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技术领域

本发明涉及信号采集领域，具体而言，涉及一种相电流信号采样方法和装置、电 机控制器及电动汽车。

背景技术

电动汽车是一种由车载动力电池供电、电机驱动的绿色环保交通工具，电动汽车 是汽车工业的发展方向，也是当前重点鼓励和发展的技术产品。电动汽车的核心技术 之一就是电机及电机控制器的技术，目前电动汽车多采用永磁同步电机作为电机，电 机控制器通过将动力电池的直流电源逆变为变频交流电，驱动交流的电机输出转矩。 在数字化的交流电机控制中，精确的相电流采集和处理是实现高性能闭环控制系统的 关键，如果没有准确的相电流信号，就不能实现高效的闭环控制。对相电流检测的时 间在电机控制程序的脉冲宽度调制(Pulse-WidthModulation，简称PWM)中断周期中， 通过霍尔电流传感器利用霍尔原理将电流信号经过电磁转换为电压信号，将电压信号 输入到电机控制器的模拟信号采集端口，经过模拟信号采样和数据处理，将输入的电 压信号值转换为实际的相电流值，用于实现电机控制程序的算法以及故障诊断处理等。 相关技术中，霍尔电流传感器输出的电压信号仅调用一次采集转换处理，由于绝缘栅 双极型晶体管(InsulatedGateBipolarTransistor，简称IGBT)等功率器件开关频率较 高，功率器件的开通、关断都会影响电流波形，且低压采集电路易受到干扰，这些都 会导致采集转换后获取到的用于电机控制算法的三相电流信号数据失真，达不到高精 度的闭环控制的精度要求。

针对相关技术中相电流信号采样精度较低的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种相电流信号采样方法和装置、电机控制器及电动 汽车，以解决相关技术中相电流信号采样精度较低的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种相电流信号采样方法。 该方法包括：通过多路模拟信号采集通道采集传感器的输出，获取多个采样信号，其 中，传感器用于感应电机控制器输出的相电流，输出采样信号；以及根据多个采样信 号获取相电流的采样结果。

进一步地，传感器为霍尔电流传感器，用于感应电机控制器输出的相电流，输出 电压信号，通过多路模拟信号采集通道采集传感器的输出，获取多个采样信号包括： 通过多路模拟信号采集通道采集霍尔电流传感器的输出，获取多个电压采样信号，根 据多个采样信号获取相电流的采样结果包括：对多个电压采样信号进行计算，获取相 电流的采样结果。

进一步地，传感器为霍尔电流传感器，相电流为三相电流，多路模拟信号采集通 道包括三组模拟信号采集通道，通过多路模拟信号采集通道采集传感器的输出，获取 多个采样信号包括：通过三组模拟信号采集通道分别采集三个霍尔电流传感器的输出， 获取三组电压采样信号，其中，三个霍尔电流传感器用于分别感应电机控制器输出的 三相电流，输出电压信号。

进一步地，通过三组模拟信号采集通道分别采集三个霍尔电流传感器的输出，获 取三组电压采样信号包括：在三组模拟信号采集通道中的每组模拟信号采集通道中分 别选取一个模拟信号采集通道，得到三个模拟信号采集通道；通过三个模拟信号采集 通道按照第一预设顺序分别采集三个霍尔电流传感器的输出，获取第一预设顺序电压 采样信号；以及通过三个模拟信号采集通道按照第二预设顺序分别采集三个霍尔电流 传感器的输出，获取第二预设顺序电压采样信号。

进一步地，通过多路模拟信号采集通道采集传感器的输出包括：在PWM中断周 期内的预设采样时刻开始采集传感器的输出，其中，预设采样时刻为PWM中断周期 内的以下时刻：其中，T为PWM中断周期的时长，t为由获取多个采样信号 到获取相电流的时长。

