CN220291899U - 电机控制器、车辆制动系统及电动汽车 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种电机控制器，包括逆变电路、安全监控电路、驱动电路、关断控制电路及输入控制电路，安全监控电路用于输出关断信号到驱动电路和关断控制电路；响应于接收到关断信号，驱动电路控制逆变电路停止工作；响应于接收到关断信号，关断控制电路控制输入控制电路断开供电源与逆变电路的电连接。本申请还提供一种车辆制动系统和电动汽车。由此，本申请提供的电机控制器、车辆制动系统及电动汽车，可以实现双冗余关断扭矩输出，增强了电机控制器的安全性，同时降低开关管的布设成本和占用面积。

Description

电机控制器、车辆制动系统及电动汽车

技术领域

本申请涉及电机控制技术领域，尤其涉及一种电机控制器、车辆制动系统及电动汽车。

背景技术

随着电子技术的发展，电动汽车得到了更为广泛的应用。电动汽车通常通过电机控制器对电机的扭矩进行控制。为保证电动汽车的功能安全，电机控制器需要响应于电机的运行异常来断开电机的扭矩输出。因此，如何在电机运行异常的情况下，安全断开电机的扭矩输出成为了一个重要的课题。

实用新型内容

鉴于上述问题，本申请提供一种电机控制器、车辆制动系统及电动汽车，可以实现双冗余关断扭矩输出，增强了电机控制器的安全性，同时降低开关管的布设成本和占用面积。

第一方面，本申请提供一种电机控制器，包括逆变电路、安全监控电路、驱动电路、关断控制电路及输入控制电路，输入控制电路的输入端用于连接供电源，输入控制电路的输出端用于连接逆变电路的输入端，逆变电路的输出端用于连接电机。安全监控电路的输出端用于连接驱动电路的输入端及关断控制电路的输入端，安全监控电路用于输出关断信号到驱动电路和关断控制电路。驱动电路的输出端用于连接逆变电路，响应于接收到关断信号，驱动电路控制逆变电路停止工作。关断控制电路的输出端用于连接输入控制电路，响应于接收到关断信号，关断控制电路控制输入控制电路断开供电源与逆变电路的电连接。本申请提供的电机控制器，通过在逆变电路前设置了输入控制电路，配合安全监控电路、驱动电路、关断控制电路之间形成的三条关断路径，可以实现双冗余关断扭矩输出，增强了电机控制器的安全性，同时降低开关管的布设成本和占用面积。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，安全监控电路包括微控制器及看门狗电路，关断信号包括第一关断信号和第二关断信号。微控制器的输出端用于连接驱动电路的输入端及关断控制电路的输入端，微控制器用于输出第一关断信号到驱动电路和关断控制电路。看门狗电路的输出端用于连接驱动电路的输入端及关断控制电路的输入端，看门狗电路用于输出第二关断信号到驱动电路和关断控制电路。响应于接收到第一关断信号或第二关断信号，驱动电路控制逆变电路停止工作。响应于接收到第一关断信号或第二关断信号，关断控制电路控制输入控制电路断开供电源与逆变电路的电连接。本申请提供的电机控制器，通过微控制器及看门狗电路实现三条关断路径，可以增强电机控制器的安全性。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，微控制器的输入端用于接收输入信号，输入信号用于指示电机的目标扭矩，微控制器用于：响应于目标扭矩超出预设扭矩范围，输出第一关断信号到驱动电路和关断控制电路。本申请提供的电机控制器，可以在输入信号指示的目标扭矩超出预设范围时，将第一关断信号输出到驱动电路和关断控制电路，以控制电机停止输出扭矩，确保电机的运行安全。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，微控制器的输入端连接驱动电路的输出端，微控制器用于：响应于接收到驱动电路输出的故障信号，输出第一关断信号到驱动电路和关断控制电路，故障信号用于指示驱动电路发生故障。本申请提供的电机控制器，可以在驱动电路发生故障(例如，驱动电路过压、过流、欠压、欠流等)时，将第一关断信号输出到驱动电路和关断控制电路，以控制电机停止输出扭矩，确保电机的运行安全。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，看门狗电路的输入端连接微控制器，看门狗电路用于：响应于在预设时间内未接收到微控制器输出的喂狗信号，输出第二关断信号到驱动电路和关断控制电路。本申请提供的电机控制器，可以通过看门狗电路是否定时接收到微控制器发出的喂狗信号，来确定微控制器是否发生故障，从而在没有在预设时间内接收到喂狗信号时，确定微控制器发生故障，从而将第一关断信号输出到驱动电路和关断控制电路，以控制电机停止输出扭矩，确保电机的运行安全。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，微控制器还用于：根据输入信号控制逆变电路中开关管的通断，使得电机输出目标扭矩。本申请提供的电机控制器，可以根据输入信号指示的目标扭矩，控制逆变电路中开关管的通断，从而使得电机输出相应的扭矩。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，逆变电路包括三个开关桥臂，每个开关桥臂包括上桥臂开关管及下桥臂开关管，驱动电路的输出端用于连接每个上桥臂开关管及下桥臂开关管，驱动电路控制逆变电路停止工作，包括：驱动电路控制每个上桥臂开关管断开和每个下桥臂开关管均断开。本申请提供的电机控制器，可以通过驱动电路控制逆变电路中的每个开关管断开，从而实现控制电机停止输出扭矩。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，输入控制电路包括开关管，开关管的输入端用于连接供电源，开关管的输出端用于连接逆变电路的输入端，关断控制电路连接开关管，关断控制电路控制输入控制电路断开供电源与逆变电路的电连接，包括：关断控制电路控制开关管断开。本申请提供的电机控制器，可以通过驱动电路控制逆变电路中的每个开关管断开，从而实现控制电机停止输出扭矩。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，开关管为MOS管，开关管的输入端为所述MOS管的漏极，开关管的输出端为所述MOS的源极。

