CN104635014A - 用于增加多相马达系统中的电流传感范围的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种增加用于车辆或其他多相马达系统的电流传感范围的方法，包括测量被传送至系统马达的相电流。控制器计算每一个相电流的绝对值，将每一个被计算的绝对值与饱和极限比较，以确定是否仅一个传感器是饱和的，并外推饱和传感器的相电流值。被计算的瞬时相电流用作为饱和传感器的外推相电流值，仅当被计算的瞬时相电流值超过用于饱和传感器的被测量的值且被计算的瞬时相电流值的符号匹配用于饱和传感器的被测量值的符号时，执行控制动作。系统包括马达、功率逆变器模块、相电流传感器和执行本方法的控制器。

Description

用于增加多相马达系统中的电流传感范围的方法和设备

技术领域

本发明涉及用于增加多相马达系统中的电流传感范围的方法和设备。

背景技术

在多相电马达中，三相或更多相引线以相同频率和振幅传送交流电(AC)电压波形，但在不同相之间具有时间偏差或相移。在使用这样的马达的车辆或其他系统中，AC电压波形应用于马达的各定子绕组感应出变化的磁场。该磁场导致发生转子的旋转，其转而提供马达输出扭矩。马达输出扭矩可以被按照需要被管理和引导，以执行有用的工作，例如推进车辆。

特别地在车辆变速器中，一个或多个电牵引马达可独立或与内燃发动机结合地用作马达驱动系统的一部分。共同地，原动机提供输入扭矩给变速器。为了确保电牵引马达(一个或多个)的适当操作，控制器可进行相电流和其他电参数的周期测量。

发明内容

在此披露一种车辆，其具有多相马达系统，例如，三相AC电牵引马达。伴随的用于与这种系统使用的方法也被披露。本方法扩展了在具有一个马达或多个马达的多相马达系统内的各相电流传感器的电流传感范围。这样的传感器测量流动到马达绕组中的各相电流的相应幅度。在此意识到，由于典型地现成相电流传感器的有限电流传感范围，现有马达控制和诊断方法可被限制。由此，一旦给定相电流超过传感器测量容量，控制和健康状态马达诊断可不总是适当地运行，或可都不可获得。这样的条件在此称为“传感器饱和”。因此，“饱和传感器”是读取了幅度超过传感器的预定饱和极限(即专用于特定传感器的校准极限)的各相电流的相电流传感器。

在一些情况下，诸如在高温操作期间，在给定马达中的电流可超过用于测量传送至马达绕组的相电流的相电流传感器的测量范围。如本领域技术人员已知的，去磁化是一种过程，通过该过程，磁场通过热应力随时间消失，极端变化磁场等。在这些情况下，健康状态诊断可不检测潜在的去磁化事件。本方法因此意图增加马达健康状态诊断的操作范围，同时还提供检查转子去磁化的改善的能力，同时在正常车辆操作期间对控制器使用具有最小的影响。附加地，在一些情况下，本方法可在牵引马达(一个或多个)的总体控制中用于反馈和控制目的。

通常，在三相系统中，本方法通过连续地评价三个不同相电流传感器中的哪一个当前饱和而操作。当仅一个传感器是饱和的时，本方法继续。在这样的情况下，控制器使用其余的、即非饱和相电流传感器的实际电流测量外推(extrapolate)/估计饱和传感器的相电流，并执行对外推的相电流的特定有效性检查，以确保外推相电流值在合理界限内，例如以在绝缘损失期间避免错误的故障诊断。在一些操作区域中，其以下称为连续外推区域，电流传感范围被扩展其饱和的极限的15％，以提供用于反馈和控制目的的有用信息。

特定地，增加具有多相电马达的系统中的电流传感范围的方法包括经由具有校准饱和极限的多个相电流传感器测量被传送至马达的多个相电流的每一个。本方法还包括经由控制器计算每一个被测量的相电流的绝对值，且然后将被计算的绝对值与饱和极限比较，以确定是否仅一个传感器是饱和的。附加地，本方法包括使用非饱和传感器的被测量的相电流外推所述一个饱和传感器的相电流值。

外推相电流值可包括计算作为非饱和传感器的相电流函数的瞬时相电流值，并确定被计算瞬时相电流的绝对值是否超过用于所述一个饱和传感器的被测量的值。外推可还包括确定被计算瞬时相电流的符号是否与用于所述一个饱和传感器的被测量的值的符号匹配，并使用被计算的瞬时相电流作为用于饱和传感器的外推相电流值。本方法可包括，当符号匹配，且被计算的瞬时相电流值超过用于饱和传感器的被测量的值时，经由控制器使用外推相电流值相对于马达执行控制动作。

在此还披露了一种系统，其包括三相电马达、功率逆变器模块(PIM)、相电流传感器，和上述控制器。PIM提供第一、第二和第三相电流至马达的相应第一、第二和第三相引线。传感器每一个连接至相应相引线，并测量相应一个相电流。

