CN109861598B - 用于检测有刷直流电机的转速的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于检测有刷直流电机的转速的系统，其包括：信号处理模块，信号处理模块将有刷直流电机的绕组电流信号转化为规则的、周期性的整形信号，所述整形信号的频率与换向电流脉动信号的频率相同；转速获取模块，转速获取模块根据整形信号获取有刷直流电机的转速。本发明还公开了一种用于检测有刷直流电机的转速的方法。本发明中，不采用转速传感器而是基于有刷直流电机的绕组电流获得有刷直流电机的转速，从而实现了对有刷直流电机实时转速的直接检测，克服了传统技术中转速传感器安装难度大、在液体环境中的安全性和可靠性差以及价格昂贵的缺点。

Description

用于检测有刷直流电机的转速的系统和方法

技术领域

本发明涉及车辆技术领域，尤其涉及一种用于检测有刷直流电机的转速的系统和方法。

背景技术

用于车辆的典型的按需供油系统由控制器、油泵(例如使用了有刷直流电机的油泵)、压力传感器及发动机构成。由于压力传感器价格昂贵，为了节约成本可采用无压力传感器的开环油压控制系统。但是，受电压、油泵磨损、温度等因素影响，这种开环控制系统中油泵的供油压力公差较大。考虑到油泵的结构以及在其工作过程中发生的能量转化，在控制精度满足需求的前提下，可以采用基于转速的开环压力控制，那么首先需要得油泵(即油泵中的有刷直流电机)的实时转速。现有技术中采用转速传感器检测有刷直流电机的转速。

然而，现有技术中采用转速传感器检测有刷直流电机的转速的技术方案具有如下缺点：为密封的有刷直流电机安装转速传感器的难度大；油泵工作在汽油或柴油环境中，这种液体工作环境会影响转速传感器的安全性和可靠性；并且，转速传感器价格昂贵。

发明内容

本发明的出发点在于，不采用转速传感器而是基于有刷直流电机的绕组电流获得有刷直流电机的转速，从而实现对有刷直流电机转速的检测。

本发明的实施例提供了一种用于检测有刷直流电机的转速的系统，所述系统包括：

信号处理模块，所述信号处理模块基于有刷直流电机的绕组电流信号获取换向电流脉动信号并且将换向电流脉动信号转化为规则的、周期性的整形信号，所述整形信号的频率与换向电流脉动信号的频率相同；

转速获取模块，所述转速获取模块根据所述整形信号获取有刷直流电机的转速。

可选的，所述整形信号为方波信号。

可选的，所述系统还包括转速检测条件判断模块和死区控制模块，所述转速检测条件判断模块判断是否满足转速检测条件，若满足转速检测条件，则所述死区控制模块将转速获取模块获取的转速作为检测出的有刷直流电机的实时转速输出，若不满足转速检测条件，则所述死区控制模块以0作为检测出的有刷直流电机的实时转速输出。可选的，转速检测条件为：有刷直流电机的绕组电流≥电流阈值且有刷直流电机的电压≥电压阈值。

可选的，所述信号处理模块包括：

滤波单元，所述滤波单元对绕组电流信号进行滤波，以获得换向电流脉动信号；

微分计算单元，所述微分计算单元对换向电流脉动信号进行微分运算以获得换向电流脉动信号的斜率信号；

信号整形单元，所述信号整形单元将所述斜率信号转变为所述整形信号。

可选的，所述转速获取模块包括：

周期计算单元，所述周期计算单元计算所述整形信号的周期；

转速换算单元，所述转速换算单元将所述整形信号的周期换算为有刷直流电机的转速。

本发明的实施例还提供了一种用于检测有刷直流电机的转速的方法，所述方法包括：

基于有刷直流电机的绕组电流信号获取换向电流脉动信号并且将换向电流脉动信号转化为规则的、周期性的整形信号，所述整形信号的频率与换向电流脉动信号的频率相同；

根据所述整形信号获取有刷直流电机的转速。

可选的，所述整形信号为方波信号。

可选的，所述方法还包括：判断是否满足转速检测条件，若满足转速检测条件，则将获取的转速作为检测出的有刷直流电机的实时转速输出，若不满足转速检测条件，则以0作为检测出的有刷直流电机的实时转速输出。可选的，转速检测条件为：有刷直流电机的绕组电流≥电流阈值且有刷直流电机的电压≥电压阈值。

