CN106559027A - 用于车辆电机控制器的数据隔离采集系统和方法以及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于车辆电机控制器的数据隔离采集系统和方法以及包含该系统的车辆。该数据隔离采集系统包括：高压数据采集单元，用于在车辆电路中的高压侧采集车辆数据，并根据所采集的数据生成高压模拟信号；前端数据处理单元，用于在所述高压侧对所述高压数据采集单元所生成的高压模拟信号进行处理；A/D转换单元，用于将经由所述前端数据处理单元处理的高压模拟信号转换为高压数字数据信号；以及隔离转换单元，用于将车辆电路中的低压侧与所述高压数字数据信号隔离防护，并将所述高压数字数据信号转换为低压数字数据信号发送至所述低压侧。

Description

用于车辆电机控制器的数据隔离采集系统和方法以及车辆

技术领域

本发明属于电动车辆的电机驱动技术领域，具体涉及用于车辆电机控制器的数据隔离采集系统和方法以及包含该系统的车辆。

背景技术

在电动车辆中，由于电机控制算法以及电机驱动系统保护的需要，车辆的电机控制器要对直流母线电压以及IGBT温度等数据量进行采集。

然而，直流母线电压、IGBT温度等信号都属于电机控制器高压侧信号。相对于电机控制器的低压侧处理控制单元，这些高压信号采集都要进行隔离处理。直流母线电压的采集方式，通常有电阻分压，经过差分电路后，得到的差分信号送入处理控制单元进行数据采集。或者直流母线电压经过电阻分压，通过起到隔离作用的线性光耦器件，得到的隔离电压信号送入处理控制单元进行数据采集。而IGBT温度信号，主要是采集内置于IGBT模块中的NTC(NegativeTemperature Coefficient，负温度系数)热敏电阻的阻值，根据所得到的电阻值计算对应的IGBT模块内部温度。通常是NTC热敏电阻经过电压转换电路，转换后的电压信号通过线性光耦器件，得到隔离电压信号后送入处理控制单元。有部分电机控制器采用直接将NTC热敏电阻经过电压转换电路得到的电压信号送入处理控制单元。

一般电动车辆的电机控制器中，直流母线电压以及IGBT温度信号采集数量较多。采用线性光耦的数据采集方案，相应需要较多数量的线性光耦器件。通常汽车级线性光耦器件价格较高，增加了电机控制器的设计成本。而一般的差分采样电路或直接采样电路，并不能做到完全的电气隔离。如果IGBT内部发生电弧放电，高电压就会沿NTC热敏电阻串入处理控制单元，IGBT温度信号不隔离直接采样的方案就存在烧毁电机控制器的风险。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种用于车辆电机控制器的数据隔离采集系统和方法以及包含该系统的车辆。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于车辆的电机控制器的数据隔离采集系统，包括：高压数据采集单元，用于在车辆电路中的高压侧采集车辆数据，并根据所采集的数据生成高压模拟信号；前端数据处理单元，用于在所述高压侧对所述高压数据采集单元所生成的高压模拟信号进行处理；A/D转换单元，用于将经由所述前端数据处理单元处理的高压模拟信号转换为高压数字数据信号；以及隔离转换单元，用于将车辆电路中的低压侧与所述高压数字数据信号隔离防护，并将所述高压数字数据信号转换为低压数字数据信号发送至所述低压侧。

根据本发明的另一方面，提供了一种车辆，其可包括上述数据隔离采集系统。

根据本发明的又一方面，提供了一种为车辆的电机控制器隔离采集数据的方法，包括：在车辆电路中的高压侧采集车辆数据，并根据所采集的数据生成高压模拟信号；在所述高压侧对所述高压模拟信号进行处理；将已处理的高压模拟信号转换为高压数字数据信号；以及将所述高压数字数据信号隔离地转换为低压数字数据信号发送至车辆电路中的低压侧。

根据本发明所提供的技术方案，在车辆电路的高压侧进行数据采集、数据处理、A/D转换等操作，然后才将高压数字数据信号通过隔离转换单元转换为低压数字数据信号，从而可减少电路中所需的隔离装置(例如线性光耦器件)的数量，既保证了安全的电气隔离，又降低了成本。

附图说明

参照附图来阅读本发明的各实施方式，将更容易理解本发明的其它特征和优点，在此描述的附图只是为了对本发明的实施方式进行示意性说明的目的，而非全部可能的实施，并且不旨在限制本发明的范围。在附图中：

