CN109654988B - 电动汽车电机位置检测校验方法及***、电动汽车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动汽车电机位置检测校验方法及***、电动汽车。本发明所述一种电动汽车电机位置检测校验方法，包括如下步骤：采集电机的位置信号；对所述电机的位置信号进行解码，并输出一路SPI数字信号和一路ABZ脉冲信号；根据所述SPI数字信号，获取第一电机位置角，根据所述ABZ脉冲信号，获取第二电机位置角；根据所述第一电机位置角与所述第二电机位置角之间的差值，判断所述SPI数字信号或所述ABZ脉冲信号是否异常。本发明所述电动汽车电机位置检测校验方法能够对电动汽车所检测到的电机转角位置信号进行检测校验，及时发现电机转角位置信号检测的故障，提高了电动汽车的安全性和可靠性。

Description

电动汽车电机位置检测校验方法及***、电动汽车

技术领域

本发明涉及电动汽车电机故障判断领域，特别是涉及一种电动汽车电机位置检测校验方法及***、电动汽车。

背景技术

电机位置传感器主要包括光电编码器、磁编码器和旋转变压器，现在电机驱动器中编码器主要采用磁阻式旋转变压器。编码器是检测元件，主要用来检测电机转角位置，解码器可以把编码器检测到的电机转角位置信号转换成对应的数字信号。常用的解码芯片为旋变数字转换器，例如AD2S1205，解码芯片接收编码器采集的电机的旋转信号，通过内部的数据处理，再通过SPI通信方式传递给控制器。但现有技术中一旦解码器内部处理数据发生异常，控制器无法及时发现错误问题并处理，降低了电动汽车的安全性和可靠性。

发明内容

基于此，本发明的目的在于，提供一种电动汽车电机位置检测校验方法，其能够对电动汽车所检测到的电机转角位置信号进行检测校验，及时发现电机转角位置信号检测的故障。

本发明是通过如下方案实施的：

一种电动汽车电机位置检测校验方法，包括如下步骤：

采集电机的位置信号；

对所述电机的位置信号进行解码，并输出一路SPI数字信号和一路ABZ脉冲信号；

根据所述SPI数字信号，获取第一电机位置角和第一电机角加速度，根据所述ABZ脉冲信号，获取第二电机位置角和第二电机角加速度；

根据所述第一电机位置角与所述第二电机位置角之间的差值，判断所述SPI数字信号或所述ABZ脉冲信号是否异常；如果所述第一电机位置角与所述第二电机位置角之间的差值超过第一设定阈值，则所述SPI数字信号或所述ABZ脉冲信号异常；

根据所述第一电机角加速度判断所述SPI数字信号是否异常，根据所述第二电机角加速度判断所述ABZ脉冲信号是否异常。

本发明所述的电动汽车电机位置检测校验方法，通过将电机的位置信号同时转换为SPI数字信号和ABZ脉冲信号，由于两种数据采用截然不同的处理方式，因此，如果解码器采集的数据异常，则两种数据会有较大的偏差，通过比较这一偏差，可以及时的判断出至少有一路数据出现故障，提高了电动汽车的安全性和可靠性；进一步的，通过对电机角加速度这一参数进行分析，可以判断出是哪一路数据出现了异常。

