轮毂电机控制系统、控制方法、轮胎以及驾驶设备与流程

本发明实施例涉及电机控制技术领域，尤其涉及一种轮毂电机控制系统、控制方法、轮胎以及驾驶设备。

背景技术

目前，随着能源的紧缺、环境的恶化，电动汽车越来越受到人们的重视，电动汽车的主要动力源是电机，目前主流的电机类型是永磁同步三相电机。三相电机通常需要控制单元和三相桥逆变器生成用于驱动电机的三相供电电压，分别施加到三相绕组。

针对轮毂电机应用，基于其安全、结构紧凑及散热要求高等特点，通常采用具备可以相互独立工作的多单元子电机的电机，每个单元电机具备相同的电机参数，由多个主控单元进行分别控制，每个主控单元控制多个单元电机，但是当某一个控制单元系统发生故障后如何进行容错控制来保证系统的输出稳定性是一个需要解决的问题。

技术实现要素：

本发明提供一种轮毂电机控制系统、控制方法、轮胎以及驾驶设备，以解决轮毂电机中多个电机控制单元中的某一个发生故障后无法进行容错控制来保证系统输出稳定的技术问题。

本发明实施例提供了一种轮毂电机控制系统，包括至少两个电机控制单元、保护控制单元以及多个子单元电机；

每个所述电机控制单元均与所述保护控制单元电连接；一个所述电机控制单元的驱动脉冲信号通过所述保护控制单元对应控制多个所述子单元电机工作，至少两个所述电机控制单元之间通讯连接；

所述电机控制单元用于自检是否发生故障，若否，则接收整车控制单元传送的转矩指令，并将所述转矩指令转换为D轴电流指令以及Q轴电流指令，再将所述D轴电流指令以及Q轴电流指令转换为D轴电压指令以及Q轴电压指令，进而将所述D轴电压指令以及所述Q轴电压指令转换所述驱动脉冲信号传送至所述保护控制单元，若是，则将自身无法转换的信号替换为相应的无故障的所述电机控制单元的中间信号；

所述保护控制单元基于接收到的所述驱动脉冲信号驱动相应的所述子单元电机工作。

进一步地，所述电机控制单元发生的故障包括所述转矩指令接收异常、所述电机控制单元中的电流传感器故障以及所述电机控制单元内部异常。

进一步地，当所述故障为所述转矩指令接收异常时，所述中间信号为无故障的所述电机控制单元生成的所述D轴电流指令以及所述Q轴电流指令。

进一步地，当所述故障为所述电机控制单元中的电流传感器故障时，所述中间信号为无故障的所述电机控制单元生成的所述D轴电压指令以及所述Q轴电压指令。

进一步地，当所述故障为所述电机控制单元内部异常时，所述中间信号为无故障的所述电机控制单元生成的所述驱动脉冲信号；

所述电机控制单元还用于向所述保护控制单元传送故障信号；

所述保护控制单元基于接收到的所述故障信号利用无故障的所述电机控制单元传送来的所述驱动脉冲信号驱动与故障的所述电机控制单元相对应的所述子单元电机工作。

进一步地，还包括多个驱动单元，每个所述驱动单元均与所述保护控制单元电连接，一个所述驱动单元对应连接一个所述子单元电机；

所述保护控制单元基于所述驱动脉冲信号通过所述驱动单元控制相应的所述子单元电机工作。

进一步地，两个所述电机控制单元之间通过SPI连接线实现所述中间信号的传送。

本发明实施例还提供了一种应用于上述任一实施例所述的轮毂电机控制系统的轮毂电机控制方法，所述轮毂电机控制系统中的一个电机控制单元的驱动脉冲信号通过保护控制单元对应控制多个子单元电机工作，所述轮毂电机控制方法包括：

所述电机控制单元自检是否发生故障；

若否，则所述电机控制单元接收整车控制单元传送的转矩指令，并将所述转矩指令转换为D轴电流指令以及Q轴电流指令，再将所述D轴电流指令以及Q轴电流指令转换为D轴电压指令以及Q轴电压指令，进而将所述D轴电压指令以及所述Q轴电压指令转换所述驱动脉冲信号传送至所述保护控制单元；

