2024年6月19日-20日，由巨力自动化总冠名，电动汽车电驱动系统全产业链技术创新战略联盟主办，中国电工技术学会电动车辆专委会协办，NE时代承办，中车电驱、上海电驱动为战略合作单位的“2024第四届全球xEV驱动系统技术暨产业大会”在上海嘉定圆满召开。

艾菲汽车零部件有限公司创新经理方光荣以《新一代高精度电机位置传感器的开发和应用》为主题进行了报告，以下为文字转录：

艾菲集团是一家法资企业，总部在法国里昂，在全球有1600位员工，其中大概有200个研发工程师，年销售额是在2亿欧左右，每年会花费约9%在研发上面，是一个聚焦在细分领域的公司。

艾菲是家族企业，在1936年创立，目前由第四代领导人Beatrice女士担任CEO。2004年艾菲建立了武汉研发和生产基地，进入到中国，2024年也是艾菲进入中国20周年的时间。

在过去将近90年的时间，艾菲集团一直在不停地开发自己的产品。从最开始做线束，到后来做内燃机相关的产品，包括速度传感器、位置传感器。除了动力总成外，我们在其他域也有相关产品，包括动力底盘相关的车身高度传感器、踏板位置传感器等。新能源起来以后，我们也慢慢发展新能源相关的产品，包括电机位置传感器，现在也开始研发PDU、BDU和电流传感器等产品。除了传感器，我们也有很多执行器，用在变速箱或者减速器上面的。

艾菲在全球有4个研发基地，其中中国是比较大的生产研发基地，除了里昂、中国武汉，我们在土耳其、美国也有相应的研发生产基地。随着中国新能源的迅速发展，接下来亚洲这边是我们发展的重点区域。

新一代的电机位置传感器

下面介绍一下我们新一代的电机位置传感器，公司内部叫做EMPOS，EMPOS是电机位置传感器英文的缩写。这款位置传感器有一个特点，它是完全独立的传感器，可以做相应的自我诊断，也满足功能安全的开发流程，最高的功能安全等级，单个产品可以做到AIL D。同时也可以满足不同的接口需求，比如可以做传统模拟量的输出，也可以兼容数字的接口，并且精度会更高一点。同时，也可以满足客户的设计需求，有不同的设计类型，不同的尺寸、和不同的安装方式，有穿轴的、轴端的。包括接插件也可以根据客户的要求来定制。

EMPOS这款产品主要是针对高转速的，同时艾菲还有一个兄弟产品是LIPOS，这款产品主要是探测线性位移，或者低转速角度的探测，这两款产品用的是相同的技术，所以很多参数指标都类似。

艾菲新一代的电机位置传感器，采用的是涡电流的技术原理。现在国内主机厂慢慢的开始接受和使用该技术。传感器本身不管是哪种类型的传感器它都有三个步骤，信息采集、信息处理、信息输出。涡电流电机位置传感器也是类似的过程。也是分为三个步骤，一个是信息的采集，中间信号信息的处理，最后根据要求输出相应的信号。

信息的采集是基于涡电流的原理，有两组主要线圈，一组是发射线圈，另一组是接收线圈。首先会在发射线圈里面注入高频的激励信号，然后通过这个激励信号来产生高频的交变磁场，在传感器后端有一个目标轮，固定在电机转子上面，目标轮经过这个交变的磁场会相应地产生涡电流，涡电流反过来又会产生磁场，抵消原来的激励磁场。接收线圈通过探测这个合成磁场的变化，然后转化成电信号，接受到这个电压信号以后，芯片就会做出相应的处理，比如做滤波、相应的补偿等，提高它的精度，同时把相应的处理结果输送到后端。后端就可以根据客户的要求定制，比如客户要一个模拟信号，就可以输送模拟信号，如果客户要一个数字信号，也有办法把相应的信号转成数字信号输送到电机控制端。

结构方面也有不同的类型，有穿轴的、也有轴端的，穿轴的又分为两种类型，C型和O型的，C型就是半圆，O型就是全圆，可根据不同的要求来。但是不管是哪种类型，其实产品的结构都类似，都有金属的目标轮，这个是跟转子固定，随着电机转子的转动而转动，再往上是一个壳体，壳体上面有一些衬套是用来安装的，再上面是一个PCB的板子，包含处理芯片，就安装在这个板子上面，同时这个板子里面也印刷了激励线圈，以及接收线圈来接收相应的信号。根据不同的类型，可以直接灌胶，灌环氧树脂或者有一个盖板把它激光焊起来。

艾菲新一代的产品独特的点：

第一个是功能安全，这款产品可以说是一个独立的产品，可以做自我诊断，比如里面芯片有问题或者线圈有问题，都可以做诊断。艾菲的单线圈产品可以做到ASIL D，可以内部做冗余的方式，用双组线圈，用双芯片，一个产品就可以达到ASIL D的要求。同时，从精度的角度，我们这种技术它的精度相应地也会比较高，我们做了出厂测试，O型的能做到0.5度，C型能做到1.5度。

EMC方面，艾菲现在用的是高频信号，频率大概是3.5兆这么一个激励信号，所以跟整个电机控制的频率还是有点距离的，因为频率离得比较远，所以对杂散的一个磁场的话会有一定的免疫能力。同时也能兼容到800V的高电压。之前也说了我们的接口是可以根据客户具体的需求来定制的，可以是模拟输出，模拟输出又可以分类，比如单端还是差分的，或者更直接用数字接口把这个角度直接发给电机控制器，电机控制器就不用额外计算角度了。