第二方面，本申请提供一种车辆制动系统，包括中央控制器及轮边执行器，中央控制器连接轮边执行器，用于控制轮边执行器，轮边执行器包括第一方面中任一可能的实现方式提供的电机控制器。

第三方面，本申请提供一种电动汽车，包括第一方面中任一可能的实现方式提供的电机控制器或者如第二方面任一种可能的实现方式提供的车辆制动系统。

结合第三方面，在一种可能的实现方式中，电动汽车还包括多个车轮，多个车轮中的每一个车轮均连接电机控制器或车辆制动系统，电机控制器或车辆制动系统用于控制所述每一个车轮的运行。

另外，第二方面及第三方面对应的技术效果可以参照第一方面中对应的描述，在此不再赘述。

附图说明

图1为本申请提供的车辆制动系统的结构图。

图2为本申请提供的电机控制器的结构图。

图3为本申请提供的安全监控电路的结构图。

图4为本申请提供的逆变电路及输入控制电路的电路图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚的描述。

可理解的，本申请中所描述的连接关系指的是直接或间接连接。例如，A与B连接，既可以是A与B直接连接，也可以是A与B之间通过一个或多个其它电学元器件间接连接。例如可以是A与C直接连接，C与B直接连接，从而使得A与B之间通过C实现了连接。还可理解的，本申请中所描述的“A连接B”可以是A与B直接连接，也可以是A与B通过一个或多个其它电学元器件间接连接。

在本申请的描述中，除非另有说明，“/”表示“或”的意思，例如，A/B可以表示A或B。本文中的“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。

在本申请的描述中，“第一”、“第二”等字样仅用于区别不同对象，并不对数量和执行次序进行限定，并且“第一”、“第二”等字样也并不限定一定不同。此外，术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

