CN104422918A - 通过使用电压指令误差对电子驱动系统中的电流传感器故障的检测方法 - Google Patents

Abstract

检测FOC电机系统中电流传感器误差的系统、装置和方法。监测电压指令以检测ac分量的存在，ac分量的存在可以指示在电流传感器中出现的误差。举例来说，传感器故障检测模块可以配置为确定实际电压指令和理想电压指令之间的偏差以提供复合偏差向量。通过将偏差向量变换为以指令电压的基础频率旋转的参考系，可以滤除正序和负序的dc分量以及确定他们的振幅。误差检测可以基于基波分量的总振幅进行并通过正和负分量振幅确定。本发明使FOC系统能够以两个而不是三个电流传感器运行，并提供了用于电流传感器的专用误差诊断。

Description

通过使用电压指令误差对电子驱动系统中的电流传感器故障的检测方法

技术领域

本发明总体上涉及电子驱动系统诊断，并尤其涉及用于磁场定向机器控制的电流传感器的故障检测。

背景技术

电机可以用来向各种类型的系统提供扭矩，这些系统诸如但不限于用于电气化车辆的电驱动系统，其中机器产生的扭矩用于车辆推进。电驱动系统经常依赖于磁场定向技术来控制机器运行和扭矩输出。磁场定向控制需要反馈电流提供给机器控制器以便可以做出关于是否需要调整扭矩输出的确定以及可以执行的任何所需要的调整。相应地，设置多个电流传感器来检测电流并提供必要的反馈。在典型的布置中，两个电流传感器专门用于扭矩控制，以及第三个电流传感器用于检测非有意的扭矩传递。可以设计诊断算法对所有三个传感器的读数求和并将总和与预设的阈值比较以检测扭矩传递故障。当设计校验和算法来检测导致非有意的扭矩传递的扭矩控制中的误差时，在许多情况下，该校验和算法依赖于作为检测电流传感器故障的手段，因为即便不是全部，大多数磁场定向控制系统缺乏用于电流传感器的专用故障诊断。

然而，多个不确定的问题与用于传感器故障检测的校验和方法的使用相互联系。例如，没有确定用于校验和比较的阈值的一致途径。多个因素会影响阈值的确定，包括传感器精确度、信号噪声水平和传感器电流范围，所以阈值可以是特定于传感器和应用的，并且对阈值的确定会需要耗时的校准过程。另外，包含用来使校验和算法可执行的第三传感器增加了系统组件的数量。当车辆驱动系统包括牵引电动机和发电机时，则增加了两个附加的组件，每个附加的组件增加系统成本的同时降低了整个系统的可靠性。

发明内容

示例系统可以包括电机(EM)、配置用来与电机进行能量交换的能量转换模块(ECM)、配置为检测ECM和电机之间的相电流的一个或多个传感器、配置为提供电压指令——该电压指令配置为影响EM产生的所需扭矩——的控制器，以及配置为使用所述电压指令检测一个或多个传感器的误差的传感器故障检测模块(SFDM)。在示例实施例中，SFDM可以配置为监测电压指令的ac分量，并将分量的属性与预设的阈值进行比较以检测传感器故障的存在。举例来说，该SFDM可以配置为将电压指令的基波分量的振幅与预设阈值相比较。在示例实施例中，SFDM可以配置为确定控制器提供的电压指令和理想的电压指令之间的偏差，并使用该偏差检测传感器误差的存在。

示例的SFDM可以包括配置为监测电压指令信号的一个或多个ac分量的ac分量监测模块(ACMM)，以及配置为基于一个或多个ac分量进行故障确定的误差确定模块(EDM)。在示例实施例中，ACMM可以配置为隔离指令电压的基波分量，并且EDM可以配置为将基波分量的振幅与预设阈值相比较。

示例的SFDM可以包括配置为基于指令扭矩提供用于电机的理想的电压指令的电压映射模块(VMM)，以及配置为确定所述理想的电压指令和为电机提供的实际电压指令之间的偏差的偏差确定模块(DDM)。举例来说，基于理想的和实际的电压指令之间的d-轴和q-轴上的偏差可以提供偏差向量。

用于检测传感器误差的存在的示例方法可以包括：接收用于电机的电压指令、监测电压指令的ac分量，以及使用ac分量确定是否存在传感器误差。举例来说，监测ac分量可以包含：滤除或隔离ac分量的基波分量，并将基波分量的振幅与预设的阈值相比较以确定是否存在传感器故障。方法可以进一步包括当检测到故障时给故障状态设置故障标记。

