CN107144701B - 混合动力电机速度合理性的校验方法及其功能开发方法 - Google Patents

混合动力电机速度合理性的校验方法及其功能开发方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种混合动力电机速度合理性的校验方法及其功能开发方法，混合动力电机速度合理性的校验方法，在混合动力电机正常运行时，通过旋转变压器采集并计算电机的转速；通过电流频率法计算电机的转速；比较上述得到的两个转速，当两个转速偏差大于设定的阈值时，说明电机工作于异常状态，有电机或旋转变压器故障，并将故障上报。本发明一方面提出一种新的算法来检测电机的速度，该算法检测出的速度与旋转变压器测量的速度进行校验，可以保证速度的准确性，同时可以检测出硬件是否有异常。另一方面，本发明的开发与测试阶段主要在HIL台架上进行，HIL台架可以通过算法模拟电机控制，该虚拟的电机控制平台可以避免发生人身安全相关的事故。

Description

混合动力电机速度合理性的校验方法及其功能开发方法
技术领域
本发明属于混合动力技术领域，特别涉及一种混合动力电机速度合理性的校验方法及其功能开发方法。
背景技术
混合动力电机为了满足功能安全的需求，需要对电机的速度进行冗余测量，保证检测到的速度的准确性与合理性。同时，对电机速度的校验涉及到安全问题。当前对于新能源汽车上电机的速度检测基本上都是采用旋转变压器的方案，一般无冗余的检测速度的方案。
现有的基于旋转变压器测量速度的方案需要软硬件的支持，成本高，不适合在混合动力电机上采用两套旋转变压器来满足功能安全对速度冗余的要求。混合动力电机一般工作于高压大功率工况，传统的测量与校验的方法会一定程度的危及人身安全，这给项目开发带来了一定的难度。
发明内容
本发明目的是：提供一种混合动力电机速度合理性的校验方法及其功能开发方法。
本发明的技术方案是：
一种基于HIL的混合动力电机速度合理性校验功能的方法，所述校验方法包括：
S1、在混合动力电机正常运行时，通过旋转变压器采集并计算电机的转速；
S2、通过电流频率法计算电机的转速；
S3、比较步骤S1和S2计算得到的两个转速，当两个转速偏差大于设定的阈值时，说明电机工作于异常状态，有电机或旋转变压器故障，并将故障上报。
优选的，步骤S2所述通过电流频率法计算电机的转速的方法为：
S2-1、通过电流传感器实时采集电机的三相电流并传送到处理器；
S2-2、处理器通过电流的符号判断其是否过零点，当电流过零点时，计算当前过零点与上次过零点的时间间隔，从而得到相电流的频率，进而得到电机的转速；
S2-3、在一个电周期内通过三相电流分别计算转速；
S2-4、对计算的转速数据进行滑动平均滤波处理，得到平均转速，作为步骤S2得到的转速。
优选的，所述电流传感器采集的三相电流传送到处理器前，先对电流信号进行滤波处理。
优选的，当混合动力电机运行在输出功率较小的工况下时，步骤S2所述计算电机的转速的方法，采用计算电机反电动势频率的方法来减小转速计算误差。
基于HIL的混合动力电机速度合理性校验功能的开发方法，所述开发方法使用HIL硬件在环测试台架通过算法模拟电机与控制器，并通过硬件在环测试台架的故障注入功能，全方位的测量速度合理性校验功能。
基于HIL的混合动力电机速度合理性校验功能的开发系统，包括：
信号采集模块，包括旋转变压器和电流传感器，分别采集混合动力电机的旋转感应电压和三相电流信号；
速度计算模块，通过旋转感应电压和三相电流信号分别计算两个电机转速数据；
合理性校验模块，对速度计算模块计算的两个转速数据进行对比校验；
故障判定与处理模块，根据校验结果判断电机工作状态，并将故障上报HIL台架测试模块；
HIL台架测试模块，通过HIL台架的故障注入功能，全方位的测量速度合理性校验功能。
本发明的优点是：
1、本发明提出采用电流的频率检测速度，算法简单，易于在通用处理器上实现；
2、本发明的电流频率法由软件实现，无体积与重量，成本低、可靠性好；
3、本发明通过旋转变压器与电流频率法对速度进行冗余测量，两种方法完全独立，可满足功能安全的需求；
4、本发明通过速度合理性校验，可以检测出硬件故障；
5、本发明在HIL台架上对方案进行开发、测试与验证，效率高，无安全风险。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1为实施例中根据电流频率检测速度的流程图；
图2为实施例中速度合理性校验的流程图；
图3为实施例中开发系统的结构图。
具体实施方式
混合动力上的永磁同步电机需要三相对称电流进行驱动，三相电流的频率决定的电机的转速。本发明基于这一原理，通过实时检测永磁同步电机三相定子电流的频率来计算电机的转速。