若是，则故障的所述电机控制单元将自身无法转换的信号替换为相应的无故障的所述电机控制单元的中间信号，其中，所述中间信号为所述转矩指令转换为所述驱动脉冲信号的过程中的信号；

所述保护控制单元基于接收到的所述驱动脉冲信号驱动相应的所述子单元电机工作。

本发明实施例还提供了一种轮胎，所述轮胎上设置有上述任一实施例所述的轮毂电机控制系统。

本发明实施例还提供了一种驾驶设备，所述驾驶设备包括上述任一实施例所述的轮胎。

本发明公开了一种轮毂电机控制系统、控制方法、轮胎以及驾驶设备，控制系统包括至少两个电机控制单元、保护控制单元以及多个子单元电机；每个电机控制单元均与保护控制单元电连接；一个电机控制单元的驱动脉冲信号通过保护控制单元对应控制多个子单元电机工作，至少两个电机控制单元之间通讯连接；电机控制单元用于自检是否发生故障，若否，则接收整车控制单元传送的转矩指令，并将转矩指令转换为D轴电流指令以及Q轴电流指令，再将D轴电流指令以及Q轴电流指令转换为D轴电压指令以及Q轴电压指令，进而将D轴电压指令以及Q轴电压指令转换驱动脉冲信号传送至保护控制单元，若是，则将自身无法转换的信号替换为相应的无故障的所述电机控制单元的中间信号；保护控制单元基于接收到的驱动脉冲信号驱动相应的子单元电机工作。本发明通过在任一电机控制单元发生故障时，利用非故障电机控制单元的控制信号来替换故障电机控制单元的控制信号，解决了轮毂电机中多个电机控制单元中的某一个发生故障后无法进行容错控制来保证系统输出稳定的技术问题，实现了轮毂电机控制系统的容错控制机制，保证了轮毂电机控制系统的稳定性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种轮毂电机控制系统的结构图；

图2是本发明实施例提供的电机控制单元中转矩指令转换为驱动脉冲信号的流程图；

图3是本发明实施例提供的出现转矩指令异常时的容错控制流程图；

图4是本发明实施例提供的出现电流传感器故障时的容错控制流程图；

图5是本发明实施例提供的出现电机控制单元内部异常时的容错控制流程图；

图6是本发明实施例提供的一种轮毂电机控制方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于限定特定顺序。本发明下述各个实施例可以单独执行，各个实施例之间也可以相互结合执行，本发明实施例对此不作具体限制。

图1是本发明实施例提供的一种轮毂电机控制系统的结构图。

轮毂电机控制系统包括至少两个电机控制单元Cm、保护控制单元100以及多个子单元电机Pn；其中，m表示电机控制单元的数量，m为大于或等于2的正整数，P表示子单元电机的数量，n为大于或等于4的正整数，且n为偶数，如图1所示，图1中示例性地给出了设置有两个电机控制单元C1和C2，且电机控制单元C1对应控制两个子单元电机P1和P2，电机控制单元C2对应控制两个子单元电机P3和P4的示意图。

每个电机控制单元Cm均与保护控制单元100电连接；一个电机控制单元Cm的驱动脉冲信号通过保护控制单元100对应控制多个子单元电机Pn工作，至少两个电机控制单元Cm之间通讯连接。

电机控制单元Cm用于自检是否发生故障，若否，则接收整车控制单元VCU(Vehicle control unit)传送的转矩指令，并将转矩指令转换为D轴电流指令以及Q轴电流指令，再将D轴电流指令以及Q轴电流指令转换为D轴电压指令以及Q轴电压指令，进而将D轴电压指令以及Q轴电压指令转换驱动脉冲信号传送至保护控制单元，若是，则将自身无法转换的信号替换为相应的无故障的电机控制单元Cm的中间信号。图2是本发明实施例提供的电机控制单元中转矩指令转换为驱动脉冲信号的流程图。

