CN102422127A

CN102422127A - 诊断用于确定多相旋转电机的转子的角位置的传感器的功能故障的方法和设备

Info

Publication number: CN102422127A
Application number: CN2010800201119A
Authority: CN
Inventors: L.拉比斯特
Original assignee: Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Current assignee: Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Priority date: 2009-03-31
Filing date: 2010-03-08
Publication date: 2012-04-18
Anticipated expiration: 2030-03-08
Also published as: FR2943781B1; WO2010112720A2; JP2012522238A; WO2010112720A3; EP2414781A2; US8917088B2; CN102422127B; FR2943781A1; US20120092001A1; EP2414781B1

Abstract

本发明涉及用于诊断用于测量交流发电机-起动机转子的角位置的传感器(10)的故障的方法和设备(4)，所述传感器(10)输出多相信号(100-103)。从传感器(10)输出的信号(100-103)的线性组合产生两个正弦信号(200-201)，其被非平凡地相移。根据该方法，从所述两个信号(200-201)和在初始阶段计算的阈值计算两个不等式复合对应，通过向用于测量转子的角位置的系统(1)的数学模型应用蒙特卡罗方法来计算第一阈值，从应用于两个正弦信号的偏移值(30-32)特别地计算另外两个阈值。所述对应的一个和/或另一个的“真”逻辑状态指示至少一个传感器具有预定性质的故障。

Description

诊断用于确定多相旋转电机的转子的角位置的传感器的功能故障的方法和设备

技术领域

本发明涉及用于诊断用于确定包括定子的多相旋转电机的角位置的传感器的功能故障的方法。

本发明还涉及用于实现该类型的方法的设备。

其更具体地应用于处于交流发电机和发动机二者模式下的可逆电机，熟知为汽车工业中使用的交流发电机-起动机。

本发明的背景下，术语“多相”更具体地涉及三相或六相旋转电机，但是其也可以涉及二相旋转电机或以很多个相工作的电机。

为简洁起见，以下将应用本发明的优选应用情况，即，交流发电机-起动机类型的三相可逆旋转电机的情况，这并不以任何方式限制本发明的范围。

背景技术

众所周知，可逆旋转电机包括交流发电机，其包括：

-转子，其构成感应器，其通常与两个集电环和两个电刷关联，借其提供激励电流；以及

-多相定子，其承载多个线圈或绕组，实施例中考虑为三个，其构成电枢并以星形、或在三相结构的情况下最经常以三角形的形式连接，而且在交流发电机功能下向整流器电桥提供转换的电力。

交流发电机也可以是可逆的，并构成电动机或旋转电机，其使得能够通过转子轴转动车辆的热机。该可逆交流发电机被熟知为交流发电机-起动机。其使得能够将机械能变换为电能，反之亦然。

于是，在交流发电机模式下，交流发电机-起动机具体地将车辆的电池充电，而在起动机模式下，交流发电机-起动机驱动热机以便启动后者，其也被称为机动车辆的内燃发动机。

汽车工业中的可逆电机中，例如，根据发动机或起动机模式工作的那些，必须控制定子的电流以便总是向转子提供用于启动其以及用于给予其电机工作所需的旋转所必需的扭矩。将要施加到转子的扭矩、乃至将要提供到定子的相的电流是转子相对于定子的角位置(由角度θ指示)的正弦函数。

用于确定三相交流发电机-起动机的转子的瞬时角位置θ(t)和用于控制该单元(在交流发电机模式和发动机(起动机)模式二者下)的完整系统典型地包括四个主要的子系统，即，交流发电机-起动机、可逆交流-直流电流转换器、用于控制该转换器的模块、以及用于确定转子的角位置θ的模块。

该转换器通常由电子整流器电桥构成，其包括与相一样多的MOSFET功率晶体管支路，例如在所述示例中为三个。

在交流发电机模式下，交流发电机-起动机向转换器提供三相交流电流，而在发动机模式下，由在三相电流发生器模式下工作的可逆转换器向交流发电机-起动机提供三相电能。

在发动机模式下，根据由控制模块产生的六个控制信号的适当的序列来控制MOSFET晶体管。众所周知，必须根据转子的角位置θ产生这些信号。

因而有必要以极大的准确度确定该角位置θ以便获得整流器电桥的正确工作，特别是便于防止半导体组件退化的危险，而且最重要地，在发动机或起动机模式下，实现由交流发电机-起动机提供优化的扭矩。

这是分配给用于确定转子的角位置的模块的功能，以便产生代表测量的角位置的瞬时变化的信号θ(t)，并向控制模块的输入端发送该信号。

现有技术中，已经提出多种方法用于该目的。

作为非限制性示例，在国际专利申请WO 2006/010864 A2中，申请人提出了一种用于确定包括定子的旋转电机的转子的位置的设备，其使得能够获得所需的精确角位置，同时廉价、易于实现、而且对磁干扰不敏感。

