專利名稱：干式電動雙離合自動變速器作動電機的驅(qū)動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種變速器作動電機的驅(qū)動裝置，尤其是涉及一種干式電動雙離合自動變速器作動電機的驅(qū)動裝置。
背景技術(shù)：
目前在常規(guī)轎車上，12V低壓直流電機得到廣泛應(yīng)用，而直流電機驅(qū)動一般采用H橋驅(qū)動，通過PWM實現(xiàn)調(diào)速。一般采用分立的MOSFET或者IGBT組成H橋電路，當N溝道MOSFET用作高壓側(cè)開關(guān)被驅(qū)動飽和導(dǎo)通時，則對柵極驅(qū)動有一定的要求，要求柵極電壓應(yīng)高于漏極電壓10 15V，而柵極電位是隨源極電位浮動而浮動的，即所謂的功率管高端驅(qū)動問題，目前主要解決方法有浮動柵極驅(qū)動電源法，脈沖變壓器法，充電泵法，自舉法和載波驅(qū)動法。為了適應(yīng)小型直流電機的需求，各半導(dǎo)體廠商推出了直流電機專用集成電路，但大多數(shù)集成H橋的芯片帶負載能力比較有限。例如飛思卡爾的H橋芯片MC33899，通過內(nèi)部 的充電泵實現(xiàn)高端MOSFET的驅(qū)動，但最大驅(qū)動電流只有3A。而一般離合器作動電機的功率在120W 200W之間，且電壓一般采用汽車上的12電池電壓，因此驅(qū)動電流較大，一般的集成式的H橋電路無法滿足要求；同時采用分立的功率元件組成H橋，需要單獨設(shè)計電流采集電路，電路復(fù)雜且占用較大的PCB空間，對于對集成度要求較高的TCU是不太適用。目前直流電機的伺服控制技術(shù)比較成熟，但由于干式雙離合器執(zhí)行機構(gòu)的伺服控制系統(tǒng)存在強非線性，主要體現(xiàn)在膜片彈簧的非線性和直流電機本身的非線性，使得離合器執(zhí)行電機的伺服控制精度難以保證。國內(nèi)學者對采用無刷直流電機的離合器執(zhí)行機構(gòu)，設(shè)計了三階變結(jié)構(gòu)控制器，并分析了變結(jié)構(gòu)控制器對系統(tǒng)參數(shù)擾動的魯棒性，取得了很好的仿真效果。但是這些控制器的控制輸入量包含分離軸承位置傳感器信號的三階微分以及電機的負載轉(zhuǎn)矩項，工程實現(xiàn)困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種降低了成本、提高了產(chǎn)品性能、適用范圍廣、控制方便的干式電動雙離合自動變速器作動電機的驅(qū)動裝置。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)一種干式電動雙離合自動變速器作動電機的驅(qū)動裝置，其特征在于，包括主驅(qū)動電路、邏輯控制電路、電流檢測電路、保護電路、控制器，所述的邏輯控制電路與主驅(qū)動電路的輸入端連接，所述的控制器的輸出端分別與邏輯控制電路、主驅(qū)動電路的輸入端連接，所述的電流檢測電路的輸入端與主驅(qū)動電路的輸出端連接，所述的的電流檢測電路的輸出端與控制器連接，所述的保護電路接在電流檢測電路的輸出端與主驅(qū)動電路的輸入端之間。所述的主驅(qū)動電路包括兩個半橋驅(qū)動芯片組成，該半橋驅(qū)動芯片包括P溝道的MOSFET和一個N溝道的M0SFET。所述的邏輯控制電路包括非門邏輯模塊、第一與門邏輯模塊、第二與門邏輯模塊，所述的控制器的方向控制信號輸出端分別與非門邏輯模塊的輸入端、第二與門邏輯模塊的輸入端連接，所述的控制器的調(diào)速控制信號輸出端分別與第一與門邏輯模塊的輸入端、第二與門邏輯模塊的輸入端連接，所述的非門邏輯模塊的輸出端與第一與門邏輯模塊的輸入端連接，所述的第一與門邏輯模塊的輸出端、第二與門邏輯模塊的輸出端分別與主驅(qū)動電路的輸入端連接。