CN104459537B - 一种电动汽车驱动电机健康度监测诊断方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电动汽车驱动电机健康度监测诊断方法，包括反馈转矩监测、转子位置角度监测，以及三相开路监测，其特征在于：依次有以下步骤：1)电机控制单元MCU监测驱动电机反馈转矩，检测整车控制单元VCU发送至MCU的请求转矩指令的转矩数值，且与驱动电机反馈转矩数值进行比较；2)MCU监测驱动电机转子位置角度，或者监测驱动电机三相开路；3)MCU关闭驱动系统，保护整车安全。本发明的监测诊断方法可以更好地执行ISO 26262《道路车辆功能安全》标准，有效提高驱动系统的安全等级，防止因驱动电机工作异常导致电动汽车动力性丢失等问题，可靠保证电动汽车驱动系统的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及电机诊断，具体涉及一种电动汽车驱动电机故障诊断方法。
背景技术
在电动汽车驱动系统中，驱动电机的健康状态尤为重要。驱动电机的健康状态直接关联电动汽车动力稳定性，可能导致电动汽车转矩异常、动力不足甚至动力丢失。因此，有必要对驱动电机的健康度进行监测，以进一步地运用《汽车安全完整性等级》(Automotive Safety Integrity Level，缩略词为ASIL)相关条例，提高安全要求。驱动电机的健康度主要包括转矩是否正常、转子位置角度是否正常，以及三相是否开路。现有的电动汽车驱动电机健康度监测诊断方法存在的缺陷主要是难以有效提高驱动系统的安全等级，进一步防止因驱动电机工作异常导致电动汽车动力性丢失等问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是弥补上述现有技术的缺陷，提供一种电动汽车驱动电机健康度监测诊断方法。
本发明的技术问题通过以下技术方案予以解决。
这种电动汽车驱动电机健康度监测诊断方法，包括反馈转矩监测、转子位置角度监测，以及三相开路监测。
这种电动汽车驱动电机健康度监测诊断方法的特点是：
依次有以下步骤：
1)电机控制单元(Motor Control Unit，缩略词为MCU)监测驱动电机反馈转矩，检测整车控制单元(Vehicle Control Unit，缩略词为VCU)发送至MCU的请求转矩指令的转矩数值，且与驱动电机反馈转矩数值进行比较；
2)MCU监测驱动电机转子位置角度，或者监测驱动电机三相开路；
3)MCU关闭驱动系统，保护整车安全。
本发明的技术问题通过以下进一步的技术方案予以解决。
所述步骤1)监测驱动电机反馈转矩，依次有以下分步骤：
1·1)VCU发送请求转矩指令至MCU；
优选的是，所述分步骤1·1)VCU发送请求转矩指令，是通过控制器局域网络(Controller Area Network，缩略词为CAN)通讯总线发送至MCU；
1·2)MCU根据VCU发送的请求转矩的指令，进行最大转矩电流比(Maximum TorquePer Ampere，缩略词为MTPA)查表，获得d轴电流id.ref的参考值和q轴电流iq.ref的参考值；
1·3)MCU根据d轴电流id.ref的参考值和q轴电流iq.ref的参考值计算出VCU发送的请求转矩对应的PWM占空比，对驱动电机进行电流闭环控制，施加相应的请求转矩下的电压到驱动电机绕组端，驱动整车运行；
1·4)将MCU给定驱动电机转矩命令数值，与驱动电机反馈转矩差值进行比较：
如果请求转矩数值与反馈转矩数值之差的绝对值在设定转矩差阈值范围内，则MCU监测驱动电机转子位置角度，执行步骤2·2)中的子步骤2·2·1)；
如果请求转矩数值与反馈转矩数值之差的绝对值大于设定转矩差阈值范围上限，则MCU监测驱动电机三相开路，执行步骤2·2)中的子步骤2·2·2)。
优选的是，所述分步骤1·4)的设定转矩差阈值范围，是大于10牛顿米(Nm)且小于20Nm；
优选的是，所述分步骤1·4)的设定转矩差阈值范围上限是20Nm；
所述步骤2)的监测驱动电机转子位置角度，是在认定驱动电机A相电流过零点时驱动电机转子当前位置角度值与电机转子位置角度初始值相同的条件下，通过监测到驱动电机A相电流过零点时读取驱动电机转子当前位置角度，用于监测驱动电机位置传感器是否正常运行，校验驱动电机转子初始位置角度；