该专利申请中教导的设备包括：多个磁场测量传感器，其相对于旋转电机的定子固定，而且可以提供代表由这些传感器检测的旋转磁场的第一信号；以及用于通过运算器处理这些第一信号的装置，该装置可以提供依赖于转子到达的角位置的第二信号。

所述传感器通常由线性霍尔效应传感器构成，例如，三个，以下称为S₁至S₃，置于三相旋转电机(该情况下为交流发电机-起动机)上120°电角处，面对与转子一体的目标，而且对于电机的每个磁极交替地北/南磁化。这些传感器S₁至S₃分别提供正弦类型的信号VS₁至VS₃。关于更详细的描述，可以有利地参照前述国际专利申请WO 2006/010864 A2的说明书。

实验上发现，由三个测量传感器S₁至S₃产生的信号VS₁至VS₃(其将被分类为“原始(raw)”)，通常包括高电平的谐波，且具体地包括实质电平的3和5阶谐波，而且它们的相对幅度是不同的。基于这三个非常不完美的原始信号，因而难以构造近似于理想正弦函数(即，无谐波)、具有相同的幅度和零偏移、且以非平凡方式错相(dephased)(非180°的倍数的错相)的两个信号。

为了消除该困难，基本原理在于，获得两个不同的线性组合，其使得能够获得所需的两个正弦波，同时尽可能避免上述问题。

第一种近似中，可以允许传感器具有相同或至少非常类似的特性，而且置于相同的热和电磁环境中，因而传感器发出的信号保持共同的特性。这些假设给出如下考虑的理由：

-它们的偏移同时发展，依赖于任何干扰场(诸如，例如转子的磁化)；

-它们的3阶谐波电平非常类似，而且与它们的基本谐波同相；以及

-这些传感器产生的电信号错相大约120°。

这些假设使得能够选择部分地抵消3阶谐波和偏移的两个线性组合。以简单的方式，通过选择传感器输出信号之间的差作为线性组合，获得两个正弦信号，其错相60°，且与上述选择准则对应。由此获得的信号被重新集中并且包含比原始信号更少的谐波。

一旦获得两个正弦波，就可以直接提取转子的角位置的值θ。为此目的，通过划分(divide)两个前述信号，接着借助数学函数或表去除幅度，可以反转该函数并借助信号的符号确定角象限。为简洁起见，作为非限制性示例，如果信号之间的错相例如为

(正弦-余弦信号)，则是反正切函数。同样，关于该方法的更详细的描述，可以有利地参照前述国际专利申请WO2006/010864 A2。

实践中，很少满足这些函数条件，其可以被分类为“理想”。

因此，同样在实践中，上述方法常常不能令人满意。

从而，在其提交于2008年5月23日的法国专利申请No.0853359中，申请人提出了一种用于确定角位置的方法和设备，其消除现有技术的不足。

为此目的，根据该方法的核心特性，利用用于在真实角位置与估计角位置之间进行控制的系统来确定旋转电机的转子的真实角位置。该专利申请教导的设备包括反馈环，以下称为跟踪环，其行为与锁相环或PLL的行为类似。

构成用于确定转子的角位置的设备的电路被设计为使得满足以下等式(1)：

该等式中：

-θ_real代表转子的真实角位置；

-θ_est代表转子的估计角位置；而且

-

和代表与传感器相对于与旋转电机的定子关联的角基准点的角偏移对应的信号的错相。

因此，

是常量(这两个错相通过单个角基准点确定)，而且代表信号θ_real和θ_est之间的错相。

该等式使得能够获得关于真实角位置与估计角位置之间的误差的信号。

所谓的跟踪环使得能够最小化在θ_real与θ_est之间的误差。

如果该误差变得微小，则众所周知sin(θ_real-θ_est)基本等于(θ_real-θ_est)。于是前述等式的第二项变成基本等于

其中K是等于的常数。

以下，为简洁起见，将应用该类型的设备的背景，而不以任何方式限制本发明的范围。

不难理解，转子相对于定子的角位置θ的确定依赖于由测量传感器提供的信息的可靠性，而不论实现的确切方法如何，因为在所有情况下，从由这些传感器提供的多相信号的组合获得该角位置。

因而有必要确保传感器令人满意地工作，并实现用于诊断这些传感器的功能故障的方法。

在本发明的背景下，必须理解，“测量传感器故障”还意味着外围电气和电子电路(用于传感器的电能供应的电连接、电路等)的故障。

现有技术中，已经提出不同的诊断方法。

可以通过在由前述跟踪环完成的车辆速度的评估、以及例如由计算单元完成的该速度的测量之间的比较实现角位置测量传感器的诊断。然而，即便一个或多个传感器有故障(诸如断路或短路)时，允许电位置的估计的跟踪环也可以返回准确的平均速度值。

