CN110601609A - 汽车电机的位置检测系统及汽车 - Google Patents
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Abstract
一种汽车电机的位置检测系统及汽车，其中，所述汽车电机的位置检测系统包括：磁阻传感器，用于检测所述汽车电机的位置；控制器，用于接收所述磁阻传感器检测到的电机位置信息，以确定所述汽车电机的位置。通过本发明提供的方案能够有效降低设计复杂度，有利于汽车电机乃至汽车整体的紧凑型结构化设计。
Description
技术领域
本发明涉及汽车技术领域，具体地涉及一种汽车电机的位置检测系统及汽车。
背景技术
为了准确获知汽车的电机的绝对位置，现有较常用的汽车电机的位置检测方案是采用旋转变压器来实现的。具体而言，通过旋转变压器将检测到的代表汽车电机的绝对位置的正弦和余弦信号传输至汽车的控制器侧，以使控制器获知汽车电机的绝对位置。
结合图1和图2，旋转变压器的主线圈(如图1中的R1-R2)必须由旋变数字转换器(Rotary Digital Converter，简称RDC)及其外围励磁电路(如图2所示)产生的励磁信号驱动，然后，二级线圈(如图1中的S1-S3，S2-S4)可以诱发与汽车电机位置相对应的正弦和余弦信号。这两个信号被传输至控制面板侧并由RDC解调以获取汽车电机的绝对位置，然后电机的位置信息被传递至用于汽车电机驱动和控制的核心控制器(可简称为控制器)。
上述方案是以基于电磁检测原理的变压器为基础实现的，所以，在实际应用中，需要向旋转变压器提供特定频率(如10KHZ的正弦信号)的励磁信号，且输出信号需要经由诸如RDC之类的特定电路进行解调才能获得汽车电机的绝对位置信息。
由于上述特性，现有用于汽车电机的位置检测的方案使得芯片电路设计变得复杂，占用较多的印制电路板(Printed Circuit Board，简称PCB)布局空间，消耗较多电流用于驱动。
此外，考虑到旋转变压器的尺寸，现有的汽车电机的位置检测方案会消耗汽车电机内部更多的安装空间，不利于汽车电机的紧凑结构设计，且实现成本高。
发明内容
本发明解决的技术问题是如何有效降低设计复杂度，满足汽车电机乃至汽车整体的紧凑型结构化设计需求。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种汽车电机的位置检测系统，包括：磁阻传感器，用于检测所述汽车电机的位置；控制器，用于接收所述磁阻传感器检测到的电机位置信息，以确定所述汽车电机的位置。
可选的，所述磁阻传感器采用数字信号输出所述电机位置信息，所述控制器通过数字通信模式直接从所述磁阻传感器接收所述电机位置信息。
可选的，所述数字通信模式包括：SPI。
可选的，所述磁阻传感器采用模拟信号输出所述电机位置信息，所述控制器经由模数转换器接收所述电机位置信息。
可选的，所述模拟信号包括用于表征电机位置的正弦信号和余弦信号。
可选的，所述汽车电机的位置检测系统还包括：滤波器，所述滤波器连接于所述磁阻传感器与模数转换器之间，以对所述模拟信号进行滤波。
可选的，所述模数转换器集成于控制器内；或者，所述模数转换器设置于所述控制器之外。
可选的，所述磁阻传感器设置于所述汽车电机的转子转轴的端部预设范围以内。
可选的，所述磁阻传感器沿所述汽车电机的转子转轴的径向或轴向设置。
可选的，所述磁阻传感器为巨磁阻传感器或隧穿型磁阻传感器。
为解决上述技术问题，本发明实施例还提供一种汽车，包括汽车电机，还包括：上述汽车电机的位置检测系统。
与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：
本发明实施例提供一种汽车电机的位置检测系统，包括：磁阻传感器，用于检测所述汽车电机的位置；控制器，用于接收所述磁阻传感器检测到的电机位置信息，以确定所述汽车电机的位置。较之现有通过旋转变压器检测汽车电机位置的检测系统，本发明实施例所述系统不需要RDC和励磁电路来驱动磁阻传感器工作，从而极大简化系统整体上的电路设计和PCB布局，降低设计复杂度。
进一步，所述磁阻传感器采用数字信号输出所述电机位置信息，所述控制器通过数字通信模式直接从所述磁阻传感器接收所述电机位置信息，从而实现磁阻传感器和控制器之间的高速数据交互，提高测量反馈效率。
进一步，所述磁阻传感器采用模拟信号输出所述电机位置信息，所述控制器经由模数转换器接收所述电机位置信息，以灵活适应不同系统设计的个性化需求，磁阻传感器输出准确的模拟信号至控制器，供控制器据此计算确定所述汽车电机的位置。
进一步，所述磁阻传感器沿所述汽车电机的转子转轴的径向或轴向设置。较之现有旋转变压器只能沿所述转子转轴的径向设置的局限，采用本发明实施例所述系统的磁阻传感器和转子之间的布置更灵活，有利于电机的紧凑设计，也利于改善EMC环境。
附图说明
图1是现有技术中一种采用旋转变压器实现汽车电机位置检测的系统原理示意图；