所述的電流檢測電路包括運算放大器、電阻R7、電阻R8、電容C5、電阻R9、電阻R10U2V電源、5V電源、二極管D2、電阻R11，所述的運算放大器的正極輸入端IN+通過電阻R8與主驅(qū)動電路的電流自檢測引腳IS連接，所述的運算放大器的負極輸入端IN-通過電阻R9與12V電源連接，所述的運算放大器的負極輸入端IN-通過電阻RlO接地，所述的運算放大器的正極與5V電源連接，所述的運算放大器的負極通過電阻R7與主驅(qū)動電路的電流自檢測引腳IS連接，所述的運算放大器的負極接地，所述的電容5 —端接在電阻R8與運算放大器的正極輸入端IN+之間，另一端接地，所述的運算放大器的輸出端分別與二極管D2的正極、控制器連接，所述的二極管D2的負極與保護電路連接，所述的電阻電阻RlI —端接在二極管D2的負極，另一端接地； 利用主驅(qū)動電路的電流采樣功能在IS引腳與地之間接入采樣電阻R7，采集采樣電阻的電壓，經(jīng)電流檢測電路處理后，輸入到控制器的Α/D模塊計算電機的電流，同時通過比較器輸出故障信號。所述的保護電路包括三極管、控制開關(guān)，所述的三極管包括基極、發(fā)射極、集電極，其基極接在電流檢測電路的輸出端，其發(fā)射極接地，其集電極通過控制開關(guān)與主驅(qū)動電路的輸入端連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點I)降低了成本、提高了產(chǎn)品性能，通過配置邏輯控制電路，既滿足了系統(tǒng)的需求，同時使得P溝道MOSFET工作在開關(guān)狀態(tài)，保證了其性能的穩(wěn)定性，同時大大節(jié)約了 PCB空間，且?guī)в羞^溫、過壓、過流、短路、堵轉(zhuǎn)檢測及保護功能；2)適用范圍廣、控制方便，特別適合于電機數(shù)量較多的全電動雙離合自動變速器和AMT (Automated Manual Transmission,簡稱AMT)變速器驅(qū)動；而變結(jié)構(gòu)控制器各個控制參數(shù)物理意義十分明確，因此不需要進行大量的調(diào)試，就可以找到較優(yōu)的控制參數(shù)。


圖I為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本發(fā)明的電機空載啟動電流及端電壓變化曲線圖；圖3為本發(fā)明的電機帶載啟動-正常工作-堵轉(zhuǎn)瞬態(tài)電流、電壓曲線圖；圖4為本發(fā)明的電機堵轉(zhuǎn)診斷流程圖；圖5為本發(fā)明的主驅(qū)動電路與邏輯控制電路的電路圖；圖6為本發(fā)明的主驅(qū)動電路的內(nèi)部功率電路圖；圖7為本發(fā)明的電流檢測電路的電路圖；圖8為本發(fā)明的多個電機同時控制的電路圖；圖9為直流電機等效電路圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。實施例本發(fā)明針對干式DCT離合器作動電機特點，基于BTS7960/BTN7960半橋驅(qū)動芯片設(shè)計了一種汽車用低電壓大電流的驅(qū)動電路。該芯片內(nèi)部集成了一個P溝道的高端MOSFET和一個N溝道的低端M0SFET，避免了充電泵的電磁干擾，提高了 EMC(Electro MagneticCompatibi I ity,簡稱EMC)水平。本發(fā)明基于該芯片特點設(shè)計了邏輯控制電路和電流檢測及保護電路。