下面结合附图来对本申请的技术方案作进一步的详细描述。

随着电子技术的发展，电动汽车得到了更为广泛的应用。电动汽车通常通过电机控制器对电机的扭矩进行控制。为保证电动汽车的功能安全，电机控制器需要响应于电机的运行异常来断开电机的扭矩输出。因此，如何在电机运行异常的情况下，安全断开电机的扭矩输出成为了一个重要的课题。

由此，本申请提供一种电机控制器、车辆制动系统及电动汽车，通过在逆变电路前设置了总开关管，配合安全监控电路与预驱动器、关断控制电路之间形成的三条关断路径，可以实现双冗余关断扭矩输出，增强了电机控制器的安全性，同时降低开关管的布设成本和占用面积。

请参阅图1，图1为本申请提供的车辆制动系统10的结构图。车辆制动系统10包括中央控制器11、轮边执行器12、电机14及电源15。轮边执行器12包括电机控制器13。

电源15电连接四个轮边执行器12。电源15用于为四个轮边执行器12提供供电。

中央控制器11电连接四个轮边执行器12。中央控制器11用于输出调节信号到四个轮边执行器12，以调节四个轮边执行器12给相应的电机14提供的交流电参数，使得电机14输出相应的扭矩。具体地，四个轮边执行器12分别对应于电动汽车的四个车轮设置，四个轮边执行器12中的电机控制器13分别连接于四个车轮的电机14，以控制电机14的运行，从而驱动四个车轮，或者进行制动。

中央控制器11可以获取电机14的运行状态和/或外部的控制信号，并根据获取到的电机的运行状态和/或外部的控制信号输出调节信号。示例地，中央控制器11可以连接中控面板、自动驾驶控制器、转向助力控制器、动力域控制器等外部控制器，以获取对应的控制信号，中央控制器11还可以连接惯性传感器、轮速传感器、制动踏板传感器等外部传感器，以获取电机的运行状态。

请参阅图2，图2为本申请提供的电机控制器13的结构图。电机控制器13包括安全监控电路131、驱动电路132、关断控制电路133、逆变电路134和输入控制电路135。

逆变电路134电连接电机14。逆变电路134包括多个开关桥臂，所述每个开关桥臂包括上桥臂开关管与下桥臂开关管，每个所述开关桥臂的中点输出一相交流电到电机14，以向电机14提供交流电供电。示例地，逆变电路134可以包括两相逆变电路、三相逆变电路等逆变电路，以将接收到的母线电压转换为交流电，对电机14供电。电机14可以将逆变电路134输出的交流电能转换为机械能，以驱动相应的车轮转动，或者制动。

输入控制电路135电连接于逆变电路134与供电源之间。输入控制电路135用于受到关断控制电路133的控制，从而断开或导通供电源与逆变电路134之间的电连接。其中，输入控制电路135接收供电源提供的输入电压，输入控制电路135导通时，输入电压对逆变电路134供电，逆变电路134开启；输入控制电路135断开时，输入电压与逆变电路134之间的回路断开，逆变电路134关闭。

驱动电路132电连接逆变电路134。驱动电路132用于输出驱动信号到逆变电路134中的桥臂开关管，以控制逆变电路134中的桥臂开关管的导通或断开，从而为电机14提供相应的交流电供电，使得电机14可以输出相应的扭矩。

安全监控电路131电连接驱动电路132及关断控制电路133。安全监控电路131用于输出关断信号到驱动电路132和关断控制电路133，并输出驱动控制信号到驱动电路132。其中，驱动电路132可以响应于接收到关断信号，输出驱动信号，以控制逆变电路134中的桥臂开关管的导通或断开。

关断控制电路133电连接输入控制电路135。关断控制电路133用于响应于接收到关断信号，控制输入控制电路135断开供电源与逆变电路134的电连接。

请一并参阅图3，图3为本申请提供的安全监控电路131的结构图。安全监控电路131包括微控制器131a和看门狗电路131b。微控制器131a包括第一层控制模块131a_1及第二层控制模块131a_2。微控制器131a与看门狗电路131b构成EGAS架构。

