CN113581280B - 一种基于六相电机的转向系统控制电路及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车技术领域，具体是一种基于六相电机的转向系统控制电路及控制方法，基于六相电机的转向系统控制电路包括控制电路、六相电机和功率电路；功率电路包括六个支路，六个支路并联连接；六相电机的每相绕组均与一个支路连接；控制电路与功率电路电连接，控制电路能够在不大于三个所述支路发生故障时，切断六相电机与处于故障状态下的支路之间的连接；本发明在不大于三个的所述支路发生故障时，主动切断六相电机与处于故障状态下的支路之间的连接；非故障的支路继续工作，使得转向系统控制电路具有更高的可靠性；并且车辆也能输出足够的力矩，保证转向系统的正常运行，更满足了高等级自动驾驶的需求，提升驾驶员的驾驶体验。

Description

一种基于六相电机的转向系统控制电路及控制方法

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，特别涉及一种基于六相电机的转向系统控制电路及控制方法。

背景技术

随着人们越来越重视汽车安全，在汽车电子系统中，为了提升电控系统稳定性和可靠性，并应对智能驾驶市场的需求，车载电子系统必须具备高可靠性，因此需要电子电气控制系统具备冗余性功能。

现有应用于道路车辆电动助力转向ECU控制器通常采用双冗余备份方案，该方案在一路控制器故障时，另一路控制器只能保证转向系统的基本运行，出力只有最大需求的一半或略多一些，难以完全满足各种工况需求。并且由于成本压力，保证单独一路就能输出最大转矩的技术方案又难以采用。

基于现有技术存在的缺点，急需研究一种基于六相电机的转向系统控制电路及控制方法，来解决上述问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的提供了一种基于六相电机的转向系统控制电路及控制方法，本发明通过设置控制电路、六相电机和功率电路，并在不大于三个的所述支路发生故障时，可以主动切断六相电机与处于故障状态下的支路之间的连接；同时非故障的支路仍继续工作，仍可实现基于六相电机的转向系统控制电路的功能控制，使得基于六相电机的转向系统控制电路具有更高的可靠性；并且也保证了在一个所述支路出现故障的情况下，车辆也能输出足够的力矩，保证车辆转向系统的正常运行，更满足了高等级自动驾驶的需求，提升驾驶员的驾驶体验。

