CN114079415A - 一种电机角度检测装置、电机控制器以及电动汽车 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种电机角度检测装置、电机控制器以及电动汽车，该装置包括：激励信号生成电路、信号处理电路、旋转变压器、旋变反馈处理电路及多个模数转换器；旋转变压器与驱动电机对应；激励信号生成电路，产生激励调制信号；信号处理电路连在激励信号生成电路与旋转变压器之间，对激励调制信号进行滤波放大处理；旋转变压器，输出旋变反馈信号；旋变反馈处理电路，对旋转变压器输出的信号进行调理；多个模数转换器，分别对经过旋变反馈处理电路调理后的旋变反馈信号进行采样，获得驱动电机的角度集合。利用本申请实施例提供一种电机角度检测装置、电机控制器以及电动汽车，能够在降低角度检测成本的前提下，提高角度检测的可靠性。

Description

一种电机角度检测装置、电机控制器以及电动汽车

技术领域

本申请涉及电机角度检测领域，特别涉及一种电机角度检测装置、电机控制器以及电动汽车。

背景技术

随着电动汽车行业发展，车载电气设备日益增多，电机控制器作为电动汽车动力系统的核心部件，在电动汽车正常行驶时，将动力电池的电能通过直流交流电路(directcurrent/alternating current，DC/AC)进行逆变，从而驱动电机。

转矩安全是评价电机控制器安全的最重要标准，转矩安全一般被定义为不会发生非预期的转轴加速、减速和非预期的启动。通过实时检测电机转子角位置以及转速，可以保证转矩安全，其中，旋转变压器，又称旋变因工作环境适应性强普遍，被用来对电机进行转子角位置与转速的检测，参阅图1所示，图1为旋转变压器的示意图，旋转变压器通过一个初级绕组(转子侧R1-R2)以及两个次级绕组(定子侧S1-S3、定子侧S2-S4)的磁耦合的作用，对电机等旋转部件的角位置和速度进行精准的测量的传感器。其初级绕组和两个次级绕组分别安装在电机转子和两个定子上，通过施加在初级绕组上的激励信号在两个次级绕组中分别耦合出正弦旋变反馈信号以及余弦旋变反馈信号，通过对正弦旋变反馈信号以及余弦旋变反馈信号进行解调和转换后可以获取电机转子的角位置和转速信息。

为了提高电动汽车的安全等级，现有技术下采用软件解码/硬件解码互为备份的方案进行电机角度检测，其中，软件解码是指利用处理器内部的积分型模数转换器(delta-sigma analog-to-digital converter，DSADC)来提取正余弦旋变反馈信号的包络线，基于包络线经过旋变软件解码算法来得到角位置和转速，硬件解码是指利用旋变解码芯片来解算出角度传输到处理器CPU，在硬件解码方案失效后，可以切换到软件解码方案，并用软件解码方案得到的角度信息作为电动汽车动力系统的所需数据，但使用旋变解码芯片的成本较高，且在实际应用中，由于激励信号为高频模拟信号，在需要进行软解/硬解切换使用时十分困难，在实际应用中仅能使用一种解码方式(软件解码/硬件解码)，无法确定当前解码的正确性。有鉴于此，需要提供一种电机角度检测方案，在降低检测成本的同时提高检测的可靠性。

发明内容

本申请提供的电机角度检测装置、电机控制器以及电动汽车，能够在降低角度检测成本的前提下，提高角度检测的可靠性。

第一方面，本申请提供一种电机角度检测装置，应用于电机控制器中，装置包括：激励信号生成电路、信号处理电路、至少一个旋转变压器、旋变反馈处理电路以及多个模数转换器；至少一个旋转变压器与至少一个驱动电机一一对应，至少一个旋转变压器中的每个旋转变压器与对应的驱动电机连接；激励信号生成电路，用于产生激励调制信号；信号处理电路，连接在激励信号生成电路与至少一个旋转变压器之间，用于对激励调制信号进行滤波和放大处理，以通过处理后的激励调制信号驱动至少一个旋转变压器工作；至少一个旋转变压器中的每个旋转变压器，用于输出旋变反馈信号；旋变反馈处理电路与至少一个旋转变压器连接，旋变反馈处理电路，用于对至少一个旋转变压器中的每个旋转变压器输出的旋变反馈信号进行调理；多个模数转换器，用于分别对经过旋变反馈处理电路调理后的旋变反馈信号分别进行采样，获得至少一组驱动电机的角度集合，角度集合中包括多个旋转角度。利用本申请提供的电机角度检测装置，无需使用专用硬解解码芯片，能够降低角度检测成本，此外，采用旋变激励以及反馈信号均存在多种解码路径，可以分别通过多种算法解码进行解耦计算，提高了角度检测的可靠性。

作为一种可能的实施方式，至少一个旋转变压器中的每个旋转变压器包含：原边绕组、第一副边绕组以及第二副边绕组，原边绕组与第一副边绕组以及第二副边绕组耦合；旋变反馈处理电路中包含：第一反馈处理模块以及第二反馈处理模块；第一副边绕组以及第二副边绕组，均连接到第一反馈处理模块和第二反馈处理模块；第一反馈处理模块以及第二反馈处理模块，用于对第一副边绕组输出的正弦旋变反馈信号以及第二副边绕组输出的余弦旋变反馈信号进行调理。具体的，第一副边绕组和第二副边绕组之间相互正交，通过施加在原边绕组上的激励信号，能在第一副边绕组以及第二副边绕组上分别耦合输出正弦旋变反馈信号以及余弦旋变反馈信号。

