CN113358896B - 一种电机转速冗余检测方法、电路和电机控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电机转速冗余检测方法、电路和电机控制器，其中检测方法包括：获取电机的相电流信号，对相电流信号进行滤波和过零比较处理，确定电机的第一转速；获取电机的线电压信号，对线电压信号进行滤波和过零比较处理，确定电机的第二转速；根据所述第一转速和所述第二转速，确定所述电机的实际转速。上述方案增加基于电机相电流和线电压信号实现转速的冗余检测，可以弥补仅靠电机位置传感器检测转速的不足，提供更高的功能安全，更好地防止电机超速。

Description

一种电机转速冗余检测方法、电路和电机控制器

技术领域

本发明属于电机处理器技术领域，特别涉及一种电机转速冗余检测方法、电路和电机控制器。

背景技术

面对严峻的能源和环境问题，新能源汽车正成为当前各国研究的重点。在我国，新能源汽车得到了政府和工业界的高度重视，并将其定为战略性新兴产业之一。作为节能减排的新能源汽车，纯电动汽车在行驶过程中具有无尾气排放、能量效率高、噪声低、可回收利用等优点，因此大力发展新能源汽车大势所趋。其中电机和电控作为新能源汽车的核心部件，其安全、可靠是纯电动汽车正常运行的基本前提。

对新能源汽车而言，车速超出正常范围后会增加车辆失控的风险，对于永磁同步电机的纯电动汽车，当电机转速严重超出正常范围后，电机会进入深度弱磁区，对造成转矩的非预期输出，另外当电机超速严重时同样会引起润滑问题，进而造成电机烧毁等不可逆的损伤。

目前的检测方案是基于对电机位置传感器进行转速检测和超速保护，当位置传感器出现故障或异常时，转速信号会输出错误信号，会出现误报超速或者不能及时报超速故障的情况。

发明内容

针对上述问题，本发明公开了一种电机转速冗余检测方法、电路和电机控制器，实现电机转速冗余检测和超速保护功能，以克服上述问题或者至少部分地解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明一方面提供了一种电机转速冗余检测方法，所述检测方法包括：

获取电机的相电流信号，对所述相电流信号进行滤波和过零比较处理，确定所述电机的第一转速；

获取电机的线电压信号，对所述线电压信号进行滤波和过零比较处理，确定所述电机的第二转速；

根据所述第一转速和所述第二转速，确定所述电机的实际转速。

可选的，所述检测方法还包括：

基于电机位置传感器检测所述电机的第三转速，根据所述第一转速、第二转速和第三转速，确定所述电机的实际转速。

可选的，所述确定所述电机的实际转速包括：

判断各转速之间的差值是否大于预设阈值，若大于或等于所述预设阈值，则输出故障警报信号；

若各转速之间的差值小于所述预设阈值，则计算各转速的平均值，将所述平均值确定为实际转速。

可选的，确定所述电机的第一转速或第二转速，包括：

通过滤波、过零比较处理后将所述相电流信号或所述线电压信号转换成频率信号，根据所述相电流信号或线电压信号的频率与电机转速成正比例的关系，推导出所述第一转速或所述第二转速。

本发明另一方面还提供了一种电机转速冗余检测电路，所述检测电路包括第一滤波电路、第一过零比较电路、第二滤波电路、第二过零比较电路和处理器；其中，

所述第一滤波电路、所述第一过零比较电路和所述处理器一个接口串联，用于对电机的相电流信号进行滤波和过零比较处理，并经所述处理器运算后确定电机的第一转速；

所述第二滤波电路、所述第二过零比较电路和所述处理器另一个接口串联，用于对电机的线电压信号进行滤波和过零比较处理，并经所述处理器运算后确定电机的第二转速。

可选的，所述处理器还用于根据所述第一转速、第二转速以及根据电机位置传感器检测获得的第三转速确定所述电机的实际转速。

可选的，所述处理器还用于判断所述电机的转速与预期的逻辑是否相符，若不相符则输出故障信号。

可选的，所述第一滤波电路或第二滤波电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一比较器、第一电容、第二电容、第三电容；其中，