可选的，基于有刷直流电机的绕组电流信号获取换向电流脉动信号并且将换向电流脉动信号转化为规则的、周期性的整形信号包括：

对有刷直流电机的绕组电流信号进行滤波，以获得换向电流脉动信号；

对换向电流脉动信号进行微分运算以获得换向电流脉动信号的斜率信号；

将所述斜率信号转变为所述整形信号。

可选的，根据整形信号获取有刷直流电机的转速包括：

计算所述整形信号的周期；

将所述整形信号的周期换算为有刷直流电机的转速。

本发明的实施例的用于检测有刷直流电机的转速的系统和方法至少具有以下优点：由于不采用转速传感器而是基于有刷直流电机的绕组电流获得有刷直流电机的转速，从而实现了对有刷直流电机实时转速的直接检测，克服了传统技术中转速传感器安装难度大、在液体环境中的安全性和可靠性差以及价格昂贵的缺点。

附图说明

下文将参考附图进一步描述本发明的实施例，在附图中：

图1-2示出了根据本发明的第一具体实施方式的用于检测有刷直流电机的转速的系统的示意图；

图3-7示出了根据本发明的第二具体实施方式的用于检测用于油泵的有刷直流电机的转速的系统的示意图；

图8示出了根据本发明的第三具体实施方式的用于检测用于油泵的有刷直流电机的转速的方法流程图。

具体实施方式

下面将参照附图并通过实施例来描述根据本发明的用于检测有刷直流电机的转速的系统和方法。在下面的描述中，阐述了许多具体细节以便使所属技术领域的技术人员更全面地了解本发明。但是，对于所属技术领域内的技术人员明显的是，本发明的实现可不具有这些具体细节中的一些。相反，可以考虑用下面的特征和要素的任意组合来实施本发明，而无论它们是否涉及不同的实施例。因此，下面的方法、特征、实施例和优点仅作说明之用而不应被看作是权利要求的要素或限定，除非在权利要求中明确提出。

图1-2示出了根据本发明的第一具体实施方式的用于检测有刷直流电机的转速的系统的示意图。

如图1中所示，用于检测有刷直流电机的转速的系统包括信号处理模块10和转速获取模块20。信号处理模块10基于有刷直流电机的绕组电流信号获取换向电流脉动信号并且将换向电流脉动信号转化为规则的、周期性的整形信号，所述整形信号的频率与换向电流脉动信号的频率相同。转速获取模块20根据整形信号获取有刷直流电机的转速。

整形信号可以为任何类型的规则的周期性的信号，整形信号可以为方波信号、脉冲波、三角波或锯齿波等，进而以跳变沿触发或阈值触发执行转速获取模块。整形信号优选可以为方波信号。

信号处理模块10包括滤波单元101、微分计算单元102和信号整形单元103。滤波单元101对有刷直流电机的绕组电流信号进行滤波，以获得换向电流脉动信号。微分计算单元102对换向电流脉动信号进行微分运算以获得换向电流脉动信号的斜率信号。信号整形单元103，信号整形单元103将斜率信号转变为整形信号。

转速获取模块20包括周期计算单元201和转速换算单元202。周期计算单元201计算整形信号的周期。转速换算单元202将整形信号的周期换算为有刷直流电机的转速。

如图2中所示，在图1示出的用于检测有刷直流电机的转速的系统的基础上，还设置有转速检测条件判断模块30和死区控制模块40。转速检测条件判断模块30判断是否满足转速检测条件，若满足转速检测条件，则死区控制模块40将转速获取模块20获取的转速作为检测出的有刷直流电机的实时转速输出，若不满足转速检测条件，则死区控制模块40以0作为检测出的有刷直流电机的实时转速输出。转速检测条件可以为：有刷直流电机的绕组电流≥电流阈值且有刷直流电机的电压≥电压阈值。

图3-7示出了根据本发明的第二具体实施方式的用于检测用于油泵的有刷直流电机的转速的系统的示意图。其中，图4、5、6和7分别示出了用于检测有刷直流电机的转速的系统的转速检测条件判断模块、信号处理模块、转速获取模块和死区控制模块的具体结构。

如图3所示，用于检测有刷直流电机的转速的系统包括转速检测条件判断模块、信号处理模块、转速获取模块和死区控制模块。在转速检测过程中，系统实时获取用于油泵的有刷直流电机的电压和绕组电流。转速检测条件判断模块基于实时检测的绕组电流和电压判断是否满足转速检测条件，并输出判断结果(逻辑1/0)至信号处理模块、转速获取模块和死区控制模块。

