车轮转速检测装置和检测方法与流程

本发明涉及轮毂电机技术领域，特别涉及一种用于轮毂电机中的车轮转速检测装置和检测方法。

背景技术：

在汽车制动过程中，防抱死制动系统(antilockbrakesystem，简称abs)会根据车轮转速传感器输入的车轮转速信号判定车轮是否趋于抱死，从而做出是否发出防抱死控制信号。

目前，在轮毂电机技术领域，在车轮上安装有车轮转速传感器，车轮转速传感器用来测试车轮转速，并发送给abs。车轮转速传感器的工作原理是：车轮转速传感器包括磁性线圈和感应组件。磁性齿圈安装在车轮上，磁性齿圈与车轮同轴，磁性齿圈中齿的数量为w。沿磁性齿圈的径向，感应组件与磁性齿圈间隔设置。在磁性齿圈随车轮转动时，感应组件可以感应磁场变化，并对应磁性齿圈的一个齿产生一个周期的正弦波。在车轮转动一圈时，可以产生w个正弦波，因此车轮转速可以对应单位时间内产生的正弦波的数量。之后，正弦波被转换为方波并发送给abs。abs在每个方波信号产生周期内读取高电平出现的次数，进而判断车轮是否趋于抱死。

这种对应车轮转速的方波信号具有以下问题：轮速传感器相对于车轮为外部机械部件。因此，需要额外的适配器来固定车轮转速传感器于车轮，这会影响车轮结构并对车轮上部件的布局带来不便。

技术实现要素：

本发明解决的问题是，在现有轮毂电机技术领域，车轮转速检测方法中，轮速传感器相对于车轮为外部机械部件，需要额外的适配器来固定车轮转速传感器于车轮，这会影响车轮结构并对车轮上部件的布局带来不便。

为解决上述问题，本发明提供一种车轮转速检测装置，在车轮内集成有：轮毂电机、激励单元和旋转变压器，所述轮毂电机连接所述车轮以驱动所述车轮转动；所述旋转变压器连接所述轮毂电机，并从所述激励单元接收交变激励信号以监测电机转速，产生包含电机转速信息的输出信号；所述车轮转速检测装置集成于所述车轮内，包括：转换单元，用于根据所述输出信号产生方波信号，所述方波信号为对应车轮转速的abs输入信号。

可选地，所述车轮转速检测装置还包括：解调器，用于接收所述输出信号和所述交变激励信号，并解调出对应所述电机转速的包络信号；所述转换单元用于：接收所述包络信号并转换成所述方波信号。

可选地，所述转换单元包括：运算单元，用于接收所述包络信号并每经一个方波信号产生周期计算得到在所述方波信号产生周期内车轮转角所对应的相位角信号；方波产生单元，用于根据每个所述方波信号产生周期内的所述相位角信号产生所述方波信号。

可选地，所述转换单元包括：运算单元，用于接收所述对应电机转速的包络信号并计算得到对应车轮转速的包络信号；方波产生单元，用于将所述对应车轮转速的包络信号转换为所述方波信号。

可选地，所述运算单元和所述方波产生单元集成在一起。

可选地，所述解调器、所述转换单元和所述激励单元集成于同一壳体内。

可选地，所述激励单元还用于：接收所述旋转变压器的输出信号并解调出电机转速信号；所述转换单元用于：接收所述电机转速信号并转换为所述方波信号。

本发明还提供一种车轮转速检测方法，在车轮内集成有：轮毂电机、激励单元和旋转变压器，所述轮毂电机连接所述车轮以驱动所述车轮转动；所述旋转变压器连接所述轮毂电机，并用于从所述激励单元接收交变激励信号以监测电机转速，产生包含电机转速信息的输出信号；所述车轮转速检测方法包括：将所述输出信号转换为方波信号，所述方波信号为对应车轮转速的abs输入信号。

可选地，将所述输出信号转换为方波信号的方法包括：利用所述输出信号和所述交变激励信号解调出对应电机转速的包络信号；将所述包络信号转换成所述方波信号。

可选地，将所述包络信号转换成所述方波信号的方法包括：根据所述包络信号，每经一个方波信号产生周期计算得到在所述方波信号产生周期内车轮转角所对应的相位角信号；根据每个所述方波信号产生周期内的所述相位角信号产生所述方波信号。

可选地，将所述包络信号转换成所述方波信号的方法包括：接收所述对应电机转速的包络信号并计算得到对应车轮转速的包络信号；将所述对应车轮转速的包络信号转换为所述方波信号。

可选地，所述激励单元接收所述旋转变压器的输出信号并解调出电机转速信号；所述车轮转速检测方法还包括：接收所述电机转速信号并转换成所述方波信号。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