示例方法可以包含：提供理想的电压指令、接收实际的电压指令、确定理想的和实际的指令之间的偏差，以及使用该偏差检测传感器故障的存在。举例来说，方法可以包括：提供包含理想的和实际的d-轴和q-轴电压指令之间的偏差的偏差向量。可以隔离和滤除偏差向量电压的正序和负序，并且可以确定正分量和负分量的振幅并将他们求和以提供用于基波频率分量的总振幅。可以将总振幅与预设的阈值比较以确定是否存在传感器故障。

附图说明

图1示出了用于传感器误差检测的示例系统。

图2A示出了在正常和故障运行期间的q-轴电压指令。

图2B示出了在正常和故障运行期间的d-轴电压指令。

图3示出了指令电压的复合频谱。

图4A示出了示例传感器故障检测模块。

图4B示出了示例传感器故障检测模块。

图4C示出了示例传感器故障检测模块。

图5示出了用于检测传感器故障的示例方法。

图6示出了用于检测传感器故障的示例方法。

图7示出了用于检测传感器故障的示例方法。

图8示出了示例滞后故障检测响应。

具体实施方式

在此提出本发明的示例实施例；然而，本发明可以体现为各种可选择的形式，这对于所属技术领域的技术人员将是显而易见的。为便于本发明的理解，以及为权利要求提供依据，在说明书中包括了各种附图。附图并非按照比例绘制并且可以省略相关元件以便强调本发明的新颖的特征。提供附图中所描述的结构和功能上的细节用于向所属技术领域的技术人员教导本发明的实践的目的而非作为对本发明的限制。例如，可以对用于系统的模块和控制器进行不同的布置和/或结合并且在此可以不以示例实施例的图解来描述以便于更好的强调本发明的新颖的方面。此外，系统组件可以以所属技术领域已知的方式进行不同的布置。

图1示出了电机系统10，举例来说，其可以作为诸如纯电动或混合动力车辆这样的电气化车辆的电驱动系统来实施。该示例系统10包括配置为执行AC到DC、DC到AC以及DC到DC转换的能量转换模块(ECM)12，以及配置用于与ECM 12进行能量交换的电机(EM)14，该电机14可以产生可以用于车辆推进的扭矩。在示例实施例中，该ECM 12可以配置为转换来自诸如电池或电容器组这样的能量存储装置(ESD)(未示出)的DC电压以向EM 14提供三相交流电。可以设置一个或多个传感器16来检测提供给EM 14的一相或多相电流并向配置为控制EM 14运行和扭矩输出的机器控制器18提供反馈。在示例实施例中，系统10可以包括配置为检测提供给EM 14的第一“a相”电流的第一传感器16a，以及配置为检测提供给EM 14的第二“b相”电流的第二传感器16b。该控制器18可以连通性地耦接到传感器故障检测模块(SFDM)20。在示例实施例中，该SFDM 20可以配置为使用由控制器18提供的电压指令信号以检测一个或多个传感器16上的误差。

当该系统10作为电气化车辆的电驱动系统来使用时，该ECM 12可以依赖于诸如但不限于300V锂离子电池这样的高压电池作为能量来源。在示例实施例中，该ECM 12可以包括用于升高或降低所接收到的电压的DC/DC转换器(未示出)，以及用于将DC信号转换为AC信号的DC/AC逆变器(未示出)。因此，该ECM 12可以配置为从ESD向诸如电动发动机这样的电机转移能量，并且可以配置为从诸如发电机这样的电机向ESD转移能量。以举例而非限制的方式，该EM 14可以为在磁场定向控制(FOC)下运行的永磁同步电动机(PMSM)的形式。

在示例实施例中，该控制器18电压指令可以应用于EM 14以通过配置的ECM逆变器向EM14提供三相电流。该一个或多个传感器16可以配置为提供相电流反馈，该相电流反馈可以按照FOC技术通过控制器18用于EM 14扭矩控制。

如所属技术领域已知的，电流反馈在FOC中起着重要的作用。参考图1，该控制器18可以接收扭矩指令τ*和反馈电流if，并使用以上两者提供电压指令V*。传感器16上的误差会导致错误的电流反馈，相应地，其造成控制器18提供可以不利地影响扭矩控制的错误的电压指令。不正确的扭矩传递会显著地影响车辆性能，让操作者大为懊恼。