在一种实施例中，根据所述第一电机角加速度判断所述SPI数字信号是否异常，根据所述第二电机角加速度判断所述ABZ脉冲信号是否异常，包括：

如果相邻采样周期内第一电机角加速度的差值超过第二设定阈值，则所述SPI数字信号异常；

如果相邻采样周期内第二电机角加速度的差值超过第二设定阈值，则所述ABZ脉冲信号异常。

在一种实施例中，所述相邻采样周期内第一电机角加速度的差值包括相邻三个采样周期内，每两个第一电机角加速度之间的差值的平均值；

所述相邻采样周期内第二电机角加速度的差值包括相邻三个采样周期内，每两个第二电机角加速度之间的差值的平均值。

在一种实施例中，根据所述ABZ脉冲信号，获取第二电机位置角，包括：

使用定时器对AB信号增量计数，并根据AB信号增量计数值获取第二电机位置角，其中，当电机正转时，所述定时器增计数，当电机反转时，所述定时器减计数。

在一种实施例中，根据所述ABZ脉冲信号，获取第二电机角加速度，包括：

根据相邻两个扫描周期的所述第二电机位置角，获取所述第二电机角加速度。

进一步地，本发明还提供一种电动汽车电机位置检测校验***，包括编码器、解码器和控制器，所述控制器包括解码电路和比较电路；

所述编码器安装于电动汽车电机上，所述解码器分别与所述编码器和所述控制器连接；

所述编码器采集电机的位置信号，并发送至解码器；

所述解码器对所述电机的位置信号进行解码，并输出一路SPI数字信号和一路ABZ脉冲信号至所述控制器的解码电路；

所述解码电路根据所述SPI数字信号，获取第一电机位置角和第一电机角加速度输出至所述比较电路的第一输入端，并根据所述ABZ脉冲信号获取第二电机位置角和第二电机角加速度输出至所述比较电路的第二端；

所述比较电路根据所述第一电机位置角与所述第二电机位置角之间的差值，判断所述SPI数字信号或所述ABZ脉冲信号是否异常；如果所述第一电机位置角与所述第二电机位置角之间的差值超过第一设定阈值，则所述SPI数字信号或所述ABZ脉冲信号异常；并根据所述第一电机角加速度判断所述SPI数字信号是否异常，根据所述第二电机角加速度判断所述ABZ脉冲信号是否异常。

本发明所述的电动汽车电机位置检测校验***，通过将电机的位置信号同时转换为SPI数字信号和ABZ脉冲信号，由于两种数据采用截然不同的处理方式，因此，如果解码器采集的数据异常，则两种数据会有较大的偏差，通过比较这一偏差，可以及时的判断出至少有一路数据出现故障，提高了电动汽车的安全性和可靠性。

进一步地，本发明还提供一种电动汽车，包括车身、底盘以及位于车身内部的电机，还包括如上述实施例中的电动汽车电机位置检测校验***。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。

附图说明

图1为一种实施例中电动汽车电机位置检测校验***结构示意图；

图2为一种实施例中电动汽车电机位置检测校验方法流程框图；

图3为一种实施例中电动汽车电机位置检测校验方法流程框图；

图4为一种实施例中根据角加速度判断信号是否异常流程图。

具体实施方式

请参阅图1，在一种实施例中，本发明电动汽车电机位置检测校验***100包括编码器120、解码器130和控制器140，其中，所述编码器120与电机110连接，所述编码器120的输出端与所述解码器130的输入端连接，用于将所述电机110的位置信号发送至所述解码器130，所述解码器130的输出端与所述控制器140的输入端连接，用于将所述电机110的位置信号解码后，发送至所述控制器140。

具体的，所述编码器120安装于所述电机110上，随电机110的转动而同步转动，所述编码器120包括激励信号接收端(EXC+/EXC-)和电机位置信号输出端(SIN+/SIN-和COS+/COS-)，所述激励信号接收端接收所述解码器130的激励信号，启动对电机110的位置信号检测，所述电机位置信号输出端输出两路具有高频载波的正余弦信号。

所述解码器130包括激励信号发送端、电机位置信号输入端、SPI串行通信时钟信号输入端、SPI数字信号输出端和ABZ脉冲信号输出端，所述SPI串行通信时钟信号输入端接收所述控制器140发送的SPI串行通信时钟信号和片选信号后，所述解码器130处于工作状态。所述激励信号发送端发送激励信号至所述编码器120，所述电机位置信号输入端接收所述编码器120发送的两路具有高频载波的正余弦信号，所述解码器将所述正余弦信号分别解码为SPI数字信号和ABZ脉冲信号，并分别通过所述SPI数字信号输出端和ABZ脉冲信号输出端输出。