通过不同类型的模数转换器对旋变反馈信号进行检测，能够得到多个角度值。即使在某种模数转换器检测失效或检测得到的误差较大时，同样可以利用其他的模数转换器进行角度的检测，使多种解码方式互为备份方案，进而利用不同的解码路径或不同的解码算法对旋变反馈信号进行检测，最终提高了解码的可靠性，保证了电动汽车的转矩安全。作为一种可能的实施方式，多个模数转换器包括：第一模数转换器以及第二模数转换器，电机角度检测装置中还包括第一解调模块以及第二解调模块；第一模数转换器，用于对经过第一反馈处理模块调理后的正弦旋变反馈信号以及余弦旋变反馈信号进行采样，得到第一采样信号；第一解调模块用于对第一采样信号进行解调，确定第一角度；第二模数转换器，用于对经过第二反馈处理模块调理后的正弦旋变反馈信号以及余弦旋变反馈信号进行采样，得到第二采样信号；第二解调模块用于对第二采样信号进行解调，确定第二角度。

此外，为了保证采样的精度，不同类型的模数转换器需要被同步触发。作为一种可能的实施方式，为了实现对于多个模数转换器的采样进行同步触发，电机角度检测装置中还可以包括触发模块，触发模块用于捕获信号的上升沿，清零同步计数器，利用上述计数器能获得触发信号，从而利用触发信号来触发模数转换器进行采样，在采样完成后进行中断，获取采样值，利用采样值进行角度计算，其中，计数器的触发延时时长可根据电路延时设置到合理值，从而尽可能保证在激励信号过零点或峰值点附近点进行采样，提高采样的精度。

作为一种可能的实施方式，第二反馈处理模块具体用于：将正弦旋变反馈信号转换为正弦单端反馈信号，并将余弦旋变反馈信号转换为余弦单端反馈信号；第二模数转换器具体用于：对正弦单端反馈信号以及余弦单端反馈信号进行采样得到第二采样信号。

作为一种可能的实施方式，电机角度检测装置中还包括角度诊断电路：角度诊断电路，用于比较第一角度与第二角度的大小关系，在第一角度与第二角度不同或，在所述第一角度与所述第二角度之差不在设定角度范围时，向电机控制器发出告警信号，使电机控制器控制至少一个驱动电机进入安全状态。上述安全状态是指关断驱动输出后，电机控制器进入主动短路状态或者桥臂自然关断的状态。也即，该电机控制器的逆变电路停止输出电能至驱动电机，进而保障在电子系统发生故障的情况下能使整车或部件进入可控的安全状态，从而达到保障驾驶参与人员的人身安全的目的。

采用多电机驱动技术可以提高电动汽车的工作效率，从而提高续航里程，针对此场景，一种可能的实施方式，在至少一个驱动电机中包含第一驱动电机以及第二驱动电机时，至少一个旋转变压器包含：第一旋转变压器以及第二旋转变压器；第一旋转变压器与第一驱动电机连接，第二旋转变压器与第二驱动电机连接。

为了降低成本，作为一种可能的实施方式，信号处理电路，包括：第一信号处理模块以及第二信号处理模块；第一信号处理模块，用于对激励调制信号进行滤波和放大，输出第一激励信号；第二信号处理模块，用于对激励调制信号进行滤波和放大，并利用反相器对进行滤波和放大后的激励调制信号进行反相处理，输出第二激励信号；第一激励信号与第二激励信号的相位相反；第一旋转变压器包含第一连接端以及第二连接端，第二旋转变压器包含第三连接端以及第四连接端；第二连接端与第三连接端共同接地；第一信号处理模块与第一连接端连接，第二信号处理模块与第四连接端连接。

为了防止信号处理时，因设置一个信号处理电路损坏导致的多个电机的角度检测均停止工作，可以在信号处理电路中设置多个信号处理子模块作为冗余，分别向第一旋转变压器以及第二旋转变压器输入激励信号，从而提高系统的可靠性，作为一种可能的实施方式，第一旋转变压器包含第一连接端以及第二连接端，第二旋转变压器包含第三连接端以及第四连接端；第二连接端与第四连接端接地；信号处理电路分别与第一连接端以及第三连接端连接。

在某些场景下，激励信号生成电路能够生成的电压幅值过低，难以满足后端旋转变压器的最小输入电压需求，作为一种可能的实施方式，信号处理电路，包括：第一信号处理模块以及第二信号处理模块；第一信号处理模块，用于对激励调制信号进行滤波和放大，输出第一激励信号；第二信号处理模块，用于对激励调制信号进行滤波和放大，并利用反相器对进行滤波和放大后的激励调制信号进行反相处理，输出第二激励信号；第一激励信号与第二激励信号的相位相反；第一旋转变压器包含第一连接端以及第二连接端，第二旋转变压器包含第三连接端以及第四连接端；第一信号处理模块分别与第一连接端以及第三连接端连接，第二信号处理模块分别与第二连接端以及第四连接端连接。通过上述结构即使激励信号生成电路输出的电压幅值难以满足后端旋转变压器的最小输入电压需求，但通过差分放大的方式，同样可以使得旋转变压器正常工作。

作为一种可能的实施方式，装置还包括：采样触发电路，采样触发电路分别与激励信号生成电路以及多个模数转换器连接；采样触发电路，用于：对激励信号生成电路生成的激励调制信号进行采样，在激励调制信号位于设定采样点时，触发采样脉冲从而驱动多个模数转换器进行采样，设定采样点为激励调制信号的过零点或峰值点。

作为一种可能的实施方式，多个模数转换器包含如下至少一种类型：积分型模数转换器DSADC、逐次逼近型模数转换器SAR-ADC。

第二方面，本申请提供一种电机控制器，包括逆变电路；逆变电路的输入端与动力电池连接，逆变电路的输出端与至少一个驱动电机相连；逆变电路用于将动力电池输出的高压直流电转变为交流电供至少一个驱动电机工作，电机控制器还包括如第一方面的电机角度检测装置；至少一个旋转变压器与至少一个驱动电机一一对应，至少一个旋转变压器中的每个旋转变压器与对应的驱动电机连接。