本技术方案利用旋转变压器的输出信号进行转换处理来检测车轮转速，可以取代利用车轮转速传感器来检测车轮转速的传统方案。在轮毂电机技术中，轮毂电机、旋转变压器和激励单元均集成在车轮内，转换单元属于电子器件，相较于车轮转速传感器占用空间非常小。因此，车轮转速检测装置可以舍弃车轮转速传感器，不需要额外的外部机械部件，不会改变车轮的机械结构，基本不会改变车轮结构及车轮布局，不会对车轮结构和车轮布局带来不便。

附图说明

图1是本发明具体实施例的车轮转速检测装置的结构示意图；

图2是本发明具体实施例的车轮转速检测方法的流程图；

图3中，图3(a)是车轮内激励单元产生的交变激励信号，图3(b)是车轮内旋转变压器的一个输出信号；

图4是对应电机转速的包络信号与对应车轮转速的方波信号的一种转换对应关系；

图5是图1所示车轮转速检测装置中转换单元的结构图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

参照图1，在轮毂电机技术中，在车轮内集成有：轮毂电机(图中未示出)、激励单元2和旋转变压器1，轮毂电机连接车轮以驱动车轮转动。激励单元2提供交变激励信号，旋转变压器1连接轮毂电机，并从激励单元2接收交变激励信号以监测电机转速，产生包含电机转速信息的输出信号。

旋转变压器1的转子以固定的转速比机械连接于电机的转子，电机的转子以固定的转速比机械连接于车轮，旋转变压器1、电机转子和车轮中彼此之间具有固定的转速比，因此车轮转速检测方法可以包括：将旋转变压器1的输出信号转换为方波信号，该方波信号为对应车轮转速的abs输入信号。

本技术方案利用旋转变压器1的输出信号进行转换处理来检测车轮转速，可以取代利用车轮转速传感器来检测车轮转速的传统方案。轮毂电机、旋转变压器1和激励单元2均为车轮内的集成元件，不需要额外的外部机械部件，不需要对车轮的机械结构进行任何改进，因此本技术方案的车轮转速检测方法不会对车轮结构和车轮布局带来不便。

需要说明的是，“对应车轮转速的方波信号”是包含车轮转速信息的方波信号。参考现有技术中车轮转速检测方法，车轮每转动360°，车轮转速传感器可以产生w个方波信号，车轮的转速可以对应单位时间内产生的正弦波的数量。因此，本技术方案在将旋转变压器1的输出信号转换为“对应车轮转速的方波信号”时，可以以车轮每转一圈abs可以接收w个方波信号为参考进行转换。对应不同车型，w不同，可根据具体情况进行设置。

结合图2，将旋转变压器1的输出信号转换为方波信号的方法可以包括：执行步骤s1，利用旋转变压器1的输出信号和激励单元2输出的交变激励信号解调出对应电机转速的包络信号；执行步骤s2，将所述包络信号转换成对应车轮转速的方波信号。

结合图3(a)，图3(a)为激励单元2输出的交变激励信号ur(t)＝vsinωt，该交变激励信号ur(t)是交变电压。结合图3(b)，图3(b)为旋转变压器1的一个输出信号us(t，θ)＝vsinωtsinθ，θ为旋转变压器1的转角。

旋转变压器1的定子相对车轮静止，旋转变压器1的转子与电机的转子连接。旋转变压器1内具有ρ个极对数，因此，电机每转动一圈，旋转变压器1输出ρ个正弦波，所述θ为该正弦波的相位角。因此，根据旋转变压器1检测电机转速的原理，所述θ不是电机转角，但可以对应电机转速，us(t，θ)的包络信号vsinθ包含电机转速信息。同时获取ur(t)和us(t，θ)，可以从us(t，θ)中解调出包含电机转速的包络信号us1(t，θ)＝vsinθ。

执行步骤s2，将所述包络信号转换成方波信号的方法可以包括：

首先，根据包络信号us1(t，θ)＝vsinθ，每经一个方波信号产生周期δt计算得到在该方波信号产生周期δt内车轮转角α所对应的相位角信号之后，根据每个方波信号产生周期δt内的相位角信号产生所述方波信号。

在一个方波信号产生周期δt内，初始时间为t1，终止时间为t2，δt＝t2-t1。在初始时间t1，us11(t1，θ)＝vsinθ(t1)，利用反正弦公式求得θ(t1)。在终止时间t2，us12(t2，θ)＝vsinθ(t2)，利用反正弦公式求得θ(t2)。在该方波信号产生周期δt内，旋转变压器1的转角δθ＝θ(t2)-θ(t1)。

电机的转子每转动一圈，旋转变压器1输出ρ个正弦波，电机转速与车轮转速之比为s，可以计算得到车轮转角α＝δθ/(ρ*s)。设定车轮每转动一圈，abs可以接收w个方波信号，α所对应的相位角因此，

计算在一个方波信号产生周期δt内，所对应的正弦波的周期数为：n为整数且r为余数。从中取整数n，转换为n个周期方波并输出。每个方波信号产生周期δt的初始时间为上一个方波信号产生周期δt的终止时间，每个方波信号产生周期δt的终止时间为下一个方波信号产生周期δt的初始时间。