保护控制单元100基于接收到的驱动脉冲信号驱动相应的子单元电机Pn工作。

示例性地，参见图1，电机控制单元C1控制子单元电机P1和子单元电机P2，电机控制单元C2控制子单元电机P3和子单元电机P4，电机控制单元C1和电机控制单元C2都可以通过CAN总线接收到整车控制单元VCU传送来的转矩指令来对四个子单元电机Pn进行分别控制；参见图2，电机控制单元C1和电机控制单元C2均能够将接收到的转矩指令依次转换为D轴电流指令以及Q轴电流指令、D轴电压指令以及Q轴电压指令，并最终转换为驱动脉冲信号PWM，电机控制单元C1和电机控制单元C2最终向保护控制单元100输出12路驱动脉冲信号PWM，12路驱动脉冲信号PWM均经过保护控制单元100进行安全保护后才输出给对应的4个子单元电机Pn。

具体地，电机控制单元Cm在系统工作时能够进行自检，看是否发生故障，本发明实施例以电机控制单元C2出现故障为例，由于电机控制单元C1和电机控制单元C2之间存在实时通讯连接，即两个电机控制单元Cm之间会将自身的控制信号实时传送给对方，当电机控制单元C2自检出现故障时，会基于自身自检出的故障类型，将自身无法转换的信号替换为无故障的电机控制单元C1实时传送来的中间信号。需要说明的是，该中间信号为转矩指令转换为驱动脉冲信号PWM的过程中出现的信号，例如中间信号可以为D轴电流指令和Q轴电流指令，或者为D轴电压指令和Q轴电压指令，显然中间信号也可以为驱动脉冲信号PWM。

保护控制单元100的主要功能是在某些严重故障情况下通过直接在保护控制单元100内部对各路驱动脉冲信号PWM进行开通和关断来对轮毂电机控制系统进行保护，而在非故障情况下，保护控制单元100能够直接将电机控制单元Cm输入的驱动脉冲信号PWM进行分流输出给对应的子单元电机Pn，即图1中所示的给每个子单元电机Pn输出6路驱动脉冲信号PWM。保护控制单元100可以根据需要选用CPLD(Complex Programmable logic device，复杂可编程逻辑器件)或FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列)，也可以使用单片机，在此不再赘述。

本发明实施例通过在任一电机控制单元发生故障时，利用非故障电机控制单元的控制信号来替换故障电机控制单元的控制信号，解决了轮毂电机中多个电机控制单元中的某一个发生故障后无法进行容错控制来保证系统输出稳定的技术问题，实现了轮毂电机控制系统的容错控制机制，保证了轮毂电机控制系统的稳定性。

可选地，电机控制单元Cm发生的故障包括转矩指令接收异常、电机控制单元中的电流传感器故障以及电机控制单元内部异常。

具体的，电机控制单元Cm常见的故障有三种，分别为转矩指令接收异常、电机控制单元中的电流传感器故障以及电机控制单元内部异常。当电机控制单元Cm的故障为转矩指令接收异常时，电机控制单元Cm中无法将转矩指令转换为D轴电流指令以及Q轴电流指令；当电机控制单元Cm的故障为电机控制单元中的电流传感器故障时，电机控制单元Cm中无法将D轴电流指令以及Q轴电流指令转换为D轴电压指令以及Q轴电压指令；当电机控制单元Cm的故障为电机控制单元内部异常时，电机控制单元Cm无法生成驱动脉冲信号PWM。

可选地，当故障为转矩指令接收异常时，中间信号为无故障的电机控制单元Cm生成的D轴电流指令以及Q轴电流指令。图3是本发明实施例提供的出现转矩指令异常时的容错控制流程图。

具体的，当电机控制单元Cm自检出的故障为转矩指令接收异常时，即电机控制单元Cm无法接收到转矩指令，进而无法将转矩指令转换D轴电流指令和Q轴电流指令时，参见图3，以电机控制单元C2故障为例，当电机控制单元C2无法通过CAN总线接收转矩指令时，电机控制单元C2无法转换出D轴电流指令和Q轴电流指令，则电机控制单元C2会主动使用电机控制单元C1实时传递来的D轴电流指令和Q轴电流指令，将其做进一步的转换，最终得到驱动脉冲信号PWM，并将驱动脉冲信号PWM传送至保护控制单元100，保护控制单元100基于接收到的驱动脉冲信号PWM控制子单元电机P3和子单元电机P4动作。

可选地，当故障为电机控制单元Cm中的电流传感器故障时，中间信号为无故障的电机控制单元Cm生成的D轴电压指令以及Q轴电压指令。图4是本发明实施例提供的出现电流传感器故障时的容错控制流程图。