所述第一电阻的一端接收所述相电流信号或线电压信号，另一端和第二电阻串联后接入所述第一比较器的正向输入端，所述第四电阻一端接地，另一端接入所述第一比较器的负向输入端，所述第一比较器的输出端上串联有第五电阻，所述第三电阻一端连接在所述第四电阻和所述第一比较器的负向输入端之间，另一端连接在所述第一比较器的输出端与所述第五电阻之间；

所述第一电容一端接地，另一端连接在所述第二电阻和所述第一比较器正向输入端之间；所述第二电容一端连接在所述第一电阻和所述第二电阻之间，另一端连接在所述第一比较器的输出端与所述第五电阻之间；所述第三电容一端接地，另一端连接在所述第五电阻的输出端上。

可选的，所述第一过零比较电路和所述第二过零比较电路包括第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第二比较器、第四电容、第五电容和第六电容；其中，

所述第六电阻一端接收输入信号，另一端接入所述第二比较器的正向输入端，所述第四电容一端接地，另一端连接在所述第六电阻与所述第二比较器的正向输入端之前；

所述第八电阻和所述第五电容并联形成并联线路，所述并联线路的一端接地，另一端接入所述第二比较器的负向输入端，且所述第七电阻一端接入正电压，另一端接入所述并联线路的另一端；

所述第二比较器的输出端连接所述第十电阻后输入所述处理器，且所述第九电阻一端接入正电压，另一端连接在所述第二比较器的输出端与所述第十电阻之间；所述第六电容一端接地，另一端接入所述第十电阻与所述处理器之间。

本发明再一方面还提供了一种电机控制器，所述电机控制器包括上述任一项所述的检测电路，并执行上述任一项所述的检测方法。

本发明的优点及有益效果是：

上述技术方案增加基于电机电流和电压信号实现转速的冗余检测，可以弥补仅靠电机位置传感器检测转速的不足，提供更高的功能安全，更好地防止电机超速。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明的一个实施例中电机转速冗余检测方法的流程示意图；

图2为本发明的一个实施例中电机转速冗余检测电路的结构示意图；

图3为本发明的一个实施例中滤波电路的结构示意图；

图4为本发明的一个实施例中过零比较电路的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解，术语“包括/包含”、“由……组成”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的产品、设备、过程或方法不仅包括那些要素，而且需要时还可以包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种产品、设备、过程或方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括/包含……”、“由……组成”限定的要素，并不排除在包括所述要素的产品、设备、过程或方法中还存在另外的相同要素。

还需要理解，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置、部件或结构必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作，不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的技术构思是：本发明提出一种电机转速冗余检测方法，该方法基于电机相电流和线电压检测，电机相电流和线电压的频率与电机转速成正比例关系，通过滤波电路、过零比较电路将模拟信号转换成频率信号，通过单片机检测该频率信号，可反推出电机当前转速。该方法是电机位置传感器转速检测的冗余方法，提高系统的功能安全等级。

以下结合附图，详细说明本发明各实施例提供的技术方案。

实施例1

结合图1所示，实施例公开了一种电机转速冗余检测方法，所述检测方法包括：

S1，获取电机的相电流信号，对所述相电流信号进行滤波和过零比较处理，确定所述电机的第一转速。需要说明的是，上述的相电流信号可以来自于电机逆变器三相电的任一相的电流信号。