第三方面，本申请提供一种电动汽车，包括如第二方面提供的电机控制器。

第四方面，本申请提供一种电机角度检测方法，应用于电机控制器，电机控制器通过至少一个旋转变压器与至少一个驱动电机连接，电机角度检测方法包括：产生激励调制信号；对激励调制信号进行滤波和放大处理，以通过处理后的激励调制信号驱动至少一个旋转变压器工作；对至少一个旋转变压器中的每个旋转变压器输出的旋变反馈信号进行调理；利用多个模数转换器，分别对经过旋变反馈处理电路调理后的旋变反馈信号进行采样，获得至少一组驱动电机的角度集合，角度集合中包括多个旋转角度。

附图说明

图1为一种旋转变压器的结构示意图；

图2为一种电动汽车的结构示意图；

图3为电机控制器的结构示意图；

图4为一种电机角度检测装置示意图一；

图5为一种电机角度检测装置示意图二；

图6为一种电机角度检测装置中的旋转变压器的耦合示意图；

图7为一种旋变反馈处理电路的结构示意图；

图8为一种电机角度检测装置示意图三；

图9为双驱动电机的连接示意图；

图10A～10C为信号处理电路的结构示意图；

图10D为激励信号幅值示意图；

图11为一种电机角度检测方法的示意图。

具体实施方式

本申请实施例提供一种电机角度检测装置、电机控制器以及电动汽车，能够在降低角度检测成本的前提下，提高角度检测的可靠性。

为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述。需要说明的是，在本申请的描述中“至少一个”是指一个或多个，其中，多个是指两个或两个以上。鉴于此，本发明实施例中也可以将“多个”理解为“至少两个”。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，字符“/”，如无特殊说明，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。另外，需要理解的是，在本申请的描述中，“第一”、“第二”等词汇，仅用于区分描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，也不能理解为指示或暗示顺序。

还需要指出的是，本申请实施例中“耦合”指的是能量传递关系，例如，A与B耦合，指的是A与B之间能够传递能量，其中，能量的具体形式存在多种可能，例如电能、磁场势能等。在A与B之间能够传递电能时，反映在电路连接关系上，便是A与B之间可以直接电连接，也可以通过其它导体或电路元件间接电连接。在A与B之间能够传递磁场势能时，反映在电路连接关系上，便是A与B之间可以发生电磁感应，使得磁场势能可以从A传递至B，有鉴于此，本申请实施例中，以“磁耦合”特指A与B之间可以通过磁场传递能量的场景。

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

电动汽车，又称为新能源汽车，是一种以电能驱动的汽车，本申请实施例提供的电动汽车可以包括电池电动汽车(battery electric vehicle，BEV)、混合动力电动汽车(hybrid electric vehicle，HEV)和插入式混合动力电动汽车(plug inhybrid electricvehicle，PHEV)。

以电池电动汽车为例来对电动汽车的结构进行说明。如图2所示，电动汽车10具体包括用于驱动汽车行驶的电机驱动系统100，用于提供能量的车载能量系统200以及辅助系统300。具体地，电机驱动系统100中可以包含整车控制器(vehicle control unit，VCU)110、电机控制器(motor control unit，MCU)120、驱动电机130、传动装置140以及车轮150。车载能量系统200中包括动力电池210、电池管理系统220及充电电路230。

其中，动力电池210可以为大容量、高功率的蓄电池。在电动汽车10行驶时，动力电池210可以通过电机控制器120为驱动电机130进行供电，驱动电机130将动力电池210提供的电能转换为机械能，从而驱动车轮150转动，实现车辆行驶。

整车控制器110，又叫动力总成控制器，是整个电动汽车10的核心控制部件，相当于电动汽车10的大脑。它采集加速踏板信号、制动踏板信号及其他部件的输入信号，并根据上述输入信号做出相应判断后，控制的电动汽车10中的各个部件的动作，驱动电动汽车10正常行驶。具体的，作为电动汽车10的指挥管理中心，整车控制器110的主要功能包括：驱动力矩控制、制动能量的优化控制、整车的能量管理、控制器局域网(controller areanetwork，CAN)网络的维护和管理、故障的诊断和处理以及车辆状态监视等，它起着控制车辆运行的作用。因此整车控制器的优劣直接决定了车辆的稳定性和安全性。

电机控制器120是通过主动工作来控制驱动电机130按照设定的方向、速度、角度、响应时间进行工作的集成电路或集成模块，其与整车控制器130通过通信的方式连接。在电动汽车10中，电机控制器120的主要功能是根据档位、油门、刹车等外部指令，将动力电池210所存储的电能转化为驱动电机130所需的电能，来控制电动汽车10的启动运行、进退速度、爬坡力度等行驶状态，或者，电机控制器120还可以帮助电动汽车10刹车。可选的，在刹车过程中，电机控制器120还能将刹车时的部分刹车能量，存储到动力电池210之中。

驱动电机130，又称马达，是指依据电磁感应定律实现电能转换或电能传递的一种电磁装置，其与电机控制器120通过电连接，并与传动装置140通过机械连接。其主要作用是产生驱动转矩，从而作为车轮150的动力源。

具体地，驱动电机130可以是永磁同步马达(permanent-magnet-synchronousmotor，PMSM)类型的电机。驱动电机130可由定子和转子组成，其中定子包括定子绕组。转子可相对于定子围绕中心轴线旋转。驱动电机130可使正弦电流通过流过定子绕组的方式来被控制。正弦电流的幅值和频率可改变以控制转子的扭矩和转速。定子上的电流产生电磁场，电磁场与作为转子的部件上的永磁体相互作用。电磁场使得转子旋转。例如，驱动电机130可以为三相电机。也就是说，定子绕组可包括三个分离的相绕组。为了控制驱动电机130，三相电压波或三相电流波被施加到相绕组。三相波使得每个相的信号按照120度的相位差分离。

