《一種用於汽車的電動機控制器》是天津市松正電動科技有限公司於2010年9月29日申請的專利，該專利的申請號為2010105022530，公布號為CN101997474A，授權公布日為2011年3月30日，發明人是杜承潤。
《一種用於汽車的電動機控制器》公開一種電動機控制器，用於對汽車中的交流電動機進行控制，連線在整車控制器和交流電動機之間，採用DSP和CPLD來實現，所述電動機控制器包括：輔助電源模組（10）、數位訊號處理器DSP（20）、逆變器（30）、CPLD模組（40）、保護模組（50）和感測器模組（60）。由於CPLD分擔了DSP的負荷，提高了處理效率，且實現成本低。
2016年12月7日，《一種用於汽車的電動機控制器》獲得第十八屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《一種用於汽車的電動機控制器》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種用於汽車的電動機控制器
- 公布號：CN101997474A
- 授權日：2011年3月30日
- 申請號：2010105022530
- 申請日：2010年9月29日
- 申請人：天津市松正電動科技有限公司
- 地址：天津市空港經濟區西十道一號
- 發明人：杜承潤
- Int.Cl.：H02P21/00(2006.01)I；H02P27/12(2006.01)I
- 代理機構：北京集佳智慧財產權代理有限公司
- 代理人：馬敬、逯長明
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
截至2010年9月，中國已成為世界最大的汽車市場，據發明人預估：到2020年中國汽車保有量將達到兩億輛左右，其間車用燃料消費將達到約3億噸，中國汽車業必須尋求新的替代能源。以交流電動機為動力的電動汽車以及混合動力汽車已逐漸被人們認可，市場前景十分巨大。交流電動機作為電動汽車的動力源，是動力系統的核心部件，它的控制效果對於整車性能有著非常重要的影響。
截至2010年9月，電動汽車大多處於試研製或樣車階段，還沒有可靠的適於產業化套用的電機控制器。
發明內容
專利目的
《一種用於汽車的電動機控制器》在於提供一種適於產業化套用的用於汽車的電動機控制器，不但能夠滿足產業化套用需求，還可以最大限度的降低成本。
技術方案
一種電動機控制器，用於對汽車中的交流電動機進行控制，連線在整車控制器和交流電動機之間，所述電動機控制器包括：輔助電源模組10、數位訊號處理器DSP20、逆變器30、CPLD模組40、保護模組50和感測器模組60，其中，用於為所述DSP提供電源的輔助電源模組10，與數位訊號處理器DSP連線；感測器模組60中數據採集頭作為感測器模組60的輸入端與交流電動機連線，將採樣信號通過感測器模組60的輸出端傳輸給DSP20；用於對交流電動機進行電壓、電流檢測的保護模組50，將得到的電壓、電流檢測信號傳輸至CPLD模組40；CPLD模組40，根據接收到的電壓、電流檢測信號進行邏輯處理，將處理後得到的信號用於故障指示和總故障信號以傳輸給DSP20，將用於保護以控制逆變器30開閉的開關信號傳輸給逆變器30；DSP20，接收來自整車控制器的用戶信號，儀表接口信號和數字驅動接口信號，接收來自CPLD模組40的總故障信號，來自感測器模組的採樣信號，向逆變器30輸出總控制信號；接收來自感測器60的採樣信號，傳輸給整車控制器；逆變器30，根據接收到的空間矢量脈寬調製信號控制交流電動機。
其中，所述DSP20具體包括：整車通訊模組21、電動機矢量控制模組22、空間電壓矢量脈寬調製模組SVPWM23、模數轉換模組24和感測器信號處理模組25，其中，整車通訊模組21，接收來自整車控制器的用戶信號，儀表接口信號和數字驅動接口信號，將接收到的所述信號傳輸給電動機矢量控制模組22；接收來自感測器信號處理模組25的信號，傳輸給整車控制器；模數轉換模組24，接收來自感測器模組60的採樣信號，對所述採樣信號進行預處理並轉換為數位訊號後，傳遞給感測器信號處理模組25；感測器信號處理模組25的兩個輸出端分別與整車通訊模組21和電動機矢量控制模組22連線；電動機矢量控制模組22，接收來自整車通訊模組21和感測器信號處理模組25的信號，傳輸給SVPWM23；SVPWM23的輸入端與電動機矢量控制模組22連線，輸出端與逆變器30連線。