S2，获取电机的线电压信号，对所述线电压信号进行滤波和过零比较处理，过零比较确定所述电机的第二转速。上述的线电压信号来自于电机逆变器三相电任两相之间的电压。

S3，根据所述第一转速和所述第二转速，确定所述电机的实际转速。一般情况下，该第一转速和第二转速相等或大致相等，通过该种冗余检测，能够准确获得电机的转速。

根据电机电流或电压获得转速的原理也可参考CN108471268A具体实施方式部分的说明。

综上，该实施例通过增加基于电机电流和电压信号实现转速的冗余检测，可以弥补仅靠电机位置传感器检测转速的不足，提供更高的功能安全，更好地防止电机超速。

在一个具体的实施方式中，所述检测方法还包括：基于电机位置传感器检测所述电机的第三转速，根据所述第一转速、第二转速和第三转速，确定所述电机的实际转速。

具体的，所述确定所述电机的实际转速包括：

首先，判断各转速(包括第一转速、第二转速或第三转速)之间的差值是否大于预设阈值，若大于或等于所述预设阈值，则输出故障警报信号，说明转速检测或者电机转速存在故障。

若各转速之间的差值小于所述预设阈值，说明则计算各转速的平均值，将所述平均值确定为实际转速。

在一个实施方式中，S1或S2中的确定所述电机的第一转速或第二转速，具体包括：

通过滤波、过零比较处理后将所述相电流信号或所述线电压信号转换成频率信号，根据所述相电流信号或线电压信号的频率与电机转速成正比例的关系，推导出所述第一转速或所述第二转速，其推导的过程可以在处理器内通过算法实现。

实施例2

参见图2所示，本发明实施例2公开了一种电机转速冗余检测电路，所述检测电路包括第一滤波电路、第一过零比较电路、第二滤波电路、第二过零比较电路和处理器；其中，

所述第一滤波电路、所述第一过零比较电路和所述处理器一个接口串联，用于对电机的相电流信号进行滤波和过零比较处理，并经所述处理器运算后确定电机的第一转速；

所述第二滤波电路、所述第二过零比较电路和所述处理器另一个接口串联，用于对电机的线电压信号进行滤波和过零比较处理，并经所述处理器运算后确定电机的第二转速。

通过上述检测电路，特别是处理器的运算处理，可以实现通过相电流信号或线电压信号分别得到电机的转速的方案，从而实现对电机转速的冗余检测，强化了电机的安全控制。

在一个具体实施方式中，所述处理器还用于根据所述第一转速、第二转速以及根据电机位置传感器检测获得的第三转速确定所述电机的实际转速。

进一步的，所述处理器还用于进一步判断所述电机的转速与预期的逻辑是否相符，比如，在驾驶人员踩油门欲加速的情况下，若检测到的电机实际转速不升，甚至还下降，则说明出现故障，此时需要输出故障信号，需提醒 MCU和驾驶人员采取进一步的措施。

在一个具体实施方式中，参见图3所示，所述第一滤波电路或第二滤波电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第一比较器、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3。

具体的，结合图3可知，所述第一电阻R1的一端接收所述相电流信号或线电压信号，另一端和第二电阻R2串联后接入所述第一比较器的正向输入端，所述第四电阻R4一端接地，另一端接入所述第一比较器的负向输入端，所述第一比较器的输出端上串联有第五电阻R5，所述第三电阻R3一端连接在所述第四电阻R4和所述第一比较器的负向输入端之间，另一端连接在所述第一比较器的输出端与所述第五电阻R5之间。

所述第一电容C1一端接地，另一端连接在所述第二电阻R2和所述第一比较器正向输入端之间；所述第二电容C2一端连接在所述第一电阻R1和所述第二电阻R2之间，另一端连接在所述第一比较器的输出端与所述第五电阻R5之间；所述第三电容C3一端接地，另一端连接在所述第五电阻R5的输出端上。

在一个具体实施方式中，参见图4可知，所述第一过零比较电路和所述第二过零比较电路包括第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻 R9、第十电阻R10、第二比较器、第四电容C4、第五电容C5和第六电容 C6。

具体的，结合图4，所述第六电阻R6一端接收输入信号，另一端接入所述第二比较器的正向输入端，所述第四电容C4一端接地，另一端连接在所述第六电阻R6与所述第二比较器的正向输入端之前。

所述第八电阻R8和所述第五电容C5并联形成并联线路，所述并联线路的一端接地，另一端接入所述第二比较器的负向输入端，且所述第七电阻R7 一端接入正电压，另一端接入所述并联线路的另一端；

所述第二比较器的输出端连接所述第十电阻R10后输入所述处理器，且所述第九电阻R9一端接入正电压，另一端连接在所述第二比较器的输出端与所述第十电阻R10之间；所述第六电容C6一端接地，另一端接入所述第十电阻R10与所述处理器之间。