附加地，车辆包括变速器和多相马达系统。变速器包括齿轮组和输出构件。多相马达系统将马达扭矩传送至齿轮组，用于为输出构件提供动力，且包括多相电牵引马达，所述马达具有定子，定子具有第一、第二和第三相引线。系统还包括PIM，其将第一、第二和第三相电流分别传送至第一、第二和第三相引线。

根据一具体实施方式，提供一种增加具有多相马达的系统中的电流传感范围的方法，该方法包括：

经由具有校准饱和极限的多个相电流传感器测量被传送至多相马达的多个相电流的每一个，

经由控制器计算每一个被测量的相电流的绝对值；

将每一个被计算的绝对值与校准饱和极限比较，以确定是否仅其中一个相电流传感器是饱和的；

使用非饱和传感器的被测量的相电流，外推一个饱和传感器的相电流值，包括：

计算作为非饱和传感器的相电流函数的瞬时相电流值；

确定被计算的瞬时相电流的绝对值是否超过用于所述一个饱和传感器的被测量的值；

确定被计算的瞬时相电流的符号是否匹配所述一个饱和传感器的被测量值的符号；和

使用被计算的瞬时相电流作为用于饱和传感器的外推的相电流值；和

仅当符号匹配且被计算的瞬时相电流值超过用于饱和传感器的被测量的值时，经由控制器使用外推相电流值执行多相马达的控制动作，所述控制动作包括控制多相马达功能和记录表示多相马达健康状态的诊断代码的至少一个。

优选地，系统包括功率逆变器模块(PIM)，并且其中，测量每一个相电流在PIM和多相马达之间发生。

优选地，测量相电流使用霍尔效应传感器实现。

优选地，测量相电流使用分路电阻器实现。

优选地，计算作为非饱和传感器相电流的函数的瞬时相电流值包括在不连续外推范围中计算瞬时相电流，其中用于饱和传感器的电流幅度范围为饱和传感器的传感器测量范围1.155倍(1.155X)至2倍(2X)。

优选地，计算作为非饱和相电流的函数的瞬时相电流值包括在连续外推范围中计算瞬时相电流，其中用于饱和传感器的电流幅度范围小于饱和传感器的传感器测量范围的1.155倍。

根据另一具体实施方式，提供一种系统，包括：

多相马达，具有第一、第二和第三相引线；

功率逆变器模块，其提供第一、第二和第三相电流至相应第一、第二和第三相引线；

多个相电流传感器，其每一个连接至第一、第二和第三相引线的相应一个，并可操作以测量第一、第二和第三相电流的相应一个；和

控制器，与所述多个相电流传感器通信，其中，控制器包括处理器和有形非瞬态存储器，其上记录有用于增加相电流传感器的电流传感范围的指令，其中，指令通过处理器的执行导致控制器：

经由相电流传感器测量所述多个相电流的每一个；

计算每一个被测量的相电流的绝对值；

将每一个被计算的绝对值与饱和极限单独地比较，以确定是否仅一个传感器相对于饱和极限是饱和的而其余传感器是非饱和传感器；

通过以下，由非饱和传感器的被测量的相电流外推用于所述一个饱和传感器的相电流：

计算作为非饱和传感器的相电流函数的瞬时相电流值；

确定是否被计算瞬时相电流的绝对值超过所述饱和传感器的被测量的值；

确定被计算瞬时相电流值的符号是否匹配所述饱和传感器的被测量电流值的符号；和

使用被计算的瞬时相电流作为用于饱和传感器的外推相电流；和

仅当符号匹配，且被计算的瞬时相电流值超过饱和传感器的被测量的值时，使用外推值执行多相马达的控制动作，所述控制动作包括控制多相马达功能和记录表示多相马达健康状态的诊断代码的至少一个。

优选地，多相马达是同步永磁体马达。

优选地，多相马达是异步感应马达。

优选地，系统还包括齿轮组，其中多相马达包括输出轴，其操作地连接至齿轮组。

优选地，多相马达是车辆的电牵引马达，所述车辆具有变速器，该变速器具有输出构件，并且其中，齿轮组包括连接至多相马达的输出轴的第一节点和直接连接至变速器的输出构件的第二节点。

优选地，相电流传感器是霍尔效应传感器。

优选地，相电流传感器是分路电阻器。

优选地，控制器被构造为，在不连续外推范围中计算瞬时相电流值，其中电流幅度范围为被识别饱和传感器的传感器测量范围的1.155倍至2倍，在连续外推范围中计算瞬时相电流，其中电流幅度范围小于被识别饱和传感器的传感器测量范围的1.155倍。

