TW201526518A - 馬達控制系統及方法 - Google Patents

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Abstract

一種馬達控制系統，其用於控制馬達，該馬達包括馬達轉子，該馬達控制系統包括馬達驅動器、解角器、解碼晶片、馬達相電流感測器及控制器，該解碼晶片通過解角器與馬達轉子電性連接，以判斷馬達轉子的絕對角度和增量角度，該解碼晶片與控制器電性連接，用於將絕對角度和增量角度傳送至控制器，該馬達相電流感測器電性連接於馬達與控制器之間，用於估算馬達轉子的角度，並將該估算的角度傳送至控制器，該馬達驅動器與馬達電性連接，該控制器與馬達驅動器電性連接，該控制器用於依據絕對角度、增量角度和估算的角度分別執行不同程序以控制馬達驅動器輸出的電流。

Description

馬達控制系統及方法
本發明涉及一種汽車控制系統，尤其涉及一種馬達控制系統及方法。
隨著近年來環保意識的加強，各國皆著手進行電動車的推廣。現在多數的電動車輛的驅動馬達使用場定向控制(field oriented control，FOC)作為馬達控制方案，此種方法所需要倚靠精準的馬達轉子角度來達成高效率、高控制性的動態，因此如何獲得精準的馬達轉子角度成為此控制方式的重要議題。
解角器(Resolver) 因抗髒污、結構強度強等特性而被廣泛運用為車輛的馬達轉子角度感測器。然而，當車輛發生故障時，由於解角器故障、解碼晶片故障與雜訊造成的通訊錯誤或失效，往往造成車輛性能不可控，從而影響行駛安全。
鑒於以上內容，有必要提供一種在車輛發生故障時行駛性能仍可控的馬達控制系統。
另，還有必要提供一種在車輛發生故障時行駛性能仍可控的馬達控制方法。
一種馬達控制系統，其用於控制馬達，該馬達包括馬達轉子，該馬達控制系統包括馬達驅動器、解角器、解碼晶片、馬達相電流感測器及控制器，該解碼晶片通過解角器與馬達轉子電性連接，以判斷馬達轉子的絕對角度和增量角度，該解碼晶片與控制器電性連接，用於將絕對角度和增量角度傳送至控制器，該馬達相電流感測器電性連接於馬達與控制器之間，用於估算馬達轉子的角度，並將該估算的角度傳送至控制器，該馬達驅動器與馬達電性連接，該控制器與馬達驅動器電性連接，該控制器用於依據絕對角度、增量角度和估算的角度分別執行不同程序以控制馬達驅動器輸出的電流。
一種馬達控制方法，其應用於一種馬達控制系統，該馬達控制系統用於控制馬達，該馬達包括馬達轉子，該馬達控制系統包括馬達驅動器、解角器、解碼晶片及控制器，所述控制器內預先存儲估測角度程序、增量角度程序及絕對角度程序，該馬達控制方法包括如下步驟： 解角器感應馬達轉子的轉動輸出電訊號；解碼晶片依據該電訊號判斷馬達轉子的絕對角度和增量角度；解碼晶片檢測解角器及自身是否失效，以對應輸出故障資訊；解碼晶片將馬達轉子的絕對角度和故障資訊傳輸至控制器，並將馬達轉子的增量角度傳輸至控制器；解碼晶片向控制器發送校驗碼；控制器依據故障資訊判斷解角器和解碼晶片自身是否失效，若解角器和/或解碼晶片自身失效，控制器依據一估算的角度執行估測角度程序以控制馬達驅動器；若解角器和解碼晶片自身未失效，控制器將解碼晶片傳送的校驗碼與一預存的參考值作比對，若校驗碼與預存的參考值不一致時，控制器依據增量角度執行增量角度程序以控制馬達驅動器；若校驗碼與預存的參考值一致時，控制器依據絕對角度執行絕對角度程序以控制馬達驅動器。
上述的馬達控制系統將三種程序控制方式整合於一體，使得在行駛過程中，當車輛發生故障時，通過控制器執行估測角度程序、增量角度程序或絕對角度程序，為行駛提供了一定的錯誤容許時間，在該錯誤容許時間內，車輛性能依然可控，從而為使用者提供避免受到傷害之備援機制。
圖1係本發明較佳實施例的馬達控制系統的功能模組圖。
圖2係本發明較佳實施例的馬達控制方法的流程圖。
請參閱圖1，本發明的較佳實施例提供一種馬達控制系統100，其可應用於各種類型的汽車（例如電動車），以控制汽車的馬達200，該馬達200內置馬達轉子220。