具体的，本实施例的解码器130使用解码芯片AD2S1205，AD2S1205是一款12位分辨率旋变数字转换器，集成片上可编程正弦波振荡器，为编码器120提供正弦波激励。承载位置信息的两路带有高频载波的正余弦返回信号送入该芯片的SIN/SINLO、COS/COSLO端，分别经过AD采样后送入乘法器。采用Type II跟踪环路跟踪输入信号，并将正弦和余弦输入端的信息转换为输入角度和速度所对应的SPI数字信号，同时旋变输入信号通过内部信号转换电路转换成ABZ脉冲信号。

所述控制器140包括SPI串行通信时钟信号输出端、SPI数字信号输入端，ABZ脉冲信号输入端。所述SPI串行通信时钟信号输出端用于向所述解码器130输出SPI串行通信时钟信号和片选信号，所述SPI数字信号输入端用于接收所述解码器130输出的SPI数字信号，所述ABZ脉冲信号输入端用于接收所述解码器130输出的ABZ脉冲信号。

所述控制器140还包括解码电路和比较电路，所述解码电路与所述ABZ脉冲信号输入端连接，用于将ABZ脉冲信号转换为电机的位置信号，所述比较电路用于比较所述SPI数字信号所转换的电机位置值与所述ABZ脉冲信号所转换的电机位置值。

本实施例中，所述控制器140使用TI公司DSP的TMS320F28335芯片，它的一组正交编码脉冲(eQEP)电路为本实施例的比较电路，包括3个输入引脚，分别为：QEPA、QEPB、QEPI。QEP模块包含的功能单元有：可编程量化输入引脚、正交编码单元、位置检测的位置计数和控制单元和看门口单元等组成。它的输入信号包括2个正交编码脉冲(AB)、1个位置脉冲(Z)。QEP电路对正交编码脉冲A、B路信号进行解码和计数，从而获得电机的位置和速率等信息。

基于上述实施例中的电动汽车电机位置检测校验***，请参阅图2，在一种实施例中，本发明电动汽车电机位置检测校验方法包括如下步骤：

步骤S10：采集电机的位置信号。

步骤S20：对所述电机的位置信号进行解码，并输出一路SPI数字信号和一路ABZ脉冲信号。

步骤S30：根据所述SPI数字信号，获取第一电机位置角，根据所述ABZ脉冲信号，获取第二电机位置角。

步骤S40：根据所述第一电机位置角与所述第二电机位置角之间的差值，判断所述SPI数字信号或所述ABZ脉冲信号是否异常。

由于对电机的位置信号进行解码，所输出的SPI数字信号和ABZ脉冲信号采用完全不同的计算方法，因此，如果SPI数字信号和ABZ脉冲信号之间的差值为0，则表明两路数据都正常，如果差值偏大，则表明其中一路数据异常，这时需要进行检查或进一步判断是哪一路数据出现异常。

在一种实施例中，根据所述第一电机位置角与所述第二电机位置角之间的差值，判断所述SPI数字信号或所述ABZ脉冲信号是否异常，包括：

如果所述第一电机位置角与所述第二电机位置角之间的差值超过第一设定阈值，则所述SPI数字信号或所述ABZ脉冲信号异常。

其中，第一设定阈值为预设值，如果所述第一电机位置角与所述第二电机位置角之间的差值超过第一设定阈值，这表明两路数据之间的偏差已经超出正常误差范围，需要进行检查，其中，第一设定阈值可以根据电机转速的变化，为不同的设定值，电机转速越大，则第一设定阈值越大。

请参阅图3，在一种实施例中，还包括如下步骤：

步骤S50：根据所述SPI数字信号，获取第一电机角加速度，根据所述ABZ脉冲信号，获取第二电机角加速度；

步骤S60：根据所述第一电机角加速度判断所述SPI数字信号是否异常，根据所述第二电机角加速度判断所述ABZ脉冲信号是否异常。

如图4所示，在一种实施例中，根据所述第一电机角加速度判断所述SPI数字信号是否异常，根据所述第二电机角加速度判断所述ABZ脉冲信号是否异常，包括：

步骤S51：如果相邻采样周期内第一电机角加速度的差值超过第二设定阈值，则所述SPI数字信号异常；

步骤S52：如果相邻采样周期内第二电机角加速度的差值超过第二设定阈值，则所述ABZ脉冲信号异常。

其中，第二设定阈值为预设值，第二设定阈值可以根据电机转速的变化，为不同的设定值，电机转速越大，则第二设定阈值越大。相邻采样周期，可以是相邻的两个采样周期，还可以是相邻的连续三个，或多个采样周期，如果为三个或多个采样周期，则可以是计算每两个采样周期之间的角加速度差值的平均值。

