电机档位控制系统及控制方法 【技术领域】
本发明涉及电机档位控制系统及控制方法。
背景技术
电动汽车中的电机档位控制系统用于在电动汽车处于驻车档位时带动开关磁阻电机对变速箱的机械结构进行锁止和解锁，从而达到驻车和行车的目的。开关磁阻电机的工作原理与反应式步进电机的工作原理一样，都是通过经过特定调制的脉冲来对电机的步数以及每一步的转动角度进行控制，即对电机输入一个特定的脉冲序列使得电机转动到一个指定的位置(即处于目标档位时电机的转动位置)。但由于带负载能力不强，在负载变化时电机容易产生失步现象，电动汽车在不同路况下锁止和解锁变速箱的负载会有所不同，且车上的供电会由整车的电气负载不同有所波动。为了消除电机在不同路况下产生失步现象带来的影响，需要对当前的电机档位控制系统进行完善，使得电机能够旋转到正确的位置。
【发明内容】
本发明的目的是针对现有的电动汽车电机档位控制系统及控制方法在不同路况下对电机进行控制时存在失步现象，导致电机无法旋转到正确的位置的问题，提供一种能够在电机发生失步现象时，确保电机旋转到正确位置的电机档位控制系统及控制方法。
本发明提供的电机档位控制系统包括中央处理器和脉冲调制电路，所述中央处理器与脉冲调制电路相连，所述中央处理器用于根据初始档位和目标档位通过所述脉冲调制电路控制电机的转动，其中，该控制系统还包括与中央处理器连接的电机位置检测装置，用于检测电机转动位置，并将检测到的电机转动位置信号传送到所述中央处理器，所述中央处理器还用于根据接收到的电机转动位置信号判断电机是否到达目标档位，并当所述电机未到达目标档位时，再次通过脉冲调制电路补发脉冲以使电机到达目标档位。
本发明提供电机档位控制方法包括根据初始档位和目标档位通过脉冲调制方式控制电机的转动，其中，该方法还包括：检测电机的转动位置；根据检测到的电机转动位置信号判断电机是否到达目标档位；以及当所述电机未到达目标档位时，通过补发脉冲以使电机到达目标档位。
本发明提供的电机档位控制系统及控制方法通过引入电机位置检测装置实现了对电机的闭环控制，可以在控制电机进行转动之后对转动结果进行检测，判断电机是否到达指定的位置(即目标档位)，并当电机未到达目标档位时，对电机补发脉冲，控制电机到达目标档位。采用本发明提供的电机档位控制系统及控制方法能够在电机发生失步现象时对电机进行再次控制，使电机更精确的到达目标档位，从而大大提高传统电机的档位控制精度。
【附图说明】
图1是本发明提供的电机档位控制系统的结构图；
图2是本发明提供的电机档位控制方法的流程图；
图3(1)和图3(2)是本发明提供的电机位置检测装置的霍尔信号示意图。
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明提供的电机转动位置控制系统及其控制方法做进一步的详细描述。
图1是本发明的电机位置控制系统的结构图。
如图1所示，本发明提供的电机档位控制系统包括中央处理器12和脉冲调制电路16，所述中央处理器12与脉冲调制电路16相连，所述中央处理器12用于根据初始档位和目标档位通过所述脉冲调制电路16控制电机17的转动，其中，该控制系统还包括与中央处理器12连接的电机位置检测装置15，用于检测电机转动位置，并将检测到的电机转动位置信号传送到所述中央处理器12，所述中央处理器12还用于根据接收到的电机转动位置信号判断电机17是否到达目标档位，并当所述电机17未到达目标档位时，再次通过脉冲调制电路16补发脉冲以使电机17到达目标档位。
根据一种实施方式，所述电机位置检测装置15包括霍尔传感器和霍尔信号采集电路，所述霍尔传感器与霍尔信号采集电路相连，霍尔信号采集电路还与中央处理器12连接，霍尔传感器用于通过感应电机17的转动的位置产生霍尔信号，并将产生的霍尔信号传送到霍尔信号采集电路，所述霍尔信号采集电路用于采集来自霍尔传感器的霍尔信号并将采集到的霍尔信号传送到中央处理器12。
