CN106655907A - 用于控制电机的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种用于控制电机的方法和系统，在运行用于汽车电动水泵的电机时，当在检测转子的位置的霍尔效应传感器中出现故障时，该方法和系统允许跛行模式功能。该方法包括：确定霍尔效应传感器的输出故障并且响应于确定霍尔效应传感器的输出故障，停止基于霍尔效应传感器的输出来调整电机的转速。此外，该方法包括：基于由电机中的具有不同相位的多个定子线圈生成的反电动势来调整电机的转速。

Description

用于控制电机的方法和系统
技术领域
本发明涉及用于控制电机的方法和系统，并且更具体地，涉及在控制用于汽车电动水泵的电机的过程中，当因为用于检测位置的霍尔效应传感器出现故障时，允许跛行模式(limp home)功能的用于控制电机的方法和系统。
背景技术
通常，在汽车电动水泵中使用3相无刷直流(BLDC)电机。此外，霍尔效应传感器通常用于运行BLDC电机。霍尔效应传感器是被配置为检测转子的位置的设备，并且三个霍尔效应传感器以120度布置在3相BLDC电机中并且被配置为基于提供至3相BLDC电机的具有相位的电流来检测转子的位置。基于由霍尔效应传感器检测的具有相位的电流的位置信息输出作为电压，并且基于该电压调整电机的转速和扭矩。
在相关技术中，当在使用如上所述的霍尔效应传感器来控制电机的方法中出现故障时，该传统方法停止电机并输出警报。例如，在相关技术中，当检测到安装于汽车电动水泵中的电机中的霍尔效应传感器的故障时，通过停止电机而停止电动水泵，记录针对霍尔效应传感器的故障的诊断故障代码(DTC)，并且通过开启仪表板上的服务灯而将警报输出至驾驶员。
根据相关技术的该控制方法，当因为霍尔效应传感器而产生故障时，阻止电动水泵循环冷却水，由此阻止车辆被驱动。此外，当驾驶员忽略或未识别到霍尔效应传感器的故障的警报并继续驾驶车辆时，电子设备可能由于受到该故障影响的设备的温度增加而被损坏。
作为本发明的相关技术而提供的描述仅仅是为了帮助理解本发明的背景，并且不应被解释为包括在本领域技术人员已知的相关技术中。
发明内容
因此，本发明提供用于控制电机的方法和系统，其允许在由于被配置为检测控制电机的过程中的电机中的转子的位置的霍尔效应传感器产生故障时，在不停止用于汽车电动水泵的电机的情况下，允许跛行模式功能。
根据本发明的一个方面，控制电机的方法可包括：确定霍尔效应传感器的输出故障，其中，霍尔效应传感器被配置为检测电机的转子的位置；响应于确定霍尔效应传感器的输出故障，基于霍尔效应传感器的输出而停止电机的转速调整；以及基于由电机中的具有不同相位的多个定子线圈生成的反电动势来调整电机的转速。
当霍尔效应传感器的输出对于电机的所有相位相同时，可检测来自霍尔效应传感器的故障。此外，当来自霍尔效应传感器的输出在预定次数内连续相同时，可检测来自霍尔效应传感器的故障。此外，可通过向具有不同相位的多个定子线圈提供预定极性，以预定转速运行电机。
该方法可进一步包括：检测电机中的多个线圈的相位中的任一个相位的反电动势；使用在反电动势检测中检测的反电动势来估计其他相位的反电动势；以及基于在反电动势检测和反电动势估计中获得的反电动势来运行电机。反电动势检测可包括检测线圈的相位中的未激励相位的反电动势。此外，反电动势估计可包括使用被检测反电动势的线圈与其他线圈之间的相位差来估计其他线圈的反电动势。
根据本发明的另一方面，用于控制电机的系统可包括：无刷直流(DC)电机，该无刷DC电机包括具有不同相位的多个定子线圈；逆变器，被配置为向无刷DC电机的线圈提供具有不同相位的电流；多个霍尔效应传感器，被配置为检测无刷DC电机的转子的位置；反电动势检测器，被配置为检测具有不同相位的定子线圈中的至少一个的反电动势；以及电机控制器，被配置为当不存在霍尔效应传感器的输出故障时，基于来自霍尔效应传感器的输出来调整无刷DC电机的转速；响应于检测到来自霍尔效应传感器的故障，基于来自霍尔效应传感器的输出而停止调整无刷DC电机的转速；以及基于由反电动势检测器检测的反电动势来调整无刷DC电机的转速。