安置在本说明书的结尾处的图1说明转子的旋转速度V_t根据时间t的发展的示例。该图1中，已经仿真多个相继的传感器故障(断路、短路等)，如瞬时速度V_inst的展开所示。然而发现，跟踪环保持锁定并提供完全正确的平均速度V_moy。

因此，为了获得基准值，外部速度测量是有必要的。

另一种方法包括仅使用跟踪环的误差信号。然而该环对小饱和度(saturation)非常敏感，而且在存在具有非常低的振幅的信号(包括传感器的短路或断路的连接器导致的错误)时无法检测任何错误。此外，在某些实际的实施例中，跟踪环误差信号受到作为缺少校准以及所使用的电子电路的简化导致的低准确度的结果的实质噪声的污染。因而必须允许可观的裕量，只要检测阈值受到关注。因此，无法诊断一定数量的故障。例如，检测不到三个角位置测量传感器的同时断开或电能供应源的断开。

另一种方法包括获得来自三个传感器S₁至S₃的输出处产生的信号的求和，即：

∑＝VS₁+VS₂+VS₃≈0

然而，该方法使得有必要采用诸如用于测量信号VS₁或用于测量信号的完整求和的额外的电子电路，这增加了诊断设备的复杂度且使其更加昂贵。此外，由于之前给出的原因(因缺少校准造成的低准确度)，有必要接受实质的裕量，只要检测阈值受到关注。因此，无法诊断一定数量的故障。例如，如之前所述，检测不到三个传感器或电能供应源的断开。

发明内容

本发明的目的在于用于诊断由包括定子的多相旋转电机(特别是交流发电机-起动机类型的)的转子的角位置测量传感器造成的功能故障的方法，其消除现有技术的不足(其中一些已经被指出)，而不显著增加实现的电子电路的复杂度、或总成本。

依照根据本发明的方法的主要特性，通过完成对基于传感器提供的多相信号的线性组合确定的正弦和余弦信号对的直接测量、获取被称为“速度状态”的参数(该情况下典型地为状态“速度＞0”和“速度＝0”(又或者“速度≥0”))、以及最小速度分布来实现用于转子的角位置测量传感器的诊断。

因而该测量并不使得有必要知道速度的确切值。

根据本发明的方法，通过确定以下指示的两个公式的“真”或“假”逻辑状态来简单地实现角位置测量传感器导致的主要错误的诊断：

(A)当E_vt＞0t/mn：[(S_pp＜TRIG_PP)OR(C_pp＜TRIG_PP)]；

(B)当E_vt≥0t/mn：[(V_ref-Δ＜S＜V_ref+Δ)AND[(V_ref-Δ＜C＜V_ref+Δ)]

其中：

-E_vt是以rpm(t/mn)表示的交流发电机-起动机的转子达到的速度状态

-“OR”和“AND”分别是非排他性析取和合取逻辑运算符；

-S是正弦信号的瞬时值；

-C是余弦信号的瞬时值；

-S_pp是正弦信号的最大峰到峰幅度；

-C_pp是余弦信号的最大峰到峰幅度；

-V_ref是反馈链中实现的模拟-数字转换对齐的偏移值；而且

-TRIG_PP和Δ是两个阈值。

如果公式(A)和/或(B)被确认，即，处于“真”逻辑状态，则该状态是角位置测量传感器的至少一个故障状态的、或至少是这些传感器的外围电气/电子电路(电连接、电能供应等)的、以及是磁目标自身的特性。

借助所谓的“蒙特卡罗”统计方法获得阈值TRIG_PP。为了该目的，在该方法的预备阶段，创建“交流发电机-起动机/跟踪环”系统的全局数学模型，并将随机修改应用于该模型。数学处理使得能够基于状态的该分布计算前述阈值TRIG_PP。

以下更详细地描述和规定这些不同的参数。

因而本发明具有许多优点，包括如下：

角位置测量传感器导致的功能故障的诊断仅需要知执行基本逻辑操作，即，确定两个不等式的“真”或“假”逻辑状态。

不等式中包含的参数基本已经被获取用于跟踪环特有的需要。具体地，为了确定转子的角位置值θ，两个正弦和余弦信号是必要的。优选实施例中，可以通过使用任何具有现代设计的车辆中存在的车载计算机之一容易地实现前述逻辑状态的确定。

前述阈值TRIG_PP、Δ和V_ref的值的计算在单个预备阶段期间(典型地在系统设计期间)完成，而且不需要任何额外的车载电路、或者甚至车载数字计算机的程序存储器中实现的软件系统的修改。

因而本发明的主要目的在于一种用于诊断在用于测量包括定子的多相旋转电机的转子的角位置的系统中实现的传感器中存在的功能故障的方法，所述传感器相对于定子固定，而且能够检测磁场并提供代表该磁场的第一信号，其特征在于，该方法包括如下至少一个步骤：