进一步地，传感器为霍尔电流传感器，通过多路模拟信号采集通道采集传感器的 输出，获取多个采样信号包括：通过第一模拟信号采集通道对霍尔电流传感器的输出 进行两次采集，获取第一电压采样信号和第二电压采样信号；以及通过第二模拟信号 采集通道对霍尔电流传感器的输出进行两次采集，获取第三电压采样信号和第四电压 采样信号，根据多个采样信号获取相电流的采样结果包括：对第一电压采样信号、第 二电压采样信号、第三电压采样信号和第四电压采样信号进行排序；去掉第一电压采 样信号、第二电压采样信号、第三电压采样信号和第四电压采样信号中的最大值和最 小值，得到两个电压采样信号中间值；对两个电压采样信号中间值取平均值，得到电 压采样信号平均值；以及将电压采样信号平均值转换为电流值，获取相电流的采样结 果。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种相电流信号采样装置。 该装置包括：传感器，套装在电机控制器的输出电缆上，用于感应电机控制器输出的 相电流，输出采样信号；采样芯片，通过多路模拟信号采集通道与传感器的输出相连 接，用于采集传感器的输出并获取多个采样信号；以及控制芯片，与采样芯片相连接， 用于根据多个采样信号获取相电流的采样结果。

进一步地，传感器为霍尔电流传感器。

进一步地，电机控制器的输出电缆包括第一相电流电缆、第二相电流电缆和第三 相电流电缆，多路模拟信号采集通道包括第一组模拟信号采集通道、第二组模拟信号 采集通道和第三组模拟信号采集通道，霍尔电流传感器包括：第一霍尔电流传感器， 套装在第一相电流电缆上，通过第一组模拟信号采集通道与控制芯片相连接，用于感 应电机控制器输出的第一相电流，输出第一电压信号；第二霍尔电流传感器，套装在 第二相电流电缆上，通过第二组模拟信号采集通道与控制芯片相连接，用于感应电机 控制器输出的第二相电流，输出第二电压信号；以及第三霍尔电流传感器，套装在第 三相电流电缆上，通过第三组模拟信号采集通道与控制芯片相连接，用于感应电机控 制器输出的第三相电流，输出第三电压信号。

进一步地，采样芯片包括：多个模拟信号采集接口，通过多路模拟信号采集通道 与传感器的输出相连接，用于采集传感器输出的采样信号，其中，多个模拟信号采集 接口与多路模拟信号采集通道一一对应。

进一步地，传感器为霍尔电流传感器，用于感应相电流输出电压信号，多路模拟 信号采集通道包括第一路模拟信号采集通道和第二路模拟信号采集通道，多个模拟信 号采集接口包括：第一模拟信号采集接口，通过第一路模拟信号采集通道与霍尔电流 传感器的输出相连接，用于采集霍尔电流传感器输出的电压信号获取第一电压采样信 号；以及第二模拟信号采集接口，通过第二路模拟信号采集通道与霍尔电流传感器的 输出相连接，用于采集霍尔电流传感器输出的电压信号获取第二电压采样信号。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种电机控制器。该电机控 制器包括：采样芯片，通过多路模拟信号采集通道与传感器的输出相连接，用于采集 传感器的输出并获取多个采样信号，其中，传感器用于感应电机控制器输出的相电流 并输出采样信号；以及控制芯片，与采样芯片相连接，用于根据多个采样信号获取相 电流的采样结果。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种电动汽车。该电动汽车 包括本发明的相电流信号采样装置或者电机控制器。

本发明通过多路模拟信号采集通道采集传感器的输出，获取多个采样信号，其中， 传感器用于感应电机控制器输出的相电流，输出采样信号；以及根据多个采样信号获 取相电流的采样结果，解决了相关技术中相电流信号采样精度较低的问题，进而达到 了提高相电流信号采样精度的效果。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实 施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明第一实施例的相电流信号采样方法的流程图；

图2是根据本发明实施例的相电流信号采样方法的采样时刻的示意图；

图3是根据本发明第二实施例的相电流信号采样方法的流程图；

图4是根据本发明实施例的相电流信号采样方法采用的相电流信号采样装置的示 意图；以及

图5是根据本发明实施例的相电流信号采样装置的示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相 互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，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，显然，所描述的实施例 仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于 本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第 二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这 样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语 “包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含 了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步 骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的 其它步骤或单元。