本发明公开了一种基于六相电机的转向系统控制电路，包括控制电路、六相电机和用于给六相电机输出指定电流的功率电路；

所述功率电路包括六个支路，六个所述支路并联连接；所述六相电机的每相绕组均与一个所述支路连接；

所述控制电路与所述功率电路电连接，所述控制电路能够在不大于三个所述支路发生故障时，切断所述六相电机与处于故障状态下的支路之间的连接，以使得转向系统的正常运行。

进一步地，每个所述支路包括两个串联连接的场效应晶体管；

六个所述支路上的场效应晶体管均与所述控制电路电连接，以使得所述控制电路能够获取每个支路的故障状态。

进一步地，所述功率电路包括为所述控制电路和所述功率电路供电电源；

六个所述支路并联连接后与所述电源串联连接，且所述电源还与控制电路电连接。

进一步地，所述功率电路还包括用于切断所述六相电机与处于故障状态下的支路之间连接的安全开关；

一个所述安全开关的两端分别与一个所述支路和所述六相电机的一个绕组连接。

进一步地，所述安全开关的数量、所述支路的数量和所述六相电机的绕组数量均相等；

每个所述支路上均通过一个所述安全开关与所述六相电机的一个绕组可通断连接。

本发明另一方面保护一种基于六相电机的转向系统控制方法，所述方法是基于上述的基于六相电机的转向系统控制电路实现的，所述方法包括：

获取功率电路中每个支路的工作状态；

根据功率电路中每个支路的工作状态，得到功率电路中支路的故障数量；

根据功率电路中支路的故障数量判断所述功率电路是否满足预设条件；

当所述功率电路满足预设条件时，切断六相电机与处于故障状态下的支路之间连接，并控制所述转向系统正常运行。

进一步地，所述预设条件为所述功率电路中支路的故障数量不大于三个；

所述根据功率电路中支路的故障数量判断所述功率电路是否满足预设条件包括：

当所述功率电路中支路的故障数量不大于三个时，判定所述功率电路满足所述预设条件；

当所述功率电路中支路的故障数量大于三个时，判定所述功率电路不满足所述预设条件。

进一步地，所述当所述根据功率电路中支路的故障数量判断所述功率电路是否满足预设条件之后还包括：

当所述功率电路不满足预设条件时，控制转向系统停止运行。

进一步地，所述获取功率电路中每个支路的工作状态包括：

当车辆启动后，控制电路实时获取每个支路上的场效应晶体管的状态；

当所述支路上的至少一个场效应晶体管故障时，判定当前支路的工作状态为故障状态；

当所述支路上的场效应晶体管均正常时，判定当前支路的工作状态为正常状态；

统计功率电路中各个支路的工作状态。

本发明另一方面还保护一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、所述至少一段程序、所述代码集或指令集由处理器加载并执行以实现如上所述的基于六相电机的转向系统控制方法。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

本发明通过设置控制电路、六相电机和功率电路，并在不大于三个的所述支路发生故障时，可以主动切断六相电机与处于故障状态下的支路之间的连接；同时非故障的支路仍继续工作，仍可实现基于六相电机的转向系统控制电路的功能控制，使得基于六相电机的转向系统控制电路具有更高的可靠性；并且也保证了在一个所述支路出现故障的情况下，车辆也能输出足够的力矩，保证车辆转向系统的正常运行，更满足了高等级自动驾驶的需求，提升驾驶员的驾驶体验。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，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的介绍。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，还能够根据这些附图获得其它附图。

图1为本实施例所述基于六相电机的转向系统控制电路的结构图；

图2为本实施例所述基于六相电机的转向系统控制方法的流程图。

其中，图中附图标记对应为：

1-控制电路；2-六相电机；3-功率电路；31-支路；32-电源；33-安全开关；311-场效应晶体管。

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做出创造性劳动的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。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

现有技术存在以下缺点：现有应用于道路车辆电动助力转向ECU控制器通常采用双冗余备份方案，该方案在一路控制器故障时，另一路控制器只能保证转向系统的基本运行，出力只有最大需求的一半或略多一些，难以完全满足各种工况需求。并且由于成本压力，保证单独一路就能输出最大转矩的技术方案又难以采用。

针对现有技术的缺陷，本发明通过设置控制电路、六相电机和功率电路，在不大于三个所述支路发生故障时，通过控制电路可以主动切断六相电机与处于故障状态下的支路之间的连接；同时非故障的支路仍继续工作，仍可实现基于六相电机的转向系统控制电路的功能控制，使得基于六相电机的转向系统控制电路具有更高的可靠性；并且也保证了在一个所述支路出现故障的情况下，车辆也能输出足够的力矩，保证车辆转向系统的正常运行，更满足了高等级自动驾驶的需求，提升驾驶员的驾驶体验。

实施例1

参见附图1-图2，本实施例提供了一种基于六相电机的转向系统控制电路，包括控制电路1、六相电机2和用于给六相电机2输出指定电流的功率电路3；

所述功率电路3包括六个支路31，六个所述支路31并联连接；所述六相电机2的每相绕组均与一个所述支路31连接；

所述控制电路1与所述功率电路3电连接，所述控制电路1能够在不大于三个所述支路31发生故障时，切断所述六相电机2与处于故障状态下的支路31之间的连接，以使得转向系统的正常运行。

需要说明的是：在本实施例中通过设置控制电路1、六相电机2和功率电路3，并在不大于三个所述支路31发生故障时，通过控制电路1可以主动切断六相电机2与处于故障状态下的支路31之间的连接；同时非故障的支路31仍继续工作，仍可实现基于六相电机的转向系统控制电路的功能控制，使得基于六相电机的转向系统控制电路具有更高的可靠性；并且也保证了在一个所述支路31出现故障的情况下，车辆也能输出足够的力矩，保证车辆转向系统的正常运行，更满足了高等级自动驾驶的需求，提升驾驶员的驾驶体验。