該馬達控制系統100包括電池模組10、馬達驅動器20、解角器30、解碼晶片40、第一通訊線纜41、第二通訊線纜43、馬達相電流感測器50、控制器60及指示單元70。
該馬達驅動器20電性連接於電池模組10與馬達200之間，用於為馬達驅動器20提供三相電流，以驅動馬達轉子220轉動。
該解角器30與馬達轉子220連接，其用於感應馬達轉子220的轉動，並通過電磁感應原理輸出電訊號。
該解碼晶片40與解角器30電性連接，其通過解角器30輸出的電訊號解碼出馬達轉子220的位置，即判斷馬達轉子220的絕對角度和增量角度，所謂絕對角度是指馬達轉子220當前的絕對刻度值，所謂增量角度是指馬達轉子220相對前次停止位置而轉動的相對角度值。
此外，該解碼晶片40還用於檢測解角器30及自身是否失效，以對應輸出故障資訊。例如，在解角器30和/或解碼晶片40自身失效（例如解碼故障）時，解碼晶片40輸出失效控制訊號，在解角器30和解碼晶片40自身均未失效時，解碼晶片40輸出未失效控制訊號。
該解碼晶片40通過第一通訊線纜41與控制器60電性連接，以通過該第一通訊線纜41將馬達轉子220的絕對角度和故障資訊傳輸至控制器60。該解碼晶片40還通過第二通訊線纜43與控制器60電性連接，以通過該第二通訊線纜43將馬達轉子220的增量角度傳輸至控制器60。需要說明的是，該第一通訊線纜41和第二通訊線纜43連接於控制器60的不同接口，以免相互干擾。
此外，該解碼晶片40還用於通過第一通訊線纜41向控制器60發送校驗碼，以校驗該第一通訊線纜41與控制器60是否正常通訊。
該馬達相電流感測器50電性連接於馬達200與控制器60之間，用於感測馬達200的電流，並通過邏輯運算估算馬達轉子220的角度，從而將該估算的角度傳送至控制器60。在本實施例中，該馬達相電流感測器50的數量為二個，其分別設置於為馬達200提供電流的二條供電線纜上。
該控制器60與馬達驅動器20電性連接，該控制器60內預先存儲估測角度程序、增量角度程序及絕對角度程序，控制器60通過執行估測角度程序、增量角度程序或絕對角度程序以改變馬達驅動器20輸出的三相電流，從而進一步控制馬達200。具體的，當該控制器60接收到解碼晶片40傳送的故障資訊為失效控制訊號時，該控制器60獲取馬達相電流感測器50估算的角度，並對應的執行估測角度程序；當該控制器60接收到解碼晶片40傳送的故障資訊為未失效控制訊號時，此時，該控制器60將解碼晶片40傳送的校驗碼與一預存的參考值作比對，若校驗碼與預存的參考值不一致時，則控制器60判斷第一通訊線纜41與控制器60通常異常，藉此執行增量角度程序；當校驗碼與預存的參考值一致時，則控制器60判斷第一通訊線纜41與控制器60通常正常，藉此執行絕對角度程序。
此外，該控制器60還與指示單元70電性連接，用於在接收到解碼晶片40傳送的故障資訊為失效控制訊號時或校驗碼與預存的參考值不一致時，使能指示單元70。該指示單元70可以為蜂鳴器或發光二極管。
下面結合圖2進一步說明該馬達控制系統100的工作原理，即本發明較佳實施例提供的馬達控制方法至少包括如下步驟：
步驟S1：解角器30感應馬達轉子220的轉動輸出電訊號。
步驟S2：解碼晶片40依據該電訊號判斷馬達轉子220的絕對角度和增量角度。
步驟S3：解碼晶片40檢測解角器30及自身是否失效，以對應輸出故障資訊，該故障資訊包括失效控制訊號和未失效控制訊號。
步驟S4：解碼晶片40通過該第一通訊線纜41將馬達轉子220的絕對角度和故障資訊傳輸至控制器60，通過該第二通訊線纜43將馬達轉子220的增量角度傳輸至控制器60。
步驟S5：解碼晶片40通過第一通訊線纜41向控制器60發送校驗碼。
步驟S6：控制器60依據故障資訊判斷解角器30和解碼晶片40自身是否失效，若故障資訊為失效控制訊號，則判斷解角器30和/或解碼晶片40自身失效，並依次執行步驟S7至S9；若故障資訊為未失效控制訊號，則判斷解角器30和解碼晶片40自身未失效，並執行步驟S10。