图1示出了根据本发明一个示例性实施方式用于车辆的电机控制器的数据隔离采集系统的框图；

图2示出了根据本发明另一示例性实施方式用于车辆的电机控制器的数据隔离采集系统的框图；

图3示出了根据本发明另一示例性实施方式用于车辆的电机控制器的数据隔离采集系统的框图；

图4示出了根据本发明另一示例性实施方式用于车辆的电机控制器的数据隔离采集系统的框图；

图5示出了根据本发明一个示例性实施方式为车辆的电机控制器隔离采集数据的方法的流程图；以及

图6示出了根据本发明另一示例性实施方式为车辆的电机控制器隔离采集数据的方法的流程图。

具体实施方式

现参照附图对本发明的实施方式进行详细描述。应注意，以下描述仅仅是示例性的，而并不旨在限制本发明，并且为了简要起见，在以下描述中省略了与现有技术相同的一些部件的具体描述。此外，在以下描述中，将采用相同的附图标号表示不同附图中的相同或相似的部件。在以下描述的不同实施方式中的不同特征，可彼此结合，以形成本发明范围内的其他实施方式。

图1示出了根据本发明一个示例性实施方式用于车辆的电机控制器的数据隔离采集系统的框图。如图1所示，数据隔离采集系统100可包括高压数据采集单元110、前端数据处理单元120、A/D(模/数)转换单元130和隔离转换单元140。高压数据采集单元110可在车辆电路中的高压侧采集车辆数据，并根据所采集的数据生成高压模拟信号。前端数据处理单元120可在高压侧对高压数据采集单元110所生成的高压模拟信号进行处理，该处理例如可包括比例放大、阻抗匹配和/或滤波等。A/D转换单元130可将经由前端数据处理单元120处理的高压模拟信号转换为高压数字数据信号。隔离转换单元140可将车辆电路中的低压侧与高压数字数据信号隔离开，以对低压侧电路进行防护，并可将高压数字数据信号转换为低压数字数据信号发送至低压侧。

由此，根据本实施方式的数据隔离采集系统在车辆电路的高压侧进行数据采集、数据处理、A/D转换等操作，然后才将高压数字数据信号通过隔离转换单元转换为低压数字数据信号，从而可减少电路中所需的隔离装置(例如线性光耦器件)的数量，既保证了安全的电气隔离，又降低了成本。

图2示出了根据本发明另一示例性实施方式用于车辆的电机控制器的数据隔离采集系统的框图。如图2所示，除了高压数据采集单元110、前端数据处理单元120、A/D转换单元130和隔离转换单元140之外，数据隔离采集系统100’还可包括信号判断单元150。为了简要起见，以下仅针对图2所示实施方式与图1的不同之处进行详细描述，其相同之处在此将不再赘述。

如图2所示，信号判断单元150可将经由前端数据处理单元120处理的高压模拟信号与预设的阈值作比较，并根据比较结果生成高压数字判断信号。隔离转换单元140可将车辆电路中的低压侧与该高压数字判断信号进行隔离，以对低压侧电路实现防护，并可将该高压数字判断信号转换为低压数字数据信号发送至低压侧。

上述信号判断单元可将所采集的信号与预设的阈值进行比较，当所采集的信号超过了阈值时，则表明可能存在不安全隐患，需要对此作出响应。

图3示出了根据本发明另一示例性实施方式用于车辆的电机控制器的数据隔离采集系统的框图。如图3所示，除了高压数据采集单元110、前端数据处理单元120、A/D转换单元130、隔离转换单元140和信号判断单元150之外，数据隔离采集系统100”还可包括控制单元160。为了简要起见，以下仅针对图3所示实施方式与图2的不同之处进行详细描述，其相同之处在此将不再赘述。

如图3所示，控制单元160可控制A/D转换单元130对信号的转换，接收高压数字判断信号，并选择性地将高压数字判断信号和高压数字数据信号分别发送至隔离转换单元140。根据一个实施例，控制单元160可由FPGA实现。

由此，可利用控制单元来控制A/D转换单元对信号的转换以及高压数字判断信号和高压数字数据信号的收发。

图4示出了根据本发明另一示例性实施方式用于车辆的电机控制器的数据隔离采集系统的框图。图4与图3所示实施方式的区别在于，如图4所示，数据隔离采集系统100”’中的隔离转换单元140可包括第一隔离转换子单元141和第二隔离转换子单元142。控制单元160可将高压数字判断信号实时发送至第一隔离转换子单元141，从而经由第一隔离转换子单元141转换成低压数字数据信号以提供至低压侧。另一方面，控制单元160可将高压数字数据信号组帧，并周期性地将其发送至第二隔离转换子单元142。例如，在车辆电路低压侧的中央控制单元(CPU)可经由隔离转换单元140向控制单元160发送同步采样使能信号，以对所需数据进行采样。在一个采样周期内，可利用控制单元160来完成数据采样、信号组帧、信号传输等任务。对高压数字数据信号进行组帧的过程可根据自定义通讯协议来完成。

