一種具有電子差速功能的驅動電路及其應用的製作方法

2023-05-14 09:13:56 1

一種具有電子差速功能的驅動電路及其應用的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種具有電子差速功能的驅動電路及其應用。該電路包括上端控制橋電路和下端控制橋電路；上端控制橋的第一三極體基極通過第一電阻與主控制晶片連接，第一三極體發射極通過第十電阻與外接晶片連接，第一三極體集電極通過第二電阻與第二二極體連接；第二三極體基極與第一三極體集電極直接連接，第二三極體發射極分別與第二電容、第二二極體負極和第二電阻直接連接；應用該電路的電機控制器的具有電子差速功能的驅動電路和電機控制信號輸出接口電路都與電機連接；本發明電機控制器具有電子差速和電量評估功能，增加了系統的可靠性、提高了系統的效率，降低設備的生產成本。
【專利說明】—種具有電子差速功能的驅動電路及其應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種驅動電路，特別是涉及一種具有電子差速功能的驅動電路及其應用。該驅動電路主要應用於電動車輛電機控制系統，尤其是應用於具備電子差速和電量評估功能的電動車輛電機控制系統。
【背景技術】
[0002]近年來，全球能源危機開始加劇，傳統石化能源日趨枯竭，由此引起的環境問題諸如大氣汙染、全球氣溫上升、城市粉塵汙染的危害日漸加劇。21世紀後，各國政府和各大汽車廠商達成共識，即:節能和減排是未來汽車技術發展的主攻方向。而新能源汽車因其具有綠色環保和能源利用效率高等優點，引起了世界各國的廣泛關注。
[0003]電動車輛電機控制器作為電動車輛驅動電機控制技術、動力電池管理技術、整車控制技術這三大核心控制技術之一，是用來控制電動車電機的啟動、運行、進退、速度、停止以及具備控制電動車輛的其它電子器件的核心器件，它就像是電動車輛的大腦，是電動車輛上必備重要的部件。
[0004]目前，廣泛應用的電動車輛電機控制器已具備，恆流控制技術，使堵轉電流和動態運行電流完全一致，保證了電池的壽命的同時提高了電機的啟動轉矩；自動識別電機模式系統，自動識別電機的換相角度、霍爾相位和輸出相位，自動識別電機的輸入及輸出模式，大大降低了控制器的使用要求；隨動ABS系統，具備制動能量回饋及EABS剎車功能，引入汽車級的EABS防抱死技術後可達到剎車靜音、柔和的效果，不管在任何車速下保證剎車的舒適性和穩定性，不會出現ABS在低速情況下剎車失靈現象，不損傷電機，減少機械制動力和機械剎車的壓力，增加了整車制動的安全性同時將產生的能量反饋給電池,從而對電池進行維護，延長電池壽命，增加續行裡程；堵轉保護功能，自動判斷電機在過流時是處於堵轉狀態、運行狀態或電機短路狀態，如果過流時是處於運行狀態，控制器將限流值設定在固定值，以保持整車的驅動能力；如果電機處於堵轉或短路狀態，則控制器預定時間將限流值控制在門限值以下，起到保護電機和電池，節省電能，確保控制器及電池的安全。此一類電機控制器主要存在幾個不足之處:
[0005](I)缺少在電動車輛運行的過程中，由於轉向工況而導致的電動車輛各車輪之間行程和轉速的不一致而引起的速度差，而需要控制器提供一種電子差速機制，以保證車輛正常安全的行駛。
[0006]( 2 )針對電池組總電壓對電池組荷電狀態進行評估，基本滿足鉛酸電池的要求；鋰離子電池的荷電狀態與其總電壓的關聯度遠遠低於鉛酸電池，電池組總電壓不能作為鋰離子電池組荷電狀態評估的依據，而現有系統只滿足鉛酸電池電池組荷電狀態評估，不具備鋰離子電池組荷電狀態實時在線測量評估功能。
[0007](3)缺乏低電量自動告警及自動限制電機輸出的運行管理機制，容易造成車輛運行中途拋錨，強制保護導致動力輸出限制等影響行車安全的事件。
【發明內容】

[0008]本發明的目的在於克服現有技術存在的缺點，提供一種具有電子差速功能的驅動電路，在減少能耗的同時，保證傳動軸及左右半軸的平衡關係，確保車輛行駛的安全、平順。
[0009]本發明的另一目的在於提供應用上述具有電子差速功能的驅動電路電動車輛電機控制系統，增加電機控制系統的電子差速和電量評估的功能。
[0010]本發明的目的通過如下技術方案實現:
[0011]一種具有電子差速功能的驅動電路，包括上端控制橋電路和下端控制橋電路；所述上端控制橋硬體電路主要由第一電阻、第一三極體、第二電阻、第二三極體、第一二極體、第三電阻、第四電阻、第三三極體、第一 MOS管、第一電容、第二電容和第五電阻組成；其中第一三極體基極通過第一電阻與主控制晶片連接，第一三極體發射極通過第十電阻與外接晶片連接，第一三極體集電極通過第二電阻與第二二極體連接；第二三極體基極與第一三極體集電極直接連接，第二三極體發射極分別與第二電容、第二二極體負極和第二電阻直接連接，第二三極體集電極分別與第一二極體和第三電阻直接連接；第三三極體基極與第二三極體集電極直接連接，第三三極體集電極與第一 MOS管柵極直接連接、同時與第一電容連接，第三三極體發射極和第二電容連接，第三三極體基極通過第三電阻與第三三極體發射極連接；第一 MOS管柵極與第四電阻連接，漏極與電源連接，源極與驅動電機連接同時通過第五電阻接地；
[0012]所述下端控制橋硬體電路主要由第二 MOS管、第三電容、第四三極體、第六電阻、第七電阻、第八電阻、第五三極體、第九電阻、第六三極體、第十電阻和第二二極體組成；其中第二 MOS管漏極與驅動電機連接，同時通過第五電阻接地，源極直接接地，柵極與第三電容、第四三極體的集電極和第六電阻連接；第四三極體發射極直接接地，基極通過第八電阻與外接晶片連接；第五三極體基極與第一電源直接連接，第五三極體發射極通過第八電阻和第七電阻與第四三極體基極連接，第五三極體集電極與第六三極體基極直接連接；第六三極體集電極通過第六電阻與第二 MOS管柵極連接，第六三極體發射極分別與第二電源、第二二極體正極和第九電阻連接；第九電阻和第五三極體集電極連接。
[0013]優選地，所述第一三極體發射極通過第十電阻與外接晶片的高電平輸出引腳連接。所述基極通過第八電阻與外接晶片的低電平輸出引腳連接。所述第一電源位+5V電源。所述第二電源為+IOV電源。
[0014]包含所述的驅動電路的電機控制器；該電機控制器的電源輸入及調理接口電路、電子油門信號輸入接口電路、電子剎車信號輸入接口電路、轉速、電壓、電流、溫度信號輸入接口電路、通訊接口、具有電子差速功能的驅動電路、電機控制信號輸出接口電路和儀錶盤顯示數據輸出接口電路分別與主控制晶片連接；電源輸入及調理接口電路、電子油門信號輸入接口電路、電子剎車信號輸入接口電路以及轉速、電壓、電流、溫度信號輸入接口電路分別與外部電源、電子油門踏板、剎車踏板以及轉速、電壓、電流和溫度的傳感器相連接；通訊接口和儀錶盤顯示數據輸出接口電路分別車輛其他系統和儀表連接；具有電子差速功能的驅動電路和電機控制信號輸出接口電路都與電機連接；
[0015]電機控制器通過電子油門信號輸入接口電路獲取電子油門0.8?4.2V的電壓模擬信號；電機控制器通過轉速、電壓、電流、溫度信號輸入接口電路獲取方向盤轉角O?5V的電壓模擬信號，電壓模擬信號由主控制晶片轉換為數字量信號，經主控制晶片內部運算單元電子差速控制算法運算；運算公式為ω ? = ω # = (L/tan δ-D/2)/(L/tan δ+D/2);其中，L為前後輪距，D為軸距，δ為轉向角度，ω ?為內驅動輪轉速，ω #為外驅動輪轉速；運算後，對左右輪驅動電機輸出不同的PWM控制信號，該信號根據轉角角度大小，結合車軸距、前後輪距計算，再通過電機控制器進行輸出控制，使外側半軸轉速加快，內側半軸轉速減慢，實現兩邊車輪轉速的差異。
[0016]優選地，電機控制器通過電壓、電流、溫度輸入接口電路採集電壓、電流、溫度信息，送至主控制晶片，然後執行以下的荷電狀態動態實時估算策略進行電量評估:
[0017](I)根據動力電池等效電路模型確定運算表達式
[0018]
【權利要求】
1.一種具有電子差速功能的驅動電路，其特徵在於，包括上端控制橋電路和下端控制橋電路；所述上端控制橋硬體電路主要由第一電阻、第一三極體、第二電阻、第二三極體、第一二極體、第三電阻、第四電阻、第三三極體、第一 MOS管、第一電容、第二電容和第五電阻組成；其中第一三極體基極通過第一電阻與主控制晶片連接，第一三極體發射極通過第十電阻與外接晶片連接，第一三極體集電極通過第二電阻與第二二極體連接；第二三極體基極與第一三極體集電極直接連接，第二三極體發射極分別與第二電容、第二二極體負極和第二電阻直接連接，第二三極體集電極分別與第一二極體和第三電阻直接連接；第三三極體基極與第二三極體集電極直接連接，第三三極體集電極與第一 MOS管柵極直接連接、同時與第一電容連接，第三三極體發射極和第二電容連接，第三三極體基極通過第三電阻與第三三極體發射極連接；第一 