传动装置140还与车轮150机械连接，用于将驱动电机130产生的动力源传递至车轮150从而驱动电动汽车10行驶。一些可能的实施方式中，传动装置140可以包括连接于两个车轮150之间的驱动轴以及设置于驱动轴之上的差速器等等。

车载能量系统200中的动力电池210与电机控制器120电连接，用于储存并提供电能。动力电池210包括但不限于锂电池、铅酸电池、磷酸铁锂电池、镍氢电池、镍镉电池等等材质的。一些可能的实施例中，动力电池210还可以包括超级电容器。电池管理系统220与动力电池210电连接，并与整车控制器110进行通信连接。电池管理系统220用于对动力电池210在不同工况下的状态进行监测和估算，从而提高动力电池210的利用率，防止动力电池210出现过充电和过放电，从而延长动力电池210的使用寿命。具体的，电池管理系统220的主要功能可以包括：电池物理参数实时监测；电池状态估计；在线诊断与预警；充、放电与预充控制；均衡管理和热管理等等。

充电器230与动力电池210电连接，用于与外部电源连接，从而为动力电池210充电。具体的，当电动汽车10与外部电源(如充电桩等)进行连接时，充电器230可以将外部电源提供的交流电转换为直流电从而动力电池210进行充电。此外，电池管理系统220还与充电器230连接，以对动力电池210充电过程进行监控。

辅助系统300包括直流转直流(direct current-direct current converter，DCDC)转换器310、辅助电池320、低压负载330及高压负载340。直流转直流转换器310的一端与动力电池210连接，另一端分别与辅助电池320及低压负载330相连。DCDC转换器310用于将动力电池210输出的高压(如380V)转换成低压(如12V)后为辅助电池320充电以及为低压负载330供电。在一些可能的实施方式中，低压负载330包括低压汽车附件，例如冷却泵、风扇、加热器、动力转向装置、制动器等等。当然，辅助电池320也可以为低压负载330直接供电。另外，动力电池210还与高压负载340连接，为高压负载340供电。

需要说明的是，电动汽车10中的各个电路或模块可经由一个或多个车辆网络进行相互通信。车辆网络可以包括多个用于通信的信道。车辆网络中的一个信道可以是诸如控制器局域网的串行总线。车辆网络中的信道中的一个可包括由电气与电子工程师协会(IEEE802)标准族定义的以太网。车辆网络中的其它信道可以包括电路或模块之间的离散连接。不同的信号可通过车辆网络中的不同信道进行传输。例如，视频信号可通过高速信道(例如，以太网)进行传输，而控制信号可通过CAN或离散信号进行传输。车辆网络可包括协助在电路或模块之间传输信号和数据的任意硬件组件和软件组件。车辆网络在图2中未示出，车辆网络可以连接或存在于电动汽车10中的任何电路或模块中。例如，车辆网络可以存在于整车控制器110中，从而使得电动汽车10中的各个组件配合完成工作。可以理解的是，本申请实施例示意的结构并不构成对电动汽车10的具体限定。在本申请另一些实施例中，电动汽车10可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者拆分某些部件，或者不同的部件布置。图示的部件可以采用硬件、软件或者软件加硬件的组合实现。

作为电动汽车10的核心动力部件，电机控制器120的功能安全显得尤为重要。其中，ISO26262《道路车辆功能安全》国际标准根据安全风险程度对系统或系统某组成部分确定划分由A到D的汽车安全完整性等级(Automotive Safety Integrity Level，ASIL)，ASIL等级越高，相应的，功能安全相关电路的检测覆盖率就越高，硬件随机失效概率度量指标越低。该标准给出了如何从设计角度遵从相应的规范，而使得产品达到相应的ASIL等级，保障在电子系统发生故障的情况下能使整车或部件进入可控的安全状态，从而达到保障驾驶参与人员的人身安全的目的。

转矩安全是对电机控制器120最重要的功能安全指标，转矩安全的估算主要包含有两种方法：功率法和磁链法，其中，使用磁链法来进行转矩安全估算，所需采集的物理量较少，精度高，但采用磁链法需要的采集的物理量则为三相电流和电机的电角度。也即，若要转矩安全目标等级达到ASILC以上等级的准确度，则需要用于计算转矩的输入量其中之一的电机的电角度必须能达到至少ASILC以上的等级的准确度。而电机角度能否达到至少ASILC以上的等级的准确度的关键在于对角度的采样。

下面对本申请实施例中的电机控制器120的结构及相应的功能做详细的介绍。其中，本申请实施例中的电机控制器120的转矩功能安全能够满足ASILC以上等级。

参阅图3所示，电机控制器120包括电机角度检测装置300和逆变电路310，逆变电路310的输入端与动力电池210相连，逆变电路310的输出端与驱动电机130相连。逆变电路310用于将动力电池210输出的高压直流电转变为交流电(如三相交流电)以供驱动电机130工作。

电机角度检测装置300可以通过旋转变压器(resolver/transformer)(图3中未示出)与驱动电机130相连，以对旋转变压器输出的旋变反馈信号进行解码而获得驱动电机130的电角度。其中，旋转变压器是一种通过初级绕组和两个以上的次级绕组的磁耦合作用，用于对电机等旋转部件的角位置和速度进行精确测量的传感器。其初级绕组和两个正交的次级绕组分别安装于电机转子和定子上，施加在初级绕组上的激励信号在两个次级绕组中分别耦合出正弦旋变反馈信号和余弦旋变反馈信号，该正弦旋变反馈信号和余弦旋变反馈信号可统称为旋变反馈信号。通过对正弦旋变反馈信号和余弦旋变反馈信号进行解调和转换后可以获取电机转子的角位置和转速信息。可以理解的是，本申请实施例示意的结构并不构成对电机控制器120结构的具体限定。在本申请另一些实施例中，电机控制器120中可以包括比图3中更多的部件，例如，辅助电源电路、充电电路、电压/电流检测电路等等。