在本发明的一种优选实施方式中，所述电机位置检测装置15中的霍尔传感器包括三个霍尔芯片，这三个霍尔芯片对电机17的转动进行感应，分别产生一组霍尔信号，电机位置检测装置中的霍尔信号采集电路对这三组霍尔信号进行采集。图3(1)和图3(2)是根据本发明地一种优选实施方式的电机位置检测装置15的霍尔信号示意图。在这种实施方式中，电机位置检测装置15中的霍尔传感器产生A相、B相和C相共三组霍尔电信号，这三组信号分别由三块不同的霍尔芯片产生，通过比较它们之间的相位关系可以判断电机17的转动方向，三个霍尔芯片位于电机17内部与转子相连的信号环下方，固定在电机17的后端盖上，A、C两相所对应的霍尔芯片位于以转子轴为圆心的同一圆上，该圆周半径与信号环外圈的半径相同，在信号环外圈上均匀分布有N个磁极，这N个磁极对所述对应于A相和C相的霍尔芯片施加磁场，产生霍尔信号。两个相邻磁极之间的角度为360/N度，这样对应于A相、C相的两块芯片之间的角度θ应满足360/N度＜θ＜360-360/N度，其中N值优选为大于2小于100的整数，在本发明的一种实施方式中N值取为48；B相所对应的霍尔芯片位于以转子轴为圆心的另一圆上(直径小于A/C相所对应的霍尔芯片所在圆的直径，与信号环内圈的直径相同)，B相所对应的霍尔芯片所处角度位置随意。
图3(1)和图3(2)分别示出了电机沿锁止方向转动或沿解锁方向转动时三组霍尔信号的相位关系。从图3中还可判断是否存在失步现象并可供中央处理器12从中获取失步数。具体来讲，在本发明的一种实施方式中，当电机17匀速旋转时，如果A相超前C相，则判断电机17沿锁止方向旋转，如果C相超前A相，则可判断电机17沿解锁方向旋转，A相与C相之间相差的角度一定，当不存在失步现象时，A相与C相间相对应的霍尔信号的相位差应该是一定的，本发明中的中央处理器12根据这一点来判断是否存在失步现象以及失步数。每当A、C两相的相位差与应有的相位差相差超过一定数量(例如A、C两相的相位差小于其脉冲周期三分之一或大于其脉冲周期的1/2)时则判断存在失步现象，并且失步数加一，当电机17停止后，便可由计数得到失步数。B相的作用是提供一个判断相位关系的标准，并可在A相或C相出现故障时作为替补使用。
所述中央处理器12能向脉冲调制电路16发送一组驱动脉冲，所述脉冲调制电路16对驱动脉冲的宽度进行调制，改变脉冲宽度能够改变占空比，从而实现对电机的扭矩的控制，控制电机转动到不同的档位。
所述中央处理器12包括信号采集单元、判断单元和控制单元，所述信号采集单元连接到所述判断单元以及所述电机位置检测装置15，所述判断单元还连接到所述控制单元，所述控制单元还连接到脉冲调制电路16；所述信号采集单元用于接收来自所述霍尔信号采集电路的霍尔信号以供所述处理单元进行判断；所述判断单元用于从所述信号采集单元接收霍尔信号，以判断电机17是否到达目标档位；所述控制单元用于根据目标档位通过所述脉冲调制电路16控制电机17的转动，所述控制单元还用于在电机17未到达目标档位时再次通过脉冲调制电路16补发脉冲以使电机17到达目标档位。
所述中央处理器12还用于当所述电机17未到达目标档位时根据接收到的霍尔信号获得电机失步数，并由中央处理器12的判断单元根据所述电机失步数确定补发脉冲的个数。这样中央处理器12只需根据所述失步数输出相应数量的补充脉冲，而不必对补充脉冲的数量再次进行计算，节省了整个操作过程的运行时间。
所述中央处理器12还用于判断电机是否停止转动，并在判断停止后再对电机17是否到达目标档位进行判断。本发明的一种实施方式中通过判断霍尔信号是否消失来确定电机是否停止转动，比如当在一段预定时间内未出现霍尔信号时则可判断电机停止转动。