根据再一具体实施方式，提供一种车辆，包括：

变速器，具有齿轮组和输出构件；和

多相马达系统，其将马达扭矩传送至齿轮组，用于为输出构件提供动力，多相马达包括：

多相电牵引马达，具有定子，定子具有第一、第二和第三相引线；

功率逆变器模块，其分别提供第一、第二和第三相电流至第一、第二和第三相引线；

多个传感器，其每一个连接至相应一个相引线，并可操作为测量第一、第二和第三相电流的相应一个；和

控制器，与传感器通信，其中，控制器包括处理器和有形非瞬态存储器，其上记录有用于增加多相马达系统中的电流传感范围的指令，其中，指令通过处理器的执行导致控制器：

经由相电流传感器测量所述多个相电流的每一个；

计算每一个被测量的相电流的绝对值；

将每一个被计算的绝对值与校准阈值单独比较，以由此确定是否仅一个相电流传感器相对于保护极限是饱和的；

当仅一个相电流饱和时，使用以下，由全部其余相电流传感器的被测量相电流外推用于饱和相电流传感器的相电流：

计算作为非饱和相电流的函数的瞬时相电流值；

确定被计算瞬时相电流的绝对值是否超过被测量的值；

确定被计算瞬时相电流值的符号是否匹配被测量电流值的符号；和

使用被计算的瞬时相电流作为用于饱和相电流的外推相电流；和

仅当符被计算的瞬时相电流值超过被计算瞬时相电流值时，使用外推值执行马达的控制动作，所述控制动作包括控制多相电牵引马达功能和记录表示多相电牵引马达马达健康状态的诊断代码的至少一个。

优选地，车辆还包括发动机和离合器，其中，发动机经由离合器的接合选择性地连接至马达。

优选地，传感器是霍尔效应传感器或分路电阻器，且定位在功率逆变器模块和牵引马达之间。

优选地，控制器被构造为，在不连续外推范围中计算瞬时相电流值，其中电流幅度范围为被识别饱和传感器的传感器测量范围的1.155倍至2倍，在连续外推范围中计算瞬时相电流，其中电流幅度范围小于被识别饱和传感器的传感器测量范围的1.155倍。

优选地，多相电牵引马达是同步永磁体马达。

优选地，多相电马达是异步感应马达。

本发明的上述特征和优势及其他特征和优势将从用于实施本发明的最佳模式的以下详细描述连同附图时显而易见。

附图说明

图1是示例车辆的示意图，其具有至少一个多相电马达、一组相电流传感器和控制器，该控制器执行增加相电流传感器的电流传感范围的方法。

图2是图1所示的车辆的一些电系统部件的示意性电路图。

图3是图2所示的电路图的一部分的示意图。

图3A是示出图2和3所示的相电流传感器的一个的饱和的示例传递函数的时间图。

图4是示出图2和3所示的相电流传感器的电流传感范围的组合矢量图。

图5A-C是示出一组饱和信号和连续外推范围的示意时间图，垂直轴线上示出幅度，水平轴线上示出时间。

图6A-C是示出一组饱和信号和不连续外推范围的示意时间图，垂直轴线上示出幅度，水平轴线上示出时间。

图7是描述增加多相马达系统中的电流传感范围的示例方法的流程图。

图8是描述执行图7所示的示例方法时可用的外推过程的流程图。

具体实施方式

参考附图，其中在几幅图中相同的附图标记对应于相同或相似的构件，示例性车辆10在图1中示意性地示出。车辆10包括多相马达驱动系统11(即三或多相)和控制器(C)50。控制器50可在软件中编程且在硬件中装备以执行被记录的实施用于增加多相马达系统11中使用的相电流传感器40的电流传感范围的方法100的指令。尽管在微控制器中数字地实施以下方法是最实际的，其也可以与离散电路实施。为了简便，控制器50将在以下描述。

下面关于图7-8描述本方法100的示例性实施例，其中描述了参考图2和3提供的车辆10的各电部件。图3A-6C共同描述本发明关注的特定传感器饱和问题。

图1的车辆10在混合动力车辆的非限制性实施例中示出，其具有发动机(E)12，电牵引马达20和22，即分别是M_A和M_B，以及至少一个齿轮组30，该齿轮组具有一组节点/齿轮元件32、34和36，例如分别是环齿轮、太阳齿轮和支架构件。更多或更少牵引马达可用于其它实施例。在此所述的方法100可应用于任何多相马达驱动系统11，其可以如图1所示是车辆的，或非车辆的。但是，为了示例简单，将在此之后描述使用电推进系统形式的马达驱动系统11的图1的车辆10。

除了电牵引马达20和22之外，电驱动系统11可包括功率逆变器模块(PIM)24和可再充电能量存储系统(ESS)26，诸如多单元锂离子或镍金属氢化物电池。电牵引马达20、22经由AC电压总线23被提供有多相AC电压(VAC)，其在此示出为典型的三相VAC。来自ESS26的直流(DC)功率经由单独的DC电压总线25提供给PIM24。作为本发明的一部分，传送至电牵引马达20、22的各相电流经由相电流传感器40被使用参考图2和3以下描述的测量过程分别和单独地测量。

图1的车辆10还包括变速器14，其具有输入构件13和输出构件15。变速器14经由输入构件13从发动机12接收输入扭矩，并经由输出构件15将输出扭矩(T_O)传送至一组驱动轮(未示出)。第一和第二摩擦离合器C1和C2分别可被经由来自车辆10的控制器50或另外的控制装置的命令按照需要促动和释放，以建立期望的齿轮比，和选择性地改变电马达20、22的操作模式。