参阅图4所示，图4为本申请上述实施例中的电机角度检测装置300的结构示意图，所述装置包括：激励信号生成电路301、信号处理电路302、至少一个旋转变压器303、旋变反馈处理电路304以及多个模数转换器305；所述至少一个旋转变压器303与至少一个驱动电机306一一对应，所述至少一个旋转变压器303中的每个旋转变压器303与对应的驱动电机306连接；所述激励信号生成电路301，用于产生激励调制信号。

本申请实施例中的所述信号处理电路302，连接在所述激励信号生成电路301与所述至少一个旋转变压器303之间，用于对所述激励调制信号进行滤波和放大处理，以通过处理后的所述激励调制信号驱动所述至少一个旋转变压器303工作。

所述至少一个旋转变压器303中的每个旋转变压器303，用于输出旋变反馈信号。

所述旋变反馈处理电路304与所述至少一个旋转变压器303连接，所述旋变反馈处理电路304，用于对所述至少一个旋转变压器303中的每个旋转变压器303输出的所述旋变反馈信号进行调理；

所述多个模数转换器305，用于分别对经过所述旋变反馈处理电路304调理后的旋变反馈信号分别进行采样，获得至少一组驱动电机306的角度集合，所述角度集合中包括多个旋转角度。其中，各个模数转换器的采样时钟同步，从而能保证采样同步进行。

其中，激励信号生成电路301用于产生至少一个激励调制信号，在一些可能的实施方式中，激励信号生成电路301生成的激励调制信号为正弦波信号，本申请实施例提供的激励调制信号可以为正弦PWM(sinusoidal PWM，SPWM)信号，SPWM是一种比较成熟的、使用较广泛的PWM法。其原理为：将冲量相等而形状不同的窄脉冲，加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。利用脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形，使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的面积相等。

信号处理电路302连接在激励信号生成电路301以及至少一个旋转变压器303之间，用于对激励调制信号进行放大和滤波后得到激励信号，进而使旋转变压器303输出用于表征驱动电机306角度的旋变反馈信号。其中，上述旋变反馈信号包括正弦旋变反馈信号以及余弦旋变反馈信号，可选的，信号处理电路302中具体可以包括放大电路或差分放大器(different amplifier)、推挽输出电路以及滤波电路，上述电路的具体内部结构本领域技术人员应当知晓，这里不做过多限定。其中，滤波电路可以为电磁干扰(ElectromagneticInterference，EMI)滤波器，能滤除激励信号上的高频毛刺。放大电路可以为差分放大电路，所述差分放大电路可以为全差分结构，其内部可以包括单级放大电路或者多级放大电路，在所述差分放大电路为多级放大电路的情况下，前一级放大电路的输出电压被配置为下一级放大电路的输入电压。本申请实施例提供的差分放大电路还可以包括其他类型的变形和优化以及配置，本申请实施例中不再一一列举。

旋变反馈处理电路304连接在旋转变压器303与多个模数转换器305之间，用于对上述旋变反馈信号进行调理，并将调理后的旋转反馈信号发送到多个模数转换器305。示例性的，本实施方式中，所述旋变反馈处理电路304可以将所述正弦旋变反馈信号转换成与模数转换器输入端口电平匹配的正弦差分信号，并还用于将所述余弦旋变反馈信号转换成与模数转换器输入端口电平匹配的余弦差分信号。其中，差分信号(differential signal，DS)是将相位相反幅值相等的两路信号分别输入到差分放大电路中，经差分放大电路处理后，输出的信号为两路信号的差值。

本申请实施例中的多个模数转换器305可以为各类模数转换器，如积分型模数转换器(delta-sigma analog-to-digital converter，DSADC)以及逐次逼近型模数转换器(successive approximation register analog-to-digital converter，SAR-ADC)等等。具体的，多个模数转换器305中的模数转换器用于对所述正弦差分信号和所述余弦差分信号进行采样以获得采样信号。电机角度检测装置300中还可以包括解调电路，用于对采样信号进行解调，从而分离出激励调制信号。

通过不同类型的模数转换器对旋变反馈信号进行检测，能够得到多个角度值。即使在某种模数转换器检测失效或检测得到的误差较大时，同样可以利用其他的模数转换器进行准确的角度检测，通过多种解码方式互为备份，利用不同的解码路径或不同的解码算法对旋变反馈信号进行检测，最终提高了解码的可靠性，保证了电动汽车的转矩安全。

作为一种可能的实施方式，上述电机角度检测装置300中的各个电路结构均可以集成在同一个任何常规的处理器、计算机之中，示例性的，上述处理器可以是通用中央处理器(central processing unit，CPU)，通用处理器，数字信号处理(digital signalprocessing，DSP)，专用集成电路(application specific integrated circuits，ASIC)，现场可编程门阵列(field programmable gate array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、晶体管逻辑器件、硬件部件或者其任意组合。其可以实现或执行结合本申请公开内容所描述的各种示例性的逻辑方框，模块和电路。

需要说明的是，模数转换器是在每一个转换开始的沿上对输入的信号进行一次采样，在每一个时钟边沿上进行比较，并通过控制逻辑调节模数转换器的输出，直到输出端接近地匹配模拟输入。因此，它需要来自独立外部时钟的N时钟周期，以便以迭代的方式实现单次N位转换。此外，在本实施方式中，为了保证采样的精度，不同类型的模数转换器需要被同步触发。

作为一种可能的实施方式，为了实现对于多个模数转换器305的采样进行同步触发，电机角度检测装置300中还可以包括触发模块，触发模块用于捕获信号的上升沿，清零同步计数器，利用上述计数器能获得触发信号，从而利用触发信号来触发模数转换器进行采样，在采样完成后进行中断，获取采样值，利用采样值进行角度计算，其中，计数器的触发延时时长可根据电路延时设置到合理值，从而尽可能保证在激励信号过零点或峰值点附近点进行采样，提高采样的精度。