另外，所述控制系统还可以对电机17、脉冲调制电路16和电机位置检测装置15的状态进行监测，并在上述装置发生异常时及时停止控制系统的工作，这样可避免由系统故障带来的误操作，从而保障电动汽车行驶的安全。根据一种优选实施方式，所述控制系统还包括电压检测电路13和电流检测电路14，所述电压检测电路13和所述电流检测电路14分别与中央处理器12相连，所述电压检测电路13用于检测电机17的工作电压并向中央处理器12输出电压检测信号，所述电流检测电路14用于检测电机17的工作电流并向中央处理器12输出电流检测信号；所述中央处理器12还用于接收所述电压检测信号和电流检测信号，并根据接收到的电压检测信号和电流检测信号判断脉冲调制电路16、电机17和电机位置检测装置15是否正常工作，并在出现异常时控制电机17停止工作。
所述控制系统还包括存储器11，该存储器11连接到所述中央处理器12，所述中央处理器12从存储器11读取电机初始档位，并在电机17转动到目标档位后将目标档位存储到存储器11中。在一种优选实施方式中，所述存储到存储器11中的目标档位将在控制系统下一次运行时作为初始档位使用。存储器11的存在使得控制系统不必在每次执行操作前对电机的初始状态进行判断，而可以根据存储在存储器11中的电机档位而直接得到，从而减少控制系统每一次操作的响应时间。
图2示出了本发明提供的电机档位控制方法的流程图。
如图2所示，该控制方法包括根据初始档位和目标档位通过脉冲调制电方式控制电机17的转动，其中，该控制方法还包括：检测电机17的转动位置；根据检测到的电机转动位置信号判断电机17是否到达目标档位；以及当所述电机17未到达目标档位时，通过补发脉冲以使电机17到达目标档位。
在步骤S100，从存储器11读取初始档位。在本发明的一种实施方式中，所述初始档位就是所述电机档位控制系统进行上一次操作时的存储的目标档位。
在S200，根据初始档位和目标档位通过脉冲调制方式控制电机17的转动。发送一组驱动脉冲，并对发出的驱动脉冲的宽度进行调制，改变脉冲宽度能够改变占空比，从而实现对电机17的扭矩的控制，控制电机17转动到不同的位置。在本发明的一种实施方式中，所述目标档位可通过对换挡杆切换到的档位进行检测而获得。
在S300，检测电机的转动位置。具体来讲，S300包括：感应电机17的转动位置并产生霍尔信号；以及采集所述霍尔信号。
在S400，根据检测到的电机转动位置信号判断电机17是否到达目标档位。如果电机17已经达到目标档位，则直接进入S600；如果电机未达到目标档位则进入S500。
其中只有当电机停止转动时才对电机17是否到达目标档位进行判断。具体来讲，本发明的一种实施方式中通过判断霍尔信号是否消失来确定电机是否停止转动，比如当在一段预定时间内未出现霍尔信号时则可判断电机停止转动。
S500，当电机17未到达目标档位时，通过补发脉冲以使电机17到达目标档位。
具体来讲，当电机17未到达目标档位时，从接收到的霍尔信号中获得电机失步数，并根据得到电机失步数确定补发脉冲的个数。
在S600，电机17已经到达目标档位，在存储器11中对该目标档位进行存储，在本发明的一种实施方式中，被存储的目标档位就是所述电机档位控制系统进行下一次操作时的初始档位。
另外，所述电机档位控制方法还包括：通过电流检测电路14和电压检测电路13来检测电机17的工作电压和工作电流并输出电压检测信号和电流检测信号；以及根据接收到的电压检测信号和电流检测信号判断脉冲调制电路16、电机17和电机位置检测装置15是否正常工作，并在出现异常时控制电机(17)停止工作。在本发明的一种实施方式中，这一步骤在中央处理器12从存储器11读取初始位置之后进行。