响应于检测到来自霍尔效应传感器的故障，电机控制器可被配置为基于来自霍尔效应传感器的输出而停止调整无刷DC电机的转速，并且可被配置为通过确定用于具有不同相位的定子线圈的预定极性而以预定转速运行电机。反电动势检测器可被配置为检测线圈的相位中的未激励相位的反电动势，并且电机控制器可被配置为使用被检测反电动势的线圈与其他线圈之间的预定相位差来估计其他线圈的反电动势并且可被配置为基于由反电动势检测器检测的反电动势以及估计的反电动势来运行电机。
根据用于控制电机的方法和系统，当由用于控制电机的霍尔效应传感器产生故障时，能够基于在电机的线圈中生成的反电动势来开关电机的控制，而不是停止电机。因此，能够在不会由于电子部件/设备的过热/温度增加而慢转的情况下，将车辆驾驶至修理厂。因此，能够降低当车辆由于霍尔效应传感器的故障而不能被驱动时导致的驾驶员的不便利，并且能够避免拖车的额外成本。
附图说明
当结合附图时，通过以下详细描述，将更清晰地理解本发明的以上和其他目标、特征和其他优点，在附图中：
图1是示出根据本发明的示例性实施方式的用于控制电机的系统的框图；以及
图2是示出根据本发明的示例性实施方式的控制电机的方法的流程图。
具体实施方式
应理解，本文使用的术语“车辆”或“车辆的”或其他类似术语包括广义的机动车辆，诸如包括运动型多用途车辆(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆的载客车辆；包括各种小船、海船的船只；航天器等；并且包括混合动力车辆、电动车辆、燃油车、插入式混合电动车辆、氢动力车辆和其他替代燃料车辆(例如，燃料来源于非汽油能源)。
尽管示例性实施方式描述为使用多个单元来执行示例性过程，然而，应理解的是，还可通过一个或多个模块来执行示例性过程。此外，应理解的是，术语控制器/控制单元是指包括存储器和处理器的硬件设备。存储器被配置为存储模块，并且处理器特别地被配置为执行所述模块，以实现在下文进一步描述的一个或多个过程。
进一步地，本发明的控制逻辑可实施为计算机可读介质上的包含由处理器、控制器/控制单元等执行的可执行程序指令非暂存性计算机可读介质。计算机可读介质的实例包括但不限于ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪存驱动器、智能卡以及光学数据存储设备。计算机可读记录介质也可分布在网络耦接的计算机系统中，从而例如通过远程信息处理服务器或控制器局域网(CAN)以分布式方式存储和执行该计算机可读介质。
本文使用的术语仅是用于描述具体实施方式的目的，而非旨在限制本发明。除非上下文另有明确指示，否则，如本文所用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”旨在也包括复数形式。应进一步理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包含”和/或“含有”规定了阐述的特征、整数、步骤、运行、元件和/或组件的存在，但并不排除存在或附加有一个或多个其他特征、整数、步骤、运行、元件、组件和/或它们的组合。如本文使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项的任何和所有组合。
在下文中，将参考附图描述根据本发明的各种示例性实施方式的用于控制电机的方法和系统。
图1是示出根据本发明的示例性实施方式的用于控制电机的系统的框图。参考图1，根据本发明的示例性实施方式的用于控制电机的系统可包括无刷DC电机100、逆变器11、多个霍尔效应传感器13以及反电动势检测器(未示出)。该系统的各种元件可由具有处理器和存储器的控制器(例如，车辆控制器)运行。