作为一种可能的实施方式，为了实现对模数转换器的触发，电机角度检测装置300中还包括整形电路，整形电路连接在旋变反馈处理电路304与触发模块之间，用于对所述激励信号进行整形以获得方波信号作为触发信号。可以理解，在其他实施例中，上述整形电路还可以省略，将所述激励信号直接送入多个模数转换器305即可进行采样。

参阅图5所示，电机角度检测装置300中具体可以包括采样触发电路307，所述采样触发电路307分别与所述激励信号生成电路301以及所述多个模数转换器305连接；所述采样触发电路307用于：对所述激励信号生成电路301生成的激励调制信号进行采样，在所述激励调制信号位于设定采样点时，采样触发电路307触发采样脉冲从而驱动所述多个模数转换器305进行采样，所述设定采样点为所述激励调制信号的过零点或峰值点。以激励信号生成电路301生成的激励调制信号作为基准信号，从而为多个模数转换器中的多个模数转换器提供同步采样脉冲。

参阅图6所示，作为一种可能的实施方式，所述至少一个旋转变压器303中的每个旋转变压器303包含：原边绕组3031、第一副边绕组3032以及第二副边绕组3033，所述原边绕组3031与所述第一副边绕组3032以及所述第二副边绕组3033磁耦合；原边绕组3031安装在驱动电机130的电机转子上，第一副边绕组3032和第二副边绕组3033分别安装在驱动电机130的电机定子上，可选的，第一副边绕组3032和第二副边绕组3033之间相互正交，通过施加在原边绕组上的激励信号，能在第一副边绕组3032以及第二副边绕组3033上分别耦合输出正弦旋变反馈信号以及余弦旋变反馈信号。

参阅图7所示，作为一种可能的实施方式，所述旋变反馈处理电路304中包含：第一反馈处理模块3041以及第二反馈处理模块3042；所述第一副边绕组3032以及所述第二副边绕组3033，均连接到所述第一反馈处理模块3041和所述第二反馈处理模块3042；所述第一反馈处理模块3041以及所述第二反馈处理模块3042，用于对所述第一副边绕组3032输出的正弦旋变反馈信号以及所述第二副边绕组3033输出的余弦旋变反馈信号进行调理。

参阅图8所示，作为一种可能的实施方式，所述多个模数转换器305包括：第一模数转换器30511以及第二模数转换器30512，所述电机角度检测装置300中还包括第一解调模块30521以及第二解调模块30522，所述第一模数转换器30511，用于对经过第一反馈处理模块3041调理后的所述正弦旋变反馈信号以及所述余弦旋变反馈信号进行采样，得到第一采样信号；所述第一解调模块30512用于对所述第一采样信号进行解调，确定第一角度；所述第二模数转换器30521，用于对经过第二反馈处理模块调理后的所述正弦旋变反馈信号以及所述余弦旋变反馈信号进行采样，得到第二采样信号；所述第二解调模块30522用于对所述第二采样信号进行解调，确定第二角度。

作为一种可能的实施方式，所述多个模数转换器305中还包括角度诊断电路：所述角度诊断电路，用于比较所述第一角度与所述第二角度之间的大小关系，在所述第一角度与所述第二角度不同，或在所述第一角度与所述第二角度之间的差值不在预设角度范围内时，角度诊断电路向所述电机控制器发出告警信号，使所述电机控制器控制所述至少一个驱动电机进入安全状态。上述预设角度范围可以由本领域技术人员适应性的设定，例如，所述预设角度范围可以为[-0.5°，0.5°]。此外，预设角度范围还可以和多个模数转换器的采样精度有关，在多个模数转换器的采样精度不同时，对应的预设角度范围也不同，多个模数转换器之间的采样精度差距越大(如8位采样的模数转换器和12位采样的模数转换器)，则预设角度范围越大。其中，上述安全状态是指关断驱动输出后，电机控制器进入主动短路状态或者桥臂自然关断的状态。也即，该电机控制器的逆变电路停止输出电能至驱动电机，进而保障在电子系统发生故障的情况下能使整车或部件进入可控的安全状态，从而达到保障驾驶参与人员的人身安全的目的。

需要说明的是，输入到旋转变压器303的激励信号本质是一个高频的正弦信号，根据旋转变压器303的工作原理可知，从第一副边绕组3032的正弦旋变反馈信号以及从第二副边绕组3033的余弦旋变反馈信号中也均包含了高频的正弦信号。为了获得与角度直接相关的正余弦信号，则必须使用上述第一反馈处理模块3041以及第二反馈处理模块3042来分离上述正余弦反馈信号，从而得到分离后的正弦反馈信号以及余弦反馈信号。

由于某些模数转换器仅能对单端信号进行采样，作为一种可能的实施方式，所述第二反馈处理模块3042具体用于：将所述正弦旋变反馈信号转换为正弦单端反馈信号，并将所述余弦旋变反馈信号转换为余弦单端反馈信号；所述第二模数转换器30521具体用于：对所述正弦单端反馈信号以及所述余弦单端反馈信号进行采样得到第二采样信号。

采用多电机驱动技术可以提高电动汽车10的工作效率，从而提高续航里程，目前的多电机驱动技术主要有三种实现方式：一是，采用多个大小功率相同的驱动电机，来增加扭矩和功率；二是，采用动力分流的方式，令部分驱动电机负责前驱，部分驱动电机符合后驱，使用该方式驱动，可以重复利用高效工作区，达到能量回收的作用；三是，采用多个不同功率的驱动电机，分别控制高速区以及低速区，从而使得每个电机都保持在高效的工作区间内，能兼顾低速爬坡和高速续航。

相应的，基于上述场景，电机角度检测装置300中需要设置多个旋转变压器303对不同的驱动电机306的角度进行检测。这里以采用双电机的驱动系统进行举例，即电动汽车10中存在两个驱动电机306的情况进行举例，参阅图9所示，所述至少一个旋转变压器303中包含：第一旋转变压器3031以及第二旋转变压器3032；所述第一旋转变压器3031与所述第一驱动电机3061连接，所述第二旋转变压器3032与所述第二驱动电机3062连接。