反馈电流上的传感器误差的影响可以解析地进行表述。通常，存在两种类型的电流传感器误差：偏移误差，其中0电流输入导致非0电压输出；以及增益误差，其中增益为除了1以外的一些值，以便在电流输入中的递增变化不会产生传感器电压输出上的正确的递增变化。传感器故障会造成以上误差中的一种或两种类型，并且两种类型的误差会促成电压指令和扭矩控制误差。如所属技术领域已知的，FOC技术使用固定和旋转的参照系，并执行用于电流控制操作的两种参照系之间的变换。在固定的参照系中，由电流传感器提供的作为反馈的相电流可以表述为：

$\begin{array}{c}{i}_{a\_\mathrm{read}}^s=k_a{i}_{\mathrm{real}}^s+I_{a\_\mathrm{offset}}\\ i_{b\_\mathrm{read}}^s=k_b{i}_{b\_\mathrm{real}}^s+I_{b\_\mathrm{offset}}\\ i_{c\_\mathrm{read}}^s=-i_{a\_\mathrm{read}}^s-i_{b\_\mathrm{read}}^s\end{array}---\left(1\right)$

其中：

为由传感器a读取的a相电流

为由传感器b读取的b相电流

为由传感器c计算的c相电流

k_a为传感器a的增益

k_b为传感器b的增益

为真正的或实际的a相电流

为真正的或实际的b相电流

I_{a_offsst}为传感器a的偏移误差

I_{b_offset}为传感器b的偏移误差

考虑到以上的表达式，每个相电流的测量误差可以表达如下：

$\begin{array}{c}{\mathrm{\δi}}_a^s=i_{a\_\mathrm{read}}^s-i_{\mathrm{areal}}^s=(k_a-1)i_{a\_\mathrm{real}}^s+I_{a\_\mathrm{offset}}\\ {\mathrm{\δi}}_b^s=i_{b\_\mathrm{read}}^s-i_{b\_\mathrm{real}}^s=(k_b-1)i_{b\_\mathrm{real}}^s+I_{b\_\mathrm{offset}}\\ {\mathrm{\δi}}_c^s=i_{c\_\mathrm{read}}^s-i_{c\_\mathrm{real}}^s=(1-k_a)i_{a\_\mathrm{real}}^s+(1-k_b)i_{b\_\mathrm{real}}^s-I_{a\_\mathrm{offset}}-I_{b\_\mathrm{offset}}\end{array}---\left(2\right)$

当坐标参考系从固定的x-y结构变换为旋转的d-q结构时，以上相电流中的误差可以变换为d-轴和q-轴电流中的下列误差：

其中：

$I_{\mathrm{offset}}=\sqrt{I_{a\_\mathrm{offset}}^2+{(I_{a\_\mathrm{offset}}+2I_{b\_\mathrm{offset}})}^2}$

$I_{\mathrm{neg}}=\sqrt{{\left[\frac{(k_a-k_b)I}{2}\right]}^2+{\left[\frac{(k_a-k_b)I}{2\sqrt{3}}\right]}^2}$

从表达式(3)可以看出，由于传感器a和传感器b增益和偏差特征造成的d-轴和q-轴电流误差包括dc分量以及基波和第二谐波ac分量。当反馈电流包括具有ac分量的误差时，提供给ECM 12的电压驱动信号也包括ac分量。

作为电压指令信号上的传感器误差的影响的示例，图2A示出了在正常运行期间和在传感器故障状况期间q-轴电压对(versus)时间的模拟结果。图2B示出了在正常运行状况期间和传感器故障状况期间随时间的流逝的d-轴电压的模拟结果。从图表中可以观察到，在正常运行期间，电压指令保持相当的恒定，但是在传感器故障状况期间，电压指令信号围绕他们在正弦波形中的dc值宽幅波动。本发明可以使用这个ac波动来检测电流传感器上存在的故障。

图3示出了在1500 RPM(每分钟转速)时的电压指令的示例复合频谱。当dc分量最突出时，可以在传感器故障状况期间的电压指令信号的基本频率和第二谐波分量中携带明显的动力。该基本的和第二谐波分量可以包括正序和负序分量。