在图1的示例变速器14(其仅是许多可行动力传动系构造的一个)中，电牵引马达20经由互连构件27连续地连接至齿轮组30的节点36。输出构件15连续地连接至节点34，节点32连接至静止构件37。同一节点32经由离合器C2选择性地连接至电牵引马达22，而离合器C1将发动机12选择性地连接到输入构件13。其他动力传动系构造可包括仅一个电牵引马达，或多于两个的电牵引马达20和22(如所示)，具有两个或更多齿轮组和附加离合器，用于提供期望的能力。

控制器50包括处理器(P)52和有形非瞬态存储器(M)53，其上记录有实施本发明方法100的指令。控制器50可以还包括模拟-数字转换器(ADC)54。如本领域中已知的，诸如ADC54的ADC可实施为提供特定采样率的电路，其提供连续/模拟电压输入的量化，且输出代表性的数字信号。可包括一个或多个数字计算机装置的控制器50可经由控制器区域网络(CAN)总线或其他适当网络与变速器14的离合器C1、C2和每一个电马达20、22通信。存储器53可包括只读存储器(ROM)、闪存、光学存储器、附加的磁存储器等，以及任何需要的随机访问存储器(RAM)、电可编程只读存储器(EPROM)、高速时钟、模拟-数字(A/D)和数字-模拟(D/A)电路、和任何输入/输出电路或装置，以及任何适当信号调节和缓冲电路。

图1的控制器50最终命令或导致PIM24产生一组脉宽调制信号(箭头PWM)。这些PWM信号提供对输入电压的切换控制，所述输入电压用于为电牵引马达20和22供电。控制器50从相电流传感器40接收所有三个被测量相电流信号(I_a，b，c)，所述传感器包括用于每一个被测量相的一个相电流传感器40。

参考图2，图1的电牵引马达20(M_A)包括一组定子绕组20S，其示出有三个单独的牵引线圈39。定子绕组20S经由一组相引线41电连接至PIM24。PIM24则电连接至图1的ESS26，且由此具有如所示的被施加的DC电压(Vdc)。电容器29可用于与来自所示的ESS26的被施加DC电压(Vdc)电并联。PIM24还包括电流控制的电压源逆变器33，其具有一组半导体芯片35，即，IGBT、MOSFET等。这样的半导体芯片35通常用作AC马达控制中的半导体开关。来自控制器50的PWM信号以特定占空比和切换频率激活半导体芯片35选定的一些，以命令来自PIM24的所需输出相电压Va、Vb和Vc，它们经由相引线41传送至定子绕组20S。

三相马达系统可需要三个被施加相电流I_a、I_b和I_c的每一个的准确传感。被测量的相电流可用于各马达控制、反馈、诊断和监视目的。在图2的示例系统中，三个电流传感器40A、40B、40C用于单独地测量从IPM24的电压源逆变器33流动到给定一个牵引马达20、22的相电流。典型地，相电流传感器40定位在如所示的PIM24中，尽管传感器40可定位在PIM24和相电流被测量的马达20或22之间的任何位置。电牵引马达22的表示被省略，以便简单阐释。用于任何附加牵引马达(一个或多个)的电路图将示出为其用于(do for)电牵引马达20的定子20S。

附加地，被测量相电流(I_a、I_b、I_c)可用于马达控制和诊断错误保护，诸如一个或多个相上的开路检测或过电流。被测量的相电流信息可还用于追踪施加至图1的马达驱动系统11的热和其他应力，以便预测系统部件的潜在降级。一个可行的例子是监视永磁体(PM)马达的由于过大的被施加定子电流的潜在去磁化，准确的电流信息对电牵引马达20的例如转子的系统健康状态的适当控制、保护和预测是重要的。

在多相马达驱动系统中使用的传感器典型地具有有限的电流测量范围。当物理相电流超过给定传感器的测量范围容量，所述给定传感器诸如图1和2所示的示例相电流传感器40，相电流可被不准确地测量，其不准确水平取决于饱和程度。被测量的相电流可如图5A-6C失真或削波，由此导致低于实际被测量值的值。该条件可导致健康诊断算法控制和/或状态的劣化，其取决于准确的相电流测量。

一个可行示例诊断是转子磁体健康状态评价。这样的诊断跟踪施加到电马达给定相的相电流，且确定是否施加了可使转子磁体去磁化的足够应力。在一些情况下，诸如在冷温度下使用的钼磁体，需要相当大的相电流以导致这样的去磁化。去磁化电流可高于相电流传感器测量范围。因此，如果大转变发生，从而相电流超过传感器的测量范围容量，将有用于确定永磁体是否已经被去磁化的不充分信息。该限制可产生盲区，所述盲区中去磁化或其他马达劣化可避免监测。因此，在此描述的方法100的目标是扩展磁体健康状态操作区域，以包括其中可获得相电流中的一个超过用于测量其的传感器的测量范围容量的操作条件。

