无位置传感器严格来说是电机无位置传感器控制技术，其控制策略是通过集成位置观测器，采集与转速有关的电流、电压变量，估算出转子的位置和转速信息来代替编码器。也就是说电机在启动时会通过算法进行角度自学习，通过计算得出相对准确的转子角度，以此来模拟位置传感器功能。

当然这项技术也不是什么新技术，常规的小功率电机多为无位置传感器电机。但是新能源主驱电机应用这项技术还未见先例（少部分企业会集成无位置传感器做冗余），发电机领域博格华纳的外转子二合一增程倒是采用的无位置传感器技术，据称其算法在精度和动态响应方面均达到了旋变的同等性能。但是在驱动电机控制方面还存在低速、NVH的相关问题有待突破。此外，包括吉利、东风、小鹏、联合动力等企业在这方面也都有研究布局。

图片来源：博格华纳

常规新能源驱动电机控制系统中，普遍依赖位置传感器采集转子位置与转速信息，但此类方案存在显著局限性。首先就是硬件成本与结构体积，其次传感器的安装部署与稳定运行易受外界环境干扰，在高温、强振动等恶劣工况下，其工作稳定性大幅衰减，且传感器自身的精度也会存在一定的误差。

无位置传感器的优势就可以解决上述的所有问题，顾名思义无位置传感器省去了硬件结构，相对而言系统的重量和尺寸都会得到改善，同时还能优化系统设计和生产装配的复杂性。性能方面，可以使系统的鲁棒性增加，对电机参数摄动（如温升导致的定子电阻变化）、负载突变（如车辆急加速、急减速）不敏感。

01.

无位置传感的估算方案

当前，无位置传感器控制技术主要划分为两大技术路线：

◎一是适用于中高速工况的模型观测法，典型技术包括扩展反电动势法与非线性磁链法，借助电机电压模型或电流模型构造磁链观测器，以获取转子位置信息的有效磁链，进而得到转子电角度和转速。

◎二是适用于零低速工况的高频信号注入法，该方法依托永磁电机本体的结构凸极效应或饱和凸极效应实现转子位置辨识。这里简单解释一下，为什么低速要切换方案，因为当电机低速运行时，有用的信噪比很低，这也导致计算的反电动势误差较大，进而导致在低速范围运行时对转子速度和位置的检测失效。

图片来源：哈尔滨工业大学

通过上述两类方法获取包含转子位置信息的反电动势、磁链或解调电流后，需借助反正切函数或锁相环（Phase-Locked Loop, PLL）完成位置信号的提取。其中，反正切函数属于开环算法，对噪声极为敏感，在高频信号注入法的应用场景中易引入较大的位置辨识误差。而PLL作为闭环算法，位置预估精度显著优于反正切函数，但传统PLL本质上是二阶跟踪环路，面对加速度输入时暂态跟踪性能欠佳。虽然各家的方案都有不同，但基本都是基于上述的两类技术路线来做的。

02.

用在驱动电机里准吗，还差在哪里？

无位置传感器的常规方案通常基于永磁同步电机电压方程，完成电机基础参数的标定工作。然而，基于电压方程的参数标定方法存在显著局限性，其有效性高度依赖精准的转子位置信息。所以无位置传感器技术的核心难点，就在于如何实现电机参数的精准获取。

在无位置传感器控制场景下，受电阻R与交轴电感Lq的标定误差影响，电机实际dq轴与估算dq轴之间会产生误差角度θerr，此时直接套用电压方程将引入系统性偏差。电阻标定误差会直接干扰电感参数的标定精度，反之电感误差也会反向影响电阻的标定结果。而且在扩展反电动势控制策略中，该误差角度θerr会与Lq、R的标定误差形成正反馈回路，最终造成电机参数辨识过程失稳、结果发散。

这样也导致了电机电流的观测值与实际的反馈值存在误差，这也是无位置传感器精度不够的原因。当前的解决方案是通过估算与PI控制，把电流误差收敛为零，让输出的反电动势偏差可精准表征转子磁场定向的偏离程度。

从当前的实际应用场景来看，硬件位置传感器仍无法被完全舍弃。但无位置传感器依然值得被研究，以应对硬件位置传感器存在运行过程中异常失效的风险，因为一旦电机位置传感器失效，电机转速将无法被精准采集，进而引发整车故障停机。借助无位置传感器控制策略，可确保车辆在无硬件位置传感器的工况下，仍能有效采集电机转速信号，从而规避传感器失效导致的整车故障停机风险。

联合动力的无位置传感器控制策略专利，就是在低速和静止时使用高频注入法实现位置辨识，高速时使用位置观测器实现转子位置辨识，进而实现全速段的无位置传感器控制。

针对硬件位置传感器发生故障并切换至无位置传感器控制模式时，因切换瞬间电机转速难以被精准捕捉的问题，联合动力是通过从残存有效旋变信号中提取可利用信息，在旋转变压器中通过获取正常信号并实现信号重构，利用锁相环计算转子位置角，解决了两相信号中一相失效的问题。

总结.

虽目前硬件位置传感器无法完全替代，但无位置传感器可作为冗余方案规避传感器失效风险，未来，随着技术瓶颈的突破，无位置传感器技术在新能源主驱电机领域有望实现更广泛的应用。