电机角度检测与诊断装置、电机控制器、电动汽车及方法制造方法及图纸

本申请涉及车载电机控制器内的电机角度检测与诊断装置及方法，电机角度检测与诊断装置通过旋转变压器与驱动电机连接。所述旋转变压器用于输出所述驱动电机电角度的旋变反馈信号。电机角度检测与诊断装置内的角度采样及诊断系统对经所述旋变反馈处理电路调理后的旋变反馈信号进行两路同时采样，并分别计算出第一电角度和第二电角度，且对两路采样数据及第一电角度和所述第二电角度进行实时诊断，同时还对硬件电路进行诊断，并当诊断结果异常时控制电机控制器进入安全状态。该方案通过两路采样通道进行采样，利用软件算法实现角度软件解码，并增加软件诊断机制，可以实现ASILC以上的角度解码，避免了安全解码芯片的使用，降低了生产成本。了生产成本。了生产成本。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电机角度检测与诊断装置、电机控制器、电动汽车及方法


[0001]本申请涉及车载电机控制
，尤其涉及一种电机角度检测与诊断装置、电机控制器、电动汽车及电机角度检测与诊断方法。

技术介绍

[0002]ISO 26262《道路车辆功能安全》是道路车辆功能安全标准，是从电子、电气及可编程器件功能安全基本标准IEC61508派生出来的，主要定位在汽车行业中特定的电气器件、电子设备、可编程电子器件等专门用于汽车领域的部件，旨在提高汽车电子、电气产品功能安全的国际标准。该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的安全需求等级(Automotive Safety Integrity Level，汽车安全完整性等级ASIL)，其中D级为最高等级。ASIL等级越高，功能安全相关电路的诊断覆盖率就越高，相应的硬件随机失效概率度量指标越低。
[0003]转矩安全是电动汽车电机控制器最重要的功能安全目标，一般定义为不会发生非预期的转矩加速、减速和非预期的启动。电机控制器的转矩功能安全目标最高ASIL等级至少达到ASILC或ASILD的等级。而若要转矩安全目标等级达到ASILC以上等级，则需要用于计算转矩的输入量(电机的电角度)必须能达到至少ASILC以上的等级。
[0004]在电动汽车领域，旋转变压器(简称旋变)因工作可靠、环境适应性强，被普遍用来对电机进行转子位置与转速的测试。其中，旋转变压器是一种通过初级绕组和两个次级绕组的磁耦合作用，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。
[0005]为了获得旋变电角度的采样达到ASILC以上的等级，现有的方法是直接将旋转变压器输出的电角度的旋变反馈信号输入ASILC等级以上的旋变解码芯片。其中旋变解码芯片输出旋变激励信号，同时获取旋变反馈信号实现角度解码，同时对输入、输出信号进行诊断，使得角度信号达到ASILC以上等级。然而，该方案虽然能够实现ASILC以上等级的角度采样，但是由于具备ASILC等级以上的安全解码芯片的价格较高，进而导致电机控制器的物料成本的增加。