还需要说明的是：本实施例使用多相SVPWM(空间电压脉宽矢量脉宽调制)控制策略，SVPWM控制策略中最少为三相；即在本实施例中，当一个支路31、两个支路31或三个支路31发生故障时，多相SVPWM控制策略仍可控制六相电机2工作；但是当四个支路31、五个支路31或六个支路31发生故障时，此时支路31能够工作的相数小于三相，则此时SVPWM控制策略无法控制六相电机2工作。

更需要说明的是：所述控制电路1还用于采集功率电路3的状态信号、支路31故障诊断、与上位机交互并驱动功率电路3输出给定电流，使得所述六相电机2输出给定转矩。

具体地，所述六相电机2用于将功率电路3提供的电能转化为机械能，来输出转矩，进而保证车辆转向系统正常运行。

本实施例设置六个支路31并联，避免单独设置一个支路31就能输出最大转矩，进而避免器件选型在正常工况下出现过设计的情况出现，更能够避免成本增加，影响产品的整体竞争力。

在本实施例中，当功率电路3中的一个支路31发生故障，此时切断故障所在支路31与六相电机2的连接，保证剩下5个支路31进行工作，此时若场效应晶体管311有一定余量，则可以保证最大转矩输出，若完全没有余量，六相电机2至少可以保证最大转矩的83％输出；

当功率电路3中的两个支路31发生故障，此时切断故障所在支路31与六相电机2的连接，保证剩下的4个支路31进行工作，此时若场效应晶体管311有一定余量，则可以保证最大转矩输出，若完全没有余量，六相电机2至少可以保证最大转矩的67％输出；

当功率电路3中的三个支路31发生故障，此时切断故障所在支路31与六相电机2之间的连接，保证剩下3个支路31进行工作，，此时若场效应晶体管311有一定余量，则可以保证最大转矩输出，若完全没有余量，六相电机2至少可以保证最大转矩的50％输出；

当功率电路3中的四个或四个以上支路31发生故障，当六相电机2输出的转矩小于最大转矩的50％时，无法正常带动车辆转向系统工作，故此时控制所述六相电机2停机处理；可见，通过设置六个支路31相并联，即使三个支路31发生故障，可以主动切断六相电机2与处于故障状态下的支路31之间的连接；同时非故障的支路31仍继续工作，此时所述六相电机2依旧能够保证最大转矩的一半以上进行输出，保证车辆转向系统的正常运行，更满足了高等级自动驾驶的需求，提升驾驶员的驾驶体验。

具体地，每个所述支路31包括两个串联连接的场效应晶体管311；

六个所述支路31上的场效应晶体管311均与所述控制电路1电连接，以使得所述控制电路1能够获取每个支路31的故障状态；具体地，每个场效应晶体管311均能够接收到所述控制电路1的指令，并通过高频开关动作直接产生输出给六相电机2的电流，使得通过控制电路1的控制能够精准控制输出给六相电机2的电流，使得六相电机2能够间接根据所述控制电路1的指令产生相应的转矩，即本实施例中的六相电机2能够所述控制电路1的指令产生不同转矩，从而满足了不同等级自动驾驶的需求，提升驾驶员的驾驶体验。

具体地，所述功率电路3包括为所述控制电路1和所述功率电路3供电电源32；

六个所述支路31并联连接后与所述电源32串联连接，且所述电源32还与控制电路1电连接；所述电源32同时为控制电路1和功率电路3供电，保证所述控制电路1和所述功率电路3能够同时工作，使两者共同实现基于六相电机的转向系统控制电路的功能，保证了工作的一致性。

具体地，所述功率电路3还包括用于切断所述六相电机2与处于故障状态下的支路31之间连接的安全开关33；

一个所述安全开关33的两端分别与一个所述支路31和所述六相电机2的一个绕组连接。

具体地，所述安全开关33的数量、所述支路31的数量和所述六相电机2的绕组数量均相等；

每个所述支路31上均通过一个所述安全开关33与所述六相电机2的一个绕组可通断连接；在本实施例中通过设置所述安全开关33，使得当一个或多个所述支路31发生故障时，能够及时通过与当前故障支路31连接的安全开关33来断开当前故障支路31与六相电机2的绕组，防止对未发生故障的支路31引入干扰，也防止将故障引入到其他支路31上，这使得基于六相电机的转向系统控制电路具有更高的的稳定性和可靠性，同时也避免了经济损失。

