车用驱动电机控制装置及系统的制作方法

本实用新型涉及电动化车辆的电机系统技术领域，尤其是涉及一种车用驱动电机控制装置及系统。

背景技术：

现阶段一般电机系统控制分为120度磁场正交控制法和180度弦波控制反失量控制技术。120度磁场正交控制法下，一般采用霍尔感测器作为位置/速度的感测装置。但是，采用120度磁场正交控制法的直流无刷马达控制或永磁同步马达控制在驱动控制的效能及高速转速延伸的方面存在很大的不足。其相对于180度之弦波或矢量控制方法，平均效能约低于5％～10％，高速延伸应用约少于10％～20％的应用率。

若采用180度弦波控制或失量控制技术，则必须安装编码器或解角器，以取得较精确的电机转子位置角度，但编码器或解角器成本较高。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供车用驱动电机控制装置及系统，以降低驱动电机的成本、提高电机的起动动力输出和中高速高驱动的效率。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种车用驱动电机控制装置，其中，所述装置包括：霍尔传感器、电流传感器、双模切换器、数字信号微处理器和双模动力驱动马达控制；

所述霍尔传感器、所述数字信号微处理器、所述双模切换器和所述双模动力驱动马达控制依次相连，所述电流传感器与所述双模动力驱动马达控制相连接；

所述霍尔传感器，用于采集电机转子的参数信息；

所述电流传感器，用于采集所述电机转子的驱动电流信息；

所述数字信号微处理器，用于对所述参数信息进行估测，得到参数估值信息；

所述双模切换器，用于获取预设速度指令，根据所述预设速度指令、所述参数估值信息和预设双模切换速度阈值，采用磁滞切换技术对驱动控制模式进行选择；

所述双模动力驱动马达控制，用于根据所述驱动控制模式对所述驱动电流信息或者所述参数估值信息进行处理，并输出脉冲控制信号。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述预设双模切换速度阈值包括第一切换阈值和第二切换阈值，所述驱动控制模式包括方波电流驱动模式和弦波向量驱动模式，所述双模切换器包括第一PI调节器和切换开关；

所述第一PI调节器分别与所述数字信号微处理器和所述切换开关相连接，所述切换开关与所述双模动力驱动马达控制相连接；

所述第一PI调节器，用于获取所述预设速度指令，将所述预设速度指令与所述参数估值信息进行处理，生成速度环信号，其中，所述速度环信号包括电流指令；

所述切换开关，用于将所述速度环信号与所述预设双模切换速度阈值进行比较，并在大于所述第一切换阈值的情况下，采用磁滞切换技术选择所述弦波向量驱动模式，以及在小于所述第二切换阈值的情况下，采用磁滞切换技术选择所述方波电流驱动模式。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述脉冲控制信号包括脉冲宽度调制PWM控制信号，所述双模动力驱动马达控制包括直流无刷马达控制；

所述直流无刷马达控制分别与切换开关和所述电流传感器相连，用于采用方波电流驱动模式，对所述驱动电流信息和电流指令进行处理，生成所述PWM控制信号。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述直流无刷马达控制包括模数A/D转换器和第二PI调节器；

所述A/D转换器，与所述电流传感器相连，用于将所述驱动电流信息进行处理，生成数字电流信息；

所述第二PI调节器，与所述切换开关相连，用于获取所述电流指令，对所述电流指令和所述数字电流信息进行处理，生成所述PWM控制信号。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述脉冲控制信号还包括空间矢量脉冲宽度调制SVPWM控制信号，所述双模动力驱动马达控制还包括永磁同步马达控制；

所述永磁同步马达控制，分别与切换开关和所述数字信号微处理器相连，用于采用弦波向量驱动模式，对所述速度指令和所述参数估值信息进行处理，生成所述SVPWM控制信号。

结合第一方面的第四种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述永磁同步马达控制包括坐标转换模块和误差修正模块；

所述坐标转换模块，与所述切换开关和所述数字信号微处理器相连，用于对所述参数估值信息进行克拉克变换和帕克变换，得到位置/角度变换信息；

所述误差修正模块，与所述坐标转换模块相连，用于对所述位置/角度变换信息进行修正，生成所述SVPWM控制信号。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述装置还包括晶闸驱动器和逆变器；