为提升机器扭矩控制，该SFDM 20配置为在任何电流传感器16上检测并标记故障或误差状况的存在。图4A示出了连通性地耦接到示例的SFDM 20的控制器18。该控制器18可以包括处理器22，该处理器22配置为执行与控制器18和/或SFDM 20的运行相关联的处理功能。举例来说，该处理器22可以为预编程装置，其配置有执行控制器18的功能所需要的逻辑和计算/处理能力。在示例实施例中，处理器22可以配置为实施由控制器18和SFDM 20执行的算法的逻辑，处理器22可以包括硬件、软件、固件和/或其任意组合。可以将存储器25耦接到处理器22并且存储器25可以包括用于存储处理器22的指令的只读存储器(ROM)，以及在计算和处理操作中使用的随机存取存储器(RAM)。

控制器18可以包括电流映射模块(CMM)24、电流控制模块(CCM)26以及脉冲宽度调制模块(PWMM)28。该CMM 24可以包含与特定的指令扭矩和旋转速度相关联的指令电流值的存储阵列或表格。例如，可以将存储阵列存储在存储器25、分离的存储装置或CMM 24上。在示例实施例中，该CMM 24可以配置为从车辆控制单元(VCU)(未示出)或电子控制单元(ECU)(未示出)例如经由控制器18可以耦接的车辆CAN总线接收用于EM 14的扭矩指令τ*。该CMM 24也可以配置为例如从EM14上的旋转位置传感器上、从耦接到旋转位置传感器的VCU或ECU上或其他的方式接收EM 14旋转速度ωr。使用机器运行参数ωr和τ*，该CMM可以配置为基于指令电流值的存储阵列提供指令电流I*，举例来说，其可以依据由以下表达式(4)指出的旋转的参照系中的I*q和I*d来表述，其预计导致EM 14产生的指令扭矩。

$I^{*}=I_d^{*}\hat{d}+I_q^{*}{\hat{q}}^{\·}---\left(4\right)$

在示例实施例中，该CCM 26可以配置为接收指令电流I*和EM 14电流反馈if以提供用于该EM 14的对应的电压指令V*。该电压指令V*可以包含如以下表达式(5)中所示的分别用于d-轴和q-轴的分量V*d和V*q。

$V^{*}=V_d^{*}\hat{d}+V_q^{*}{\hat{q}}^{\·}---\left(5\right)$

电压指令V*可以提供给ECM 12。作为回应，该ECM 12可以通过相电流施加电压指令V*到EM 14。在示例系统中，变换模块TM 25可以配置为接收由传感器16a、b检测到的反馈相电流ia和ib并将他们变换为在旋转参考系中的反馈电流id和iq。该CCM 26可以配置为接收电流id和iq并确定两者和电流指令I*d和I*q之间的差值，以提供差值Δid和Δiq。CCM 26可以配置为基于Δid和Δiq提供电压指令V*d和V*q。在示例实施例中，电压指令V*d和V*q可以在变换模块27上变换为固定的参照系并提供给PWMM 28。PWMM 28可以配置为通过脉冲宽度调制来调制电压指令以提供驱动信号，该驱动信号用于配置为向EM 14提供交流电的ECM 12逆变器(未示出)。由在两相和三相坐标系之间以及固定和旋转的参照系之间的变换模块25和27进行的变换可以使用所属技术领域已知的帕克和克拉克变换执行并为电机的向量或磁场定向控制进行实践。

该SFDM 20可以包括ac分量监测模块(ACMM)30和误差确定模块(EDM)34。ACMM 30可以配置为隔离由CCM 26提供的电压指令V*的一个或多个ac分量。举例来说，该ACMM 30可以配置为从V*d指令的分量和V*q指令的一个或多个分量隔离一个或多个ac分量。在示例性实施例中，可以隔离基波分量。该EDM 34可以配置为使用获得的ac分量确定是否存在传感器误差。在示例实施例中，可以将ac分量的振幅与预设的阈值相比较以做出这个确定。