具体地，在本实施例中基于六相SVPWM(空间电压脉宽矢量脉宽调制)控制策略驱动场效应晶体管311，进而控制六相电机2输出相应转矩，进行车辆转向系统助力转向操作；当一个支路31上的场效应晶体管311出现故障时，则切断与故障状态下支路31相对应的安全开关33，并切换控制策略，基于五相SVPWM控制策略继续驱动六相电机2输出相应转矩运行。此时若场效应晶体管311有一定余量，则可以保证最高转矩输出，若完全没有余量，至少可以保证83％的转矩输出；若再有支路31上的场效应晶体管311损坏，则以此类推，直至剩余两相，SVPWM控制策略无法维持，控制六相电机2停机，这使得基于六相电机的转向系统控制电路具有更高的的稳定性和可靠性；并且设置六个支路31并联也降低了生产成本，提高了产品的整体竞争力。

本发明另一方面保护一种基于六相电机的转向系统控制方法，所述方法是基于上述的基于六相电机的转向系统控制电路实现的，所述方法包括：

S101：获取功率电路3中每个支路31的工作状态；

S102：根据功率电路3中每个支路31的工作状态，得到功率电路3中支路31的故障数量；

S103：根据功率电路3中支路31的故障数量判断所述功率电路3是否满足预设条件；

S104：当所述功率电路3满足预设条件时，切断六相电机2与处于故障状态下的支路31之间连接，并控制所述转向系统正常运行。

需要说明的是：在本实施例中获取功率电路3中每个支路31的工作状态，得到支路31故障数量，再基于支路31故障数量切断六相电机2与处于故障状态下支路31之间的连接，非故障的支路31仍继续工作来保障转向系统正常运行，同时也能够满足高等级自动驾驶的需求，提升驾驶员的驾驶体验。

具体地，所述预设条件为所述功率电路3中支路31的故障数量不大于三个；

所述根据功率电路3中支路31的故障数量判断所述功率电路3是否满足预设条件包括：

当所述功率电路3中支路31的故障数量不大于三个时，判定所述功率电路3满足所述预设条件；在本实施例中当支路31的故障数量不大于三个时，可以主动切断六相电机2与处于故障状态下的支路31之间的连接；同时非故障的支路31仍继续工作，此时所述六相电机2依旧能够保证最大转矩的一半以上进行输出；保证车辆转向系统的正常运行，更满足了高等级自动驾驶的需求，提升驾驶员的驾驶体验；

当所述功率电路3中支路31的故障数量大于三个时，判定所述功率电路3不满足所述预设条件。

具体地，所述当所述根据功率电路3中支路31的故障数量判断所述功率电路3是否满足预设条件之后还包括：

当所述功率电路3不满足预设条件时，控制转向系统停止运行；在本实施例中当支路31的故障数量大于三个时，此时支路31的故障数量大于功率电路3可工作的极限值，此时功率电路3无法继续为六相电机2输出电流此时需控制六相电机2停止工作，此时转向系统停止运行。

具体地，所述获取功率电路3中每个支路31的工作状态包括：

当车辆启动后，控制电路1实时获取每个支路31上的场效应晶体管311的状态；

当所述支路31上的至少一个场效应晶体管311故障时，判定当前支路31的工作状态为故障状态；

当所述支路31上的场效应晶体管311均正常时，判定当前支路31的工作状态为正常状态；

统计功率电路3中各个支路31的工作状态。

本发明另一方面还保护一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、所述至少一段程序、所述代码集或指令集由处理器加载并执行以实现如上所述的基于六相电机的转向系统控制方法。

虽然本发明已经通过优选实施例进行了描述，然而本发明并非局限于这里所描述的实施例，在不脱离本发明范围的情况下还包括所作出的各种改变以及变化。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征能够相互结合。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (9)