所述步骤2)的监测驱动电机三相开路，是通过检测驱动电机三相电流平衡判断驱动电机是否缺相，用于监测驱动电机转子磁钢是否退磁，引起电机转矩发生变化。
所述步骤2)有以下分步骤：
2·1)MCU采集驱动电机的A相电流Ia和B相电流Ib，以及通过电流闭环控制驱动电机的d轴反馈电流id.fb和q轴反馈电流iq.fb，进行MTPA查表，获得对应的d轴电感Ld和q轴电感Lq；
2·2)根据电磁转矩方程计算出驱动电机当前反馈转矩Tfdb，且与VCU发送的请求转矩Tc进行比较，有以下子步骤：
2·2·1)如果请求转矩数值与反馈转矩数值之差的绝对值在设定转矩差阈值范围内，则MCU监测驱动电机转子位置角度，检测驱动电机的A相电流Ia过零点，当过零点发生时，读取驱动电机转子当前位置角度θm，经过低通滤波处理后与驱动电机初始位置角度θint进行比较，用于校验电机位置传感器是否在电机运行中发生了位置偏移，导致驱动电机转子初始位置角度发生偏差：
如果读取的驱动电机转子当前位置角度与驱动电机转子初始位置角度之差的绝对值大于设定角度差阈值，则执行步骤3)关闭驱动系统；
如果读取的驱动电机转子当前位置角度与驱动电机转子初始位置角度之差的绝对值小于或等于设定角度差阈值，则执行步骤3)关闭驱动系统，且将驱动电机返厂重新标定驱动电机转子位置初始角度。
优选的是，所述子步骤2·2·1)的设定角度差阈值是10个电角度。
2·2·2)如果请求转矩数值与反馈转矩数值之差的绝对值大于设定转矩差阈值范围上限，驱动电机转矩发生变化，则MCU监测驱动电机三相开路，检测驱动电机三相平衡电流：
如果驱动电机的A相电流Ia、B相电流Ib和C相电流Ic之和不等于零，即三相电流不平衡，则判定电机缺相，引起驱动电机转矩发生变化，执行步骤3)关闭驱动系统；
如果驱动电机的A相电流Ia、B相电流Ib和C相电流Ic之和等于零，即三相电流平衡，三相正常，则判定驱动电机转子磁钢退磁，引起电机转矩发生变化，执行步骤3)关闭驱动系统。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
本发明由电机控制单元MCU对驱动电机的健康度进行监测，主要包括反馈转矩监测、转子位置角度监测，以及三相开路监测，可以更好地执行ISO 26262《道路车辆功能安全》标准，有效提高驱动系统的安全等级，防止因驱动电机工作异常导致电动汽车动力性丢失等问题，可靠保证电动汽车驱动系统的安全性。
附图说明
附图是本发明具体实施方式的流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式并对照附图对本发明进行说明。
一种如附图所示的电动汽车驱动电机健康度监测诊断方法，包括反馈转矩监测、转子位置角度监测，以及三相开路监测，依次有以下步骤：
1)MCU监测驱动电机反馈转矩，检测VCU发送至MCU的请求转矩指令的转矩数值，且与驱动电机反馈转矩数值进行比较，依次有以下分步骤：
1·1)VCU通过CAN通讯总线发送请求转矩指令至MCU；
1·2)MCU根据VCU发送的请求转矩的指令，进行MTPA查表，获得d轴电流id.ref的参考值和q轴电流iq.ref的参考值；
1·3)MCU根据d轴电流id.ref的参考值和q轴电流iq.ref的参考值计算出VCU发送的请求转矩对应的PWM占空比，对驱动电机进行电流闭环控制，施加相应的请求转矩下的电压到驱动电机绕组端，驱动整车运行；
1·4)将MCU给定驱动电机转矩命令数值，与驱动电机反馈转矩差值进行比较：
如果请求转矩数值与反馈转矩数值之差的绝对值在设定转矩差阈值范围内(大于10Nm且小于20Nm)，则MCU监测驱动电机转子位置角度，执行步骤2·2)中的子步骤2·2·1)；
如果请求转矩数值与反馈转矩数值之差的绝对值大于设定转矩差阈值范围上限20Nm，则MCU监测驱动电机三相开路，执行步骤2·2)中的子步骤2·2·2)；