所述晶闸驱动器分别与所述双模动力驱动马达控制相连，用于根据所述脉冲控制信号生成驱动控制信号；

所述逆变器，与所述晶闸驱动器相连接，用于根据所述驱动控制信号输出驱动功率信号。

结合第一方面的第六种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述装置还包括电机；

所述电机，分别与所述逆变器、所述电流传感器和所述霍尔传感器相连接，用于根据所述驱动功率信号进行运转。

第二方面，本实用新型实施例还提供一种车用驱动电机控制系统，其中，所述系统包括电机控制器和如权利要求1-8任一项所述的车用驱动电机控制装置；

所述电机控制器通过CAN总线与所述车用驱动电机控制装置相连接，用于对所述车用驱动电机控制装置进行中断服务处理。

结合第二方面，本实用新型实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，所述中断服务处理包括初始化、系统诊断和系统保护。

本实用新型实施例带来了以下有益效果：

本实用新型提供的车用驱动电机控制装置及系统，包括依次相连的霍尔传感器、数字信号微处理器、双模切换器和双模动力驱动马达控制，以及与双模动力驱动马达控制相连的电流传感器；通过霍尔传感器采集电机转子的参数信息，电流传感器采集电机转子的驱动电流信息，数字信号微处理器对参数信息进行估测，得到参数估值信息，双模切换器获取预设速度指令，根据预设速度指令、参数估值信息和预设双模切换速度阈值，采用磁滞切换技术对驱动控制模式进行选择，双模动力驱动马达控制根据驱动控制模式对驱动电流信息或者参数估值信息进行处理，并输出脉冲控制信号。本实用新型可以降低成本、提高起动动力输出和中高速高驱动的效率。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例一提供的车用驱动电机控制装置示意图；

图2为本实用新型实施例一提供的车用驱动电机控制系统示意图；

图3为本实用新型实施例三提供的磁滞切换执行方法示意图；

图4为本实用新型实施例六提供的车用驱动电机控制方法流程图。

图标：

100-双模切换器；110-第一PI调节器；120-切换开关；200-数字信号微处理器；300-双模动力驱动马达控制；310-永磁同步马达控制；311-坐标转换模块；312-误差修正模块；313-第三PI调节器；320-直流无刷马达控制；321-第二PI调节器；322-A/D转换器；400-电机；500-电流传感器；600-霍尔传感器；700-晶闸驱动器；800-逆变器。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

现阶段一般电机系统控制分为120度磁场正交控制法和180度弦波控制反失量控制技术。采用120度磁场正交控制法的直流无刷马达控制或永磁同步马达控制在驱动控制的效能及高速转速延伸的方面存在很大的不足。其相对于180度之弦波或矢量控制方法，平均效能约低于5％～10％，高速延伸应用约少于10％～20％的应用率。若采用180度弦波控制或失量控制技术，则必须安装编码器或解角器，以取得较精确的电机转子位置角度，但编码器或解角器成本较高。

基于此，本实用新型实施例提供的一种车用驱动电机控制装置及系统，可以降低电机驱动的成本、提高电机的起动动力输出和中高速高驱动的效率。

为便于对本实施例进行理解，首先对本实用新型实施例所公开的一种车用驱动电机控制装置进行详细介绍。

实施例一：

图1为本实用新型实施例一提供的车用驱动电机控制装置示意图。

参照图1，车用驱动电机控制装置包括：霍尔传感器600、电流传感器500、双模切换器100、数字信号微处理器200和双模动力驱动马达控制300。

霍尔传感器600、数字信号微处理器200、双模切换器100和双模动力驱动马达控制300依次相连，电流传感器500与双模动力驱动马达控制300相连接。

霍尔传感器600，用于采集电机转子的参数信息；电流传感器500，用于采集电机转子的驱动电流信息；数字信号微处理器200，用于对参数信息进行估测，得到参数估值信息；双模切换器100，用于获取预设速度指令，根据预设速度指令、参数估值信息和预设双模切换速度阈值，采用磁滞切换技术对驱动控制模式进行选择；双模动力驱动马达控制300，用于根据驱动控制模式对驱动电流信息或者参数估值信息进行处理，并输出脉冲控制信号。

具体地，参数信息是电机转子的位置/速度信息，相应的参数估值信息是指位置/速度估值信息。结合图2可见，双模切换器100包括第一PI调节器110和切换开关120。双模动力驱动马达控制300包括直流无刷马达控制320和永磁同步马达控制310，驱动控制模式包括方波电流驱动模式和弦波向量驱动模式。第一PI调节器110、切换开关120、永磁同步马达控制310、直流无刷马达控制320和数字信号微处理器200共同属于数字信号处理单元。