1.一种基于六相电机的转向系统控制电路，其特征在于，包括控制电路(1)、六相电机(2)和用于给六相电机(2)输出指定电流的功率电路(3)；

所述功率电路(3)包括六个支路(31)，六个所述支路(31)并联连接；所述六相电机(2)的每相绕组均与一个所述支路(31)连接；每个所述支路(31)包括两个串联连接的场效应晶体管(311)；

六个所述支路(31)上的场效应晶体管(311)均与所述控制电路(1)电连接，以使得所述控制电路(1)能够获取每个支路(31)的故障状态；

所述控制电路(1)与所述功率电路(3)电连接，所述控制电路(1)能够在不大于三个所述支路(31)发生故障时，切断所述六相电机(2)与处于故障状态下的支路(31)之间的连接，以使得转向系统的正常运行；

当功率电路（3）中的三个支路（31）发生故障，切断故障所在支路（31）与六相电机（2）之间的连接，以使剩下三个支路（31）正常工作。

2.根据权利要求1所述的一种基于六相电机的转向系统控制电路，其特征在于，所述功率电路(3)包括为所述控制电路(1)和所述功率电路(3)供电电源(32)；

六个所述支路(31)并联连接后与所述电源(32)串联连接，且所述电源(32)还与控制电路(1)电连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于六相电机的转向系统控制电路，其特征在于，所述功率电路(3)还包括用于切断所述六相电机(2)与处于故障状态下的支路(31)之间连接的安全开关(33)；

一个所述安全开关(33)的两端分别与一个所述支路(31)和所述六相电机(2)的一个绕组连接。

4.根据权利要求3所述的一种基于六相电机的转向系统控制电路，其特征在于，所述安全开关(33)的数量、所述支路(31)的数量和所述六相电机(2)的绕组数量均相等；

每个所述支路(31)上均通过一个所述安全开关(33)与所述六相电机(2)的一个绕组可通断连接。

5.一种基于六相电机的转向系统控制方法，其特征在于，所述方法是基于权利要求1-4任一所述的基于六相电机的转向系统控制电路实现的，所述方法包括：

获取功率电路(3)中每个支路(31)的工作状态；

根据功率电路(3)中每个支路(31)的工作状态，得到功率电路(3)中支路(31)的故障数量；

根据功率电路(3)中支路(31)的故障数量判断所述功率电路(3)是否满足预设条件；

当所述功率电路(3)满足预设条件时，切断六相电机(2)与处于故障状态下的支路(31)之间连接，并控制所述转向系统正常运行。

6.根据权利要求5所述的一种基于六相电机的转向系统控制方法，其特征在于，所述预设条件为所述功率电路(3)中支路(31)的故障数量不大于三个；

所述根据功率电路(3)中支路(31)的故障数量判断所述功率电路(3)是否满足预设条件包括：

当所述功率电路(3)中支路(31)的故障数量不大于三个时，判定所述功率电路(3)满足所述预设条件；

当所述功率电路(3)中支路(31)的故障数量大于三个时，判定所述功率电路(3)不满足所述预设条件。

7.根据权利要求6所述的一种基于六相电机的转向系统控制方法，其特征在于，所述当所述根据功率电路(3)中支路(31)的故障数量判断所述功率电路(3)是否满足预设条件之后还包括：

当所述功率电路(3)不满足预设条件时，控制转向系统停止运行。

8.根据权利要求5所述的一种基于六相电机的转向系统控制方法，其特征在于，所述获取功率电路(3)中每个支路(31)的工作状态包括：

当车辆启动后，控制电路(1)实时获取每个支路(31)上的场效应晶体管(311)的状态；

当所述支路(31)上的至少一个场效应晶体管(311)故障时，判定当前支路(31)的工作状态为故障状态；

当所述支路(31)上的场效应晶体管(311)均正常时，判定当前支路(31)的工作状态为正常状态；

统计功率电路(3)中各个支路(31)的工作状态。

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、所述至少一段程序、所述代码集或指令集由处理器加载并执行以实现如权利要求5-8任一项所述的基于六相电机的转向系统控制方法。