本發(fā)明在以直流電機作為動力源的離合器執(zhí)行機構(gòu)上進行了應(yīng)用，即基于所建立的執(zhí)行機構(gòu)動力學模型，設(shè)計了變結(jié)構(gòu)伺服控制器。針對執(zhí)行機構(gòu)的強非線性，設(shè)計了兩階變結(jié)構(gòu)伺服控制器。該控制器的控制輸入量只包含離合器行程傳感器信號的一階微分，具有很強的工程應(yīng)用價值，且控制器對系統(tǒng)參數(shù)的攝動和外在阻力轉(zhuǎn)矩的非線性變化有較強的魯棒性。如圖I所示，本發(fā)明包括主驅(qū)動電路I、邏輯控制電路2、電流檢測電路3、保護電路4、控制器5，所述的邏輯控制電路2與主驅(qū)動電路I的輸入端連接，所述的控制器5的輸出 端分別與邏輯控制電路2、主驅(qū)動電路I的輸入端連接，所述的電流檢測電路3的輸入端與主驅(qū)動電路I的輸出端連接，所述的的電流檢測電路3的輸出端與控制器5連接，所述的保護電路4接在電流檢測電路3的輸出端與主驅(qū)動電路I的輸入端之間。圖2、3為離合器作動電機的關(guān)鍵參數(shù)的測試結(jié)果，電機驅(qū)動的功能應(yīng)該是能保證電機正常啟動，保證電機在最大負載下能正常工作，同時當電機出現(xiàn)故障時，能正確的控制電機保護裝置動作，保護電機不會被損壞。由于電機啟動時會產(chǎn)生很大的電流，由圖可知該電流與電機堵轉(zhuǎn)電流相同，因此僅通過電機的電流值不能準確地判斷電機是否出現(xiàn)故障。電機啟動大電流作用時間較短，因此大電流作用的時間的長短是區(qū)分電機啟動與堵轉(zhuǎn)的唯一因素。程序設(shè)計時，通過判斷電機電流是否超過預(yù)設(shè)值及大電流作用的時間來區(qū)分啟動和堵轉(zhuǎn)。如果檢測到電機的大電流，同時該電流的作用時間超過了啟動時間，就可以認為電機出現(xiàn)了故障，需要進行故障處理。從圖2中可以看出，空載最大啟動電流高達27. 5A，空載平均電流約為3A，從圖3中可以看出，帶載啟動電流和堵轉(zhuǎn)電流約為27A，離合器正常工作時電流在20A左右，啟動時間約為100ms。圖4為電機堵轉(zhuǎn)診斷流程，如果電機出現(xiàn)了堵轉(zhuǎn)故障，電機繞組中的電流很大，如果不及時采取相應(yīng)的措施進行故障處理，則電機很可能出現(xiàn)燒毀的情況。因此當電機堵轉(zhuǎn)時必須進行相應(yīng)故障處理，如將電機驅(qū)動器的使能端置為低電平0，驅(qū)動電路關(guān)閉上下兩個橋臂，電機制動停轉(zhuǎn)。另外，電機的延時長短必須設(shè)置合理，如果設(shè)置不合理，太短則不能正常啟動，太長則不能有效的保護電機，而該時間的長短需要進行大量的實驗以確定合理的數(shù)值。附圖3的結(jié)果顯示電機啟動時間為100ms，因此電機出現(xiàn)大電流到保護信號的輸出時間必須長于該時間，以保證電機能正常啟動，同時該時間不能太長，否則會燒毀電機。通過大量試驗，將該堵轉(zhuǎn)延時時間t設(shè)為500ms比較合適。如圖5所示，所述的邏輯控制電路包括非門邏輯模塊、第一與門邏輯模塊、第二與門邏輯模塊，所述的控制器的方向控制信號輸出端分別與非門邏輯模塊的輸入端、第二與門邏輯模塊的輸入端連接，所述的控制器的調(diào)速控制信號輸出端分別與第一與門邏輯模塊的輸入端、第二與門邏輯模塊的輸入端連接，所述的非門邏輯模塊的輸出端與第一與門邏輯模塊的輸入端連接，所述的第一與門邏輯模塊的輸出端、第二與門邏輯模塊的輸出端分別與主驅(qū)動電路的輸入端連接。