图4B示出了SFDM 20的示例实施例。以举例而非限制的方式，该ACMM 30可以包含电压映射模块(VMM)31、偏差确定模块(DDM)32以及ac分量量级模块(ACMM)33。在示例实施例中，该VMM31可以包含使特定的扭矩指令与特定的理想电压指令V**d和V**q关联的存储表格或阵列。该理想的电压指令为当这些电压通过ECM 12施加在EM14上时，预期可以造成EM 14产生所需要的指令扭矩的电压。举例来说，该理想的电压可以存储在VMM 31或存储器25中。该理想的电压指令随着机器运行状况变化。在示例实施例中，该VMM 31可以配置为接收诸如来自CMM 24的理想电流指令I*d和I*q、指令扭矩τ*以及EM 14旋转速度ωr这样的运行参数，并基于这些参数选择理想的电压指令。该VMM31可以配置为提供与来自存储在理想电压的表格中的电压的参数相关联的理想的直轴电压V**d以及理想的交轴电压V**q。对于没有明确地包括在表格中的运行参数的值，该VMM 31可以配置为执行诸如但不限于插值算法、舍入算法或其他用于选择或计算来自于存储表格的理想电压的程序这样的方案。举例来说，该VMM 31可以包含可以由处理器22或VMM 31专用的处理器实施的逻辑指令以提供理想的电压。

该DDM 32可以配置为确定理想的指令电压和实际的指令电压之间的差值或偏差。例如，该DDM 32可以配置为从VMM 31接收理想的电压指令分量V**d和V**q，并接收由CCM 26提供的实际的电压指令分量V*d和V*q并确定两者之间的差值。该DDM 32可以配置为提供代表理想的和实际的指令d-轴电压之间差值的ΔVd以及代表理想的和实际的指令q-轴电压之间差值的ΔVq。如以上分析性证实的，传感器误差可以在传感器输出上产生ac分量，并且那些ac分量可以并入到提供给EM 14的电压指令中。结果，理想的和实际的电压指令之间的偏差可以包含诸如但不限于，基波和其他谐波分量这样的ac分量。在示例实施例中，该DDM332可以提供具有通过以下的表达式(6)表述的实分量ΔV_d和虚分量ΔV_q的复向量

$\mathrm{\Δ}{\stackrel{\‾}{V}}_s={\mathrm{\ΔV}}_d+{\mathrm{j\ΔV}}_{q-}---\left(6\right)$

以举例而非限制的方式，可以使用一个或多个滤波器隔离ac信号的特定分量。如前所述，可以隔离具体的谐波分量，包括正和负的分量次序。在示例的实施例中，该ACMM 33可以配置为接收复向量并提供其基波频率分量的量级。图4C示出了用于ACMM 33的示例的配置，其可以包含硬件、软件、固件或他们的一些组合。例如，该ACMM 33可以包含具有编码的逻辑指令的软件模块，该编码的逻辑指令用于执行与提供ac分量的量级相关联的计算和算法。举例来说，该指令可以通过处理器22或ACMM 33上的处理器(未示出)来执行。该示例的ACMM 33可以包括变换模块TM 40、滤波器模块(FM)42以及振幅确定模块(ADM)44。该变换模块40可以配置为接收复合电压向量并在正向以的基本频率旋转的参照系中将其变换为电压向量通过实例，可以由以下表达式(7)表述：

$\mathrm{\Δ}{\stackrel{\‾}{V}}_p=\mathrm{\Δ}{\stackrel{\‾}{V}}_s\·e^{-{\mathrm{j\θ}}_s}---\left(7\right)$

作为这个变换的结果，的该正基波分量变成的dc分量。该FM 42可以配置为接收正向量并获得其dc分量。举例来说，该FM 42可以包含可以配置为获得的dc分量的低通滤波器以便于隔离的正基波分量。的该正基波分量可以通过以下所示的表达式(8)来表述：

$\mathrm{\Δ}{\stackrel{\‾}{V}}_{p1}={\mathrm{\ΔV}}_{p1d}+{\mathrm{j\ΔV}}_{p1q}---\left(8\right)$

该ADM 42可以配置为接收并确定其量级。在示例实施例中，该ADM 42可以配置为使用向量的d-轴和q-轴分量计算量级，如以下的表达式(9)所示：

$\left|\mathrm{\Δ}{\stackrel{\‾}{V}}_{p1}\right|=\sqrt{{\mathrm{\ΔV}}_{p1d}^2+{\mathrm{\ΔV}}_{p1q}^2}---\left(9\right)$

该ACMM 33同样可以配置为使用信号的负序分量。例如，在示例实施例中，该ACMM 33可以进一步包括配置为在负向以基础频率旋转的参考系中将复向量变换为向量的TM 41。该向量可以由以下的表达式(10)来表述：