其中，第一层控制模块131a_1构成EGAS架构的第一层(Level 1)。第一层控制模块131a_1用于接收输入信号，并根据输入信号计算目标扭矩，以得到驱动控制信号。具体地，第一层控制模块131a_1可以对输入信号进行采样，以获取输入信号中包括的电机14的运行参数，从而根据电机14的运行参数来计算目标扭矩，以得到驱动控制信号。例如，输入信号可以包括传感器输出的检测信号，检测信号可以为表示电机控制器13的输出电压的信号、表示电机控制器13的输出电流的信号、表示电机控制器13的温度的信号、表示电机14转速的信号等。

其中，第二层控制模块131a_2构成EGAS架构的第二层(Level 2)。第二层控制模块131a_2电连接第一层控制模块131a_1。第二层控制模块131a_2用于接收第一层控制模块131a_1采样后的输入信号，并响应于采样后的输入信号异常，输出第一关断信号。具体地，输入信号异常可以包括输入信号指示的电机14的当前的扭矩异常、输入信号指示的电机14的目标扭矩异常、传感器信号异常等。例如，第二层控制模块131a_2可以通过采样后的输入信号检测到电机14的目标扭矩异常，从而输出第一关断信号。其中，扭矩异常可以包括电机14的当前扭矩与电机控制器13的输出扭矩不匹配、电机14的当前扭矩与驱动控制信号指示的目标扭矩不匹配、目标扭矩超出预设扭矩范围等。

又例如，第二层控制模块131a_2可以通过采样后的输入信号确定检测信号异常，从而确定传感器发生故障，因而输出第一关断信号。其中，检测信号异常可以包括传感器输出的电流检测信号超出预设阈值、电压检测信号超出预设阈值等。

再例如，第二层控制模块131a_2可以通过采样后的输入信号确定其他部件发生功能安全(functional safety)故障，因而输出第一关断信号。

其中，看门狗电路131b构成EGAS架构的第三层(Level 3)。看门狗电路131b电连接第二层控制模块131a_2。看门狗电路131b用于响应于第二层控制模块131a_2工作异常，输出第二关断信号。例如，看门狗电路131b可以检测第二层控制模块131a_2对于输入信号的异常确定规则是否正确，若不正确，则输出第二关断信号。

在一些实施例中，看门狗电路131b响应于第二层控制模块131a_2工作异常，可以包括：第二层控制模块131a_2定时向看门狗电路131b输出喂狗信号，使得看门狗电路131b中的计时器定时清零，若看门狗电路131b在预设时间内未接收到喂狗信号，则看门狗电路131b中的计时器在预设时间内计数满后，输出第二关断信号。

在一些实施例中，第一层控制模块131a_1也可以接收中央控制器11输出的调节信号，并根据调节信号的指示生成驱动控制信号，以控制逆变电路134对电机14输出特定的扭矩。

在一些实施例中，第二层控制模块131a_2也可以接收驱动电路132输出的故障信号，并根据故障信号输出第一关断信号。

在一些实施例中，第一层控制模块131a_1通过PWM引脚连接驱动电路132，以通过PWM引脚输出驱动控制信号到驱动电路132。第二层控制模块131a_2通过Disable引脚连接驱动电路132和关断控制电路133，以通过Disable引脚输出第一关断信号到驱动电路132和关断控制电路133。第二层控制模块131a_2通过Fault引脚连接驱动电路132，以通过Fault引脚接收驱动电路132输出的故障信号。