需要指出的，上述处理器可以是电机控制器中的单片机，根据电压和电流计算的区别，各电阻或电容等的参数设置不同。

实施例3

本发明的实施例3公开了一种电机控制器，所述电机控制器包括上述任一项所述的检测电路，并执行上述任一项所述的检测方法。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种电机转速冗余检测方法，其特征在于，所述检测方法包括：

获取电机的相电流信号，对所述相电流信号进行滤波和过零比较处理，通过滤波、过零比较处理后将所述相电流信号转换成频率信号，根据所述相电流信号的频率与电机转速成正比例的关系，确定所述电机的第一转速，其中所述相电流信号来自于电机逆变器三相电的任一相的电流信号；

获取电机的线电压信号，对所述线电压信号进行滤波和过零比较处理，通过滤波、过零比较处理后将所述线电压信号转换成频率信号，根据所述线电压信号的频率与电机转速成正比例的关系，确定所述电机的第二转速，其中，所述线电压信号来自于电机逆变器三相电任两相之间的电压；

若所述第一转速和所述第二转速之间的差值小于预设阈值，则计算各转速的平均值，将所述平均值确定为实际转速。

2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述检测方法还包括：

基于电机位置传感器检测所述电机的第三转速，根据所述第一转速、第二转速和第三转速，确定所述电机的实际转速。

3.根据权利要求1或2所述的检测方法，其特征在于，所述确定所述电机的实际转速包括：

判断各转速之间的差值是否大于预设阈值，若大于或等于所述预设阈值，则输出故障警报信号。

4.一种电机转速冗余检测电路，其特征在于，所述检测电路包括第一滤波电路、第一过零比较电路、第二滤波电路、第二过零比较电路和处理器；其中，

所述第一滤波电路、所述第一过零比较电路和所述处理器一个接口串联，所述第二滤波电路、所述第二过零比较电路和所述处理器另一个接口串联；所述检测电路用于实现如权利要求1-3之任一所述的方法。

5.根据权利要求4所述的检测电路，其特征在于，所述第一滤波电路或第二滤波电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一比较器、第一电容、第二电容、第三电容；其中，

所述第一电阻的一端接收所述相电流信号或线电压信号，另一端和第二电阻串联后接入所述第一比较器的正向输入端，所述第四电阻一端接地，另一端接入所述第一比较器的负向输入端，所述第一比较器的输出端上串联有第五电阻，所述第三电阻一端连接在所述第四电阻和所述第一比较器的负向输入端之间，另一端连接在所述第一比较器的输出端与所述第五电阻之间；

所述第一电容一端接地，另一端连接在所述第二电阻和所述第一比较器正向输入端之间；所述第二电容一端连接在所述第一电阻和所述第二电阻之间，另一端连接在所述第一比较器的输出端与所述第五电阻之间；所述第三电容一端接地，另一端连接在所述第五电阻的输出端上。

6.根据权利要求5所述的检测电路，其特征在于，所述第一过零比较电路和所述第二过零比较电路包括第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第二比较器、第四电容、第五电容和第六电容；其中，

所述第六电阻一端接收输入信号，另一端接入所述第二比较器的正向输入端，所述第四电容一端接地，另一端连接在所述第六电阻与所述第二比较器的正向输入端之前；

所述第八电阻和所述第五电容并联形成并联线路，所述并联线路的一端接地，另一端接入所述第二比较器的负向输入端，且所述第七电阻一端接入正电压，另一端接入所述并联线路的另一端；

所述第二比较器的输出端连接所述第十电阻后输入所述处理器，且所述第九电阻一端接入正电压，另一端连接在所述第二比较器的输出端与所述第十电阻之间；所述第六电容一端接地，另一端接入所述第十电阻与所述处理器之间。

7.一种电机控制器，其特征在于，所述电机控制器包括权利要求4-6任一项所述的检测电路，并执行如权利要求1-3任一项所述的检测方法。

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