因此，结合图4，图4为对应电机转速的包络信号us1(t，θ)＝vsinθ与方波信号的一种对应关系，可以在连续的方波信号产生周期δt持续产生方波信号。在每个方波信号产生周期δt内计算得到所对应的正弦波的周期数中，余数r会计入下一个方波信号产生周期δt内。

每隔一个方波信号产生周期δt产生一次方波信号，每次产生的方波信号可以包括n个周期方波。abs每隔一个方波信号产生周期δt接收一次方波信号，并读取高电平出现的次数，进而判断车轮是否趋于抱死。

作为可选方案，将对应电机转速的包络信号转换成对应方波信号的方法可以包括：首先，接收对应电机转速的包络信号并计算得到对应车轮转速的包络信号；之后，将对应车轮转速的包络信号转换为方波信号。请参考前文关于电机转速与车轮转速之间的对应关系，可以根据对应电机转速的包络信号直接计算得到对应车轮转速的包络信号。对应车轮转速的包络信号为正弦波，可以直接将该正弦波转换成方波。

另外，激励单元2还接收旋转变压器1的输出信号并解调出电机转速信号。因此，作为可选方案，根据电机转速与车轮转速的对应关系，车轮转速检测方法可以还包括：从激励单元接收所述电机转速信号并转换成所述方波信号。利用该可选方案，无需专门对旋转变压器的输出信号进行解调，直接利用激励单元输出的电机转速信号，就可以转换得到abs所需的方波信号。

旋转变压器1的输出信号中包括vsinωtsinθ和vsinωtcosθ，可以利用vsinωtsinθ转换得到对应车轮转速的方波信号。作为可选方案，也可以利用vsinωtcosθ转换得到对应车轮转速的方波信号，此时需要注意余弦波与正弦波之间具有相位差，在转换为方波的过程中会有延迟，因此在转换过程中需要进行相位调整以获得符合要求的方波信号。

参照图1，车轮转速检测装置可以包括：旋转变压器1、激励单元2和转换单元3。旋转变压器1与激励单元2通信，激励单元2输出交变激励信号给旋转变压器1，旋转变压器1产生包含电机转速信息的输出信号并反馈给激励单元2。

转换单元3与旋转变压器1通信，用于：根据旋转变压器1的输出信号产生方波信号，所述方波信号为对应车轮转速的abs输入信号。

轮毂电机、旋转变压器1和激励单元2均集成在车轮内，车轮转速检测装置利用了车轮内的旋转变压器1的输出信号进行转换处理来检测车轮转速，这可以舍弃传统的车轮转速传感器。而且，转换单元3属于电子器件，相较于车轮转速传感器占用空间非常小。因此，本车轮转速检测装置不需要额外的外部机械部件，不会改变车轮的机械结构，因此本技术方案的车轮转速检测装置基本不会改变车轮结构及车轮布局，不会对车轮结构和车轮布局带来不便。

轮转速检测装置还包括：解调器4，用于从激励单元2接收交变激励信号和从旋转变压器1接收输出信号，以从旋转变压器1的输出信号中解调出对应电机转速的包络信号。转换单元3用于：接收所述包络信号并转换成对应车轮转速的方波信号，并将该方波信号发送给abs。

解调器4和转换单元3可以均集成于一个pcb板上，pcb板占用空间非常小，不会影响车轮结构并影响车轮布局。之后，该pcb板可以集成在激励单元2内，这样就不会再占用其他空间。

结合图5，转换单元3包括：运算单元30和方波产生单元31。运算单元30用于：从解调器4接收包络信号并每经一个方波信号产生周期计算得到在所述方波信号产生周期内车轮转角所对应的相位角信号，运算方法可以参考前文车轮转速检测方法的相关内容。方波产生单元31用于：根据每个方波信号产生周期内的相位角信号产生方波信号，产生方波信号的具体方法可以参考前文车轮转速检测方法的相关内容。

运算单元30和方波产生单元31可以集成在一起，例如可以集成于一个微控制单元(microcontrollerunit，简称mcu)内，占用空间非常小。该mcu与激励单元2可以集成在同一壳体内。

作为可选方案，运算单元30可以用于：接收对应电机转速的包络信号并计算得到对应车轮转速的包络信号；方波产生单元31可以用于：将对应车轮转速的包络信号转换为方波信号。

激励单元2可以集成于电能动力控制器(powerelectronicunit，简称peu)内，以提供交变激励信号。在peu内还集成有adi系列解调芯片，该adi系列解调芯片用于接收旋转变压器1的输出信号并解调出电机转速信号。因此，作为可选方案，转换单元可以直接与激励单元2通信，用于从激励单元2接收电机转速信号并转换为所述方波信号。解调器4、转换单元3和激励单元2可以集成在同一壳体内，例如集成在peu的壳体内。这样，解调器4和转换单元3有效利用了peu的布局空间，不用为解调器4和转换单元3分配额外的布局空间，这显著降低了对车轮结构和车轮布局的影响。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。