步驟S7：控制器60使能指示單元70，以通過指示單元70向使用者發出提示。
步驟S8：馬達相電流感測器50估算馬達轉子220的角度，並將該估算的角度傳送至控制器60。
步驟S9：控制器60依據估算的角度執行估測角度程序以改變馬達驅動器20輸出的三相電流，從而進一步控制馬達200。
步驟S10：控制器60將解碼晶片40傳送的校驗碼與一預存的參考值作比對，若校驗碼與預存的參考值不一致時，控制器60判斷第一通訊線纜41與控制器60通常異常，并依次執行步驟S11至S12；若校驗碼與預存的參考值一致時，則控制器60判斷第一通訊線纜41與控制器60通常正常，並執行步驟S13。
步驟S11：控制器60使能指示單元70，以通過指示單元70向使用者發出提示。
步驟S12：控制器60依據增量角度執行增量角度程序以改變馬達驅動器20輸出的三相電流，從而進一步控制馬達200。
步驟S13：控制器60依據絕對角度執行絕對角度程序以改變馬達驅動器20輸出的三相電流，從而進一步控制馬達200。
由上述步驟可知，當解角器30和解碼晶片40和/或自身失效時，控制器60需依靠馬達相電流感測器50估算馬達轉子220的角度，並執行估測角度程序；當解角器30和解碼晶片40自身未失效時，若第一通訊線纜41與控制器60通訊異常，控制器60直接依據第二通訊線纜43傳輸的馬達轉子220的增量角度執行增量角度程序；若第一通訊線纜41與控制器60通訊正常，控制器60直接依據第一通訊線纜41傳輸的馬達轉子220的絕對角度執行絕對角度程序。
於實際使用中，絕對角度可由串列通訊或並列通訊的方式傳遞，並可立即控制馬達200，但因絕對角度通訊時間較長且較複雜，容易被雜訊破壞。增量角度通訊時間較短且資料簡單，傳輸資料不易被破壞，但長時間使用容易產生累積誤差的問題，導致馬達200的控制性降低，因此並不適合長時間的使用。而馬達相電流感測器50估算的角度無須依賴解角器30和解碼晶片40，但其存在誤差，馬達200將不能發揮最大性能。然，本案將三種方式整合於一體，使得在行駛過程中，當車輛發生故障時，通過控制器60執行估測角度程序、增量角度程序或絕對角度程序，必然為行駛提供了一定的錯誤容許時間，在該錯誤容許時間內，車輛性能依然可控，從而為使用者提供避免受到傷害之備援機制。
綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，舉凡熟悉本案技藝之人士，於爰依本發明精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下之申請專利範圍內。
馬達控制系統：
10‧‧‧電池模組：
20‧‧‧馬達驅動器：
30‧‧‧解角器：
40‧‧‧解碼晶片：
41‧‧‧第一通訊線纜：
43‧‧‧第二通訊線纜：
50‧‧‧馬達相電流感測器：
60‧‧‧控制器：
70‧‧‧指示單元：
200‧‧‧馬達：
220‧‧‧馬達轉子：
無
馬達控制系統：
10‧‧‧電池模組
20‧‧‧馬達驅動器
30‧‧‧解角器
40‧‧‧解碼晶片
41‧‧‧第一通訊線纜
43‧‧‧第二通訊線纜
50‧‧‧馬達相電流感測器
60‧‧‧控制器
70‧‧‧指示單元
200‧‧‧馬達
220‧‧‧馬達轉子

Claims (10)

  1. 一種馬達控制系統，其用於控制馬達，該馬達包括馬達轉子，該馬達控制系統包括解角器及解碼晶片，該解碼晶片通過解角器與馬達轉子電性連接，以判斷馬達轉子的絕對角度和增量角度，其改良在於：該馬達控制系統還包括馬達驅動器、馬達相電流感測器及控制器，該解碼晶片與控制器電性連接，用於將絕對角度和增量角度傳送至控制器，該馬達相電流感測器電性連接於馬達與控制器之間，用於估算馬達轉子的角度，並將該估算的角度傳送至控制器，該馬達驅動器與馬達及該控制器電性連接，該控制器用於依據絕對角度、增量角度和估算的角度分別執行不同程序以控制馬達驅動器輸出的電流。