参考图3，典型的信号路径由示例电流传感器40X示出，即，图1的任何一个相电流传感器40。要被测量的相电流(箭头I_X)流动通过传感器40X，例如，示例霍尔效应传感器。传感器电压输出(V_X)通过具有有效增益G(整数或其他值)的接口电路43被滤波和按比例变化。接口电路43可具有有限的输出电压范围，例如限制在其为0的供电轨迹和V_CC的参考电压之间，所述V_CC的参考电压诸如5V，其中2.5V＝0A实际电流，5V＝最大可读电流值，例如，如图5A-6C的100A。因此，接口电路43可具有削波和失真的附加信号源。本发明不限于霍尔效应传感器。例如，传感器40可实施为电阻分路。但是，即使具有电阻分路，接口电路43和ADC54可对被测量信号斩波，并导致被传感电流的误差，如以下解释的。

来自接口电路43的被滤波且被按比例变化的信号(V_X1)通过至ADC54。ADC54将来自接口电路43的模拟输出转换为数字电压输出，其可被控制器50使用，用于任何被需要的控制或诊断。ADC54是信号削波的又一潜在源，这取决于参考电压(V_CC)。如果对ADC54的输入电压超过ADC54的全量范围，信号将被削波。ADC54的输出是被传感的信号的数字表示，且通过至处理器(P)52。在一些系统中，ADC54和处理器52被并入到单个集成电路。净结果是存在有限的电流测量范围，在其之上，输入信号不能被准确地测量。在该范围之上，信号被有效地削波。

更普遍类型相电流传感器的一个是上述的霍尔效应类型。霍尔效应传感器典型地与小集成电路一起使用磁芯。磁芯通常是环形或矩形的，具有在中心的孔，传导电流的导体(例如，相引线41)通过该孔。在芯中切割有小间隙，集成电路可布置到该间隙中。霍尔效应电路输出电压，其与流动通过磁芯中心的电流成比例。磁芯用于将围绕传导电流的线的磁通集中，以及有效地屏蔽不期望的杂散场。

尽管现代霍尔效应电流传感器提供有益的性能，它们具有可用操作范围的有限极限。操作范围，即，可被可靠且准确地测量的电流的最大幅度，可被多个因素限制。例如，磁芯通常由铁素体或硅钢构成。这些材料具有有限的磁化范围，在其之上，芯饱和。当芯被饱和时，传感器增益，典型地以输出信号的伏每安规定，被过大地减小。因此，图3的相电流传感器40X的准确度可降级，且被测量的电流可被有效地削波。操作范围的另一极限由于给相电流传感器40X的供电电压。通常，传感器输出不能超过其供电电压范围。因此，在非常大的电流值时，传感器输出将被供电电压限制，其导致被测量的电流信号的削波。

图3A示出示例霍尔效应电流传感器的典型传递输入-至-输出传递函数17。水平轴线是传感器输入电流(I_X)，即，通过图3的相电流传感器40X的总相电流。垂直轴线是传感器输出电压(V_X)。直到一定的输入电流I_Lin，传感器输出电压与输入电流线性相关。这称为操作的线性范围。随着电流超过I_Lin，测量准确度将开始劣化。

对于相电流的第二阈值被识别为I_Sat。在该电流水平上方，图3的传感器40X将开始饱和。在这样的点处，测量准确度可快速地变差。传感器输出的饱和可由于受限的供电电压范围或芯饱和。在任一情况，潜在效果相同：被传感电流值的严重失真和误差。

本发明的方法100意图增加使用三电流传感器的三相系统的可用电流范围，即，图2的相电流传感器40A、40B和40C。在执行方法100时，图1的控制器50假定电负载与非零序电流路径绝缘。对于典型的三相马达负载是这样的。对于具有非零序电流的绝缘三相系统，物理三相电流将总是总和为零。在该情况下，三相电流不是独立的，因为任何一个电流可由另外两个确定。

I_a+I_b+I_c＝0      (1)

意识到此，许多现有技术系统使用仅两个物理相电流传感器40，以减小成本。第三相电流则被作为对两个被测量相的和求反而计算：

I_c＝-I_a-I_b      (2)

在两个传感器系统中，如果被测量的相电流的一个超过传感器测量范围，不能再使用上述等式(2)。在该情况下，反馈电流不能被确定，因为剩下的一个非饱和传感器不足以确定剩下的两个电流。但是，在此意识到，在三传感器系统中，如果仅一个传感器饱和，其相电流可由两个不饱和值外推或估计，例如使用等式(2)，如果相c饱和的话。该原理是本方法100的逻辑的基础。

图4示出组合的矢量图60，其示出用于示例三传感器/三相系统的示例电流传感范围，例如，图1的马达驱动系统11。箭头61表示a、b和c相轴线。对于每一个相，图1的相电流传感器40具有最大(正)和最小(负)电流，其可被测量，如通过电流传感六边形所示，该六边形通过正交于每一个相轴线(正和负)的线62形成。如果电流矢量位于由线62限定的六边形内的任何地方，电流矢量可准确地被测量。如果电流矢量超过该测量六边形，则一个或多个被测量的相电流将失真或削波。

对于至马达(诸如图1和2的电牵引马达20)连续的、平衡的三相正弦相电流，定子相电流(I_X)表示为在图4的平面中旋转的矢量。随着相电流的幅度增加，可获得的没有任何信号削波的最大电流通过圆圈65限定。圆圈65限定连续的线性传感范围。在该情况下，尖峰相电流等于最大传感器范围。