在一种实施例中，根据所述ABZ脉冲信号，获取第二电机位置角，包括：

使用定时器对AB信号增量计数，并根据AB信号增量计数值获取第二电机位置角，其中，当电机正转时，所述定时器增计数，当电机反转时，所述定时器减计数。

具体的，选择通用定时器T2(EVA)对输入的正交脉冲进行解码和计数。要使解码电路正常工作，必须使T2工作在定向增/减模式，在此模式下，解码电路不仅为定时器T2提供计数脉冲，而且还决定了它的计数方向。解码电路对输入的正交编码脉冲的上升沿和下降沿都进行计数，因此对输入的正交编码脉冲进行4倍频后作为T2的计数脉冲，并通过解码电路的方向检测逻辑确定哪个脉冲序列相位超前，然后产生一个方向信号作为T2的方向输入，当电机正转时，T2增计数，当电机反转时，T2减计数。

在QEP模式下，T2CNT计数到边沿时将自动翻转，当增计数到ffffh时将返回0重新开始增计数，当减到0时，翻转到ffffh重新开始减计数，由于在采样时间内计数脉冲的数目远小于T2CNT的周期数ffffh，所以在增/减计数过程中至多有一次翻转。

在一个具体的实施例中，根据所述ABZ脉冲信号，获取第二电机位置角的具体解码步骤如下：

解码电路将编码器送过来的脉冲数转换为绝对的转子轴机械位置，绝对的转子轴机械位置将存放在变量θm中。

计算每一次采样周期△t内T2的计数脉冲的改变量δ；

当T2增计数无翻转时，δ＝f(t+△t)-f(t)；

当T2增计数有翻转时，δ＝f(t+△t)-f(t)+65536，此时θm＝θm+△θm；

当T2减计数无翻转时，δ＝-[f(t+△t)-f(t)]；

当T2减计数有翻转时，δ＝-[f(t)-f(t+△t)+65536]，此时θm＝θm-△θm；

计算位置增量△θm；

在△t时间内电机转子旋转的机械角度为：△θm＝2πδ/PΔt＝2π[f(t+△t)-f(t)]/PΔt；

其中：P为电机旋转一周T2CNT的脉冲计数值；

f(t)和f(t+△t)分别表示两次相邻采样时刻的值。

在一种实施例中，根据所述ABZ脉冲信号，获取第二电机角加速度，包括：

根据相邻两个扫描周期的所述第二电机位置角，获取所述第二电机角加速度。

具体的，同一时刻通过两路信号采集电机位置角θ₁₀和θ₂₀；分别计算两路信号所采集的电机角加速度α₁₀和α₂₀。该步骤中，可通过以下公式计算电机当前角加速度：α＝(θ₁-θ₀)/Δt²，其中Δt为一个采样周期的时间，θ₁为编码器在Δt时间内采集的电机转动的相对位置角度，θ₀为其前一时刻在Δt时间内采集的电机转动的相对位置角度，由α＝Δω/Δt，ω＝Δθ/Δt，Δθ＝θ₁-θ₀，故α＝Δθ/Δt²＝(θ₁-θ₀)/Δt²；计算角加速度差Δα₁₀和Δα₂₀。Δα＝α₁-α₀，其中α₁为编码器实时采集的电机角加速度，α₀为上一个采集周期内电机的角加速度；连续的计算3个周期的角加速度差。偏差小的说明采集位置数据比较接近真实值，如果某一路信号的角加速度差值超出第二设定阈值，可判断为这一路信号所采集的电机位置失效。