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之馬達控制系統，所述解碼晶片還用於檢測解角器及自身是否失效，以對應輸出故障資訊，當解角器和/或解碼晶片自身失效時，解碼晶片輸出失效控制訊號；在解角器和解碼晶片自身未失效時，解碼晶片輸出未失效控制訊號。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之馬達控制系統，所述馬達控制系統還包括第一通訊線纜，該解碼晶片通過第一通訊線纜與控制器電性連接，以通過該第一通訊線纜將馬達轉子的絕對角度和故障資訊傳輸至控制器。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之馬達控制系統，所述馬達控制系統還包括第二通訊線纜，該解碼晶片通過第二通訊線纜與控制器電性連接，以通過該第二通訊線纜將馬達轉子的增量角度傳輸至控制器。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之馬達控制系統，所述解碼晶片還用於通過第一通訊線纜向控制器發送校驗碼，以校驗該第一通訊線纜與控制器是否正常通訊。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之馬達控制系統，所述控制器內預先存儲估測角度程序、增量角度程序及絕對角度程序，當控制器接收到解碼晶片傳送的故障資訊為失效控制訊號時，該控制器執行估測角度程序；當控制器接收到解碼晶片傳送的故障資訊為未失效控制訊號時，所述控制器將校驗碼與一預存的參考值作比對，若校驗碼與預存的參考值不一致時，則控制器判斷第一通訊線纜與控制器通常異常，藉此執行增量角度程序；若校驗碼與預存的參考值一致時，則控制器判斷第一通訊線纜與控制器通常正常，藉此執行絕對角度程序。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之馬達控制系統，所述馬達控制系統還包括與控制器電性連接的指示單元，所述控制器用於在接收到解碼晶片傳送的故障資訊時為失效控制訊號時或校驗碼與預存的參考值不一致時，使能指示單元。
  8. 一種馬達控制方法，其應用於一種馬達控制系統，該馬達控制系統用於控制馬達，該馬達包括馬達轉子，該馬達控制系統包括馬達驅動器、解角器及解碼晶片，其改良在於：該馬達控制系統還包括控制器，所述控制器內預先存儲估測角度程序、增量角度程序及絕對角度程序，該馬達控制方法包括如下步驟：
    解角器感應馬達轉子的轉動輸出電訊號；
    解碼晶片依據該電訊號判斷馬達轉子的絕對角度和增量角度；
    解碼晶片檢測解角器及自身是否失效，以對應輸出故障資訊；
    解碼晶片將馬達轉子的絕對角度和故障資訊傳輸至控制器，並將馬達轉子的增量角度傳輸至控制器；
    解碼晶片向控制器發送校驗碼；
    控制器依據故障資訊判斷解角器和解碼晶片自身是否失效，若解角器和/或解碼晶片自身失效，控制器依據一估算的角度執行估測角度程序以控制馬達驅動器；若解角器和解碼晶片自身未失效，控制器將解碼晶片傳送的校驗碼與一預存的參考值作比對，若校驗碼與預存的參考值不一致時，控制器依據增量角度執行增量角度程序以控制馬達驅動器；若校驗碼與預存的參考值一致時，控制器依據絕對角度執行絕對角度程序以控制馬達驅動器。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之馬達控制方法，所述馬達控制方法還包括利用一馬達相電流感測器估算馬達轉子的角度，並將該估算的角度傳送至控制器的步驟。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之馬達控制方法，所述馬達控制方法還包括當校驗碼與預存的參考值不一致時或解角器和/或解碼晶片自身失效時，控制器控制一指示單元使能的步驟。
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