如果被测量的电流幅度超过连续的线性范围，则一个或多个被传感相电流值被削波。假定仅一个相电流传感器40饱和，等式(2)可被用于由另外两个相电流计算饱和相电流。随着图4的电流矢量旋转，相继的相饱和，等式(2)相应地被调节，以仅计算该饱和相。例如，对于逆时针旋转到的矢量，相可按以下顺序计算：

a、c、b、a、c、b、a…

在一定电流幅度以上，可存在一些情况，其中，多于一个相电流传感器40饱和。当电流矢量接触测量六边形的角部时，如图4的矢量I_X和圆圈63所示，该边界发生。对于该限制条件，当矢量I_X达到由线62限定的六边形的每一个角部，两个相在传感器饱和的边缘处。实际上，一个相将幅度增加且跨过饱和极限，同时另一相幅度减小且掉在饱和极限以下。使用几何，当达到该边界条件时，电流矢量I_X的幅度可按如下确定：

$I_{\mathrm{Sat}}=I_x\cos \frac{\mathrm{\π}}{6}---\left(3\right)$

$I_x=\frac{2}{\sqrt{3}}{I}_{\mathrm{Sat}}=\left(1.155\right)\left(I_{\mathrm{Sat}}\right)---\left(4\right)$

由此，如果相电流小于或等于传感器测量范围的1.155倍，等式(2)可被用于连续地计算单个饱和电流传感器。对于该范围内的相电流，本方法100可为三相的每一个提供连续且准确的被测量电流。由此，马达控制动作可通过控制器50使用外推相电流执行。即，期望的是用于闭环电流控制目的具有连续的电流信息，即，用于控制或限制被传递至马达20绕组的相电流。因此，本方法100可用于扩展图1的马达驱动系统11的正常操作范围，诸如为适当的过渡条件提供附加的测量范围。1.0至1.155倍传感器测量范围的电流幅度范围在此称为连续外推范围64。在该范围中，通过控制器50执行的示例控制动作可包括在图1的马达20、22的一个的电流控制中使用外推相电流。这样的方法有效地使传感器范围扩展15％。

如果相电流幅度超过1.155倍的传感器范围，则存在多于一个相电流传感器40同时饱和的情况。在该情况下，饱和相电流不能被计算。如果等式(2)的计算可行时执行，即，对于两个相电流传感器40没有饱和的角度，最终计算的相电流将是不连续的。这样的结果通常不适于闭环马达电流控制目的，不像上述连续外推区域。但是，对于一些功能，诸如马达健康状态诊断，拥有扩展的电流测量范围是有用的，即便最终的电流波形不连续。

当尖峰相电流幅度达到2倍(200％)传感器测量范围时，极限情况发生。在该情况下，当一个相电流达到尖峰，另外两个相具有相等和相反的符号或方向。例如，如果I_a＝2*I_Sat，则I_b＝I_c＝-I_Sat。在此，I_a可仍由I_b和I_c计算。对于该角度，电流传感范围有效地翻倍。再次，最终的被计算相电流将是不连续，因为外推可仅在当一个传感器40饱和时被执行。如果多于一个传感器40饱和，诸如在区域68内，外推没有执行，如以下所述。从1.155至2倍传感器测量范围的电流幅度范围表示为不连续的外推范围66。在该区域中，图1的控制器50可仍执行控制动作，尽管这些控制动作限于健康状态和其他诊断，这是由于结果的不连续本质。

一旦电流幅度超过2倍电流传感器范围，其将落在圆圈70之外，外推不能被执行。这是因为，仅一个相电流传感器40是非饱和的。不连续外推范围66仅对于整个角度范围的一部分延伸传感器范围。随着电流的幅度增加，对于可行外推的角度减小。在连续和不连续外推区域之间的界限处，测量范围可在所有电流矢量角度(0至360角度)延伸。在不连续外推区域(200％或2倍的连续线性范围)的上界限，电流可仅在相轴线处延伸(正或负)，例如，0、60、120度等。但是，出于健康状态目的，施加到系统的尖峰电流是相关的，且可以甚至从不连续波形抽取该有价值信息。因此，本方法100的执行有效地将圆圈63向外扩大直到由圆圈70包围的边界，由此提供关于相电流传感器40的有效信息，其可用于各健康状态和其他诊断动作。

图4的矢量图60可参考图5A-C的示例性时间图详细解释，时间示出在水平轴线上，实际电流幅度(I_A)示出在垂直轴线上。图5A示出波形80，对于示例100A范围，其在1.1倍的传感器范围示出一组示例相电流。波形82示出被测量的幅度(I_M)如何在极限100A削波，在该例子中其是相电流传感器40的极限。波形84示出用于图4的连续外推范围64的外推电流(I_ext)。需注意，没有数据在该区域中丢失，即，波形80完全重新构造为波形84。