从所述第一信号的线性组合产生代表转子的角位置的、以与零和180°不同的预定值错相的至少一对第一和第二正弦信号的步骤；

确定被称为转子的速度状态E_vt的第一参数的步骤，其假定两个值E_vt＞0或E_vt≥0，计算以下第一和第二公式的步骤：

-[(S_pp＜TRIG_PP)OR(C_pp＜TRIG_PP)]；

-[(V_ref-Δ＜S＜V_ref+Δ)AND[(V_ref-Δ＜C＜V_ref+Δ)]，

其中“OR”是非排他性析取逻辑运算符，“AND”是合取逻辑运算符，S_pp是第一正弦信号的最大峰到峰幅度，S是第一正弦信号的瞬时值，C_pp是第二正弦信号的最大峰到峰幅度，C是第二正弦信号的瞬时值，而TRIG_PP、V_ref和Δ是三个预定阈值；

当所述速度参数E_vt大于零时确定第一公式的逻辑状态“真”或“假”、产生当第一公式未被确认时指示所述传感器功能无故障、当第一公式被确认时指示这些传感器中的至少一个的功能故障的信号的步骤；以及

当所述速度参数E_vt等于或大于零时确定第二公式的逻辑状态“真”或“假”、产生当第二公式未被确认时指示所述传感器功能无故障、当第二公式被确认时指示这些传感器中的至少一个的功能故障的信号的步骤。

本发明的目的还在于一种用于实现该方法的设备。

附图说明

现在将参照附图更详细地描述本发明，其中：

图1是示意性地说明示出多相旋转电机的转子的旋转速度基于时间的发展、并仿真该转子的角位置测量传感器的多种故障的示例的图；

图2示意性地说明包括根据本发明的优选实施例的用于诊断角位置测量传感器的功能故障的设备的用于确定交流发电机-起动机的转子的角位置的系统的实施例；

图3是示出通过图1中的系统的角位置测量传感器产生的信号的线性组合获得的一对信号的基于时间的发展的图；以及

图4是说明根据温度借助蒙特卡罗方法获得的阈值的分布的图，诸如当转子的旋转速度不是零时确定阈值范围以便获得错误诊断。

具体实施方式

以下，不以任何方式限制本发明的范围，除非另外说明，将应用其优选实施例的背景，即，用于确定交流发电机-起动机的转子的角位置的系统的情况，该交流发电机-起动机实现用于在测量的角位置与估计的角位置之间进行控制的系统。

图2说明根据前述法国专利申请no.0853359中描述的架构的用于确定交流发电机-起动机的转子的角位置的系统1的示例。其还包括根据本发明的优选实施例的用于诊断角位置测量传感器的功能故障的设备4。

交流发电机-起动机(该图中未示出)可以具有与现有技术完全类似、或相同的类型。块10中的传感器例如由对布置在三相旋转电机的电角120°处的三个霍尔效应传感器构成。这些传感器10的电能供应由提供例如+5V的电压V_cc的电池100表示。

传感器10向输出连接101至103提供三个“原始”信号，其将被称为VS₁至VS₃，而且被发送到线性组合和幅度纠正的模块20，其在其输出连接200和201处产生两个信号，其被发送到补充模块30和31。

模块30和31将分别由模块32和33提供的偏移值应用于这些信号。模块32和33可以由包含预定偏移值的存储器电路构成。

因而在来自模块30和31的输出300和310处有两个具有相同幅度的正弦信号，其在轴上居中(换句话说，没有偏移)，而且以非平凡的预定值(即，与零或180°不同，且优选地为90°)错相，所述信号以下将称为S_sin和C_cos。

从传感器10测量的信号导出且被形成为使得尽可能近似于正弦函数的这两个分量经由连接300和310各自分别被发送到乘法器50和51的第一输入。因而它们代表测量的转子角位置的瞬时值的两个实例。这些乘法器器50和51在第二输入处接收经由分别被称为“正弦反馈”和“余弦反馈”的两个反馈支路8和9(连接80和90)从估计的角位置的瞬时值θ(t)导出的两个分量。将从乘法器50和51输出的信号通过连接500和510发送到减法器6的输入，其输出信号(连接60)被发送到角位置计算链7。输出到连接70的信号代表估计的角位置的瞬时值θ(t)，而且经由前述反馈电路8和9再次注入到乘法器50和51的第二输入。

构成装有跟踪环的该架构的电路被配置为使得满足说明书前言中提到的等式(1)。

到此为止，用于确定交流发电机-起动机的转子的角位置的上述系统1的架构与根据现有技术的实施例共通。

现在将描述用于诊断在该系统1中、以及更一般地在使用传感器来确定多相电机的转子的角位置的许多其他系统中包括的用于确定转子的角位置的传感器10的功能故障的设备4的优选实施例。如将要展示的，仅仅需要具有从由传感器产生的多相信号的线性组合产生的至少一对信号，其本身是已知的，而且并非对本发明特有。