无刷DC电机100(用于汽车电动水泵的电机)可由具有多个相位的电流运行。例如，3相无刷DC电机100可由U相、V相和W相的电流运行。逆变器11可被配置为接收DC电力，并且随后使用开关设备将该DC电力转换和输出为具有多个相位的交流电(AC)电流。从逆变器11输出的具有多个相位的电流可输入作为运行电机100的电流。逆变器11可被配置为通过向电机中的用于相位的定子线圈周期性地提供具有不同相位的电流来重复地生成在定子线圈之间具有相反极性的磁力而旋转电机100中的转子。
例如，三相电机可被配置为通过向线圈提供具有120度的相位差的电流来周期性地改变线圈的极性而通过U相线圈、V相线圈和W相线圈在相反方向上生成磁力，而生成用于定子的扭矩。通过逆变器11的开关是本领域众所周知的，并且因此已省略其详细说明。此外，被配置为检测无刷DC电机100的转子的位置的霍尔效应传感器13可以以规则间隔围绕电机的转子布置并且可被配置为检测转子的位置。换言之，霍尔效应传感器13可被配置为通过使用由于转子的旋转而产生的磁场的改变而生成的霍尔电压来检测转子的位置。使用霍尔效应传感器13检测电机的转子的方法也是本领域众所周知的，并且因此已省略其详细说明。
此外，反电动势检测器(未示出)可被配置为检测多个相位的线圈中的任一个的反电动势。当运行电机100时，可通过电流不通过其流动的线圈(即，在电机100中的具有相位的定子线圈中不被激励的线圈)生成反电动势。反电动势检测器可被配置为检测反电动势。此外，反电动势检测器可布置在所有相位线圈上以检测相位线圈的反电动势。在本发明的示例性实施方式中，反电动势检测器可被提供用于至附近修理厂的相对短的驾驶(即，当由霍尔效应传感器产生故障时的跛行模式功能)，并且因此，反电动势检测器可布置在一个相位线圈上，并且可基于相位的数量，考虑预先设置的相位差来估计其他相位线圈的反电动势力。用于该估计的计算可由电机控制器15执行。
当霍尔效应传感器13正常运行(例如，没有故障)时，电机控制器15可被配置为根据由霍尔效应传感器13检测的电机100中的转子的位置信息来调整电机的转速。例如，电机控制器15可被配置为基于转子的位置信息来计算当前电机转速，比较当前电机转速与来自外部的指示电机转速，并且确定逆变器11的开关设备的开关转速以便调整电机转速以对应于指示的电机转速。由电机控制器15确定的开关转速可提供至PEM开关单元17，并且PEM开关单元17然后可被配置为输出基于输入开关转速的用于开关逆变器11中的开关设备的信号。PWM开关单元17可以是常见PWM驱动器。
此外，电机控制器15可被配置为检测是否由霍尔效应传感器13产生输出故障。当电机控制器15未检测到霍尔效应传感器13的故障(例如，传感器无故障地运行时)，电机控制器15可被配置为基于来自霍尔效应传感器13的输出来运行电机100。当电机控制器15检测到来自霍尔效应传感器13的故障时，电机控制器15可被配置为终止基于霍尔效应传感器对电机100的转速的调整并且基于由反电动势检测器检测的反电动势来调整电机100的转速。从以下将描述的根据本发明的示例性实施方式的控制电机的方法，将更清晰地理解使用电机控制器15来控制电机的方法。
图2是示出根据本发明的示例性实施方式的控制电机的方法的流程图。参考图2，根据本发明的示例性实施方式的控制电机的方法可包括：由控制器确定被配置为检测电机100的转子的位置的霍尔效应传感器13的输出故障(S11和S13)；由控制器响应于检测到霍尔效应传感器13的输出故障，停止基于霍尔效应传感器13的输出来调整电机的转速(S15和S17)；以及由控制器基于由电机100中的具有不同相位的多个定子线圈生成的反电动势来调整电机100的转速(S19、S21和S23)。
根据本发明的示例性实施方式的控制电机的方法的步骤可由以上描述的用于控制电机的系统的电机控制器15来执行。