MOS管柵極與第四電阻連接，漏極與電源連接，源極與驅動電機連接同時通過第五電阻接地； 所述下端控制橋硬體電路主要由第二 MOS管、第三電容、第四三極體、第六電阻、第七電阻、第八電阻、第五三極體、第九電阻、第六三極體、第十電阻和第二二極體組成；其中第二 MOS管漏極與驅動電機連接，同時通過第五電阻接地，源極直接接地，柵極與第三電容、第四三極體的集電極和第六電阻連接；第四三極體發射極直接接地，基極通過第八電阻與外接晶片連接；第五三極體基極與第一電源直接連接，第五三極體發射極通過第八電阻和第七電阻與第四三極體基極連接，第五三極體集電極與第六三極體基極直接連接；第六三極體集電極通過 第六電阻與第二 MOS管柵極連接，第六三極體發射極分別與第二電源、第二二極體正極和第九電阻連接；第九電阻和第五三極體集電極連接。
2.根據權利要求1所述的具有電子差速功能的驅動電路，其特徵在於，所述第一三極體發射極通過第十電阻與外接晶片的高電平輸出引腳連接。
3.根據權利要求1所述的具有電子差速功能的驅動電路，其特徵在於，所述基極通過第八電阻與外接晶片的低電平輸出引腳連接。
4.根據權利要求1所述的具有電子差速功能的驅動電路，其特徵在於，所述第一電源為+5V電源。
5.根據權利要求1所述的具有電子差速功能的驅動電路，其特徵在於，所述第二電源為+IOV電源。
6.包含權利要求1- 5任一項所述的驅動電路的電機控制器，其特徵在於，該電機控制器的電源輸入及調理接口電路、電子油門信號輸入接口電路、電子剎車信號輸入接口電路、轉速、電壓、電流、溫度信號輸入接口電路、通訊接口、具有電子差速功能的驅動電路、電機控制信號輸出接口電路和儀錶盤顯示數據輸出接口電路分別與主控制晶片連接；電源輸入及調理接口電路、電子油門信號輸入接口電路、電子剎車信號輸入接口電路以及轉速、電壓、電流、溫度信號輸入接口電路分別與外部電源、電子油門踏板、剎車踏板以及轉速、電壓、電流和溫度的傳感器相連接；通訊接口和儀錶盤顯示數據輸出接口電路分別車輛其他系統和儀表連接；具有電子差速功能的驅動電路和電機控制信號輸出接口電路都與電機連接； 電機控制器通過電子油門信號輸入接口電路獲取電子油門0.8~4.2V的電壓模擬信號；電機控制器通過轉速、電壓、電流、溫度信號輸入接口電路獲取方向盤轉角O~5V的電壓模擬信號，電壓模擬信號由主控制晶片轉換為數字量信號，經主控制晶片內部運算單元電子差速控制算法運算；運算公式為ω ? = ω # = (L/tan δ -D/2) / (L/tan δ +D/2);其中,L為前後輪距，D為軸距，δ為轉向角度，ω @為內驅動輪轉速，ω #為外驅動輪轉速；運算後,對左右輪驅動電機輸出不同的PWM控制信號，該信號根據轉角角度大小，結合車軸距、前後輪距計算，再通過電機控制器進行輸出控制，使外側半軸轉速加快，內側半軸轉速減慢，實現兩邊車輪轉速的差異。
7.根據權利要求6所述的驅動電路的電機控制器，其特徵在於，電機控制器通過電壓、電流、溫度輸入接口電路採集電壓、電流、溫度信息，送至主控制晶片，然後執行以下的荷電狀態動態實時估算策略進行電量評估: (1)根據動力電池等效電路模型確定運算表達式
8.保護權利要求6所述電機控制器的電動車輛動力系統，其特徵在於，包括動力電池組、電機控制器、電機、轉速傳感器、電子儀表和電流傳感器；電機控制器分別通過電機三相電源線、電機控制信號線與電機連接；電機控制器通過電機轉速信號線與轉速傳感器連接；轉速傳感器與電機直接相連；電機控制器分別與鋰離子動力電池組的正極和負極連接；電機控制器與電子儀表連接；電流傳感器串聯接入電機控制器和鋰離子動力電池組的正極之間的線路中。
9.根據權利要求8所述的電動車輛動力系統，其特徵在於，所述動力電池組的電池為鋰離子動力電池或鎳氫動力電池。
10.根據權利要求8所述的電動車輛動力系統，其特徵在於，所述電機為交流電機、永磁同步電機、無刷直流電機；電機額定功率為300w - 15Kw，額定電壓為24V - 96V。
【文檔編號】B60L15/00GK103921691SQ201410056705
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年2月19日 優先權日:2014年2月19日
【發明者】李慧琪, 歐陽劍, 周遠山 申請人:廣州益維電動汽車有限公司