请参阅图4，图4为本申请提供的逆变电路134及输入控制电路135的电路图。逆变电路134包括三个开关桥臂及输入电容C，每个开关桥臂包括上桥臂开关管及下桥臂开关管，第一开关桥臂包括开关管Q1、开关管Q2，第二开关桥臂包括开关管Q3、开关管Q4，第三开关桥臂包括开关管Q5、开关管Q6。输入控制电路135包括总开关管Q7。每个桥臂的上桥臂开关管(开关管Q1、开关管Q3、开关管Q5)的一端均电连接总开关管Q7的一端，总开关管Q7的另一端接收输入电压Vin。每个开关桥臂的桥臂中点，即上桥臂开关管与下桥臂开关管的连接点输出一相交流电到电机14，以为电机14提供扭矩。电容C的两端连接每个开关桥臂的两端。

逆变电路134中的每个开关管的栅极均电连接驱动电路132，以接收驱动电路132输出的驱动信号。逆变电路134中的每个开关管根据驱动信号导通或断开，以控制逆变电路134的输出电流频率、相位、幅值等参数，从而调节逆变电路134对电机14输出的扭矩。

总开关管Q7的栅极电连接关断控制电路133，以接收关断控制电路133输出的关断控制信号。总开关管Q7根据关断控制信号断开。可以理解，总开关管Q7导通时，逆变电路134可以接收到输入电压Vin的供电，从而正常工作。总开关管Q7断开时，逆变电路134与输入电压Vin之间的回路切断，逆变电路134停止工作，从而停止向电机14输出扭矩。

下面结合图3及图4说明本申请提供的电机控制器13的工作原理。

第一层控制模块131a_1接收输入信号，并根据输入信号计算目标扭矩，并生成对应的驱动控制信号，以输出到驱动电路132，驱动电路132可以根据驱动控制信号生成对应的驱动信号，以输出到逆变电路134中的开关管，从而控制开关管Q1～Q6导通或断开，以提供对应的扭矩到电机14。

当输入信号异常时，第二层控制模块131a_2响应于输入信号异常，输出第一关断信号到驱动电路132和关断控制电路133。驱动电路132根据第一关断信号控制逆变电路134关闭。关断控制电路133根据第一关断信号控制总开关管Q7断开。其中，输入信号异常可以包括扭矩异常、传感器异常、其他部件功能安全异常等，具体可以参见图2中的描述，在此不赘述。驱动电路132根据第一关断信号控制逆变电路134关闭可以包括：驱动电路132根据第一关断信号控制逆变电路134中的所有开关管断开，使得逆变电路134进入关断(SafetyPulse Off，SPO)安全状态；或者，驱动电路132根据第一关断信号控制逆变电路134中的所有上桥臂开关管断开，下桥臂开关管导通，使得逆变电路134进入主动短路(Active ShortCircuit，ASC)安全状态。

当第二层控制模块131a_2工作异常时，看门狗电路131b可以输出第二关断信号到驱动电路132和关断控制电路133。驱动电路132根据第二关断信号控制逆变电路134关闭。关断控制电路133根据第二关断信号控制总开关管Q7断开。

由此，本申请提供的电机控制器13通过在逆变电路134前设置了输入控制电路135，配合安全监控电路131与驱动电路132、关断控制电路133之间形成的三条关断路径，可以实现双冗余关断扭矩输出，增强了电机控制器13的安全性，同时降低开关管的布设成本和占用面积。

本申请还提供一种电动汽车，包括本申请提供的电机控制器13或者车辆制动系统10。

本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本申请，而并非用作为对本申请的限定，只要在本申请的实质精神范围之内，对以上实施例所作的适当改变和变化都落在本申请要求保护的范围之内。

Claims (11)

1.一种电机控制器，其特征在于：包括逆变电路、安全监控电路、驱动电路、关断控制电路及输入控制电路，所述输入控制电路的输入端用于连接供电源，所述输入控制电路的输出端用于连接所述逆变电路的输入端，所述逆变电路的输出端用于连接电机；