该车用驱动电机控制装置通过双模动力驱动马达控制300——双模驱动控制技术、数字信号微处理器200——位置/速度估测技术以及切换开关120——磁滞切换技术这三方面的配合，完成高效能的电机400驱动需求。

电动化车辆的双模动力驱动马达控制300采用低成本的霍尔传感器600作为唯一马达位置/速度感测装置，进行方波电流驱动与弦波向量驱动切换机制的双模驱动控制。如此既可大幅降低电机感测装置的成本，又于起动时利用方波电流驱动易于启动控制，并使电机400在低速时获得较大扭矩输出，高速时再利用磁滞切换技术切入弦波向量驱动控制。另外，采用位置/速度估测技术对电机转子的动态位置及速度进行估测，以使电机400获得较佳的性能输出；该车用驱动电机控制装置可降低电机400成本、减少电机400动力输出的扭矩涟波、提升电机400驱动控制性能及进行高速延伸应用的发展，同时还可以当电机400作为发电功能时，进行全转速范围的能量回生控制机制。

实施例二：

预设双模切换速度阈值包括第一切换阈值和第二切换阈值，驱动控制模式包括方波电流驱动模式和弦波向量驱动模式，双模切换器100包括第一PI调节器110和切换开关120。

第一PI调节器110分别与数字信号微处理器200和切换开关120相连接，切换开关120与双模动力驱动马达控制300相连接。

第一PI调节器110，用于获取预设速度指令，将预设速度指令与参数估值信息进行处理，生成速度环信号，其中，速度环信号包括电流指令；切换开关120，用于将速度环信号与预设双模切换速度阈值进行比较，并在大于第一切换阈值的情况下，采用磁滞切换技术选择弦波向量驱动模式，以及在小于第二切换阈值的情况下，采用磁滞切换技术选择方波电流驱动模式。

具体地，双模驱动控制技术，是在根据系统需求所确定的切换点处，进行方波电流驱动控制(低转速区域)与弦波向量驱动控制(中高转速区域)的驱动控制模式切换。

磁滞切换技术，是第一PI调节器110将预设速度指令和位置/速度估值信息构成控制偏差，将偏差的比例和积分通过线性组合生成速度环信号，切换开关120将速度环信号与预设双模切换速度阈值进行比较，根据比较结果进行切换。在方波电流驱动可控制模式向弦波向量驱动控制模式切换的过程中，为避免造成在切换点的驱动振动问题，即于切换点下所造成驱动控制模式跳动所产生的振动问题，这里将采用磁滞切换技术，以解决振动问题。

实施例三：

脉冲控制信号包括脉冲宽度调制PWM控制信号，双模动力驱动马达控制300包括直流无刷马达控制320。直流无刷马达控制320采用方波电流驱动模式，对驱动电流信息和电流指令进行处理，生成PWM控制信号。

直流无刷马达控制320包括模数A/D转换器322和第二PI调节器321，A/D转换器322与电流传感器500相连用于将驱动电流信息进行处理，生成数字电流信息；第二PI调节器321，与切换开关120相连，用于获取电流指令，对电流指令和数字电流信息进行处理，生成PWM控制信号。

脉冲控制信号还包括空间矢量脉冲宽度调制SVPWM控制信号，双模动力驱动马达控制300还包括永磁同步马达控制310。永磁同步马达控制310采用弦波向量驱动模式，对速度指令和参数估值信息进行处理，生成SVPWM控制信号。

永磁同步马达控制310包括坐标转换模块311和误差修正模块312，以及还包括第三PI调节器313，坐标转换模块311通过第三PI调节器313与切换开关120相连，坐标转换模块311同时还分别与数字信号微处理器200和误差修正模块312相连，误差修正模块312与晶闸驱动器700相连。

坐标转换模块311，用于对参数估值信息进行克拉克变换和帕克变换，得到位置/角度变换信息；误差修正模块312，用于对位置/角度变换信息进行修正，生成SVPWM控制信号。