具体的，当电机控制单元Cm自检出的故障为电流传感器故障时，即电机控制单元Cm通过电流传感器将D轴电流指令和Q轴电流指令转换为D轴电压指令以及Q轴电压指令时，参见图4，以电机控制单元C2故障为例，当电机控制单元C2无法将D轴电流指令和Q轴电流指令转换为D轴电压指令以及Q轴电压指令时，电机控制单元C2会主动使用电机控制单元C1实时传递来的D轴电压指令以及Q轴电压指令，将其做进一步的转换，得到驱动脉冲信号PWM，并将驱动脉冲信号PWM传送至保护控制单元100，保护控制单元100基于接收到的驱动脉冲信号PWM控制子单元电机P3和子单元电机P4动作。

可选地，当故障为电机控制单元Cm内部异常时，中间信号为无故障的电机控制单元Cm生成的驱动脉冲信号PWM；电机控制单元Cm还用于向保护控制单元100传送故障信号；保护控制单元100基于接收到的故障信号利用无故障的电机控制单元Cm传送来的驱动脉冲信号PWM驱动与故障的电机控制单元Cm相对应的子单元电机Pn工作。图5是本发明实施例提供的出现电机控制单元内部异常时的容错控制流程图。

具体的，当电机控制单元Cm自检出的故障为电机控制单元内部异常时，即电机控制单元Cm无法基于转矩指令生成驱动脉冲信号PWM时，参见图5，以电机控制单元C2故障为例，当电机控制单元C2无法生成的驱动脉冲信号PWM时，电机控制单元C2会向保护控制单元100发送一故障信号，保护控制单元100基于接收到的故障信号确定电机控制单元C2的故障为电机控制单元内部异常，则关断电机控制单元C2通过保护控制单元100向与之对应的子单元电机Pn发送驱动脉冲信号PWM的通道，同时将电机控制单元C1传送至保护控制单元100中的12路驱动脉冲信号PWM同步转送给与电机控制单元C2相对应的子单元电机P3和子单元电机P4，以实现使用无故障的电机控制单元C1生成的驱动脉冲信号PWM对故障的电机控制单元C2所对应的子单元电机P3和P4进行控制的效果。

可选地，如图1和图5所示，轮毂电机控制系统还包括多个驱动单元200，每个驱动单元200均与保护控制单元100电连接，一个驱动单元200对应连接一个子单元电机Pn；保护控制单元100基于驱动脉冲信号PWM通过驱动单元200控制相应的子单元电机Pn工作。

具体地，每个子单元电机Pn均需要通过一个驱动单元200来接收通过保护控制单元100传送来的驱动脉冲信号PWM，以实现子单元电机Pn的运转。其中，每个驱动单元200均包括一个驱动模块以及一个IGBT模块，用于实现通过驱动脉冲信号PWM控制相应的子单元电机Pn工作。

可选地，如图1和图5所示，两个电机控制单元Cm之间通过SPI连接线实现中间信号的传送。

具体的，电机控制单元C1和电机控制单元C2之间设置有SPI连接线，即SPI通讯实现两者之间的通讯连接；具体来说，参见图3和图4，当中间信号为D轴电流指令和Q轴电流指令、或者当中间信号为D轴电压指令和Q轴电压指令时，中间信号均通过SPI连接线进行传送。

本发明实施例通过在任一电机控制单元发生故障时，利用非故障电机控制单元的控制信号来替换故障电机控制单元的控制信号，解决了轮毂电机中多个电机控制单元中的某一个发生故障后无法进行容错控制来保证系统输出稳定的技术问题，实现了轮毂电机控制系统的容错控制机制，保证了轮毂电机控制系统的稳定性。

图6是本发明实施例提供的一种轮毂电机控制方法的流程图。

本发明实施例所提供的轮毂电机控制方法应用于上述任一实施例所示的轮毂电机控制系统，其中，轮毂电机控制系统中一个电机控制单元的驱动脉冲信号通过保护控制单元对应控制多个子单元电机工作，如图6所示，轮毂电机控制方法具体包括如下步骤：