$\mathrm{\Δ}{\stackrel{\‾}{V}}_n=\mathrm{\Δ}{\stackrel{\‾}{V}}_s\·e^{{\mathrm{j\θ}}_s}---\left(10\right)$

FM 43可以包含低通滤波器，其配置为通过向量的dc分量以提供复向量的负基波分量该负基波分量可以通过以下的表达式(9)来表述：

$\mathrm{\Δ}{\stackrel{\‾}{V}}_{n1}={\mathrm{\ΔV}}_{n1d}+{\mathrm{j\ΔV}}_{n1q}---\left(11\right)$

ADM 45可以配置为接收负基波向量并确定其振幅。在示例实施例中，该ADM 45可以配置为通过实施以下的表达式(12)确定向量的量级或振幅：

$\left|\mathrm{\Δ}{\stackrel{\‾}{V}}_{n1}\right|=\sqrt{{\mathrm{\ΔV}}_{n1d}^2+{\mathrm{\ΔV}}_{n1q}^2}---\left(12\right)$

因此，该ACMM 33可以配置为确定复向量的正基波分量和负基波分量的振幅，该复向量由理想的和实际的电压指令之间的d-轴和q-轴偏差组成。

求和模块(SM)46可以配置为对正和负分量的振幅求和以提供用于ac分量的量级。例如，为确定由代表的偏差向量的基波分量的振幅或量级，该SM 46可以配置为增加基波分量的负和正分量的振幅，如以下的表达式(13)所示：

$\left|\mathrm{\Δ}{\stackrel{\‾}{V}}_1\right|=\left|\mathrm{\Δ}{\stackrel{\‾}{V}}_{p1}\right|+\left|\mathrm{\Δ}{\stackrel{\‾}{V}}_{n1}\right|---\left(13\right)$

上述讨论针对提供用于ac信号的基波分量的振幅。然而，可以预期的是对于其他ac分量的量级也可以通过ACMM 33确定；例如可以确定用于第二谐波分量的量级。在示例的实施例中，在ADM 44和45配置为确定所获得的正和负谐波分量的振幅的情况下，该FM 42和FM 43可以配置为分别获得正序和负序的谐波分量而非dc分量。

该EDM 34可以配置为使用ac分量的量级或振幅来确定诸如传感器16a或16b这样的电流传感器上是否存在故障。当传感器16作为没有误差的理想的传感器起作用时，的基波分量的量级应该为零。因此，非零量级可以指示存在传感器故障。然而，噪声因素也可以导致用于的非零量级的确定。因此，在示例性实施例中，该EDM 34可以配置为将量级与预设阈值比较以确定传感器故障的存在。例如，该EDM 34可以配置为将量级与阈值Vsh1比较。如果超过Vsh1，则该EDM 34可以配置为设置故障标记以指示故障状况。在示例实施例中，为了减轻噪声影响，该EDM 34可以配置用于滞后控制输出。例如，该EDM 34可以进一步配置为将量级与第二阈值Vsh2比较。如果降至Vsh2以下，则故障标记可以设定来指示没有故障存在。同样可以预期的是，对于特定的分量可以建立具体的阈值。例如，可以对于基波分量量级建立第一阈值，同时可以建立用于不同谐波分量量级的不同的阈值。可以预期的是，该故障确定可以考虑一个或多个量级比较的结果。在示例实施例中，该EDM 34可以连通性地耦接到诊断模块，例如在发动机控制单元(ECU)或车辆控制单元(VCU)或配置为从EDM 34接收故障指示并对操作者提供故障指示器显示和/或对维修人员提供故障诊断码的仪表板显示器上。

图5示出了用于检测和报告电流传感器故障的示例的方法50。在框52中，可以接收指令电压。例如，该ACMM 30可以接收由控制器18提供的指令电压V*。举例来说，该ACMM 30可以接收指令电压V*的d-轴和q-轴分量V*d和V*q。在框54中，可以隔离指令电压的一个或多个ac分量。例如，该ACMM 30可以隔离指令电压的基波分量。在框56中，可以将ac分量的属性与预设阈值进行比较。例如，可以将基波分量的振幅与预设阈值比较。可以比较不止一个ac分量的属性，并可以建立各种预设阈值。另外，可以预期的是，可以使用除了振幅以外的属性。在框58中，故障或非故障状况可以基于该比较确定。例如，如果c分量的振幅小于预设阈值，则可以做出没有故障存在的确定。如果ac分量的振幅超过预设阈值，则接着可以做出存在传感器故障的确定。故障确定可以基于单个分量比较或基于超过一个ac分量的比较结果。在框59中，可以设置故障标记来指示是否检测到故障。例如，当做出存在传感器故障的确定时，故障标记可以设定为1，并且信号可以提供给诊断模块。当没有检测到故障时，故障标记可以设定为0。