图6A-6C分别示出波形180、182和184。在该例子中，波形180示出1.4倍的传感器范围的尖峰相电流。传感器40，如图5A-C，在100A时饱和，由此电流被削波，如箭头A所示。波形184示出用于图4的不连续外推范围66的外推电流(I_ext)。需注意，不像图5A-C，当电流矢量通过区域68时，一些传感数据在该区域中丢失。即，波形180没有完全重新构造为波形184。但是，本方法100的执行允许一些数据被确定，如箭头B所示。在两个或更多传感器40饱和时，数据不能被确定，如通过箭头C所示。但是，至少一些数据的外推(箭头B)可用于执行上述动作，诸如马达健康状态诊断。

参考图7，提供了用于上述方法100的示例实施例。方法100的每一个块或步骤可被编码为软件中的指令，且自动地被图1的处理器52执行。本方法100在步骤102处开始，其中，相电流I_a,b,c通过传感器40被测量，且最终从ADC54读取。一旦控制器50确定测量相电流I_a,b,c的值，方法100行进到步骤104。

步骤104要求由来自步骤102的被测量相电流I_a的绝对值计算校准阈值，在其之上，控制器50知道测量饱和。例如，如果图3A的传递函数的线性区域是700A，且饱和在770A时开始，信号在830A时完全削波，则770A可设定为阈值。使用特定相电流传感器40将具有其自己的独一传递函数，由此用于给定传感器的被校准极限随设计变化。如果被测量的值超过校准阈值，本方法100行进到步骤106。否则，方法100行进至步骤105。

步骤105包括设定标记(A＝0)，其表示用于相a的在步骤102处的被测量的值小于校准饱和极限。方法随后行进至步骤108。

步骤106包括设定标记(A＝1)，其表示用于相a的在步骤102处的被测量的值在校准饱和极限以上。方法随后行进至步骤108。

步骤108和112分别对于其他两相，即，相b和相c重复上述步骤104的操作。对于相b，步骤109和110分别对应步骤105和106，而步骤113和114对应于用于相c的这些步骤。由此，步骤104-114确保，三相电流幅度(I_a，I_b，I_c)的每一个与校准阈值比较。再次，校准阈值应某种程度上选择为小于相电流传感器40的最大测量范围，例如，如图3A所示的相电流传感器40的线性范围，从而保持测量准确度。一旦全部三相相对于校准阈值被检查，本方法100行进到步骤116。

步骤116-128共同描述三个条件检查，其确定图1中是否有且仅有一个三相电流传感器40饱和。如果仅一个传感器40饱和，饱和的相通过控制器50由另外两个相电流外推，如参考图8和步骤118详细所述的。其余的非饱和传感器不需要修改，所以外推值设定至用于那些相的被传感值。在没有一个相电流传感器40饱和的情况下，或如果多于一个相电流传感器40饱和，则没有相被外推。对于所有三相，外推值则设定至被传感值。

在步骤116时，本方法100接下来确定相电流I_a，和仅相电流I_a是否超过校准饱和极限。为此，图1的控制器50可检查来自步骤105、106、109、110和113、114的标记值，以确定以下条件为真：A＝1，B＝0，和C＝0。如果为真，方法100行进至步骤117。否则，方法100行进至步骤120。

步骤117包括为两个非饱和相电流(即，I_{b_ext}和I_{c_ext})设置外推相电流等于在骤102被测量的值。本方法100则行进至步骤118，以外推用于相A的值。

步骤118包括外推相电流I_a。简单地参照图8，该图描述用于执行步骤118的示例方法。可对于其他相在步骤122和126中执行相同过程，且因此这些步骤可根据步骤118的过程被执行。

在步骤118A中，图1的控制器50计算瞬时被计算值(I_{a_tmp})的幅度，作为被测量的非饱和值(即，I_{a_tmp}＝-I_b-I_c)的函数。在步骤118B时，控制器50将来自步骤118A的被计算值与被传感值比较，作为健全检查。被计算的值应大于被传感的值，因为物理电流应高于被传感值，如果该特定传感器饱和的话。由此，步骤118B将瞬时值I_{a_tmp}的绝对值与被测量的电流I_a比较，并行进至步骤118C，如果瞬时值超过被测量值的话。否则，方法100行进至步骤118E。

在步骤118C时，控制器50执行另一健全检查，这次是瞬时和被测量电流的符号。如果符号匹配，本方法100行进到步骤118D，否则本方法100行进至步骤118E。每次如果识别到传感器40X在正方向(增加幅度)上饱和，则使用步骤118C，外推值不应为负，反之亦然。

步骤118D仅在步骤118B或118E的检查二者都通过时被执行。在这种情况，来自步骤118A的被计算的瞬时值用作外推值。即，I_{a_ext}＝I_{a_tmp}。

