，以控制辅驱母线电容通过所述无位置传感器的电机的绕组放电；所述第二设定值小于等于第一设定值。

4.根据权利要求3所述的车辆控制装置，其特征在于，采用磁链观测方法计算所述无位置传感器的电机的转子角度。

5.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求3或4所述的车辆控制装置。

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