其中，所述保護模組50包括：過壓保護模組51和過流保護模組52，其中，過壓保護模組51，對電路中母線的電壓進行檢測，將欠電壓或過電流信號傳送給CPLD模組40；過流保護模組52，對交流電動機的相電流進行檢測，將U相波峰波谷、V相波峰波谷信號傳送給CPLD模組40。
其中，所述DSP20為TMS320F2803系列晶片。
其中，所述CPLD模組40為EMP3000系列晶片。
改善效果
套用《一種用於汽車的電動機控制器》實施例提供的電動機控制器，由於CPLD分擔了DSP的負荷，因而，提高了處理效率，且實現成本低。
附圖說明
圖1是根據《一種用於汽車的電動機控制器》實施例的一種電動機控制器的控制原理框圖。
圖1
技術領域
《一種用於汽車的電動機控制器》涉及自動控制技術領域，特別涉及一種用於汽車的電動機控制器。
權利要求
1.一種電動機控制器，用於對汽車中的交流電動機進行控制，連線在整車控制器和交流電動機之間，其特徵在於，所述電動機控制器包括：輔助電源模組（10）、數位訊號處理器DSP（20）、逆變器（30）、CPLD模組（40）、保護模組（50）和感測器模組（60），其中，用於為所述DSP提供電源的輔助電源模組（10），與數位訊號處理器DSP連線；感測器模組（60）中數據採集頭作為感測器模組（60）的輸入端與交流電動機連線，將採樣信號通過感測器模組（60）的輸出端傳輸給DSP（20）；用於對交流電動機進行電壓、電流檢測的保護模組（50），將得到的電壓、電流檢測信號傳輸至CPLD模組（40）；CPLD模組（40），根據接收到的電壓、電流檢測信號進行邏輯處理，將處理後得到的信號用於故障指示和總故障信號以傳輸給DSP（20），將用於保護以控制逆變器（30）開閉的開關信號傳輸給逆變器（30）；DSP（20），接收來自整車控制器的用戶信號，儀表接口信號和數字驅動接口信號，接收來自CPLD模組（40）的總故障信號，來自感測器模組的採樣信號，向逆變器（30）輸出總控制信號；接收來自感測器（60）的採樣信號，傳輸給整車控制器；逆變器（30），根據接收到的空間矢量脈寬調製信號控制交流電動機。
2.根據權利要求1所述的電動機控制器，其特徵在於，所述DSP（20）具體包括：整車通訊模組（21）、電動機矢量控制模組（22）、空間電壓矢量脈寬調製模組SVPWM（23）、模數轉換模組（24）和感測器信號處理模組（25），其中，整車通訊模組（21），接收來自整車控制器的用戶信號，儀表接口信號和數字驅動接口信號，將接收到的所述信號傳輸給電動機矢量控制模組（22）；接收來自感測器信號處理模組（25）的信號，傳輸給整車控制器；模數轉換模組（24），接收來自感測器模組（60）的採樣信號，對所述採樣信號進行預處理並轉換為數位訊號後，傳遞給感測器信號處理模組（25）；感測器信號處理模組（25）的兩個輸出端分別與整車通訊模組（21）和電動機矢量控制模組（22）連線；電動機矢量控制模組（22），接收來自整車通訊模組（21）和感測器信號處理模組（25）的信號，傳輸給SVPWM（23）；SVPWM（23）的輸入端與電動機矢量控制模組（22）連線，輸出端與逆變器（30）連線。
3.根據權利要求1所述的電動機控制器，其特徵在於，所述保護模組（50）包括：過壓保護模組（51）和過流保護模組（52），其中，過壓保護模組（51），對電路中母線的電壓進行檢測，將欠電壓或過電流信號傳送給CPLD模組（40）；過流保護模組（52），對交流電動機的相電流進行檢測，將U相波峰波谷、V相波峰波谷信號傳送給CPLD模組（40）。
4.根據權利要求1所述的電動機控制器，其特徵在於，所述DSP（20）為TMS320F2803系列晶片。