图6示出了用于在一个或多个电流传感器上检测故障状况的示例的方法60。该方法60提供了用于隔离电压指令信号的ac分量的示例的过程。在框62中，可以接收一个或多个运行参数。通过举例而非限制的方式，该SFDM 20可以自控制器18或车辆ECU或VCU接收用于EM 14的扭矩指令τ*。另外，该SFDM 20可以从控制器18、EM 14上的位置或速度传感器、ECU或VCU上接收EM 14的旋转速度ωr。该SFDM 20可以进一步接收由CMM 26提供的指令电流I*d和I*q。

在框46中，该SFDM 20可以基于所接收到的运行参数提供理想的电压指令V**q和V**d。例如，该VMM 31可以配置为基于接收到的理想的电流指令、扭矩指令和EM 14旋转速度选择存储的理想的电压值。在框66中，可以接收提供给电机的实际的电压指令。例如，该DDM 32可以从CCM 26接收V*q和V*d。在框68中，可以确定理想的和实际的电压指令之间的差值。例如，该DDM 32可以确定理想的和实际的q-轴和d-轴电压指令之间的差值ΔVq和ΔVd。在稳态条件下，该电压指令V*d和V*q保持本质上恒定，并且当电流传感器正常运行时应当等于理想电压指令V**d和V**q。然而，当故障或误差存在于传感器中时，实际的电压指令将偏离理想的电压指令。如以上表达式(3)中所示，传感器故障引起ac分量成为电流传感器读数，并且那些ac分量可以基于错误的传感器读数变得并入到电压指令中。那些ac分量导致实际的电压指令不同于由VMM 31所提供的理想的电压指令。在示例的实施例中，理想的和实际的电压指令之间的偏差可以表述为偏差向量。例如，该DDM 32可以提供由表达式(6)表示的复向量在框70中，可以对于是否存在电流传感器故障做出确定。举例来说，该EDM 34可以使用由DDM 32确定的偏差来检测故障的存在。在示例实施例中，该EDM 34可以将偏差的一个方面与预设的阈值比较以做出其确定。如以上所讨论的，比较过程可以包括与一个或多个阈值的比较。在框72中，可以设置误差标记来指示是否检测到故障。例如，当做出传感器故障的确定时，该EDM 34可以设置故障标记来指示检测到传感器误差。举例来说，故障信号可以提供给诊断模块。

图7示出了示例的方法80,可以实施该方法来确定是否存在误差状况。在框82中，可以接收实际的和理想的电压指令之间的偏差。例如，该EDM 34可以从DDM 32以复合偏差向量的形式接收偏差ΔVd和ΔVq。在框84中，可以提供复合偏差向量的正序分量。例如，该TM 40可以在由表达式(7)所表述的以正向在以基本频率旋转的参考系中将向量变换为向量在框86中，可以获得偏差向量的正基波分量。例如，该FM 41可以接收并过滤掉其由上述表达式(8)表述的dc分量在框88中，可以确定正基波分量的量级。例如，该ADM 44可以通过实施上述的表达式(9)确定量级

可以执行相似的过程用于复合偏差向量的负序列。在框90中，可以隔离复合偏差向量的负序列。例如，该TM 41可以在由上述表达式(10)表述的在负向的以基本频率旋转的参考系中将向量变换为向量在框92中，可以获得偏差向量的负基波分量。在示例的实施例中，该FM 43可以滤除的dc分量以提供由以上表达式(11)表述的负基波分量在框94中，可以确定负基波分量的振幅。例如，该ADM 45可以配置为通过执行由以上表达式(12)所描述的操作提供量级在框96中，可以确定基波分量的总振幅。例如，该SM 46可以接收正基波分量的振幅，以及负基波分量的振幅并按照上述的表达式(13)加入它们以提供基波分量振幅一旦提供基波分量的总的振幅，其可以用来确定在电流传感器中是否存在故障状况。例如，在框98中，可以将基波分量振幅与预设阈值比较以确定是否存在故障状况。如前所述，可以实施滞后过程以便于减轻噪音对故障检测过程的噪影响。以举例而非限制的方式，该EDM 34可以将与第一阈值Vsh1以及第二阈值Vsh2相比较。如果大于Vsh1,则EDM 34可以确定故障状况的存在，如果小于Vsh2，则该EDM 34可以确定没有故障状况存在。在框100中，可以设置故障信号来指示故障状态。例如，如图8中所示，当检测到故障时，该EDM 34可以设定故障信号为1，以及当检测到没有故障时，可以设定故障信号为0。