用于诊断用于确定转子的角位置的传感器10的功能错误的本发明特有的设备4包括诊断模块40本身、以及用于指示转子的速度(更具体地，为速度状态E_vt)的装置41。

事实上，如之前所述，根据本发明的方法的有利特性，没有必要知道速度的精确值，而只需在不同的状态之间进行区分。

诊断模块40在第一和第二输入e₁和e₂处接收存在于输出300和301处的被称为S_sin和C_cos的信号。代表速度状态E_vt的信号被发送到模块40的第三输入e₃。

模块40产生作为输出的指示传感器功能故障的存在或不存在的信号400，以下将规定其属性。

这三个系列的信号构成在巡航速度下为了实现用于确定转子的角位置的传感器的主要功能故障的诊断有必要知道的核心信息。

如之前所述，通过以下公式(A)和(B)的“真”或“假”逻辑状态来实现该诊断：

(A)当E_vt＞0t/mn：[(S_pp＜TRIG_PP)OR(C_pp＜TRIG_PP)]；

(B)当E_vt≥0t/mn：[(V_ref-Δ＜S＜V_ref+Δ)AND[(V_ref-Δ＜C＜V_ref+Δ)]

这些等式中给出的不同的参数已在说明书前言中规定，无需再次解释。

公式(A)和(B)的逻辑状态处于“真”状态指示霍尔效应传感器10或外围电气/电子电路(电连接、供电电路100等)的至少一个故障状态。

当公式(A)被确认时，换句话说，当E_vt≠0t/mn时，获得的诊断的主要故障状态如下(对于旋转速度范围E_vt从每分钟很小数量的旋转到每分钟很高数量的旋转，单个转动周期足以完成该诊断)：

-S₁短路，即，例如连接到0V或5V的电势，假定这些传感器由电源100供电：V_cc＝+5V；

-S₁断路；

-S₂或S₃短路，例如处于0V、+5V或在二者之间；

-S₂或S₃断路；

-S₁和S₂短路，例如处于0V、+5V或在二者之间；

-S₁和(S₂或S₃)断路；

-S₁和S₂和S₃短路，例如处于0V、+5V或在二者之间；

-S₁和S₂和S₃断路；

-电能供应源100故障，其具体地包括源的断路、到地(设备的接地)的短路、或电压V_cc(所述示例中为+5V)处的短路；以及

-检测到短路阻抗，典型地低于5KΩ，显然依赖于与设备的实际实施例的模式关联的不同的参数。

当公式(B)被确认时，包括处于零速度，获得的诊断的主要故障状态如下：

-S₁和S₂和S₃断路；

-S₁和S₂和S₃短路，例如处于0V、+5V；

-S₁和S₂和S₃短路，例如处于0V、+5V或在二者之间；以及

-电能供应源100故障。

需要知道的另一条信息是在开始之后、可以对信号S_sin和C_cos进行有效的峰到峰测量之前必须经过的最小时间段。该信息依靠于该系统具有的速度简档。

为简洁起见，将假定：

且

以便获得两个信号S_sin和C_cos的完整周期，其中

同样为简洁起见，假定最小速度梯度使得转子的旋转速度能够在0.6秒内从0到300rpm。在这些状况下，计算显示在大约180ms内达到500rpm的巡航速度。

图3是示出信号S_sin和C_cos基于时间的发展的图。Y轴(电压V)以伏特为刻度，而X轴(时间t)以秒为刻度。所述示例中，在短暂的时段之后，达到t＝0.1802秒处的巡航速度。

从而，在E_vt＞0(等式(A))的情况下，可以在大约180毫秒的最小时间段之后实现有效的诊断。

事先，该参数对具有给定的物理和电气特性的交流发电机-起动机是一劳永逸地已知的。因而没有必要提供特定的车载测量装置。

这同样适用于等式(A)中包含的阈值TRIG_PP，如说明书前言中所述。

该参数在该方法的预备阶段事先一劳永逸地在具有给定的物理和电气特性的系统的设计期间确定。

为此目的，为了获得阈值TRIG_PP，可以使用统计方法，例如有利地使用所谓的“蒙特卡罗”算法。该算法非常普通，而且可以应用于对其能够完成该模型的随机修改、并将所谓的能量变量与每个修改关联的任何模型。该理论显示，一旦已经达到稳定状态，状态的分布就与玻尔兹曼分布对应。

在根据本发明的方法的背景下，在初始阶段，创建系统“交流发电机-起动机的磁目标部件-跟踪环”的全局数学模型，并将随机修改应用于该模型以便在达到稳定状态时获得前述状态的玻尔兹曼分布。数学处理使得能够从该状态分布计算阈值TRIG_PP。