2)MCU监测驱动电机转子位置角度，或者监测驱动电机三相开路；监测驱动电机转子位置角度，是在认定驱动电机A相电流过零点时驱动电机转子当前位置角度值与电机转子位置角度初始值相同的条件下，通过监测到驱动电机A相电流过零点时读取驱动电机转子当前位置角度，用于监测驱动电机位置传感器是否正常运行，校验驱动电机转子初始位置角度；监测驱动电机三相开路，是通过检测驱动电机三相电流平衡判断驱动电机是否缺相，用于监测驱动电机转子磁钢是否退磁，引起电机转矩发生变化，有以下分步骤：
2·1)MCU采集驱动电机的A相电流Ia和B相电流Ib，以及通过电流闭环控制驱动电机的d轴反馈电流id.fb和q轴反馈电流iq.fb，进行MTPA查表，获得对应的d轴电感Ld和q轴电感Lq；
2·2)根据电磁转矩方程计算出驱动电机当前反馈转矩Tfdb，且与VCU发送的请求转矩Tc进行比较，有以下子步骤：
2·2·1)如果请求转矩数值与反馈转矩数值之差的绝对值在设定转矩差阈值范围内，即10<|Tc-Tfdb|<20Nm，则MCU监测驱动电机转子位置角度，检测驱动电机的A相电流Ia过零点，当过零点发生时，读取驱动电机转子当前位置角度θm，经过低通滤波处理后与驱动电机初始位置角度θint进行比较，用于校验电机位置传感器是否在电机运行中发生了位置偏移，导致驱动电机转子初始位置角度发生偏差：
如果读取的驱动电机转子当前位置角度与驱动电机转子初始位置角度之差的绝对值大于设定角度差阈值10个电角度，则执行步骤3)关闭驱动系统；
如果读取的驱动电机转子当前位置角度与驱动电机转子初始位置角度之差的绝对值小于或等于设定角度差阈值10个电角度，则执行步骤3)关闭驱动系统，且将驱动电机返厂重新标定驱动电机转子位置初始角度；
2·2·2)如果请求转矩数值与反馈转矩数值之差的绝对值大于设定转矩差阈值范围上限，即|Tc-Tfdb|>20Nm，驱动电机转矩发生变化，则MCU监测驱动电机三相开路，检测驱动电机三相平衡电流：
如果驱动电机的A相电流Ia、B相电流Ib和C相电流Ic之和不等于零，即三相电流不平衡，则判定电机缺相，引起驱动电机转矩发生变化，执行步骤3)关闭驱动系统；
如果驱动电机的A相电流Ia、B相电流Ib和C相电流Ic之和等于零，即三相电流平衡，三相正常，则判定驱动电机转子磁钢退磁，引起电机转矩发生变化，执行步骤3)关闭驱动系统；
3)MCU关闭驱动系统，保护整车安全。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。
Claims (7)
1.一种电动汽车驱动电机健康度监测诊断方法，包括反馈转矩监测、转子位置角度监测，以及三相开路监测，其特征在于：
依次有以下步骤：
1)电机控制单元MCU监测驱动电机反馈转矩，检测整车控制单元VCU发送至MCU的请求转矩指令的转矩数值，且与驱动电机反馈转矩数值进行比较；
2)MCU监测驱动电机转子位置角度，或者监测驱动电机三相开路；
3)MCU关闭驱动系统，保护整车安全；
所述步骤1)监测驱动电机反馈转矩，依次有以下分步骤：
1·1)VCU发送请求转矩指令至MCU；
1·2)MCU根据VCU发送的请求转矩的指令，进行最大转矩电流比MTPA查表，获得d轴电流id.ref的参考值和q轴电流iq.ref的参考值；
1·3)MCU根据d轴电流id.ref的参考值和q轴电流iq.ref的参考值计算出VCU发送的请求转矩对应的PWM占空比，对驱动电机进行电流闭环控制，施加相应的请求转矩下的电压到驱动电机绕组端，驱动整车运行；
1·4)将MCU给定驱动电机转矩命令数值，与驱动电机反馈转矩差值进行比较：
如果请求转矩数值与反馈转矩数值之差的绝对值在设定转矩差阈值范围内，则MCU监测驱动电机转子位置角度，执行步骤2·2)中的子步骤2·2·1)；
如果请求转矩数值与反馈转矩数值之差的绝对值大于设定转矩差阈值范围上限，则MCU监测驱动电机三相开路，执行步骤2·2)中的子步骤2·2·2)；
所述步骤2)有以下分步骤：
2·1)MCU采集驱动电机的A相电流Ia和B相电流Ib，以及通过电流闭环控制驱动电机的d轴反馈电流id.fb和q轴反馈电流iq.fb，进行MTPA查表，获得对应的d轴电感Ld和q轴电感Lq；
2·2)根据电磁转矩方程计算出驱动电机当前反馈转矩Tfdb，且与VCU发送的请求转矩Tc进行比较，有以下子步骤：