本发明的实施例提供了一种相电流信号采样方法。

图1是根据本发明第一实施例的相电流信号采样方法的流程图。如图1所示，该 方法包括以下步骤：

步骤S101，通过多路模拟信号采集通道采集传感器的输出，获取多个采样信号。

模拟信号采集通道用于采集传感器输出的模拟信号，得到数字信号。模拟信号采 集通道可以是采样芯片的采样接口与传感器进行线连接，采集传感器输出的信号，获 取采样信号。传感器用于感应电机控制器输出的相电流，输出采样信号。传感器可以 套装在电机控制器的输出电缆上，电机控制器输出三相电流驱动电机运行，以星型连 接的电机为例，相电流等于线电流，传感器可以直接套装在电机控制器的线电流电缆 上，感应相电流输出采样信号。传感器可以是电流转换电压电路，将相电流转换为电 压信号输出，优选地，传感器可以采用霍尔电流传感器，感应相电流信号，经过电磁 转换后输出电压信号。一个传感器对应着一个相电流，通过多路模拟信号采集通道采 集一个传感器的输出，可以提高样本数。多路模拟信号采集通道采集传感器的输出可 以获取多个采样信号，多个采样信号的数量与多路模拟信号采集通道的数量和采用多 路模拟信号采集通道对传感器进行采集的次数有关，例如，采用两路模拟信号采集通 道采集传感器的输出，每一路模拟信号采集通道对传感器的输出进行两次采集，则可 以对传感器感应的相电流获取到四个采样信号。

步骤S102，根据多个采样信号获取相电流的采样结果。

在获取多个采样信号之后，根据多个采样信号获取相电流的采样结果。根据多个 采样信号获取相电流的采样结果包括对多个采样信号进行计算，获取相电流的采样结 果。对多个采样信号进行计算的方法可以是对实验数据进行数据处理的常用方法，也 可以是预先确定的处理方法。具体而言，如果对一个相电流采集的多个采样信号的数 量超过三个，可以首先将采集到的多个采样信号进行排序，去掉多个采样信号中的最 大值和最小值，将多个采样信号中剩余的采样信号取平均值，得到采样信号平均值。 该采样信号可以是电流信号，也可以是电压信号，如果是电压信号，则需要将电压采 样信号平均值转换为电流值，获取到最终的相电流的采样结果。相电流信号在采样时 易受开关频率较大的功率器件开关管的影响，可能会产生波形的波动，通过对同一相 电流采集多个采样信号，并且去掉多个采样信号中的最大值和最小值，可以有效的去 除干扰。可选地，根据多个采样信号获取相电流的采样结果还可以是对多个采样信号 直接取平均值，得到采样信号平均值，如果采样信号不是电流值，则将采样信号平均 值转换成电流值，得到相电流的采样结果。本发明不限制对多个采样信号进行计算的 具体算法，根据具体情况而定。

优选地，通过多路模拟信号采集通道采集传感器的输出是在PWM中断周期内， 可以先确定出采集传感器的采样时刻，在PWM中断周期内的该采样时刻开始采集传 感器的输出。采样时刻可以是通过以下公式计算得到的：

T - t 2 ]]>

其中，T为PWM中断周期的时长，t为由获取多个采样信号到获取相电流的时长， 也即，t为对根据预先确定的采样操作计算出的信号采样和数据处理的总时长，t可以 由执行采样和数据处理操作的芯片的单位工作时间来确定。

图2是根据本发明实施例的相电流信号采样方法的采样时刻的示意图，如图2所 示，PWM中断周期的时长为Tpwm，记中心点时刻为t2，t2时刻为Tpwm/2，t1时刻 作为采样时刻，在t1时刻开始触发相电流信号的采集和转换操作，相电流信号的采集 和转换操作由电机控制器的主控芯片执行，电机控制器主控芯片对一路模拟信号采集 通道进行一次模拟信号采集和转换的时间为ts，预先确定的采样操作中包括对六路模 拟信号采集通道各采集和转换两次，则由获取多个采样信号到获取相电流的采样结果 的时长约为12*ts，由此可得t1时刻为(t2－6*ts)，t1时刻在PWM中断周期的中心点 时刻t2之前，获取相电流的采样结果的时刻在t3时刻，t3时刻为(t2+6*ts)。在PWM 中断周期的中心时刻附近，功率器件开关管对相电流波形的影响较小，相电流较稳定， 通过确定出在PWM中断周期中心点附近的采样时刻，并在采样时刻开始进行相电流 信号的采集和转换，可以避开功率器件开关管对相电流波形的影响，采集到的相电流 值更准确。