出现两种主要情况：

-至少在系统的正常工作领域中，磁目标材料对温度变化不敏感或具有低敏感度：因而可以采用恒定值作为阈值TRIG_PP。这是例如基于稀土的磁目标材料的情况。

-磁目标材料对温度变化敏感。因而有必要考虑温度，而且描述阈值的函数是具有以下形式的线性函数：

TRIG_PP＝pT+K_s (2)

其中p是比例常数(梯度)，T以℃计，而K_S是恒定阈值。这是例如基于铁氧体的磁目标材料的情况。

第一种情况下，为了确定磁材料的瞬时温度，提供测量传感器或温度估计器42，如图2中示意性地说明。该温度测量传感器42的输出信号被发送到诊断模块40的第四输入e₄。

虽然该诊断模块已经以自发计算电路的形式(即，利用线路逻辑)表示，其求解两个不等式(A)并提供诊断信号V_diag作为输出，但是必须理解，也可以利用其他手段完成用于得出令人满意的工作或故障的诊断开发所需的计算。有利地，可以具体地采用具有现代设计的任何车辆中存在的车载计算机之一，简单地通过适配该计算机中实现的程序(微程序等)，并通过提供合适的接口电路。该实施例仅进行很少的修改，而且既不复杂也不昂贵。此外，其高度灵活，因为本领域技术人员公知，可以按需要更新程序(纠正缺陷、添加功能等)。

图4是说明根据温度的借助前述蒙特卡罗方法获得的阈值的分布的图。X轴以从0到900的阈值为刻度，而Y轴以℃为刻度，在所述示例中从-50到+175℃，已经完成3000个峰到峰测量。

图4中的图具有多个不同的区域，它们是传感器或这些传感器的外围电路的特定功能故障的特性：

-区域Z₁：测量点在具有下降梯度的直线C₁周围分布。该区域Z₁中，传感器10和/或它们的外围电路(电连接、电源电路100等)没有任何故障。

-区域Z₃：测量点在具有下降梯度的直线C₄周围分布。该区域中，传感器S₁有故障，而且断路(开路)。

-区域Z₄：该区域中，传感器S₁永久地连接到电源100的电势V_cc(所述示例中为+5V)。

-区域Z₅：该区域代表测量点的多个分布，测量点强烈地渗透(interpenetrate)，并且表现传感器或这些传感器的外围电路的多种功能故障：传感器S₁或传感器S₂短路到零电势，传感器S₂永久地连接到电源100的电势V_cc(所述示例中为+5V)，传感器S₁和S₂断路(开路)，传感器S₂和S₃短路到零电势，传感器S₁和S₂短路，或传感器S₁和S₂断路(开路)。

-区域Z₆：该区域中，传感器S₂断路(开路)。

应当注意到，区域之间的边界并不清楚。因此，测量点的云对两个相邻区域共通，特别是只要牵涉到区域Z₄和Z₅时。

从这些不同的测量，可以推论如下：

在对温度敏感的磁材料的情况下，为了获得阈值的最大裕度，使得该阈值依赖于温度。为简洁起见，在所选示例的情况下，代表阈值的前述线性函数(2)可以为如下：

TRIG_PP＝-0.6407×T+494.38 (3)

该曲线在图4中的图上由具有下降梯度k＝-0.6407的直线C₃表示，其在阈值K＝494.38处与Y轴交叉。

在对温度变化不敏感或具有低敏感度的磁材料的情况下，采用恒定值作为阈值TRIG_PP。为简洁起见，在所述示例中，如果期望诊断全部传感器故障的100％，则可以选择以下值：TRIG_PP＝449。例如，在S₁的短路的少数情况可以不被检测的谅解下，作为折衷，可以选择稍低的值。该假设中，在所述示例中，可以选择以下值：TRIG_PP＝403。该最后情况与图4中说明的水平直线C₂对应，其在阈值TRIG_PP＝403处与Y轴交叉。

说明书末尾的表I说明这两种假设以及考虑检测到不同的传感器故障的概率而获得的结果。这显示出，对于TRIG_PP＝403，由S₁的断路导致的故障的情况的小于1％未被检测到。

图4示出由位于与前述函数(3)对应的直线C₃两侧的具有下降梯度的两条直线C₃₁和C₃₂界定的区域Z₂。该区域Z₂代表关于确保传感器导致的故障的100％检测的阈值裕度的安全区域。更具体地，直线C₃₂确保根据温度T的最小阈值，其使得能够确保该100％检测。直线C₃₁使得能够将最大阈值限制为可接受的值，其尽可能低。发现对于低温度(大约-50℃与+50℃之间的范围)，直线C₂在区域Z₂限定的安全裕度之外，其解释了为什么某些故障如之前所述未被检测到(小于1％)。

当旋转速度状态为E_vt≥0时，有必要确定公式(B)是否被确认(“真”逻辑状态)。如果构成其的两个不等式同时被确认(“AND”逻辑函数)，则公式(B)被确认。该公式中，阈值TRIG_PP不再参与，而且没有必要有温度信息。