技术实现思路

[0006]本申请实施例提供一种应用在电动汽车上的电机控制器、电机控制器内的电机角度检测与诊断装置以及电机角度检测与诊断方法，可以在省去安全解码芯片的情况下实现ASILC以上的角度解码，进而降低了电机控制器的物料成本。
[0007]第一方面，本申请实施例公开一种电机角度检测与诊断装置，应用于电机控制器中，能够使得角度采样达到功能安全目标ASILC以上等级。所述电机角度检测与诊断装置通
过旋转变压器与驱动电机连接。所述旋转变压器用于输出所述驱动电机电角度的旋变反馈信号。所述电机角度检测与诊断装置包括信号产生模块、旋变激励处理电路、旋变反馈处理电路、角度采样及诊断系统、诊断信号采样电路及第一诊断模块。
[0008]信号产生模块用于产生激励调制信号；其中，所述激励调制信号由激励基波信号和载波信号经比较而生成。旋变激励处理电路连接于所述信号产生模块与所述旋转变压器之间，用于对所述激励调制信号进行滤波和放大以获得激励信号，进而驱动所述旋转变压器工作。旋变反馈处理电路与所述旋转变压器连接，用于对所述旋转变压器所输出的旋变反馈信号进行调理。角度采样及诊断系统用于对经所述旋变反馈处理电路调理后的旋变反馈信号进行两路同时采样并分别计算出第一电角度和第二电角度。其中，所述第一电角度用于转矩控制，所述第二电角度用于转矩监测。
[0009]所述角度采样及诊断系统还用于对所述两路采样数据及所述第一电角度和所述第二电角度进行实时诊断，并当诊断结果异常时控制所述电机控制器进入安全状态。诊断信号采样电路分别与所述旋变激励处理电路和所述旋变反馈处理电路连接，用于采集所述激励信号和经所述旋变反馈处理电路调理后的旋变反馈信号以产生相应的回检测信号。第一诊断模块与所述诊断信号采样电路电连接，用于根据所述回检测信号对激励发波回路和旋变反馈采样回路进行诊断，并当诊断出故障时控制所述电机控制器进入所述安全状态。
[0010]第一方面的技术方案，由于对经所述旋变反馈处理电路调理后的旋变反馈信号进行两路同时采样，并分别计算出第一电角度和第二电角度，且在采样和计算的过程中进行实时诊断，且当诊断结果异常时，控制电机控制器进入安全状态。此外，电机角度检测与诊断装置还通过采集所述激励信号和经过处理的旋变反馈信号对激励处理电路和所述反馈处理电路等硬件电路回路进行诊断，并当诊断结果异常时，控制电机控制器进入安全状态，进而使得该电机角度检测与诊断装置达到相应的ASILC以上等级，保障在电子系统发生故障的情况下能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。
[0011]根据第一方面，在一种可能的实现方式中，所述角度采样及诊断系统包括第一采样模块、第二采样模块、第一计算模块、第二计算模块及第二诊断模块。其中，所述第一采样模块位于基本功能层，所述第二采样模块位于监控层，且所述第一采样模块和所述第二采样模块相同。第一采样模块和第二采样模块分别用于对经所述旋变反馈处理电路调理后的旋变反馈信号进行采样，以获得第一目标信号和第二目标信号。第一计算模块和第二计算模块分别用于根据所述第一目标信号和所述第二目标信号计算出所述第一电角度和所述第二电角度。第二诊断模块用于实时对所述第一目标信号和所述第二目标信号进行诊断，并还用于实时对所述第一电角度和所述第二电角度进行诊断。如此，通过两路相同的采样模块进行采样，可以提高采样诊断的覆盖率。
[0012]根据第一方面，在一种可能的实现方式中，为了保证采样精度，所述第一采样模块包括第一Σ
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模数转换器SD
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ADC和第一解调模块。所述第二采样模块包括第二SD
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ADC和第二解调模块。所述旋变反馈信号包括正弦反馈信号和余弦反馈信号。所述旋变反馈处理电路用于将所述正弦反馈信号转换成与SD
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ADC端口电平匹配的正弦差分信号，并还用于将所述余弦反馈信号转换成与SD
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ADC端口电平匹配的余弦差分信号。所述第一SD
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ADC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，以分离出所述激励信号而获得所述第一目标信号。所述第二SD
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ADC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，以分离出所述激励信号而获得所述第二目标信号。
[0013]根据第一方面，在一种可能的实现方式中，所述第二本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种电机角度检测与诊断装置，应用于电机控制器中，能够使得角度采样达到功能安全目标ASILC以上等级；所述电机角度检测与诊断装置通过旋转变压器与驱动电机连接；所述旋转变压器用于输出所述驱动电机电角度的旋变反馈信号；其特征在于，所述电机角度检测与诊断装置包括：信号产生模块，用于产生激励调制信号；其中，所述激励调制信号由激励基波信号和载波信号经比较而生成；旋变激励处理电路，连接于所述信号产生模块与所述旋转变压器之间，用于对所述激励调制信号进行滤波和放大以获得激励信号，进而驱动所述旋转变压器工作；旋变反馈处理电路，与所述旋转变压器连接，用于对所述旋转变压器所输出的旋变反馈信号进行调理；角度采样及诊断系统，用于对经所述旋变反馈处理电路调理后的旋变反馈信号进行两路同时采样并分别计算出第一电角度和第二电角度；其中，所述第一电角度用于转矩控制，所述第二电角度用于转矩监测；所述角度采样及诊断系统还用于对所述两路采样数据及所述第一电角度和所述第二电角度进行实时诊断，并当诊断出异常时控制所述电机控制器进入安全状态；诊断信号采样电路，分别与所述旋变激励处理电路和所述旋变反馈处理电路连接，用于采集所述激励信号和经所述旋变反馈处理电路调理后的旋变反馈信号以产生相应的回检测信号；以及第一诊断模块，与所述诊断信号采样电路电连接，用于根据所述回检测信号对激励发波回路和旋变反馈采样回路进行诊断，并当诊断出故障时控制所述电机控制器进入所述安全状态。2.如权利要求1所述的电机角度检测与诊断装置，其特征在于，所述角度采样及诊断系统包括：第一采样模块和第二采样模块，分别用于对经所述旋变反馈处理电路调理后的旋变反馈信号进行采样，以获得第一目标信号和第二目标信号；其中，所述第一采样模块位于基本功能层，所述第二采样模块位于监控层，且所述第一采样模块和所述第二采样模块相同；第一计算模块和第二计算模块，分别用于根据所述第一目标信号和所述第二目标信号计算出所述第一电角度和所述第二电角度；以及第二诊断模块，用于实时对所述第一目标信号和所述第二目标信号进行诊断，并还用于实时对所述第一电角度和所述第二电角度进行诊断。3.如权利要求2所述的电机角度检测与诊断装置，其特征在于，所述第一采样模块包括第一Σ