為了節(jié)約控制器的PWM資源，本發(fā)明提出前端邏輯電路思想，即控制器輸出的調(diào)速控制信號PWM和方向控制信號DIR，經(jīng)非門邏輯模塊74LS04和與門邏輯模塊74LS08運算后，再輸入到兩個BTS7960B的IN引腳。方向控制信號為DIR，調(diào)速控制信號為PWM，二者通過與運算后得到PWMl，DIR經(jīng)非門邏輯模塊74LS04反向后再與PWM信號進行與運算得到PWM2, PWMU PWM2與控制信號DIR和PWM的邏輯關(guān)系為PWMl = DIR · PWMPWM2 = DIR PWM當DIR為1，PWM為占空比α的PWM信號時，PWMl為占空比α的PWM信號，PWM2為邏輯電平O ;iDIR為0，PWM為占空比α的PWM信號時，PWMl為邏輯電平0，而PWM2為占空比α的PWM信號，真值表如表I所示。
表I
DIR PWM ~PWMl ~PWM2 ~ PWM PWM O
~OPWM OPWM如圖7所示，所述的電流檢測電路包括運算放大器、電阻R7、電阻R8、電容C5、電阻R9、電阻R10、12V電源、5V電源、二極管D2、電阻R11，所述的運算放大器的正極輸入端IN+通過電阻R8與主驅(qū)動電路的電流自檢測引腳IS連接，所述的運算放大器的負極輸入端IN-通過電阻R9與12V電源連接，所述的運算放大器的負極輸入端IN-通過電阻RlO接地，所述的運算放大器的正極與5V電源連接，所述的運算放大器的負極通過電阻R7與主驅(qū)動電路的電流自檢測引腳IS連接，所述的運算放大器的負極接地，所述的電容5 —端接在電阻R8與運算放大器的正極輸入端IN+之間，另一端接地，所述的運算放大器的輸出端分別與二極管D2的正極、控制器連接，所述的二極管D2的負極與保護電路連接，所述的電阻電阻Rll —端接在二極管D2的負極，另一端接地；電機的保護電路設(shè)計是非常重要的部分，如果電機保護不當則可能損壞電機或驅(qū)動芯片。電機保護是否啟動以電機電樞中的電流大小為依據(jù)，當電機電樞電流大于設(shè)定的保護值并持續(xù)較長時間時，則啟動電機保護。本發(fā)明采用的電機專用驅(qū)動芯片BTS7960B將電流檢測功能集成到了芯片內(nèi)部，芯片的6腳(IS)輸出與電機負載電流成正比例關(guān)系的電流信號IIS，BTS7960B通過搭建簡單的外圍電路即可實現(xiàn)對電機運行電流的實時檢測，并在電機出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)等故障時及時輸出電機保護信號。BTS7960B的6腳為電流自檢測腳，正常情況下，內(nèi)部電流源和該引腳直接相連，流過電阻Ris的電流Iis與負載電流乙成比例關(guān)系，即kIUS = IL/IISO故障情況下，狀態(tài)標志腳IS與限流的電流源相連，且該電流源的大小與負載電流無關(guān)，根據(jù)相關(guān)文獻電流大小Iis=4. 5mA，此時&s=4.5V，因此附圖4中的故障檢測信號IN_DIAG_1為高電平1，故障真值表如表2所示。表權(quán)利要求
1.一種干式電動雙離合自動變速器作動電機的驅(qū)動裝置，其特征在于，包括主驅(qū)動電路、邏輯控制電路、電流檢測電路、保護電路、控制器，所述的邏輯控制電路與主驅(qū)動電路的輸入端連接，所述的控制器的輸出端分別與邏輯控制電路、主驅(qū)動電路的輸入端連接，所述的電流檢測電路的輸入端與主驅(qū)動電路的輸出端連接，所述的的電流檢測電路的輸出端與控制器連接，所述的保護電路接在電流檢測電路的輸出端與主驅(qū)動電路的輸入端之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種干式電動雙離合自動變速器作動電機的驅(qū)動裝置，其特征在于，所述的主驅(qū)動電路包括兩個半橋驅(qū)動芯片組成，該半橋驅(qū)動芯片包括P溝道的MOSFET和一個N溝道的M0SFET。