另一方面，有必要知道另外两个阈值，即，V_ref和Δ。

前述阈值具体地依赖于为了产生信号S_sin和C_cos(图2：输出300和310)而使用的偏移值(图2：电路32和33)。

为简洁起见，根据图2中的系统1的实施例，对于10位的数字值，可以采用以下典型值：Δ＝43且V_ref＝512。当采用该类型的阈值时，经验显示三个传感器S₁至S₃的断路的100％被检测到。

根据未具体说明的另外的实施例，可以进一步细化转子的角位置测量传感器的功能故障的诊断。该目的可以通过增加借助由这些传感器产生的信号的线性组合导出的信号对的数量来实现。

通过阅读以上说明书，不难看出本发明实现了设定的目的，无需将其完整重复。

具体地，如之前所述，根据本发明的方法使得能够以极大的可靠性完成转子的角位置测量传感器的主要功能故障的简单诊断，而无需显著增加用于实现该方法所需的电路的复杂度。事实上，其完美地集成在根据现有技术的用于转子的角位置测量的系统的架构中，而且仅需要轻微的硬件和/或软件修改，其并不导致可观的额外成本。

然而，本发明并不仅仅限于结合图2至4明确地描述的根据本发明的方法和设备、或仅仅限于与三相交流发电机起动机的转子的角位置的确定相关的优选应用。

该设备适用于例如为二相、三相、六相等、处于发动机和/或交流发电机模式、包括用于测量转子相对于定子的角位置的传感器、而且有以非平凡的方式错相、且通过由这些传感器产生的多相信号的线性组合获得的至少一对信号的任何多相旋转电机，而不背离本发明的背景。

表I

恒定阈值TRIG_PP	＝403	＝409
			故障	未检测的％	未检测的％
无故障	0.0％	0.0％
			S₁＝0	0.0％	0.0％
S₁＝5	0.0％	0.0％
			S₁断路	0.97％	0.0％
S₂＝0	0.0％	0.0％
			S₂＝5	0.0％	0.0％
S₂断路	0.0％	0.0％
			S₁和S₂＝0	0.0％	0.0％
S₂和S₃＝0	0.0％	0.0％
			S₁和S₂断路	0.0％	0.0％
S₁和S₂短路	0.0％	0.0％

Claims

1.一种用于诊断在用于测量包括定子的多相旋转电机的转子的角位置的系统中实现的传感器中存在的功能故障的方法，所述传感器相对于定子固定，而且能够检测磁场并提供代表该磁场的第一信号，其特征在于，该方法包括如下的至少一个步骤：

从所述第一信号(101-103)的线性组合产生代表转子的角位置的、以与零和180°不同的预定值错相的至少一对第一(200)和第二(201)正弦信号的步骤；

确定被称为转子的速度状态E_vt的第一参数的步骤，其假定两个值E_vt＞0或E_vt≥0，计算以下第一和第二公式的步骤(40)：

-[(S_pp＜TRIG_PP)OR(C_pp＜TRIG_PP)]；

-[(V_ref-Δ＜S＜V_ref+Δ)AND[(V_ref-Δ＜C＜V_ref+Δ)]，

其中“OR”是非排他性析取逻辑运算符，“AND”是合取逻辑运算符，S_pp是第一正弦信号(200)的最大峰到峰幅度，S是第一正弦信号(200)的瞬时值，C_pp是第二正弦信号(201)的最大峰到峰幅度，C是第二正弦信号(201)的瞬时值，而TRIG_PP、V_ref和Δ是三个预定阈值；

当所述速度参数E_vt大于零时确定第一公式的逻辑状态“真”或“假”、产生当第一公式未被确认时指示所述传感器功能无故障、当第一公式被确认时指示这些传感器中的至少一个的功能故障的信号(400)的步骤；以及

当所述速度参数E_vt等于或大于零时确定第二公式的逻辑状态“真”或“假”、产生当第二公式未被确认时指示所述传感器功能无故障、当第二公式被确认时指示这些传感器中的至少一个的功能故障的信号(400)的步骤。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括第一预备阶段，其在所述用于测量角位置的系统(1)的设计期间完成，包括构造所述系统的数学模型的步骤、将根据被称为蒙特卡罗方法的统计方法的多个随机修改应用于该模型以便在达到稳定状态时获得被称为玻尔兹曼分布的状态分布的步骤、以及基于所述分布确定所述预定阈值TRIG_PP的步骤。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述用于测量位置的系统(1)包括用于计算角位置的链(7)，其包括模拟-数字转换器以及将所谓的偏移值应用于所述第一(200)和第二(201)正弦信号的电路(32-33)，该方法包括第二预备阶段，其在所述用于测量角位置的系统(1)的设计期间完成，包括基于所述偏移值和所述模拟-数字转换器的电气特性来确定所述预定阈值V_ref和Δ的步骤。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括获取所述用于测量转子的角位置的系统(1)的所谓的速度分布参数的步骤、以及用于基于所述速度分布计算短暂的时间段之外使得能够完成所述第一和第二正弦信号的有效的峰到峰测量的最小时间段。