为了降低成本，参阅图10A所示，作为一种可能的实施方式，所述第一旋转变压器3031包含第一连接端30311以及第二连接端30312，所述第二旋转变压器3032包含第三连接端30321以及第四连接端30322；所述第二连接端30312与所述第四连接端30322接地；所述信号处理电路302分别与所述第一连接端30311以及所述第三连接端30321连接。

参阅图10B所示，作为一种可能的实施方式，所述信号处理电路302中包括：第一信号处理模块3021以及第二信号处理模块3022；为了防止信号处理时，因一整个信号处理电路302损坏导致的整体停止工作，可以在信号处理电路302中设置多个信号处理子模块作为冗余，分别向第一旋转变压器3031以及第二旋转变压器3032输入激励信号，从而提高系统的可靠性，所述第一信号处理模块3021，用于对所述激励调制信号进行滤波和放大，输出第一激励信号；所述第二信号处理模块3022，用于对所述激励调制信号进行滤波和放大，并利用反相器对进行滤波和放大后的激励调制信号进行反相处理，输出第二激励信号；所述第一激励信号与所述第二激励信号的相位相反。

所述第一旋转变压器包含第一连接端30311以及第二连接端30312，所述第二旋转变压器包含第三连接端30321以及第四连接端30322；所述第二连接端30312与所述第三连接端30121共同接地；所述第一信号处理模块3021与所述第一连接端30311连接，所述第二信号处理模块3022与所述第四连接端30322连接。由于第一信号处理模块3021以及第二信号处理模块3022输出的第一激励信号以及第二激励信号是相互互补的，因此，为了保证激励信号的同步性，第一激励信号以及第二激励信号分别输入第一变压器3031以及第二变压器3032的位置也是不同的。

参阅图10C所示，在某些场景下，激励信号生成电路301能够生成的电压幅值过低，难以满足后端旋转变压器303的最小输入电压需求，作为一种可能的实施方式，所述第一信号处理模块3021，用于对所述激励调制信号进行滤波和放大，输出第一激励信号；所述第二信号处理模块3022，用于对所述激励调制信号进行滤波和放大，并利用反相器对进行滤波和放大后的激励调制信号进行反相处理，输出第二激励信号；所述第一激励信号与所述第二激励信号的相位相反；所述第一旋转变压器3031包含第一连接端30311以及第二连接端30312，所述第二旋转变压器3032包含第三连接端30321以及第四连接端30322；所述第一信号处理模块3021分别与所述第一连接端30311以及所述第三连接端30321连接，所述第二信号处理模块3022分别与所述第二连接端30312以及所述第四连接端30322连接。具体的，利用第一激励信号与第二激励信号进行差分放大，生成幅值等于第一激励信号以及第二激励信号二倍的激励信号，将幅值等于第一激励信号以及第二激励信号二倍的激励信号分别输入第一旋转变压器3031以及第二旋转变压器3032，从而使得第一旋转变压器3031以及第二旋转变压器3032正常工作。图10D为激励信号幅值示意图，将第一激励信号与第二激励信号经过差分处理后，得到相当于差分前信号幅值二倍的差分放大信号。

利用本申请提供的电机角度检测装置，无需使用专用硬解解码芯片，能够降低角度检测成本，此外，采用旋变激励以及反馈信号均存在多种解码路径，可以分别通过多种算法解码进行解耦计算，提高了角度检测的可靠性。

本申请提供一种电机角度检测方法，应用于电机控制器，所述电机控制器通过至少一个旋转变压器与所述至少一个驱动电机连接，参阅图11所示，所述电机角度检测方法包括：

步骤S1101：电机控制器产生激励调制信号。

步骤S1102：电机控制器对所述激励调制信号进行滤波和放大处理，以通过处理后的所述激励调制信号驱动所述至少一个旋转变压器工作。

步骤S1103：电机控制器对所述至少一个旋转变压器中的每个旋转变压器输出的旋变反馈信号进行调理。

步骤S1104：电机控制器利用多个模数转换器，分别对经过所述旋变反馈处理电路调理后的旋变反馈信号进行采样，获得至少一组驱动电机的角度集合，所述角度集合中包括多个旋转角度。

本申请还提供一种电机控制器，所述逆变电路的输入端与动力电池连接，所述逆变电路的输出端与至少一个驱动电机相连；所述逆变电路用于将所述动力电池输出的高压直流电转变为交流电供所述至少一个驱动电机工作，所述电机控制器还包括如上述实施例所述的电机角度检测装置300；所述至少一个旋转变压器与至少一个驱动电机一一对应，所述至少一个旋转变压器中的每个旋转变压器与对应的驱动电机连接。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (14)

1.一种电机角度检测装置，应用于电机控制器中，其特征在于，所述装置包括：激励信号生成电路、信号处理电路、至少一个旋转变压器、旋变反馈处理电路以及多个模数转换器；所述至少一个旋转变压器与至少一个驱动电机一一对应，所述至少一个旋转变压器中的每个旋转变压器与对应的驱动电机连接；

所述激励信号生成电路，用于产生激励调制信号；

所述信号处理电路，连接在所述激励信号生成电路与所述至少一个旋转变压器之间，用于对所述激励调制信号进行滤波和放大处理，以通过处理后的所述激励调制信号驱动所述至少一个旋转变压器工作；

所述至少一个旋转变压器中的每个旋转变压器，用于输出旋变反馈信号；

所述旋变反馈处理电路与所述至少一个旋转变压器连接，所述旋变反馈处理电路，用于对所述至少一个旋转变压器中的每个旋转变压器输出的所述旋变反馈信号进行调理；

所述多个模数转换器，用于分别对经过所述旋变反馈处理电路调理后的旋变反馈信号进行采样，获得至少一组驱动电机的角度集合，所述角度集合中包括多个旋转角度。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少一个旋转变压器中的每个旋转变压器包含：原边绕组、第一副边绕组以及第二副边绕组，所述原边绕组与所述第一副边绕组以及所述第二副边绕组耦合；