其实这个产品已经开发了很多年，也已经有过量产，在不同环境下面做过应用，包括在卡车上面，在恶劣环境都做过验证。整个系统集成最大的优势是可以根据客户的要求完全定制，你要什么样的形状都可以，要什么样的尺寸也都可以满足。

艾菲有两种接口，一种是模拟输出，等于我们这边信号完全处理好了，直接根据要求输出。客户拿到以后就可以做计算进行反正切计算电机转子角度，同时我们有相应的诊断，如果诊断出故障，可以报告给电机控制器。电机控制器可以通过检测传感器输出信号的范围来判断是否有相应的故障发生。

另外一中也是最直接的输出，就是数字接口，除了直接提供角度，还可以提供更全的诊断，甚至可以告诉你现在因为哪一种类型的诊断出现了问题，定位目标会更明确一点。

这边做了一个更具体的一些项的对比。传统的旋变传感器需要电机控制器输出一个交变的励磁信号。如果是EMPOS的话，电机控制器只要给我们输出一个5V的直流电压就可以了，因为我们自己内部的激励信号是由传感器芯片产生的，只要给提供一个5V的电压供芯片工作就可以了，然后整个功耗也会更低一点，大概20毫安。

而且我们接口更简单、更直接，要么直接告诉你角度，要么直接给Sin，Cos信号，你直接做一个计算就可以了，不需要做后续的解码。而且输出的信号幅值也会更大一点，这样受干扰的影响会小一点。

这款产品的激励信号一般是3.5MHz，是偏高频的，跟电机控制的频率不在同一频率范围，所以对杂散的磁场有一定的抵御能力的。

接下来是关于功能安全，此前也提到了这款产品是独立的传感器（独立的小系统），可以做自我诊断，且这款传感器满足ASIL D的要求，可以在产品体积不变的前提下，通过内部的冗余设计，包括多芯片的冗余设计，可以直接达到ASIL D的要求。而且这款产品相对于旋变会更轻一点，精度更高，系统集成自由度更大。

如果从整个系统功能的价格对比，新一代的电机传感器相对来说更便宜一点，因为我们的传感器输出信号后续不用再解码，而且供电的电压也更简单。不过现在我们跟客户这边沟通，更多的价格对比，是直接和旋变的价格对比，而不包括系统工作所需的交变供电，和解码的硬件。但是就算把其他这些额外的系统成本剔除掉的，这样对比电涡流传感器在价格上面还是有一定的优势的。

现在市面上电驱控制器已经能够兼容到新一代的位置传感器了，只需做些细微的修改，从两个角度来，一个是硬件，一个是软件。

软件方面，相对旋变电驱控制器要做解码、要提取外包络，要进行一定的计算来提高它的精度。但新一代电机位置传感器已经完成了这一步，电机控制器不再需要解码。只需要根据我们提供的产品参数，包括信号延迟和幅值等进行计算，即可得到相应的值，这里只需要做很小的修改。

包括诊断也会简单很多，因为现在旋变诊断更多的是在电机控制器上面去做。而我们已经把很多诊断完成了，电机控制器只要检测传感器的输出信号，根据产品手册的参数要求去监控信号是否异常，就把开发工作简单化，来达到诊断的目的。

功能安全这块，单个传感器已经可以做到最高ASIL D了，因此电机控制器只需根据安全机制要求做些修改，整个系统就能达到要求。

硬件方面也进行了简单修改，现在供电变得非常简单，无需交变电压供电，只需提供5V的恒定直流电压即可。接口方面可能需要进行修改，因为我们的接口与前面有所不同，所以相应接口需要进行微调。现在也不需要硬解码了可以拿掉了。

我们这款电机位置传感器可以应用于不论是混动还是纯电动，只要是永磁电机，它都可以提供更高的精度，并且优化整个电机的控制。

虽然名称叫新一代电机位置传感器，但是艾菲在该产品的研发并非刚刚开始。我们在15年前就已经进行相应的技术研究，包括研发验证从08年就开始了。我们在开发过程中进行了不同的产品迭代验证，并一直在优化。

截止到今年我们已经获得了不少客户认可，同时我们认证了三款可以满足要求的芯片。在2018年已经有第一个量产项目，在欧洲市场，是单端的模拟输出。国内第一个量产项目是2021年量产的，一个半圆的方案。

我们第一个ASIL D的量产项目是在2022年底在欧洲量产的，通过单个传感器达到功能安全ASIL D的要求。

2024年大概下半年，马上国内又要量产一个项目，是一个O型全圆的产品，接下来量产的项目会越来越多，现在有很多项目正在处于DV、PV的验证阶段，所以接下来几年会有越来越多的项目量产，接下来两年量产的比过去几年累计的还要多的多。

现在电机都往高转速发展，为了符合电机发展的需要，我们内部已经预先配备了相应的高转速的试验台，满足3万转。不过我们本身的产品不仅满足3万转，而是已经远远超过3万转了。通过高转速的试验台，我们能够做全工况的测试。

传感器方面，其实O型的会比C型的精度高一点，但是为了提高C型的精度，我们也申请了专利，专利包含相应的算法，这些算法需要在电控制端完成。通过这些算法，可以提高C型的精度。

关于产品信号接口，目前我们使用的主流模拟接口，同时正在和合作伙伴共同开发下一代的数字接口，预计下半年可以有相应产品出来。

艾菲传感器研发主要放在国内来做，因为国内主要的客户多一点，而且新能源在中国的发展，这个趋势比欧洲快得多。所以我们的研发核心主要集中在国内，包括完整的产品设计，比如线圈仿真、线圈优化、电磁仿真等等，有完整的开发流程。