步骤S601，电机控制单元Cm自检是否发生故障。

具体地，电机控制单元Cm在系统工作时能够进行自检，看是否发生故障，电机控制单元Cm常见的故障有三种，分别为转矩指令接收异常、电机控制单元中的电流传感器故障以及电机控制单元内部异常。

步骤S602，若否，则电机控制单元Cm接收整车控制单元VCU传送的转矩指令，并将转矩指令转换为D轴电流指令以及Q轴电流指令，再将D轴电流指令以及Q轴电流指令转换为D轴电压指令以及Q轴电压指令，进而将D轴电压指令以及Q轴电压指令转换驱动脉冲信号PWM传送至保护控制单元100。

具体地，参见图1和图6，以轮毂电机控制系统设置有两个电机控制单元C1和C2，且电机控制单元C1对应控制两个子单元电机P1和P2，电机控制单元C2对应控制两个子单元电机P3和P4为例，当自检结果为没有发生故障，则轮毂电机控制系统中的电机控制单元C1和电机控制单元C2均能够将接收到的转矩指令依次转换为D轴电流指令以及Q轴电流指令、D轴电压指令以及Q轴电压指令，并最终转换为12路驱动脉冲信号PWM，进而向保护控制单元100输出12路驱动脉冲信号PWM，12路驱动脉冲信号PWM均经过保护控制单元100进行安全保护后才输出给对应的驱动单元200，进而驱动相应的4个子单元电机Pn工作。

步骤S603，若是，则故障的电机控制单元Cm将自身无法转换的信号替换为相应的无故障的电机控制单元Cm的中间信号，其中，中间信号为转矩指令转换为驱动脉冲信号PWM的过程中的信号。

具体地，若自检结果为发生故障，以电机控制单元C2出现故障为例，则电机控制单元C2会基于自身自检出的故障类型，将自身无法转换的信号替换为无故障的电机控制单元C1实时传送来的中间信号，并使用该中间信号继续生成驱动脉冲信号PWM，并将生成的驱动脉冲信号PWM传送至保护控制单元100。上述中间信号为转矩指令转换为驱动脉冲信号PWM的过程中出现的信号，例如中间信号可以为D轴电流指令和Q轴电流指令，或者为D轴电压指令和Q轴电压指令，显然中间信号也可以为驱动脉冲信号PWM，当中间信号为驱动脉冲信号PWM时，表明电机控制单元C2的故障类型为电机控制单元内部异常，此时保护控制单元100会关断电机控制单元C2通过保护控制单元100向与之对应的子单元电机Pn发送驱动脉冲信号PWM的通道，并直接将电机控制单元C1传送来的12路驱动脉冲信号PWM同步转送给与电机控制单元C2相对应的子单元电机P3和子单元电机P4进行控制。

步骤S604，保护控制单元100基于接收到的驱动脉冲信号PWM驱动相应的子单元电机Pn工作。

具体地，保护控制单元100的主要功能是在某些严重故障情况下通过直接在保护控制单元100内部对各路驱动脉冲信号PWM进行开通和关断来对轮毂电机控制系统进行保护，而在非故障情况下，保护控制单元100能够直接将电机控制单元Cm输入的驱动脉冲信号PWM进行分流输出给对应的子单元电机Pn，即图1中所示的给每个子单元电机Pn输出6路驱动脉冲信号PWM。

保护控制单元100可以根据需要选用CPLD(Complex Programmable logic device，复杂可编程逻辑器件)或FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列)，也可以使用单片机，在此不再赘述。

本发明实施例提供由实时通话系统执行的轮毂电机控制方法，与上述实施例提供的轮毂电机控制系统具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

本发明实施例还提供了一种轮胎，轮胎上设置有上述任一实施例所述的轮毂电机控制系统。

本发明实施例提供的轮胎包括上述实施例中的轮毂电机控制系统，因此本发明实施例提供的轮胎也具备上述实施例中所描述的有益效果，此处不再赘述。

本发明实施例还提供了一种驾驶设备，其特征在于，驾驶设备包括上述任一实施例所述的轮胎。

本发明实施例提供的驾驶设备包括上述实施例中的轮胎，因此本发明实施例提供的驾驶设备也具备上述实施例中所描述的有益效果，此处不再赘述。

在本发明实施例的描述中，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发明中的具体含义。

最后应说明的是，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。