首先，电机控制器15可被配置为执行故障检测过程(S11和S13)，在该故障检测过程中，以规则间隔接收来自霍尔效应传感器13的输出并且基于该输出检测来自霍尔效应传感器的故障。通常，在以规则间隔布置在包括具有多个相位的线圈的电机中的多个霍尔效应传感器13中，至少一个或多个霍尔效应传感器可示出高状态并且至少一个或多个霍尔效应传感器可示出低状态。因此，当多个霍尔效应传感器13全部处于高状态或低状态时，可检测到来自霍尔效应传感器13的故障。然而，由于电机100的运行环境所造成的噪声，所有霍尔效应传感器13可临时处于高状态或低状态，并且因此，在本发明的示例性实施方式中，当来自霍尔效应传感器13的所有输出连续处于高状态或低状态超过预定次数N时，可检测到来自霍尔效应传感器13的故障(S13)。即，可通过监控霍尔效应传感器13的高状态和低状态达预定时间段，来防止不正确的故障检测。
如上所述，响应于确定在霍尔效应传感器13中不存在故障，可执行基于来自霍尔效应传感器13的输出的电机控制(S24)。响应于检测到来自霍尔效应传感器13的故障，电机控制器15可被配置为终止基于来自霍尔效应传感器13的输出对电机转速的调整。在终止基于来自霍尔效应传感器13的输出而调整转速时，电机控制器15可被配置为向被配置为运行车辆以记录故障代码的另一控制器(例如，总体控制器/车辆控制器)发送故障代码，并且总体控制器可被配置为在车辆内的仪表板等上开启警报灯以便向驾驶员提供关于来自霍尔效应传感器的故障的通知。
此外，在S17中，电机发电机5可被配置为通过向电机100中的具有不同相位的多个定子线圈提供预定极性而以预定转速运行电机100。在S17中执行的控制是一类开环控制，在该开环控制中，电机控制器15可被配置为确定逆变器11的开关转速以使得电机具有对应于预定转速的预定极性的线圈，并且向PWM开关单元17发送开关转速。电机100的预定转速可以是适于使用反电动势的电机控制(将随后执行)的电机转速。
此外，电机控制器15可被配置为对电机100执行无传感器控制，该无传感器控制可包括：检测电机中的多个线圈的相位中的任一个相位的反电动势(S19)；使用在反电动势检测中检测的反电动势来估计其他相位的反电动势(S21)；以及基于在反电动势检测(S19)和反电动势估计(S21)中获得的反电动势来运行电机。反电动势的检测(S19)可通过反电动势检测器执行，该反电动势检测器被配置为检测电机100中的多个线圈中的未被激励的线圈的相位的反电动势，但是在图中未示出该反电动势检测器。
在估计反电动势时(S21)，能够使用由反电动势检测器(未示出)检测反电动势的线圈与其他线圈之间的相位差来估计其他线圈的反电动势。例如，当反电动势检测器(未示出)布置在3相线圈的W相线圈上并且检测W相线圈的反电动势时，电机控制器15可被配置为通过向W相线圈的反电动势波形加120度的相位差来检测V相线圈的反电动势波形。此外，电机控制器15可被配置为通过从W相线圈的反电动势波形减去120度的相位差来检测U相线圈的反电动势波形。
最后，电机控制器15可被配置为基于在反电动势的检测(S19)以及反电动势的估计(S21)中获得的相位的反电动势来运行电机100(S23)。在步骤S23中执行的转速控制是闭环控制，在闭环控制中，例如，可使用检测反电动势的在反电动势的每个交叉处进行的零交叉点以及电机100的多个线圈的公用点的零相位并且运行逆变器11使得电流流动至电机100的控制方法。
如上所述，根据本发明的示例性实施方式，当由用于控制电机的霍尔效应传感器产生故障时，能够基于在电机的线圈中生成的反电动势通过电机的开关控制来连续运行电机而不是停止电机。具体地，当根据本发明的示例性实施方式应用至汽车电动水泵时，甚至由水泵电机中的霍尔效应传感器产生故障，也不需要停止车辆并且在存在由于车辆内的电子部件的过热/温度增加而慢转的情况下，驾驶员可继续将车辆驾驶至修理厂。
具体地，根据本发明的示例性实施方式的方法不检测和调整将应用至相对短距离驾驶的电机中的具有不同相位的所有线圈的反电动势来用于移除霍尔效应传感器的故障，而是只计算一个相位线圈的反电动势并且估计其他相位线圈的反电动势，以便由此最大抑制制造成本的提高，并且提高驾驶员的安全性和便利性。