所述旋变反馈处理电路中包含：第一反馈处理模块以及第二反馈处理模块；所述第一副边绕组以及所述第二副边绕组，均连接到所述第一反馈处理模块和所述第二反馈处理模块；

所述第一反馈处理模块以及所述第二反馈处理模块，用于对所述第一副边绕组输出的正弦旋变反馈信号以及所述第二副边绕组输出的余弦旋变反馈信号进行调理。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述多个模数转换器包括：第一模数转换器以及第二模数转换器，所述电机角度检测装置中还包括第一解调模块以及第二解调模块；

所述第一模数转换器，用于对经过第一反馈处理模块调理后的所述正弦旋变反馈信号以及所述余弦旋变反馈信号进行采样，得到第一采样信号；所述第一解调模块用于对所述第一采样信号进行解调，确定第一角度；

所述第二模数转换器，用于对经过第二反馈处理模块调理后的所述正弦旋变反馈信号以及所述余弦旋变反馈信号进行采样，得到第二采样信号；所述第二解调模块用于对所述第二采样信号进行解调，确定第二角度。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第二反馈处理模块具体用于：

将所述正弦旋变反馈信号转换为正弦单端反馈信号，并将所述余弦旋变反馈信号转换为余弦单端反馈信号；

所述第二模数转换器具体用于：对所述正弦单端反馈信号以及所述余弦单端反馈信号进行采样得到第二采样信号。

5.根据权利要求3或4所述的装置，其特征在于，所述电机角度检测装置中还包括角度诊断电路：

所述角度诊断电路，用于比较所述第一角度与所述第二角度的大小关系，在所述第一角度与所述第二角度之差不在设定角度范围时，向所述电机控制器发出告警信号，使所述电机控制器控制所述至少一个驱动电机进入安全状态。

6.根据权利要求1-5任一所述的装置，其特征在于，在所述至少一个驱动电机中包含第一驱动电机以及第二驱动电机时，所述至少一个旋转变压器包含：第一旋转变压器以及第二旋转变压器；所述第一旋转变压器与所述第一驱动电机连接，所述第二旋转变压器与所述第二驱动电机连接。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述信号处理电路，包括：第一信号处理模块以及第二信号处理模块；

所述第一信号处理模块，用于对所述激励调制信号进行滤波和放大，输出第一激励信号；

所述第二信号处理模块，用于对所述激励调制信号进行滤波和放大，并利用反相器对进行滤波和放大后的激励调制信号进行反相处理，输出第二激励信号；所述第一激励信号与所述第二激励信号的相位相反；

所述第一旋转变压器包含第一连接端以及第二连接端，所述第二旋转变压器包含第三连接端以及第四连接端；所述第二连接端与所述第三连接端共同接地；所述第一信号处理模块与所述第一连接端连接，所述第二信号处理模块与所述第四连接端连接。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一旋转变压器包含第一连接端以及第二连接端，所述第二旋转变压器包含第三连接端以及第四连接端；所述第二连接端与所述第四连接端接地；所述信号处理电路分别与所述第一连接端以及所述第三连接端连接。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述信号处理电路，包括：第一信号处理模块以及第二信号处理模块；

所述第一信号处理模块，用于对所述激励调制信号进行滤波和放大，输出第一激励信号；

所述第二信号处理模块，用于对所述激励调制信号进行滤波和放大，并利用反相器对进行滤波和放大后的激励调制信号进行反相处理，输出第二激励信号；所述第一激励信号与所述第二激励信号的相位相反；

所述第一旋转变压器包含第一连接端以及第二连接端，所述第二旋转变压器包含第三连接端以及第四连接端；所述第一信号处理模块分别与所述第一连接端以及所述第三连接端连接，所述第二信号处理模块分别与所述第二连接端以及所述第四连接端连接。

10.根据权利要求1-9任一所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：采样触发电路，所述采样触发电路分别与所述激励信号生成电路以及所述多个模数转换器连接；

所述采样触发电路，用于：对所述激励信号生成电路生成的激励调制信号进行采样，在所述激励调制信号位于设定采样点时，触发采样脉冲从而驱动所述多个模数转换器进行采样，所述设定采样点为所述激励调制信号的过零点或峰值点。

11.根据权利要求1-10任一所述的装置，其特征在于，所述多个模数转换器包含如下至少一种类型：积分型模数转换器DSADC、逐次逼近型模数转换器SAR-ADC。

12.一种电机控制器，包括逆变电路；所述逆变电路的输入端与动力电池连接，所述逆变电路的输出端与至少一个驱动电机相连；所述逆变电路用于将所述动力电池输出的高压直流电转变为交流电供所述至少一个驱动电机工作，其特征在于，所述电机控制器还包括如权利要求1-11任一所述的电机角度检测装置；所述至少一个旋转变压器与至少一个驱动电机一一对应，所述至少一个旋转变压器中的每个旋转变压器与对应的驱动电机连接。

13.一种电动汽车，其特征在于，包括如权利要求12所述的电机控制器。

14.一种电机角度检测方法，应用于电机控制器，所述电机控制器通过至少一个旋转变压器与所述至少一个驱动电机连接，其特征在于，所述电机角度检测方法包括：

产生激励调制信号；

对所述激励调制信号进行滤波和放大处理，以通过处理后的所述激励调制信号驱动所述至少一个旋转变压器工作；

对所述至少一个旋转变压器中的每个旋转变压器输出的旋变反馈信号进行调理；

利用多个模数转换器，分别对经过所述旋变反馈处理电路调理后的旋变反馈进行采样，获得至少一组驱动电机的角度集合，所述角度集合中包括多个旋转角度。

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