仅在步骤118B或118E的检查的任一没有通过时到达步骤118E，控制器50不管瞬时被计算值。不执行外推，即，I_{a_ext}＝I_a。

再次参考图7，本方法100可包括经由图1的控制器50使用步骤102-128的结果执行控制动作(C.A.)，包括控制马达20的功能和记录图1的存储器53中的诊断代码(其例如指示马达20的健康状态)的任一或二者。步骤130可包括计算定性或定量/数量的健康状态值，用于图1的特定的电牵引马达20或22，其相电流已经被评价。这样的动作可要求将被测量的或外推的相电流与校准的高/低阈值比较，并基于该比较的结果记录通过或失败的诊断代码。其他示例方法可包括由相电流值例如经由Park/Clarke变换而确定定子电流矢量的d轴线分量，即，用于控制转子通量匝连数的分量，然后执行马达20的健康状态诊断，例如其转子磁体。在连续外推区域64中，步骤130的控制动作可要求使用用于反馈和马达20的控制的外推电流，诸如确定是否限制相电流I_a、I_b和I_c或限制到何种程度。使用该知识，控制器50可控制图1的PIM24的切换或其他功率函数以提供被要求的相电流。

尽管已经对执行本发明的较佳模式进行了详尽的描述，但是本领域技术人员可得知在所附的权利要求的范围内的用来实施本发明的许多替换设计和实施例。

Claims (10)

1.一种增加具有多相马达的系统中的电流传感范围的方法，该方法包括：

经由具有校准饱和极限的多个相电流传感器测量被传送至多相马达的多个相电流的每一个，

经由控制器计算每一个被测量的相电流的绝对值；

将每一个被计算的绝对值与校准饱和极限比较，以确定是否仅一个相电流传感器是饱和的；

使用非饱和传感器的被测量的相电流，外推所述一个饱和传感器的相电流值，包括：

计算作为非饱和传感器的相电流的函数的瞬时相电流值；

确定被计算的瞬时相电流的绝对值是否超过用于所述一个饱和传感器的被测量的值；

确定被计算的瞬时相电流的符号是否匹配用于所述一个饱和传感器的被测量值的符号；和

使用被计算的瞬时相电流作为用于饱和传感器的外推的相电流值；和

仅当符号匹配且被计算的瞬时相电流值超过用于饱和传感器的被测量的值时，经由控制器使用外推的相电流值执行多相马达的控制动作，所述控制动作包括控制多相马达功能和记录表示多相马达健康状态的诊断代码中的至少一个。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述系统包括功率逆变器模块(PIM)，并且其中，测量每一个相电流在PIM和多相马达之间发生。

3.如权利要求1所述的方法，其中，计算作为非饱和传感器相电流的函数的瞬时相电流值包括在不连续外推范围中计算瞬时相电流，其中用于饱和传感器的电流幅度范围为饱和传感器的传感器测量范围1.155倍至2倍。

4.如权利要求1所述的方法，其中，计算作为非饱和相电流的函数的瞬时相电流值包括在连续外推范围中计算瞬时相电流，其中用于饱和传感器的电流幅度范围小于饱和传感器的传感器测量范围的1.155倍。

5.一种系统，包括：

多相马达，具有第一、第二和第三相引线；

功率逆变器模块，其提供第一、第二和第三相电流至相应第一、第二和第三相引线；

多个相电流传感器，其每一个连接至第一、第二和第三相引线的相应一个，并可操作以测量第一、第二和第三相电流的相应一个；和

控制器，与所述多个相电流传感器通信，其中，控制器包括处理器和有形非瞬态存储器，其上记录有用于增加相电流传感器的电流传感范围的指令，其中，指令通过处理器的执行导致控制器：

经由相电流传感器测量所述多个相电流的每一个；

计算每一个被测量的相电流的绝对值；

将每一个被计算的绝对值与饱和极限单独地比较，以确定是否仅一个传感器相对于饱和极限是饱和的而其余传感器是非饱和传感器；

通过以下，由非饱和传感器的被测量的相电流外推用于所述一个饱和传感器的相电流：

计算作为非饱和传感器的相电流的函数的瞬时相电流值；

确定被计算瞬时相电流的绝对值是否超过所述饱和传感器的被测量的值；

确定被计算瞬时相电流值的符号是否匹配所述饱和传感器的被测量电流值的符号；和

使用被计算的瞬时相电流作为用于饱和传感器的外推相电流；和

仅当符号匹配，且被计算的瞬时相电流值超过饱和传感器的被测量的值时，使用外推值执行多相马达的控制动作，所述控制动作包括控制多相马达的功能和记录表示多相马达健康状态的诊断代码的至少一个。

6.如权利要求5所述的系统，其中，多相马达是同步永磁体马达。

7.如权利要求5所述的系统，其中，多相马达是异步感应马达。

8.如权利要求5所述的系统，还包括齿轮组，其中多相马达包括输出轴，其操作地连接至齿轮组。

9.如权利要求8所述的系统，其中，多相马达是车辆的电牵引马达，所述车辆具有变速器，该变速器具有输出构件，并且其中，齿轮组包括连接至多相马达的输出轴的第一节点和直接连接至变速器的输出构件的第二节点。

10.如权利要求5所述的系统，其中，控制器被构造为，在不连续外推范围中计算瞬时相电流值，其中电流幅度范围为被识别饱和传感器的传感器测量范围的1.155倍至2倍，和构造为在连续外推范围中计算瞬时相电流，其中电流幅度范围小于被识别饱和传感器的传感器测量范围的1.155倍。