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種干式電動雙離合自動變速器作動電機的驅(qū)動裝置，其特征在于，所述的邏輯控制電路包括非門邏輯模塊、第一與門邏輯模塊、第二與門邏輯模塊，所述的控制器的方向控制信號輸出端分別與非門邏輯模塊的輸入端、第二與門邏輯模塊的輸入端連接，所述的控制器的調(diào)速控制信號輸出端分別與第一與門邏輯模塊的輸入端、第二與門邏輯模塊的輸入端連接，所述的非門邏輯模塊的輸出端與第一與門邏輯模塊的輸入端連接，所述的第一與門邏輯模塊的輸出端、第二與門邏輯模塊的輸出端分別與主驅(qū)動電路的輸入端連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種干式電動雙離合自動變速器作動電機的驅(qū)動裝置，其特征在于，所述的電流檢測電路包括運算放大器、電阻R7、電阻R8、電容C5、電阻R9、電阻R10、12V電源、5V電源、二極管D2、電阻R11，所述的運算放大器的正極輸入端IN+通過電阻R8與主驅(qū)動電路的電流自檢測引腳IS連接，所述的運算放大器的負極輸入端IN-通過電阻R9與12V電源連接，所述的運算放大器的負極輸入端IN-通過電阻RlO接地，所述的運算放大器的正極與5V電源連接，所述的運算放大器的負極通過電阻R7與主驅(qū)動電路的電流自檢測引腳IS連接，所述的運算放大器的負極接地，所述的電容5—端接在電阻R8與運算放大器的正極輸入端IN+之間，另一端接地，所述的運算放大器的輸出端分別與二極管D2的正極、控制器連接，所述的二極管D2的負極與保護電路連接，所述的電阻電阻RlI 一端接在二極管D2的負極，另一端接地； 利用主驅(qū)動電路的電流采樣功能在IS引腳與地之間接入采樣電阻R7，采集采樣電阻的電壓，經(jīng)電流檢測電路處理后，輸入到控制器的A/D模塊計算電機的電流，同時通過比較器輸出故障信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種干式電動雙離合自動變速器作動電機的驅(qū)動裝置，其特征在于，所述的保護電路包括三極管、控制開關(guān)，所述的三極管包括基極、發(fā)射極、集電極，其基極接在電流檢測電路的輸出端，其發(fā)射極接地，其集電極通過控制開關(guān)與主驅(qū)動電路的輸入端連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種干式電動雙離合自動變速器作動電機的驅(qū)動裝置，包括主驅(qū)動電路、邏輯控制電路、電流檢測電路、保護電路、控制器，所述的邏輯控制電路與主驅(qū)動電路的輸入端連接，所述的控制器的輸出端分別與邏輯控制電路、主驅(qū)動電路的輸入端連接，所述的電流檢測電路的輸入端與主驅(qū)動電路的輸出端連接，所述的電流檢測電路的輸出端與控制器連接，所述的保護電路接在電流檢測電路的輸出端與主驅(qū)動電路的輸入端之間。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有降低了成本、提高了產(chǎn)品性能、適用范圍廣、控制方便等優(yōu)點。
文檔編號H02P7/28GK102780435SQ20111012467
公開日2012年11月14日 申請日期2011年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月13日
發(fā)明者余卓平, 孫澤昌, 尹明陸, 張 林, 章桐, 趙治國 申請人:同濟大學