尽管参考附图中示出的示例性实施方式描述了本发明，但对本领域技术人员显而易见的是，在不背离在以下权利要求中所描述的本发明的范围的情况下，可以以各种方式改变和修改本发明。

Claims (10)

1.一种控制电机的方法，包括以下步骤：
由控制器检测霍尔效应传感器的输出故障，其中，所述霍尔效应传感器被配置为检测电机的转子的位置；
响应于检测到所述霍尔效应传感器的所述输出故障，由所述控制器停止基于所述霍尔效应传感器的输出对所述电机的转速的调整；
以及
由所述控制器基于所述电机中的具有不同相位的多个定子线圈生成的反电动势来调整所述电机的转速。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，当所述霍尔效应传感器的所述输出对于所述电机的所有相位相同时，检测到所述霍尔效应传感器的所述输出故障。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，当来自所述霍尔效应传感器的所述输出连续相同超过预定次数时，检测到所述霍尔效应传感器的所述输出故障。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，通过向具有不同相位的多个定子线圈提供预定极性，以预定转速运行所述电机。
5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：
由所述控制器检测所述电机中的多个定子线圈的相位中的任一个相位的反电动势；
由所述控制器使用所检测的反电动势估计其他相位的反电动势；
以及
由所述控制器基于所检测的反电动势以及所估计的反电动势来运行所述电机。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，反电动势的所述检测包括：检测所述定子线圈的相位中的未激励相位的反电动势。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，反电动势的所述估计包括：使用反电动势被检测的定子线圈与其他定子线圈之间的相位差来估计其他定子线圈的反电动势。
8.一种用于控制电机的系统，包括：
无刷直流(DC)电机，包括具有不同相位的多个定子线圈；
逆变器，被配置为向所述无刷直流电机的定子线圈提供具有不同相位的电流；
多个霍尔效应传感器，被配置为检测所述无刷直流电机的转子的位置；
反电动势检测器，被配置为检测具有不同相位的所述定子线圈中的至少一个定子线圈的反电动势；以及
电机控制器，被配置为响应于确定未出现所述霍尔效应传感器的输出故障时，基于来自所述霍尔效应传感器的输出来调整所述无刷直流电机的转速，响应于检测到来自所述霍尔效应传感器的所述输出故障，停止基于来自所述霍尔效应传感器的所述输出对所述无刷直流电机的转速的调整，以及基于由所述反电动势检测器检测的反电动势来调整所述无刷直流电机的转速。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，响应于检测到来自所述霍尔效应传感器的所述输出故障，所述电机控制器被配置为停止基于来自所述霍尔效应传感器的输出对所述无刷直流电机的转速进行调整，
并且所述电机控制器被配置为通过向具有不同相位的定子线圈提供预定极性从而以预定转速运行所述电机。
10.根据权利要求8所述的系统，其中，所述反电动势检测器被配置为检测所述定子线圈的相位中的未激励相位的反电动势，并且所述电机控制器被配置为使用反电动势被检测的定子线圈与其他定子线圈之间的预定相位差来估计其他线圈的反电动势，并且所述电机控制器被配置为基于由所述反电动势检测器所检测的反电动势以及所估计的反电动势来运行所述电机。
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