由此，高压数字判断信号和高压数字数据信号可通过隔离转换单元中的不同子单元进行信号转换，从而避免了不同类型信号传输的彼此影响。例如，高压数字数据信号是在组帧后进行周期性的传输，而为了杜绝安全隐患，高压数字判断信号需要实时进行传输。因此，将高压数字数据信号和高压数字判断信号通过不同路径进行隔离和转换，能够保证信号的有效传输。

根据一个实施例，第一隔离转换子单元141可以为隔离光耦I/O子单元，第二隔离转换子单元142可以为隔离SPI传输子单元。

根据本发明的一个示例性实施方式，高压数据采集单元110可包括用于采集车辆的IGBT温度数据的IGBT温度采集子单元。与之相对应地，前端数据处理单元120可包括用于对IGBT温度采集子单元所采集的IGBT温度数据进行处理的IGBT温度前端处理子单元。

相应地，信号判断单元150可包括IGBT过温判断子单元。该IGBT过温判断子单元可将经由IGBT温度前端处理子单元处理的IGBT温度数据与预设的温度阈值作比较，并根据比较结果生成IGBT温度数字判断信号。

当温度过高时，即IGBT温度数据超过了预设的温度阈值时，根据该IGBT温度数字判断信号，车辆电路低压侧的CPU可通过经由隔离转换单元所接收到的信号来采取一定响应措施，以排除由于IGBT温度过高而带来的安全隐患。

根据本发明的一个示例性实施方式，高压数据采集单元110还可包括用于采集车辆的母线电压数据的母线电压采集子单元。与之相对应地，前端数据处理单元120还可包括用于对母线电压采集子单元所采集的母线电压数据进行处理的母线电压前端处理子单元。

相应地，信号判断单元150还可包括母线电压过压判断子单元和母线电压欠压判断子单元，从而对过压和欠压两种情况均做出判断。该母线电压过压判断子单元可将经由母线电压前端处理子单元处理的母线电压数据与预设的第一电压阈值作比较，并根据比较结果生成母线电压过压数字判断信号。该母线电压欠压判断子单元可将经由母线电压前端处理子单元处理的母线电压数据与预设的第二电压阈值作比较，并根据比较结果生成母线电压欠压数字判断信号。可以理解，上述第一电压阈值大于第二电压阈值。

当母线电压过高或过低时，即母线电压数据大于预设的第一电压阈值或小于预设的第二电压阈值，根据该母线电压过压数字判断信号或母线电压欠压数字判断信号，车辆电路低压侧的CPU可通过经由隔离转换单元所接收到的信号来采取一定响应措施，以排除由于母线电压过高或过低而带来的安全隐患。

根据本发明的另一方面，提供了一种车辆，该车辆可包括上述用于车辆的电机控制器的数据隔离采集系统。

图5示出了根据本发明一个示例性实施方式为车辆的电机控制器隔离采集数据的方法的流程图。如图5所示，该方法500可包括步骤S510至S540。在步骤S510中，在车辆电路中的高压侧采集车辆数据，并根据所采集的数据生成高压模拟信号。随后，在步骤S520中，在高压侧对该高压模拟信号进行处理。在步骤S530中，将在步骤S520中处理的高压模拟信号转换为高压数字数据信号。之后，在步骤S540中，将该高压数字数据信号隔离地转换为低压数字数据信号发送至车辆电路中的低压侧。

图6示出了根据本发明另一示例性实施方式为车辆的电机控制器隔离采集数据的方法的流程图。如图6所示，该方法500’可包括步骤S510至S560。为了简要起见，以下仅针对图6所示实施方式与图5的不同之处进行详细描述，其相同之处在此将不再赘述。

如图6所示，在步骤S550中，将在步骤S520中处理的高压模拟信号与预设的阈值作比较，并根据比较结果生成高压数字判断信号。随后，在步骤S560中，将该高压数字判断信号转换为低压数字数据信号发送至车辆电路的低压侧。