5.根據權利要求1所述的電動機控制器，其特徵在於，所述CPLD模組（40）為EMP3000系列晶片。
實施方式
2010年9月前技術中也存在電動機控制器，但該電動機控制器基本是僅通過數位訊號處理器（DSP，Digital Signal Processor）來實現的，DSP是一種獨特的微處理器，是以數位訊號來處理大量信息的器件。其工作原理是接收模擬信號，轉換為0或1的數位訊號，再對數位訊號進行修改、刪除、強化，並在其他系統晶片中把數字數據解譯回模擬數據或實際環境格式。它不僅具有可程式性，而且其實時運行速度可達每秒數以千萬條複雜指令程式。2010年9月前技術中，對於DSP而言，不僅需要處理來自整車控制器的各種信號，還要處理來自保護電路的各種信號，導致處理的事務繁雜，因而影響處理效率，導致反映慢、效率低，易出現故障。
《一種用於汽車的電動機控制器》實施例中的電動機控制器，採用DSP和複雜可程式邏輯器件CPLD（Complex Programmable Logic Device）來實現，CPLD是一種用戶根據各自需要而自行構造邏輯功能的數字積體電路。由可程式邏輯宏單元圍繞中心的可程式互連矩陣單元組成。由於CPLD分擔了DSP的負荷，提高了處理效率，且實現成本低。
參見圖1，其是根據《一種用於汽車的電動機控制器》實施例的一種電動機控制器的控制原理框圖。該發明實施例提供的電動機控制器用於對汽車中的交流電動機進行控制，其連線在整車控制器和交流電動機之間，該電動機控制器包括：輔助電源模組10、數位訊號處理器DSP20、逆變器30、CPLD模組40、保護模組50和感測器模組60，其中，用於為所述DSP提供電源的輔助電源模組10，與數位訊號處理器DSP連線，以為DSP供電；
具體的，該輔助電源模組10採用高頻開關電源實現，具有體積小、效率高、容易實現多路輸出和可靠性較好的優點，提高了電動機控制器的抗干擾能力。
感測器模組60中數據採集頭作為感測器模組60的輸入端與交流電動機連線，將採樣信號通過感測器模組60的輸出端傳輸給DSP20；用於對交流電動機進行電壓、電流檢測的保護模組50，將得到的電壓、電流檢測信號傳輸至複雜可程式邏輯器（CPLD）模組40；CPLD模組40，根據接收到的電壓、電流檢測信號進行邏輯處理，將處理後得到信號用於故障指示和總故障信號以傳輸給DSP20，將用於保護以控制逆變器30開閉的開關信號傳輸給逆變器30；DSP20，接收來自整車控制器的用戶信號，儀表接口信號和數字驅動接口信號，接收來自CPLD模組40的總故障信號，來自感測器模組的採樣信號，向逆變器30輸出總控制信號；接收來自感測器信號處理模組25的信號，傳輸給整車控制器；逆變器30，根據接收到的空間矢量脈寬調製信號控制交流電動機。
需要說明的是，上述DSP20可以具體包括：整車通訊模組21、電動機矢量控制模組22、空間電壓矢量脈寬調製模組SVPWM23、模數轉換模組24和感測器信號處理模組25，其中，整車通訊模組21，接收來自整車控制器的用戶信號，儀表接口信號和數字驅動接口信號，將接收到的所述信號傳輸給電動機矢量控制模組22；接收來自感測器60的採樣信號，傳輸給正常控制器；具體的，用戶信號包括用戶I/O信號和用戶A/D信號。其中，用戶I/O信號包括鑰匙信號、外部使能信號、前進信號、倒車信號、剎車信號、手剎互鎖信號、充電互鎖信號、電池充電燈控制信號供DSP進行判斷處理；用戶A/D信號包括兩路互為冗餘的加速器信號、制動踏板信號等用於通過感測器傳遞給DSP的信號。儀表接口信號包括電量輸出信號、速度輸出信號、故障信號、狀態顯示信號傳遞給外圍儀表。數字驅動接口信號包括驅動泵信號、報警驅動信號等傳遞給各外圍執行和報警裝置的信號。
模數轉換模組24，接收來自感測器模組60的採樣信號，對所述採樣信號進行預處理並轉換為數位訊號後，傳遞給感測器信號處理模組25；具體的，模數轉換模組24對感測模擬信號進行預處理，用光耦、運放、電壓比較器進行隔離、電平轉換和比較以產生保護輸入信號，然後變換為數位訊號後傳遞給感測器信號處理模組25。