在转速检测条件判断模块输出的判断结果为逻辑1时，则信号处理模块和转速获取模块执行其功能。信号处理模块基于有刷直流电机的绕组电流信号获取换向电流脉动信号并且将换向电流脉动信号转化为规则的、周期性的整形信号，整形信号的频率与换向电流脉动信号的频率相同。转速获取模块根据整形信号获取有刷直流电机的转速。在转速检测条件判断模块输出的判断结果为逻辑0时，则信号处理模块和转速获取模块不执行其功能。

在转速检测条件判断模块输出的判断结果为逻辑1时，死区控制模块将转速获取模块获取的转速作为检测出的有刷直流电机的实时转速输出；在转速检测条件判断模块输出的判断结果为逻辑0时，死区控制模块以0作为检测出的有刷直流电机的实时转速输出。

图4示出了转速检测条件判断模块的具体结构。转速检测条件判断模块用以判断是否满足转速检测条件，即判断以下条件是否成立：有刷直流电机的绕组电流≥电流阈值且有刷直流电机的电压≥电压阈值。若该条件成立，判断满足转速检测条件，转速检测条件判断模块输出判断结果为逻辑1；若该条件不成立，则判断不满足转速检测条件，转速检测条件判断模块输出判断结果为逻辑0。转速检测条件判断模块包括阈值比较单元以将有刷直流电机的绕组电流和电压分别与电流阈值和电压阈值作比较，并且给出判断结果。

图5示出了信号处理模块的具体结构。如图5所示，信号处理模块包括滤波单元、微分计算单元和信号整形单元。

在转速检测条件判断模块输出判断结果为逻辑1时，信号处理模块被使能。滤波单元基于有刷直流电机的绕组电流和电压对绕组电流信号进行滤波，以获得换向电流脉动信号。微分计算单元对换向电流脉动信号进行微分运算以获得换向电流脉动信号的斜率信号。该斜率信号可反映出换向电流脉动信号的变化趋势，并且该斜率信号的频率与换向电流脉动信号的斜率相同。信号整形单元将斜率信号转变为整形信号。

图6示出了转速获取模块的具体结构。如图6所示，转速获取模块包括波周期计算单元和转速换算单元。

在转速检测条件判断模块输出判断结果为逻辑1时，转速获取模块被使能。周期计算单元基于时间信息计算整形信号的周期。时间信息可由单片机的计时器提供，也可由硬件设备提供，也可由操作系统提供，其来源取决于转速检测系统的应用环境。转速换算模块将整形信号的周期换算为有刷直流电机的转速。有刷直流电机的转速与整形信号的周期的对应关系如下：

其中，RPM(n)为有刷直流电机的转速，Duration(n)为整形信号的周期，m为有刷直流电机的转子每转一圈电流的换向次数。

图7示出了死区控制模块的具体结构。如图7所示，在转速检测条件判断模块输出的判断结果为逻辑1时，死区控制模块将转速获取模块获取的转速作为检测出的有刷直流电机的实时转速输出；在转速检测条件判断模块输出的判断结果为逻辑0时，死区控制模块以0作为检测出的有刷直流电机的实时转速输出。

图8示出了根据本发明的第三具体实施方式的用于检测用于油泵的有刷直流电机的转速的方法流程图。该方法包括如下步骤：

步骤S801，判断是否满足转速检测条件。转速检测条件为：有刷直流电机的绕组电流≥电流阈值且有刷直流电机的电压≥电压阈值。若满足转速检测条件，则顺序执行步骤S802、S803和S804。若不满足转速检测条件，则直接执行步骤S804。

步骤S802，基于有刷直流电机的绕组电流信号获取换向电流脉动信号并且将换向电流脉动信号转化为规则的、周期性的整形信号，所述整形信号的频率与换向电流脉动信号的频率相同。步骤S802具体可以包括：对有刷直流电机的绕组电流信号进行滤波，以获得换向电流脉动信号；对换向电流脉动信号进行微分运算以获得换向电流脉动信号的斜率信号；以及，将斜率信号转变为整形信号。

步骤S803，根据整形信号获取有刷直流电机的转速。步骤S803具体可以包括：计算整形信号的周期；以及，将整形信号的周期换算为有刷直流电机的转速。

步骤S804，执行死区控制以获得并输出检测出的有刷直流电机的实时转速。具体地，若步骤S801的判断结果为满足转速检测条件，则将步骤S803中获取的转速作为检测出的有刷直流电机的实时转速输出；若步骤S801的判断结果为不满足转速检测条件，则以0作为检测出的有刷直流电机的实时转速输出。