优选地，通过三个霍尔电流传感器分别感应电机控制器输出的三相电流，每个霍 尔电流传感器对应一个相电流。多路模拟信号采集通道包括三组模拟信号采集通道， 每组模拟信号采集通道包括多路模拟信号采集通道，每组模拟信号采集通道对应采集 一个霍尔电流传感器的输出，也即，每组模拟信号采集通道采集得到一个相电流的多 个电压采样信号，对多个电压采样信号进行计算得到该相电流的采样结果。优选地， 可以通过预设顺序对三相电流进行采样，具体而言，在三组模拟信号采集通道中的每 组模拟信号采集通道中分别选取一路模拟信号采集通道，得到三路模拟信号采集通道， 通过三路模拟信号采集通道按照第一预设顺序分别采集三个霍尔电流传感器的输出， 获取第一预设顺序电压采样信号，再通过三路模拟信号采集通道按照第二预设顺序分 别采集三个霍尔电流传感器的输出，获取第二预设顺序电压采样信号。举例来说，三 组模拟信号采集通道中每组模拟信号采集通道分别包括两路模拟信号采集通道，选取 每组模拟信号采集通道中两路模拟信号采集通道的其中之一，得到A、B、C三路模拟 信号采集通道，用于分别采集A、B、C三个霍尔电流传感器的输出，也即分别采集三 相电流，在PWM中断周期内进行采样时，A、B、C三路模拟信号采集通道是按序采 集的，顺序为模拟信号采集通道A、模拟信号采集通道B、模拟信号采集通道C分别 对A、B、C三个霍尔电流传感器的输出采集一次，得到第一顺序的三相电流的电压采 样信号，然后再按序通过模拟信号采集通道C、模拟信号采集通道B、模拟信号采集 通道A分别对C、B、A三个霍尔电流传感器的输出采集一次，得到第二顺序的三相 电流的电压采样信号。得到电压采样信号之后，对各相电流分别对应的多个电压采样 信号进行计算，得到各相电流的采样结果。在PWM中断周期内进行采样时，由于受 到功率器件的干扰影响，不同时刻相电流的波形可能是不同的，通过变换顺序采集三 相电流的值，可以一定程度上分散功率器件的干扰对同一相电流产生的影响，对同一 相电流采集到的多个采样信号更能反映总体情况。

该实施例提供的相电流信号采样方法，通过多路模拟信号采集通道采集传感器的 输出，获取多个采样信号，其中，传感器用于感应电机控制器输出的相电流，输出采 样信号；以及根据多个采样信号获取相电流的采样结果，解决了相关技术中相电流信 号采样精度较低的问题，进而达到了提高相电流信号采样精度的效果。

图3是根据本发明第二实施例的相电流信号采样方法的流程图。该实施例可以作 为上述第一实施例的优选实施方式。

图4是根据本发明实施例的相电流信号采样方法采用的相电流信号采样装置的示 意图。图4中所示的相电流信号采样装置可以用于执行本发明第二实施例的相电流信 号采样方法。如图4所示，相电流信号采样装置包括电机控制器401，电机402，霍尔 电流传感器A，霍尔电流传感器B和霍尔电流传感器C。

电机控制器401包括模拟信号采集接口AD0，模拟信号采集接口AD1，模拟信号 采集接口AD2，模拟信号采集接口AD3，模拟信号采集接口AD4，模拟信号采集接口 AD5，相电流U输出接口，相电流V输出接口，相电流W输出接口。电机控制器401 通过线电缆将三相电流U、V、W输出到电机402，用于驱动电机402。霍尔电流传感 器A，霍尔电流传感器B，霍尔电流传感器C分别套装在三相电流U、V、W对应的 线电缆上，用于分别感应三相电流U、V、W的相电流信号输出电压信号。AD0和AD1 对霍尔电流传感器A的输出进行采集，AD2和AD3对霍尔电流传感器B的输出进行 采集，AD4和AD5对霍尔电流传感器C的输出进行采集。