当方法60和80提供可以实施的故障检测过程的示例时，可以预期的是本发明可以以各种方式实践。例如，可以获得除了基波频率分量以外的ac分量并将其用来确定是否存在传感器故障。

在示例实施例中，该SFDM 20可以连通性地耦接到车辆中的诊断模块中，使在EDM 34上检测到的故障状况能够报告给诊断模块并引起操作者或维修技术人员的注意。

在过去，在FOC系统中三个传感器是必要的，两个用于扭矩控制，一个用于非故意的扭矩传递的检测。本发明的方法和装置消减了对第三传感器的需求，使FOC系统能够仅使用两个传感器来运行。通过省掉第三传感器，可以降低整个系统成本，同时可以提升整个系统的可靠性。另外，本发明消减了用于扭矩传递故障检测的校验和阈值的确定中的实验的需求，并提供了不考虑具体的各个传感器特性即可简单实施的通用的解决方案。

具有用于电流传感器的具体的故障标记和诊断，而不是仅仅具有用于扭矩传递误差的故障标记，由于其省却了维修技术人员调查除了传感器之外的诸如有故障的机器控制器之类的潜在的误差源的需要，所以加快了故障解决的过程。同样地，当没有检测到传感器故障状况时，应该有扭矩的误传递发生，其消除了作为可能的原因的传感器，节省了时间和测试和/或替换电流传感器的花费。

示例实施例已经在此提出，但是应当理解并可以预期的是本发明可以以各种其他的形式实践。例如，此处所讨论的按照从机器控制器分离的模块，SFDM可以作为控制器的一部分进行整合。相似地，可以组合或重新配置在此处与具体模块关联的功能。用于隔离和监测一个或多个ac分量的各种手段和方法是可以预期的，其作为用于确定实际的和理想的指令之间的差值的其他的手段和方法。

Claims (10)

1.一种系统，其特征在于，包含：

电机(EM)；

配置为向所述EM提供能量的能量转换模块(ECM)；

配置为检测所述ECM和所述EM之间的相电流的传感器；

配置为提供电压指令的控制器，其中该电压指令配置为通过所述EM导致所需要的扭矩的产生；以及

配置为使用所述电压指令检测在所述传感器上的误差的传感器故障检测模块(SFDM)。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述SFDM配置为监测所述电压指令的交流(ac)分量。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述SFDM配置为监测所述电压指令ac分量的基波频率分量。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述SFDM配置为确定由所述控制器提供的所述电压指令和理想电压指令之间的偏差。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述SFDM配置为使用所述偏差检测所述传感器误差。

6.一种传感器故障检测模块(SFDM)，其特征在于，包含：

配置为提供理想的电压指令的电压映射模块(VMM)，其中理想的电压指令配置为影响所需要的电机(EM)扭矩输出；

配置为确定所述理想的电压指令和为所述EM提供的实际电压指令之间的偏差的偏差确定模块(DDM)；以及

其中所述SFDM配置为使用所述偏差确定传感器误差是否存在。

7.如权利要求6所述的SFDM，其特征在于，所述DDM配置为隔离所述电压指令的交流(ac)分量。

8.如权利要求7所述的SFDM，其特征在于，所述SFDM配置为隔离所述实际电压指令的基波频率分量。

9.如权利要求8所述的SFDM，其特征在于，所述SFDM配置为确定所述基波频率分量的振幅。

10.一种方法，其特征在于，包含：

接收运行参数；

响应于所述参数提供理想电压指令；

接收用于电机的实际电压指令；

确定所述理想电压指令和所述实际电压指令之间的偏差；以及

使用所述偏差确定在电流传感器上是否存在故障。