感測器信號處理模組25的兩個輸出端分別與整車通訊模組21和電動機矢量控制模組22連線；其中，感測器模組60中的數據採集頭採樣交流電動機的母線電路信號輸出、UV兩相電流信號輸出、交流電動機溫度輸出、轉子位置信號，通過模數轉換模組24和感測器信號處理模組25得到交流電動機相電流信號、交流電動機轉子位置角、交流電動機轉速以及交流電動機溫度和逆變器溫度信號值，通過整車通訊模組21傳送交流電動機的信息給整車控制器，同時輸入給交流電動機矢量控制模組。
電動機矢量控制模組22，接收來自整車通訊模組21和感測器信號處理模組25的信號，傳輸給SVPWM23；具體的，電動機矢量控制模組22根據運行模式和速度指令以及扭矩指令的要求，通過採用每安培最大扭矩控制或者弱磁控制產生直軸和交軸電流進行比例、積分智慧型（PI）控制，輸出直軸和交軸電壓值，再採用克拉克（Clark）逆變換和派克（Park）逆變換產生SVPWM的輸入信號。
SVPWM23的輸入端與電動機矢量控制模組22連線，輸出端與逆變器30連線。其中，SVPWM23接收交流電動機矢量控制模組的脈衝寬度調製（PWM）信號，輸出信號輸入逆變器30以驅動交流電動機旋轉。空間矢量脈寬調製（Space Vector Pulse Width Modulation，SVPWM）的主要思想是：以三相對稱正弦波電壓供電時交流電動機定子理想磁鏈圓為參考標準，以三相逆變器不同開關模式作適當的切換，從而形成PWM波形，以所形成的實際磁鏈矢量來追蹤其準確磁鏈圓。傳統的SPWM方法從電源的角度出發，以生成一個可調頻調壓的正弦波電源，而SVPWM方法將逆變系統和異步交流電動機看作一個整體來考慮，模型比較簡單，也便於微處理器的實時控制。
需要說明的是，上述保護模組50可以具體包括：過壓保護模組51和過流保護模組52，其中，過壓保護模組51，對電路中母線的電壓進行檢測，將欠電壓或過電流信號傳送給CPLD模組40；過流保護模組52，對交流電動機的相電流進行檢測，將U向波峰波谷、V相波峰波谷信號傳送給CPLD模組40。
上述過壓保護模組51可以由硬體過壓保護電路來實現，過流保護模組52可以由硬體過流保護電路來實現。需要說明的是，《一種用於汽車的電動機控制器》實施例並不對過壓保護模組51、過流保護模組52的具體實現方式進行限定，任何能夠實現過壓欠壓保護、過流欠流保護功能的電路或軟體模組都可以套用於該發明實施例。
《一種用於汽車的電動機控制器》實施例中所述涉及的DSP20可以由TMS320F2803系列晶片來實現，涉及的CPLD模組40可以由EMP3000系列晶片來實現。
綜上，在《一種用於汽車的電動機控制器》實施例中，整車控制器通過整車通訊模組21給電動機矢量控制模組22傳送開關量信號、車輛儀表、電子油門等信息，DSP20包括電動機矢量控制模組22、SVPWM23、模數轉換模組24、感測器信號處理模組25和整車通訊模組21。CPLD具有故障邏輯處理、判斷及保護功能。與感測器模組60輸入端相連的數據採集頭與交流電動機相連，感測器模組60輸出端經模數轉換後與感測器信號處理模組25的輸入端相連，感測器信號處理模組25的兩個輸出端分別與整車通訊模組21和電動機矢量控制模組22相連，電動機矢量控制模組22的輸出端與SVPWM23相連，SVPWM23的輸出端與逆變器30的輸入端相連，經逆變器30將控制信號輸出至交流電動機。輔助電源模組10採用高頻開關電源通過DSP20為交流電動機控制模組提供電源。
《一種用於汽車的電動機控制器》實施例所提供的電動機控制器可套用於各類電動汽車的多種類型的交流電動機，如既可以套用於混合動力汽車又可以套用於純電動汽車等，可以對異步交流電動機進行控制，也可以對永磁同步電動機進行控制。
可見，套用《一種用於汽車的電動機控制器》實施例提供的電動機控制器，由於CPLD分擔了DSP的負荷，因而，提高了處理效率，且實現成本低。
榮譽表彰
2016年12月7日，《一種用於汽車的電動機控制器》獲得第十八屆中國專利優秀獎。