这里，在运行过程中，第一PI调节器110生成的速度环信号经切换开关120传输给第三PI调节器313，同时，坐标转换模块311得到位置/角度变换信息亦传输给第三PI调节器313；第三PI调节器313对速度环信号和位置/角度变换信进行处理，生成更新的控制信号，并与参数估值信息同时发送给坐标转换模块311，坐标转换模块311与误差修正模块312及其他工作单元相互配合，对接收的多种信号进行处理，输出实时更新的SVPWM控制信号。

具体地，双模驱动控制技术是通过直流无刷马达控制320和永磁同步马达控制310实现的。双模驱动控制技术是在根据系统需求所确定的切换点处，进行方波电流驱动控制(低转速区域)与弦波向量驱动控制(中高转速区域)的驱动控制模式切换。这里的切换点即为预设双模切换速度阈值，目前以电机400转速信息做为参考依据，而该转速信息是根据电机400本身性能所规定的。在切换转速区域后，电机400驱动控制可获最大效能目标。参照图3，电机400由低速状态升到高速状态，当升到第一切换阈值时，由方波电流驱动控制模式切换为弦波向量驱动控制模式；电机400由高速状态降到低速状态，当降到第二切换阈值时，由弦波向量驱动控制模式切换为方波电流驱动控制模式。

实施例四：

车用驱动电机控制装置还包括晶闸驱动器700、逆变器800和电机400；

晶闸驱动器700与双模动力驱动马达控制300相连，具体为分别与误差修正模块312和第二PI调节器321相连，用于根据脉冲控制信号生成驱动控制信号；逆变器800与晶闸驱动器700相连接，用于根据驱动控制信号输出驱动功率信号，可对电机400的转速进行控制；电机400分别与逆变器800、电流传感器500和霍尔传感器600相连接，用于根据驱动功率信号进行运转。

实施例五：

车用驱动电机控制系统包括电机控制器和如上的车用驱动电机控制装置。

电机控制器通过CAN总线与车用驱动电机控制装置相连接，用于对车用驱动电机控制装置进行中断服务处理。

具体地，中断服务处理包括初始化、系统诊断和系统保护。系统初始设定执行中包含系统硬件I/O规划、系统频率规划及参数初始设定等。非中断系统反复执行包含系统数据运算、系统诊断保护处理及系统通讯传输处理等。

实施例六：

图4为本实用新型实施例七提供的车用驱动电机控制方法流程图。

参照图4，车用驱动电机控制方法包括如下步骤：

步骤S10，采集电机转子的参数信息和驱动电流信息；

步骤S20，对参数信息进行估测，得到参数估值信息；

步骤S30，获取预设速度指令，将预设速度指令与参数估值信息进行处理，生成速度环信号，其中，速度环信号包括电流指令；

步骤S40，将速度环信号与预设双模切换速度阈值进行比较；如果大于第一切换阈值，则执行步骤S61；如果小于第二切换阈值，则执行步骤S62；

步骤S51，采用磁滞切换技术选择弦波向量驱动模式；

步骤S61，采用弦波向量驱动模式，对速度指令和参数估值信息进行处理，生成SVPWM控制信号；

步骤S52，采用磁滞切换技术选择方波电流驱动模式；

步骤S62，采用磁滞切换技术选择弦波向量驱动模式。

步骤S70，根据脉冲控制信号生成驱动控制信号，并根据驱动控制信号输出驱动功率信号；

步骤S80，根据驱动功率信号进行运转。

具体的，该方法以车用驱动电机控制装置为硬件支撑。

本实用新型提供的车用驱动电机控制装置及系统，该装置包括依次相连的霍尔传感器、数字信号微处理器、双模切换器和双模动力驱动马达控制，以及与双模动力驱动马达控制相连的电流传感器；该系统还包括电机控制器。通过霍尔传感器采集电机转子的参数信息，电流传感器采集电机转子的驱动电流信息，数字信号微处理器对参数信息进行估测，得到参数估值信息，双模切换器获取预设速度指令，根据预设速度指令、参数估值信息和预设双模切换速度阈值，采用磁滞切换技术对驱动控制模式进行选择，双模动力驱动马达控制根据驱动控制模式对驱动电流信息或者参数估值信息进行处理，并输出脉冲控制信号，电机控制器对车用驱动电机控制装置进行初始化、系统诊断和系统保护等处理。本实用新型可以降低成本、提高起动动力输出和中高速高驱动的效率。

本实用新型实施例所提供的车用驱动电机控制装置及系统的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

另外，在本实用新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

所述功能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，本实用新型的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本实用新型各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。