所述安全监控电路的输出端用于连接所述驱动电路的输入端及所述关断控制电路的输入端，所述安全监控电路用于输出关断信号到所述驱动电路和所述关断控制电路；

所述驱动电路的输出端用于连接所述逆变电路，响应于接收到所述关断信号，所述驱动电路控制所述逆变电路停止工作；

所述关断控制电路的输出端用于连接所述输入控制电路，响应于接收到所述关断信号，所述关断控制电路控制所述输入控制电路断开所述供电源与所述逆变电路的电连接。

2.如权利要求1所述的电机控制器，其特征在于，所述输入控制电路包括开关管，所述开关管的输入端用于连接所述供电源，所述开关管的输出端用于连接所述逆变电路的输入端，所述关断控制电路连接所述开关管，所述关断控制电路控制所述输入控制电路断开所述供电源与所述逆变电路的电连接，包括：

所述关断控制电路控制所述开关管断开。

3.如权利要求1所述的电机控制器，其特征在于，所述安全监控电路包括微控制器及看门狗电路，所述关断信号包括第一关断信号和第二关断信号；

所述微控制器的输出端用于连接所述驱动电路的输入端及所述关断控制电路的输入端，所述微控制器用于输出所述第一关断信号到所述驱动电路和所述关断控制电路；

所述看门狗电路的输出端用于连接所述驱动电路的输入端及所述关断控制电路的输入端，所述看门狗电路用于输出所述第二关断信号到所述驱动电路和所述关断控制电路；

响应于接收到所述第一关断信号或所述第二关断信号，所述驱动电路控制所述逆变电路停止工作；

响应于接收到所述第一关断信号或所述第二关断信号，所述关断控制电路控制所述输入控制电路断开所述供电源与所述逆变电路的电连接。

4.如权利要求3所述的电机控制器，其特征在于，所述微控制器的输入端用于接收输入信号，所述输入信号用于指示所述电机的目标扭矩，所述微控制器用于：

响应于所述目标扭矩超出预设扭矩范围，输出所述第一关断信号到所述驱动电路和所述关断控制电路。

5.如权利要求3所述的电机控制器，其特征在于，所述微控制器的输入端连接所述驱动电路的输出端，所述微控制器用于：

响应于接收到所述驱动电路输出的故障信号，输出所述第一关断信号到所述驱动电路和所述关断控制电路，所述故障信号用于指示所述驱动电路发生故障。

6.如权利要求3所述的电机控制器，其特征在于，所述看门狗电路的输入端连接所述微控制器，所述看门狗电路用于：

响应于在预设时间内未接收到所述微控制器输出的喂狗信号，输出所述第二关断信号到所述驱动电路和所述关断控制电路。

7.如权利要求4所述的电机控制器，其特征在于，所述微控制器还用于：

根据所述输入信号控制所述逆变电路中开关管的通断，使得所述电机输出所述目标扭矩。

8.如权利要求1所述的电机控制器，其特征在于，所述逆变电路包括三个开关桥臂，每个所述开关桥臂包括上桥臂开关管及下桥臂开关管，所述驱动电路的输出端用于连接每个所述上桥臂开关管及下桥臂开关管，所述驱动电路控制所述逆变电路停止工作，包括：

所述驱动电路控制每个所述上桥臂开关管断开和每个所述下桥臂开关管均断开。

9.如权利要求2所述的电机控制器，其特征在于，所述开关管为MOS管，所述开关管的输入端为所述MOS管的漏极，所述开关管的输出端为所述MOS的源极。

10.一种车辆制动系统，包括中央控制器、轮边执行器以及电机，所述中央控制器连接所述轮边执行器，用于控制所述轮边执行器，所述轮边执行器连接所述电机，用于控制所述电机的运行，其特征在于，所述轮边执行器包括如权利要求1至9中任一项所述的电机控制器。

11.一种电动汽车，其特征在于，包括如权利要求1至9中任一项所述的电机控制器或者如权利要求10所述的车辆制动系统以及多个车轮；

所述多个车轮中的每一个车轮均连接所述电机控制器或所述车辆制动系统，所述电机控制器或所述车辆制动系统用于控制所述每一个车轮的运行。