根据电流频率检测速度的流程如图1所示。电机的三相电流通过电流传感器实时采集并传送到处理器，由于采集到的电流信号含有噪声，对检测的精度有影响，因此需要对电流信号进行滤波处理。处理器通过电流的符号判断其是否过零点，当电流过零点时，计算当前过零点与上次过零点的时间间隔，从而得到相电流的频率。由于永磁同步电机采用三相电流供电，在一个电周期内可以对U、V、W三相电流分别计算速度，为了减小一些噪声对计算结果的影响，需要对计算的数据进行滑动平均滤波处理，得到平均速度。
本发明的最终目的是进行速度合理性校验，其流程如图2所示。在电机正常运行时，旋转变压器工作，从旋转变压器计算电机的旋转速度W1。另外，再通过本发明提出的电流频率法计算电机的转速W2。这样就可以通过两个独立的方法得到电机的转速。当这两种方法得到的速度偏差D大于设定的阈值时，说明电机工作于异常状态，有硬件如电机或旋转变压器故障，处理器将上报故障。该速度冗余方案可以满足功能安全对速度合理性校验的要求。
混合动力电机的工作电压高、电流大，在开发速度合理性校验算法时，在电机上进行开发与测试的成本高、安全性差。HIL硬件在环测试台架通过算法模拟电机与控制器，涉及到高压大电流的逆变器与电机完全由软件实现，基本上不存在安全风险，同时可以最大程度的模型实际混合动力电机与控制器。本方案的算法设计与验证都在HIL台架上完成，并通过HIL台架的故障注入功能，全方位的测量速度合理性校验功能，以保证本方案的安全性与可靠性。
总体而言，本方案主要由如图3所示的五个模块组成：信号采集模块、速度计算模块、合理性校验模块、故障判定与处理模块和HIL台架测试模块，其中：
信号采集模块，包括旋转变压器和电流传感器，分别采集混合动力电机的旋转感应电压和三相电流信号；
速度计算模块，通过旋转感应电压和三相电流信号分别计算两个电机转速数据；
合理性校验模块，对速度计算模块计算的两个转速数据进行对比校验；
故障判定与处理模块，根据校验结果判断电机工作状态，并将故障上报HIL台架测试模块；
HIL台架测试模块，通过HIL台架的故障注入功能，全方位的测量速度合理性校验功能。
本发明具体实施时，当混合动力电机运行在输出功率较小的工况下时，定子上的电流较小，采用电流频率法进行转速计算时有一定的误差。为了提高小功率时的转速计算精度，可以采用计算电机反电动势频率的方案来减小转速计算误差。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种混合动力电机速度合理性的校验方法，其特征在于，所述校验方法包括：
S1、在混合动力电机正常运行时，通过旋转变压器采集并计算电机的转速；
S2、通过电流频率法计算电机的转速；
S3、比较步骤S1和S2计算得到的两个转速，当两个转速偏差大于设定的阈值时，说明电机工作于异常状态，有电机或旋转变压器故障，并将故障上报；
步骤S2所述通过电流频率法计算电机的转速的方法为：
S2-1、通过电流传感器实时采集电机的三相电流并传送到处理器；
S2-2、处理器通过电流的符号判断其是否过零点，当电流过零点时，计算当前过零点与上次过零点的时间间隔，从而得到相电流的频率，进而得到电机的转速；
S2-3、在一个电周期内通过三相电流分别计算转速；
S2-4、对计算的转速数据进行滑动平均滤波处理，得到平均转速，作为步骤S2得到的转速。
2.根据权利要求1所述的混合动力电机速度合理性的校验方法，其特征在于，所述电流传感器采集的三相电流传送到处理器前，先对电流信号进行滤波处理。
3.根据权利要求1所述的混合动力电机速度合理性的校验方法，其特征在于，当混合动力电机运行在输出功率较小的工况下时，步骤S2所述计算电机的转速的方法，采用计算电机反电动势频率的方法来减小转速计算误差。
4.基于HIL的混合动力电机速度合理性校验功能的开发系统，其特征在于，包括：
信号采集模块，包括旋转变压器和电流传感器，分别采集混合动力电机的旋转感应电压和三相电流信号；
速度计算模块，通过旋转感应电压和三相电流信号分别计算两个电机转速数据；通过三相电流信号计算电机转速数据采用电流频率法，通过电流的符号判断其是否过零点，当电流过零点时，计算当前过零点与上次过零点的时间间隔，从而得到相电流的频率，进而得到电机的转速；在一个电周期内通过三相电流分别计算转速；对计算的转速数据进行滑动平均滤波处理，得到平均转速，作为通过三相电流信号计算得到的电机转速数据；
合理性校验模块，对速度计算模块计算的两个转速数据进行对比校验；
故障判定与处理模块，根据校验结果判断电机工作状态，并将故障上报；
HIL台架测试模块，通过HIL台架的故障注入功能，全方位的测量速度合理性校验功能。
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