本发明所述的电动汽车电机位置检测校验方法和***，通过将电机的位置信号同时转换为SPI数字信号和ABZ脉冲信号，由于两种数据采用截然不同的处理方式，因此，如果解码器采集的数据异常，则两种数据会有较大的偏差，通过比较这一偏差，可以及时的判断出至少有一路数据出现故障，提高了电动汽车的安全性和可靠性。

本发明还提供一种电动汽车，包括车身、底盘以及位于车身内部的电机，还包括如上述实施例中的电动汽车电机位置检测校验***。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种电动汽车电机位置检测校验方法，其特征在于，包括如下步骤：

采集电机的位置信号；

对所述电机的位置信号进行解码，并输出一路SPI数字信号和一路ABZ脉冲信号；

根据所述SPI数字信号，获取第一电机位置角和第一电机角加速度，根据所述ABZ脉冲信号，获取第二电机位置角和第二电机角加速度；

根据所述第一电机位置角与所述第二电机位置角之间的差值，判断所述SPI数字信号或所述ABZ脉冲信号是否异常；如果所述第一电机位置角与所述第二电机位置角之间的差值超过第一设定阈值，则所述SPI数字信号或所述ABZ脉冲信号异常；

根据所述第一电机角加速度判断所述SPI数字信号是否异常，根据所述第二电机角加速度判断所述ABZ脉冲信号是否异常。

2.根据权利要求1所述的电动汽车电机位置检测校验方法，其特征在于，根据所述第一电机角加速度判断所述SPI数字信号是否异常，根据所述第二电机角加速度判断所述ABZ脉冲信号是否异常，包括：

如果相邻采样周期内第一电机角加速度的差值超过第二设定阈值，则所述SPI数字信号异常；

如果相邻采样周期内第二电机角加速度的差值超过第二设定阈值，则所述ABZ脉冲信号异常。

3.根据权利要求2所述的电动汽车电机位置检测校验方法，其特征在于：

所述相邻采样周期内第一电机角加速度的差值包括相邻三个采样周期内，每两个第一电机角加速度之间的差值的平均值；

所述相邻采样周期内第二电机角加速度的差值包括相邻三个采样周期内，每两个第二电机角加速度之间的差值的平均值。

4.根据权利要求1所述的电动汽车电机位置检测校验方法，其特征在于，根据所述ABZ脉冲信号，获取第二电机位置角，包括：

使用定时器对AB信号增量计数，并根据AB信号增量计数值获取第二电机位置角，其中，当电机正转时，所述定时器增计数，当电机反转时，所述定时器减计数。

5.根据权利要求1所述的电动汽车电机位置检测校验方法，其特征在于，根据所述ABZ脉冲信号，获取第二电机角加速度，包括：

根据相邻两个扫描周期的所述第二电机位置角，获取所述第二电机角加速度。

6.一种电动汽车电机位置检测校验***，其特征在于：

包括编码器、解码器和控制器，所述控制器包括解码电路和比较电路；

所述编码器安装于电动汽车电机上，所述解码器分别与所述编码器和所述控制器连接；

所述编码器采集电机的位置信号，并发送至解码器；

所述解码器对所述电机的位置信号进行解码，并输出一路SPI数字信号和一路ABZ脉冲信号至所述控制器的解码电路；

所述解码电路根据所述SPI数字信号，获取第一电机位置角和第一电机角加速度输出至所述比较电路的第一输入端，并根据所述ABZ脉冲信号获取第二电机位置角和第二电机角加速度输出至所述比较电路的第二端；

所述比较电路根据所述第一电机位置角与所述第二电机位置角之间的差值，判断所述SPI数字信号或所述ABZ脉冲信号是否异常；如果所述第一电机位置角与所述第二电机位置角之间的差值超过第一设定阈值，则所述SPI数字信号或所述ABZ脉冲信号异常；并根据所述第一电机角加速度判断所述SPI数字信号是否异常，根据所述第二电机角加速度判断所述ABZ脉冲信号是否异常。

7.一种电动汽车，包括车身、底盘以及位于车身内部的电机，其特征在于：

还包括如权利要求6所述的电动汽车电机位置检测校验***。

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