本发明中，不采用转速传感器而是基于有刷直流电机的绕组电流和电压获得有刷直流电机的转速，从而实现了对有刷直流电机实时转速的直接检测，克服了传统技术中转速传感器安装难度大、在液体环境中的安全性和可靠性差以及价格昂贵的缺点。

本发明中的用于检测有刷直流电机的转速的系统的各功能模块可以集成在有刷直流电机的控制器中，从而填补了目前市场上有刷直流电机的控制器不具有直接转速检测功能的技术空白。

本发明中，通过对换向电流脉动信号做微分运算，以简洁的方式获得频率与其相同的斜率信号，再将斜率信号转化为整形信号，从而获得可靠性更高的与换向电流脉动信号的频率相同的整形信号。

本发明中的用于检测有刷直流电机的转速的系统和方法可以用于车辆供油系统，也可以用于各种采用有刷直流电机的系统中。

在本申请中，本领域普通技术人员可以理解，所揭露的系统可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统实施方式仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块的功能可以结合或者某个模块的功能可以被进一步拆分。本申请的用于检测有刷直流电机的转速的系统中的各功能模块可以集成在一个物理实体中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一起。各功能模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现，或者可采用软、硬件结合的形式实现。

本申请中的各功能模块如果以硬件功能单元的形式实现时，各个模块是使用硬件逻辑实现特定功能的电路级硬件，并且各个硬件之间的连接关系是明确的硬件连接关系。本申请利用上述硬件来实现网络连接以及电连接，并且完成信号传送与处理操作。

本申请中的各功能模块如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)或微控制器(microcontroller unit)执行本申请各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。在本发明各方法实施例中，所述各步骤的序号并不能用于限定各步骤的先后顺序，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，对各步骤的先后变化也在本发明的保护范围之内。虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内所作的各种更动与修改，均应纳入本发明的保护范围内，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内所作的各种更动与修改，均应纳入本发明的保护范围内，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种用于检测有刷直流电机的转速的系统，其特征在于，所述系统包括：

信号处理模块，所述信号处理模块基于有刷直流电机的绕组电流信号获取换向电流脉动信号并且将换向电流脉动信号转化为规则的、周期性的整形信号，所述整形信号的频率与换向电流脉动信号的频率相同；

转速获取模块，所述转速获取模块根据所述整形信号获取有刷直流电机的转速；

转速检测条件判断模块和死区控制模块，所述转速检测条件判断模块判断是否满足转速检测条件，若满足转速检测条件，则所述死区控制模块将转速获取模块获取的转速作为检测出的有刷直流电机的实时转速输出，若不满足转速检测条件，则所述死区控制模块以0作为检测出的有刷直流电机的实时转速输出。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述整形信号为方波信号。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，转速检测条件为：有刷直流电机的绕组电流≥电流阈值且有刷直流电机的电压≥电压阈值。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述信号处理模块包括：

滤波单元，所述滤波单元对绕组电流信号进行滤波，以获得换向电流脉动信号；

微分计算单元，所述微分计算单元对换向电流脉动信号进行微分运算以获得换向电流脉动信号的斜率信号；

信号整形单元，所述信号整形单元将所述斜率信号转变为所述整形信号。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述转速获取模块包括：

周期计算单元，所述周期计算单元计算所述整形信号的周期；

转速换算单元，所述转速换算单元将所述整形信号的周期换算为有刷直流电机的转速。

6.一种用于检测有刷直流电机的转速的方法，其特征在于，所述方法包括：

基于有刷直流电机的绕组电流信号获取换向电流脉动信号并且将换向电流脉动信号转化为规则的、周期性的整形信号，所述整形信号的频率与换向电流脉动信号的频率相同；

根据所述整形信号获取有刷直流电机的转速；

判断是否满足转速检测条件，若满足转速检测条件，则将获取的转速作为检测出的有刷直流电机的实时转速输出，若不满足转速检测条件，则以0作为检测出的有刷直流电机的实时转速输出。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述整形信号为方波信号。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，转速检测条件为：有刷直流电机的绕组电流≥电流阈值且有刷直流电机的电压≥电压阈值。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，基于有刷直流电机的绕组电流信号获取换向电流脉动信号并且将换向电流脉动信号转化为规则的、周期性的整形信号包括：

对有刷直流电机的绕组电流信号进行滤波，以获得换向电流脉动信号；

对换向电流脉动信号进行微分运算以获得换向电流脉动信号的斜率信号；

将所述斜率信号转变为所述整形信号。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，根据整形信号获取有刷直流电机的转速包括：

计算所述整形信号的周期；

将所述整形信号的周期换算为有刷直流电机的转速。

Images