根据本发明的一个实施方式，从该高压数字数据信号转换得到的低压数字数据信号和从该高压数字判断信号转换得到的低压数字数据信号通过不同路径发送至车辆电路的低压侧。

根据本发明的一个实施方式，在上述步骤S560中，实时地将高压数字判断信号转换为低压数字数据信号。

另一方面，在上述步骤S540中，将该高压数字数据信号组帧，并周期性地进行隔离转换。

根据本发明的一个实施方式，上述车辆数据可包括车辆的IGBT温度数据和车辆的母线电压数据。

相应地，上述预设的阈值可包括预设的温度阈值、预设的第一电压阈值和预设的第二电压阈值。

以上对本发明各实施方式的描述是为了更好地理解本发明，其仅仅是示例性的，而非旨在对本发明进行限制。应注意，在以上描述中，针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。本领域技术人员可以理解，在不脱离本发明的构思的情况下，针对以上所描述的实施方式进行的各种变化和修改，均属于本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种用于车辆的电机控制器的数据隔离采集系统，其特征在于，包括：

高压数据采集单元，用于在车辆电路中的高压侧采集车辆数据，并根据所采集的数据生成高压模拟信号；

前端数据处理单元，用于在所述高压侧对所述高压数据采集单元所生成的高压模拟信号进行处理；

A/D转换单元，用于将经由所述前端数据处理单元处理的高压模拟信号转换为高压数字数据信号；以及

隔离转换单元，用于将车辆电路中的低压侧与所述高压数字数据信号隔离防护，并将所述高压数字数据信号转换为低压数字数据信号发送至所述低压侧。

2.如权利要求1所述的数据隔离采集系统，其特征在于，还包括：

信号判断单元，用于将经由所述前端数据处理单元处理的高压模拟信号与预设的阈值作比较，并根据比较结果生成高压数字判断信号，其中所述隔离转换单元还用于将车辆电路中的低压侧与所述高压数字判断信号隔离防护，并将所述高压数字判断信号转换为低压数字数据信号发送至所述低压侧。

3.如权利要求2所述的数据隔离采集系统，其特征在于，还包括：

控制单元，用于控制所述A/D转换单元对信号的转换，接收所述高压数字判断信号，并选择性地将所述高压数字判断信号和所述高压数字数据信号分别发送至所述隔离转换单元。

4.如权利要求3所述的数据隔离采集系统，其特征在于，所述隔离转换单元包括：

第一隔离转换子单元，所述控制单元将所述高压数字判断信号实时发送至所述第一隔离转换子单元；以及

第二隔离转换子单元，所述控制单元将所述高压数字数据信号组帧，并周期性地发送至所述第二隔离转换子单元。

5.如权利要求2-4中任一项所述的数据隔离采集系统，其特征在于，所述高压数据采集单元包括IGBT温度采集子单元，所述IGBT温度采集子单元用于采集车辆的IGBT温度数据，并且所述前端数据处理单元包括IGBT温度前端处理子单元，所述IGBT温度前端处理子单元用于对所述IGBT温度采集子单元所采集的IGBT温度数据进行处理。

6.如权利要求5所述的数据隔离采集系统，其特征在于，所述信号判断单元包括IGBT过温判断子单元，所述IGBT过温判断子单元用于将经由所述IGBT温度前端处理子单元处理的IGBT温度数据与预设的温度阈值作比较，并根据比较结果生成IGBT温度数字判断信号。

7.如权利要求2-4中任一项所述的数据隔离采集系统，其特征在于，所述高压数据采集单元还包括母线电压采集子单元，所述母线电压采集子单元用于采集车辆的母线电压数据，并且所述前端数据处理单元还包括母线电压前端处理子单元，所述母线电压前端处理子单元用于对所述母线电压采集子单元所采集的母线电压数据进行处理。

8.如权利要求7所述的数据隔离采集系统，其特征在于，所述信号判断单元还包括：

母线电压过压判断子单元，用于将经由所述母线电压前端处理子单元处理的母线电压数据与预设的第一电压阈值作比较，并根据比较结果生成母线电压过压数字判断信号；以及

母线电压欠压判断子单元，用于将经由所述母线电压前端处理子单元处理的母线电压数据与预设的第二电压阈值作比较，并根据比较结果生成母线电压欠压数字判断信号，其中所述第一电压阈值大于所述第二电压阈值。

9.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求1-8中任一项所述的数据隔离采集系统。

10.一种为车辆的电机控制器隔离采集数据的方法，其特征在于，包括：

在车辆电路中的高压侧采集车辆数据，并根据所采集的数据生成高压模拟信号；

在所述高压侧对所述高压模拟信号进行处理；

将已处理的高压模拟信号转换为高压数字数据信号；以及

将所述高压数字数据信号隔离地转换为低压数字数据信号发送至车辆电路中的低压侧。