图2是现有技术中一种RDC及其外围电路的示意图；
图3是本发明实施例的一种汽车电机的位置检测系统的原理示意图；
图4至图7是本发明实施例所述系统中磁阻传感器和汽车电机的转子转轴之间的多种相对位置关系示意图。
具体实施方式
本领域技术人员理解，如技术所言，现有采用旋转变压器进行汽车电机的位置检测的方案存在系统设计复杂，占用PCB空间大，不利于汽车电机的紧凑结构设计，实现成本高等问题。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种汽车电机的位置检测系统，包括：磁阻传感器，用于检测所述汽车电机的位置；控制器，用于接收所述磁阻传感器检测到的电机位置信息，以确定所述汽车电机的位置。本领域技术人员理解，本发明实施例所述系统不需要RDC和励磁电路来驱动磁阻传感器工作，从而极大简化系统整体上的电路设计和PCB布局，降低设计复杂度。
为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
图3是本发明实施例的一种汽车电机的位置检测系统的原理示意图。其中，所述汽车电机可以指所述汽车的电动机(motor)，所述汽车电机的位置是指所述汽车电机的转子(如转子转轴)的旋转角度位置。
具体地，结合图3，本实施例所述汽车电机的位置检测系统(以下简称为系统)10可以包括：磁阻传感器11，用于检测所述汽车电机(图未示)的位置；控制器12，用于接收所述磁阻传感器11检测到的电机位置信息，以确定所述汽车电机的位置。
作为一个非限制性实施例，所述系统10从功能上可以分为电机侧和控制面板侧两部分，两者通过线束连接以实现数据交互。其中，所述磁阻传感器11设置于所述电机侧，其设置于所述汽车电机内或周围，以在所述汽车电机工作期间检测所述汽车电机的转子的旋转角度(即旋转位置)；所述控制器12设置于所述控制面板侧，例如，可以集成于汽车的总控中，以控制汽车(如所述汽车电机)的运转。
在一个优选例中，所述磁阻(x Magneto-Resistance，简称xMR)传感器11可以为巨磁阻(Giant Magneto-Resistance，简称GMR)传感器。或者，所述磁阻传感器11也可以为隧穿型磁阻(Tunneling Magneto-Resistance，简称TMR)传感器。
本领域技术人员理解，本实施例所述系统10采用所述磁阻传感器11替代现有技术采用的旋转变压器，使得原本需要布置在控制面板13上的RDC模块、励磁电路及其他用于驱动旋转变压器和信号解调的外围电路(参考图1和图2)均可以被移除，从而极大优化控制面板13的PCB布局。进一步，由于移除所述励磁电路和RDC模块，能够极大降低传感器侧的电流消耗，降低系统10的功耗。
作为一个非限制性实施例，原本用于励磁信号的线路可以适于在本实施例中为所述磁阻传感器11供电。例如，供电电压(即磁阻传感器11的工作电压)可以为+5伏(V)。例如，保留原本励磁电路的电源线路为所述磁阻传感器11供电，其中，一端接供电电压VDD(例如为+5V)，另一端接地GND。
作为一个非限制性实施例，所述磁阻传感器11可以采用数字信号输出所述电机位置信息，所述控制器12通过数字通信模式直接从所述磁阻传感器11接收所述电机位置信息，从而实现磁阻传感器11和控制器12之间的高速数据交互，提高测量反馈效率。进一步，所述数字通信模式的设计可以有效减少系统10内的电缆数量，优化线束配置。
优选地，所述数字通信模式可以包括：串行外设接口(Serial PeripheralInterface，简称SPI)。
作为一个变化例，所述磁阻传感器11也可以采用模拟信号输出所述电机位置信息，所述控制器12经由模数转换器(Analog-Digital Converter，简称ADC)14接收所述电机位置信息，以灵活适应系统10设计时用户的个性化需求，磁阻传感器11输出准确的模拟信号至控制器12，供控制器12据此计算确定所述汽车电机的位置。
其中，所述模拟信号可以包括用于表征电机位置的正弦信号和余弦信号。优选地，对于每一位置，所述正弦信号和余弦信号的相位相差九十度。
在一个典型的应用场景中，可以根据控制器12的精度要求设计接口方式，以通过数字信号或模拟信号输出电机位置信息至所述控制器12。
例如，当控制器12要求直接获取所述汽车电机的转子的旋转角度值时，所述磁阻传感器11可以根据检测到的所述电机位置的正弦信号和余弦信号计算获得所述旋转角度值，并以数字信号的形式通过SPI传输至所述控制器12。此时，所述控制器12与磁阻传感器11通过SPI接口15直接进行数据交互。
又例如，当控制器12要求直接获取所述正弦信号和余弦信号以自行计算获取所述旋转角度值时，所述磁阻传感器11可以直接以模拟信号的形式输出所述正弦信号和余弦信号，两路信号分别经由ADC14转换为相应的数字信号后最终传输至所述控制器12。
优选地，所述ADC14与所述正弦信号和余弦信号一一对应。