2·2·1)如果请求转矩数值与反馈转矩数值之差的绝对值在设定转矩差阈值范围内，则MCU监测驱动电机转子位置角度，检测驱动电机的A相电流Ia过零点，当过零点发生时，读取驱动电机转子当前位置角度θm，经过低通滤波处理后与驱动电机初始位置角度θint进行比较，用于校验电机位置传感器是否在电机运行中发生了位置偏移，导致驱动电机转子初始位置角度发生偏差：
如果读取的驱动电机转子当前位置角度与驱动电机转子初始位置角度之差的绝对值大于设定角度差阈值，则执行步骤3)关闭驱动系统；
如果读取的驱动电机转子当前位置角度与驱动电机转子初始位置角度之差的绝对值小于或等于设定角度差阈值，则执行步骤3)关闭驱动系统，且将驱动电机返厂重新标定驱动电机转子位置初始角度；
2·2·2)如果请求转矩数值与反馈转矩数值之差的绝对值大于设定转矩差阈值范围上限，驱动电机转矩发生变化，则MCU监测驱动电机三相开路，检测驱动电机三相平衡电流：
如果驱动电机的A相电流Ia、B相电流Ib和C相电流Ic之和不等于零，即三相电流不平衡，则判定电机缺相，引起驱动电机转矩发生变化，执行步骤3)关闭驱动系统；
如果驱动电机的A相电流Ia、B相电流Ib和C相电流Ic之和等于零，即三相电流平衡，三相正常，则判定驱动电机转子磁钢退磁，引起电机转矩发生变化，执行步骤3)关闭驱动系统。
2.如权利要求1所述的电动汽车驱动电机健康度监测诊断方法，其特征在于：
所述分步骤1·1)VCU发送请求转矩指令，是通过控制器局域网络CAN通讯总线发送至MCU。
3.如权利要求1所述的电动汽车驱动电机健康度监测诊断方法，其特征在于：
所述分步骤1·4)的设定转矩差阈值范围，是大于10Nm且小于20Nm。
4.如权利要求1所述的电动汽车驱动电机健康度监测诊断方法，其特征在于：
所述分步骤1·4)的设定转矩差阈值范围上限是20Nm。
5.如权利要求1所述的电动汽车驱动电机健康度监测诊断方法，其特征在于：
所述步骤2)的监测驱动电机转子位置角度，是在认定驱动电机A相电流过零点时驱动电机转子当前位置角度值与电机转子位置角度初始值相同的条件下，通过监测到驱动电机A相电流过零点时读取驱动电机转子当前位置角度，用于监测驱动电机位置传感器是否正常运行，校验驱动电机转子初始位置角度。
6.如权利要求1所述的电动汽车驱动电机健康度监测诊断方法，其特征在于：
所述步骤2)的监测驱动电机三相开路，是通过检测驱动电机三相电流平衡判断驱动电机是否缺相，用于监测驱动电机转子磁钢是否退磁，引起电机转矩发生变化。
7.如权利要求1所述的电动汽车驱动电机健康度监测诊断方法，其特征在于：
所述子步骤2·2·1)的设定角度差阈值是10个电角度。
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Effective date of registration: 20150630 Address after: 241000 Yijiang, Anhui Province, Jin Hua Road, No. 226, South Road, No. Applicant after: New-energy automobile Technology Co., Ltd. of Cherry Address before: 241009 Wuhu economic and Technological Development Zone, Anhui, No. 8 Changchun Road Applicant before: Saic Chery Automobile Co., Ltd. |
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 241000 No. 226 Jin Hua Nan Road, Yijiang hi tech Industrial Development Zone, Anhui, Wuhu Patentee after: Chery New Energy Automobile Co.,Ltd. Address before: 241000, No. 226 Hua Jin South Road, Yijiang District, Anhui, Wuhu Patentee before: CHERY NEW ENERGY AUTOMOBILE TECHNOLOGY Co.,Ltd. |