如图3所示，该实施例的相电流信号采样方法包括以下步骤：

步骤S301，按顺序通过模拟信号采集接口AD0、AD2、AD4分别对霍尔电流传 感器A、B、C的输出进行采集，获取三相电流对应的电压采样信号U1、V1、W1。

步骤S302，按顺序通过模拟信号采集接口AD4、AD2、AD0分别对霍尔电流传 感器C、B、A的输出进行采集，获取三相电流对应的电压采样信号W2、V2、U2。

步骤S303，按顺序通过模拟信号采集接口AD1、AD3、AD5分别对霍尔电流传 感器A、B、C的输出进行采集，获取三相电流对应的电压采样信号U3、V3、W3。

步骤S304，按顺序通过模拟信号采集接口AD5、AD3、AD1分别对霍尔电流传 感器C、B、A的输出进行采集，获取三相电流对应的电压采样信号W4、V4、U4。

步骤S305，对各相电流的采样信号进行排序。U相电流的采样信号为U1、U2、 U3、U4，V相电流的采样信号为V1、V2、V3、V4，W相电流的采样信号为W1、 W2、W3、W4。各相电流分别采集了四个采样信号，对各相电流的四个采样信号进行 排序。

步骤S306，在对各相电流的采样信号进行排序之后，去掉各相电流的采样信号中 的最大值和最小值。去掉最大值和最小值可以去除受干扰较严重的采样信号，减小受 干扰严重的采样信号对采样结果的影响。

步骤S307，对各相电流保留的采样信号取平均值，得到各相电流的采样信号平均 值。

步骤S308，将各相电流的采样信号平均值转换为电流值，得到各相电流的采样结 果。采样结果可以用于电机控制。

需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的 计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可 以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

本发明的实施例还提供了一种相电流信号采样装置。需要说明的是，本发明实施 例的相电流信号采样装置可以用于执行本发明的相电流信号采样方法。

图5是根据本发明实施例的相电流信号采样装置的示意图。如图5所示，该装置 包括传感器10，采样芯片20和控制芯片30。

传感器10套装在电机控制器的输出电缆上，用于感应电机控制器输出的相电流， 输出采样信号。采样芯片20通过多路模拟信号采集通道与传感器10的输出相连接， 用于采集传感器10的输出并获取多个采样信号。控制芯片30与采样芯片20相连接， 用于根据多个采样信号获取相电流的采样结果。

优选地，传感器10为霍尔电流传感器。

优选地，电机控制器的输出电缆包括第一相电流电缆、第二相电流电缆和第三相 电流电缆，多路模拟信号采集通道包括第一组模拟信号采集通道、第二组模拟信号采 集通道和第三组模拟信号采集通道，霍尔电流传感器包括三个霍尔电流传感器，其中， 第一霍尔电流传感器套装在第一相电流电缆上，通过第一组模拟信号采集通道与控制 芯片相连接，用于感应电机控制器输出的第一相电流，输出第一电压信号；第二霍尔 电流传感器套装在第二相电流电缆上，通过第二组模拟信号采集通道与控制芯片相连 接，用于感应电机控制器输出的第二相电流，输出第二电压信号；第三霍尔电流传感 器套装在第三相电流电缆上，通过第三组模拟信号采集通道与控制芯片相连接，用于 感应电机控制器输出的第三相电流，输出第三电压信号。

优选地，采样芯片20包括多个模拟信号采集接口，通过多路模拟信号采集通道与 传感器的输出相连接，用于采集传感器输出的采样信号，其中，多个模拟信号采集接 口与多路模拟信号采集通道一一对应。

优选地，传感器10为霍尔电流传感器，用于感应相电流输出电压信号，多路模拟 信号采集通道包括第一路模拟信号采集通道和第二路模拟信号采集通道，多个模拟信 号采集接口包括第一模拟信号采集接口和第二模拟信号采集接口。第一模拟信号采集 接口通过第一路模拟信号采集通道与霍尔电流传感器的输出相连接，用于采集霍尔电 流传感器输出的电压信号获取第一电压采样信号。第二模拟信号采集接口通过第二路 模拟信号采集通道与霍尔电流传感器的输出相连接，用于采集霍尔电流传感器输出的 电压信号获取第二电压采样信号。

本发明的实施例还提供了一种电机控制器。该电机控制器包括采样芯片和控制芯 片。采样芯片通过多路模拟信号采集通道与传感器的输出相连接，用于采集传感器的 输出并获取多个采样信号，其中，传感器用于感应电机控制器输出的相电流并输出采 样信号。控制芯片与采样芯片相连接，用于根据多个采样信号获取相电流的采样结果。

本发明的实施例还提供了一种电动汽车。该电动汽车包括本发明实施例的相电流 信号采样装置或者电机控制器。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用 的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所 组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以 将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模 块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明 不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技 术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的 任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。