优选地，所述ADC14可以集成于控制器12内；或者，所述ADC14也可以分散地设置于所述控制器之外，以充分利用所述控制面板13的PCB板上的闲置空间。
进一步地，所述系统10还可以包括：滤波器16，所述滤波器16连接于所述磁阻传感器11与模数转换器14之间，以对所述模拟信号进行滤波，优化信号质量，降低系统噪声的影响。
优选地，所述滤波器16可以与ADC14一一对应。
进一步地，基于所述磁阻传感器14的结构灵活多样的特性，有利于所述汽车电机的紧凑设计，所述磁阻传感器14可以设置于远离所述汽车电机的定子和转子的位置，以便于系统10整体性的结构设计，改善系统10的电磁兼容性(Electro MagneticCompatibility，简称EMC)环境。
作为一个非限制性实施例，参考图4至图7，所述磁阻传感器11可以设置于所述汽车电机的转子转轴20的端部20a预设范围以内。
例如，所述预设范围可以为10至50厘米(cm)，本领域技术人员也可以根据需要调整所述预设范围的具体数值，在此不予赘述。
作为一个非限制性实施例，参考图4和图5，所述磁阻传感器11可以沿所述汽车电机的转子转轴20的轴向(x方向)设置。也即，当所述汽车电机的转子上的目标轮的磁化方向为x方向时，所述磁阻传感器11的芯片表面11a也平行于所述x方向，以通过感应所述目标轮的磁场变化获取所述电机位置信息。
作为一个变化例，参考图6和图7，所述磁阻传感器11还可以沿所述汽车电机的转子转轴20的径向(r方向)设置。也即，当所述汽车电机的转子上的目标轮的磁化方向为r方向时，所述磁阻传感器11的芯片表面11a也平行于所述r方向，以通过感应所述目标轮的磁场变化获取所述电机位置信息。
本领域技术人员理解，较之现有旋转变压器只能沿所述转子转轴的径向设置的局限，采用本发明实施例所述系统10的磁阻传感器11和转子之间的布置更灵活，有利于电机的紧凑设计，也利于改善EMC环境。
由上，采用本实施例的方案，所述系统10不需要RDC和励磁电路来驱动磁阻传感器11工作和解调正余弦信号，从而极大简化系统10整体上的电路设计和PCB布局，降低设计复杂度。进一步，由于移除RDC的控制模块，本实施例所述系统10也有效简化软件设计难度。
进一步，本实施例所述系统10允许磁阻传感器11和控制器12之间基于高速数字通信模式直接进行数据交互，从系统10的线束层面，有效减少磁阻传感器11和控制面板13之间的电缆数量。
进一步，基于所述磁阻传感器11结构小巧且传感器布局形式多样的特性，本实施例所述系统10易于满足汽车电机的安装结构要求。
进一步，本实施例所述系统10也允许磁阻传感器11输出实际的正余弦信号，而不需要在磁阻传感器11和控制面板13之间增加额外的电缆。
进一步地，本发明实施例还提供一种汽车，包括汽车电机，还包括：上述图3示出的汽车电机的位置检测系统10。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，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 (11)
1.一种汽车电机的位置检测系统，其特征在于，包括：
磁阻传感器，用于检测所述汽车电机的位置；
控制器，用于接收所述磁阻传感器检测到的电机位置信息，以确定所述汽车电机的位置。
2.根据权利要求1所述的汽车电机的位置检测系统，其特征在于，所述磁阻传感器采用数字信号输出所述电机位置信息，所述控制器通过数字通信模式直接从所述磁阻传感器接收所述电机位置信息。
3.根据权利要求2所述的汽车电机的位置检测系统，其特征在于，所述数字通信模式包括：SPI。
4.根据权利要求1所述的汽车电机的位置检测系统，其特征在于，所述磁阻传感器采用模拟信号输出所述电机位置信息，所述控制器经由模数转换器接收所述电机位置信息。
5.根据权利要求4所述的汽车电机的位置检测系统，其特征在于，所述模拟信号包括用于表征电机位置的正弦信号和余弦信号。
6.根据权利要求4所述的汽车电机的位置检测系统，其特征在于，还包括：滤波器，所述滤波器连接于所述磁阻传感器与模数转换器之间，以对所述模拟信号进行滤波。
7.根据权利要求4所述的汽车电机的位置检测系统，其特征在于，所述模数转换器集成于控制器内；或者，所述模数转换器设置于所述控制器之外。
8.根据权利要求1所述的汽车电机的位置检测系统，其特征在于，所述磁阻传感器设置于所述汽车电机的转子转轴的端部预设范围以内。
9.根据权利要求1所述的汽车电机的位置检测系统，其特征在于，所述磁阻传感器沿所述汽车电机的转子转轴的径向或轴向设置。
10.根据权利要求1至9任一项所述的汽车电机的位置检测系统，其特征在于，所述磁阻传感器为巨磁阻传感器或隧穿型磁阻传感器。
11.一种汽车，包括汽车电机，其特征在于，还包括：上述权利要求1至10中任一项所述的汽车电机的位置检测系统。
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