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模数转换器SD
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ADC和第一解调模块；所述第二采样模块包括第二SD
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ADC和第二解调模块；所述旋变反馈信号包括正弦反馈信号和余弦反馈信号；所述旋变反馈处理电路用于将所述正弦反馈信号转换成与SD
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ADC端口电平匹配的正弦差分信号，并还用于将所述余弦反馈信号转换成与SD
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ADC端口电平匹配的余弦差分信号；所述第一SD
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ADC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，以分离出所述激励信号而获得所述第一目标信号；
所述第二SD
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ADC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，以分离出所述激励信号而获得所述第二目标信号。4.如权利要求3所述的电机角度检测与诊断装置，其特征在于，所述第二诊断模块还用于以预设周期分别对所述第一SD
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ADC和所述第二SD
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ADC的配置寄存器进行回读，以诊断所述配置寄存器的当前配置是否和初始配置相同。5.如权利要求2所述的电机角度检测与诊断装置，其特征在于，所述第一采样模块包括第一逐次逼近寄存器型模数转换器SAR
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ADC；所述第二采样模块包括第二SAR
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ADC；所述旋变反馈信号包括正弦反馈信号和余弦反馈信号；所述旋变反馈处理电路用于将所述正弦旋变反馈信号转换成正弦单端信号，并还用于将所述余弦反馈信号转换成余弦单端信号；所述第一SAR
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ADC用于对所述正弦单端信号和所述余弦单端信号进行采样以获得所述第一目标信号；所述第二SAR
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ADC用于对所述正弦单端信号和所述余弦单端信号以获得所述第二目标信号。6.如权利要求5所述的电机角度检测与诊断装置，其特征在于，所述第二诊断模块还用于对所述第二SAR
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ADC做上电测试模式；其中，所述上电测试模式是指通过外部端口注入预设电压以确定回采电压与所述预设电压是否相同。7.如权利要求5或6所述的电机角度检测与诊断装置，其特征在于，所述第二诊断模块还用于以预设周期分别对所述第一SAR
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ADC和所述第二SAR
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ADC的配置寄存器进行回读，以诊断所述配置寄存器的当前配置是否和初始配置相同。8.如权利要求2
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7任一项所述的电机角度检测与诊断装置，其特征在于，所述第一目标信号包括第一目标正弦信号和第一目标余弦信号；所述第二目标信号包括第二目标正弦信号和第二目标余弦信号；所述第二诊断模块用于实时比对所述第一目标正弦信号和所述第二目标正弦信号是否在预设噪声范围内，并还用于实时比对所述第一目标余弦信号和所述第二目标余弦信号是否在预设噪声范围内。9.如权利要求8所述的电机角度检测与诊断装置，其特征在于，所述第二诊断模块还用于实时校验所述第二目标正弦信号的平方值与所述第二目标余弦信号的平方值之和是否在预设数值范围内。10.如权利要求2
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9任一项所述的电机角度检测与诊断装置，其特征在于，所述第二诊断模块还用于监控用于获取采样值的软件程序流是否被定时触发。11.如权利要求2
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10任一项所述的电机角度检测与诊断装置，其特征在于，所述第二诊断模块用于对所述第一电角度和所述第二电角度进行实时比较，以确定所述第一电角度和所述第二角度之间的差值是否在预设范围内，并还对所述第一电角度和所述第二电角度的计算过程进行诊断。12.如权利要求1
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11任一项所述的电机角度检测与诊断装置，其特征在于，所述回检测信号包括所述激励信号的单端信号和差分信号；所述第一诊断模块用于根据所述激励信号的单端信号检测所述激励调制信号的电压范围，并还用于根据所述激励信号的差分信号检
测所述激励调制信号的频率和占空比，进而对激励发波回路进行诊断；所述回检测信号还包括所述旋变反馈信号的单端信号，所述第一诊断模块还用于根据所述旋变反馈信号的单端信号对旋变反馈采样回路进行诊断。13.一种电机控制器，包括逆变电路；所述逆变电路的输入端与动力电池相连，所述逆变电路的输出端与驱动电机相连；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以供所述驱动电机工作；其特征在于，所述电机控制器还包括如权利要求1
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12任一项所述的电机角度检测与诊断装置；所述电机角度检测与诊断装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔雪娟，方振，刘礼华，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：