5.根据权利要求1或2之一所述的方法，其特征在于，对于包括对所述用于测量转子的角位置的系统(1)的预定工作范围中的温度变化不敏感的磁材料的所述多相旋转电机，将所述阈值TRIG_PP设置为恒定最小值(C₂)以便界定两个区域，即，关于大于所述阈值的值的第一区域，其表现所述传感器(10)功能无故障，以及关于小于所述阈值的值的第二区域，其表现所述传感器(10)的功能故障。

6.根据权利要求1或2之一所述的方法，其特征在于，对于包括对所述用于测量转子的角位置的系统(1)的预定工作范围中的温度变化敏感的磁材料的所述多相旋转电机，该方法包括测量或估计所述磁材料的温度(42)的步骤、以及包括使得所述阈值TRIG_PP依赖于温度、从而具有形式为TRIG_PP＝pT+K_s的线性函数的步骤，其中p是代表该线性函数的直线(C₃)的梯度，T是温度，而K_S是常数，以便界定两个区域，即，关于位于所述直线(C₃)上方的值的第一区域，其表现所述传感器(10)功能无故障，以及关于位于所述直线(C₃)下方的值的第二区域，其表现所述传感器(10)的功能故障。

7.一种用于实现根据前述权利要求中的任何一个所述的方法的设备，其特征在于，该设备包括：

用于测量所述转子的速度、并产生代表所述速度状态E_vt的信号的装置(41)；以及

电子诊断模块(40)，其至少在第一(e₁)和第二(e₂)输入处接收所述第一(200)和第二(201)正弦信号、并在第三(e₃)输入处接收代表所述速度状态E_vt的信号，所述诊断模块(40)包括用于基于这些信号和所述预定阈值展开所述第一和第二公式以便确认这些公式的“真”或“假”逻辑状态、并根据所述逻辑状态产生代表所述传感器(10)功能无故障、或代表所述传感器(10)中的至少一个的功能故障的信号作为输出(400)的装置。

8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述多相旋转电机包括对所述用于测量转子的角位置的系统(1)的预定工作范围中的温度变化敏感的磁材料，而且还包括用于测量或估计该材料的温度的装置(42)，其提供代表该温度的信号(T)，该信号被发送到所述诊断模块(40)的第四(e₄)输入，而且该诊断模块(40)产生遵循形式为TRIG_PP＝pT+K_s的线性函数的阈值TRIG_PP，其中p是代表所述线性函数的直线的梯度，T是温度，而K_S是常数。

9.根据权利要求7或8之一所述的设备，其特征在于，由于所述多相旋转电机是三相电机，所述用于测量转子的角位置的系统(1)包括分别被称为S₁至S₃的三个传感器(10)，该设备额外地包括用于向所述传感器(10)供应电能的装置(100)，其提供具有预定幅度的电压V_cc，而且当所述第一公式被确认时，所述设备产生作为输出(400)的诊断信号，其指示包括在以下类别当中的故障类型：

S₁短路，同时连接到预定电势(0V或V_cc)；

S₁断路；

S₂或S₃短路，同时连接到预定电势(0V或V_cc)或彼此连接；

S₁和(S₂或S₃)断路；

S₁和S₂和S₃短路，同时连接到预定电势(0V或V_cc)或彼此连接；

S₁和S₂和S₃断路；或

电能供应装置(100)故障。

10.根据权利要求7或8之一所述的设备，其特征在于，由于所述多相旋转电机是三相电机，所述用于测量转子的角位置的系统(1)包括分别被称为S₁至S₃的三个传感器(10)，该设备额外地包括用于向所述传感器(10)供应电能的装置(100)，其提供具有预定幅度的电压V_cc，而且当所述第二公式被确认时，所述设备产生作为输出(400)的诊断信号，其指示包括在以下类别当中的故障类型：

S₁和S₂和S₃断路；

S₁和S₂和S₃短路，同时连接到预定电势(0V或V_cc)；

S₁和S₂和S₃短路，同时连接到预定电势(0V或V_cc)或彼此连接；或

电能供应装置(100)故障。

11.根据权利要求7至10中的任何一个所述的设备，其特征在于，所述传感器(10)由霍尔效应传感器构成。

12.根据权利要求7至11中的任何一个所述的设备，其特征在于，所述多相旋转电机是交流发电机-起动机。

13.根据权利要求7至12中的任何一个所述的设备，其特征在于，所述诊断模块(40)由具有预记录程序的车载数字计算机构成。