CN107743575A - 用于识别分解器‑激励线路向大地或者至运行电压的短路的方法和电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于识别分解器‑激励线路（11、12）的短路（10）的方法，所述方法具有步骤：在每个激励周期期间的大量时间点测量（31）用于所述分解器（16）的激励电压（U（ti））；获取（32）所述激励电压的振幅；如果所述激励电压的振幅没有达到第一阈值，则利用下述步骤（34至37）开始诊断模式（33）；在所述大量的时间点查询（34）所述第一和第二激励线路（H；11）相对于大地的、时间相关的电压变化过程UH（ti）；计算（35）所述时间相关的电压变化过程的振幅和偏移值；通过确定所计算出的振幅没有超过第二临界值，鉴别（36）具有短路的激励线路；通过将所述偏移值与第三临界值进行比较，鉴别（37）能够施加在遭受短路的线路（H或者L）上的电势。

Description

用于识别分解器-激励线路向大地或者至运行电压的短路的 方法和电路
技术领域
本发明涉及一种用于识别分解器-激励线路向大地或者至运行电压的短路的方法和电路，并且本发明也包括用于实现该方法的电路。
背景技术
分解器用于获取旋转对象、例如马达的驱动轴的角度位置。在背景技术中，存在多种分解器类型。在此原则上借助于至少一个线圈产生变化的磁场，并且借助于至少另一个线圈探测这个场，其中，在所述线圈之间的耦接的强度取决于待测量的位置或者角度位置而变化。就“变磁阻式分解器”（VR-Resolver）而言，例如仅使用一个激励线圈，并且存在两个测量线圈，所述测量线圈产生位置相关的信号。德国专利申请DE 10 2011 078 583 A1例如公开了车辆中的分解器-传感器信号的分析。分解器为此接收转子的旋转运动，并且处理器元件处理所述分解器的正弦形的或者余弦形的输出信号。
本发明由这种分解器出发，其中所述激励信号是正弦形的并且典型地具有10kHz的频率。所述两个测量线圈通常相互正交地定位，并且被称为正弦线圈和余弦线圈。利用所述两个测量信号能够清楚地确定所述测量对象的角度。
用于所述激励线圈的激励信号例如能够通过两个推挽输出级来提供，每个用于所述激励线圈的两个接头。所述两个输出级的输出信号于是以180°相互相位偏移，并且对于所述激励线圈起作用的激励信号是在所述两个输出级的输出端之间的差电压。
但是也存在下述可能性，激励线圈仅通过一个输出级来运行。所述激励线圈的第二接头于是直接地或者通过电容器置于固定的电势、例如地电势上。
在所述接收器线圈处存在交流电压信号，该交流电压信号具有与激励信号相同的频率，该交流电压信号的频率然而对应于所述转子位置进行调制，其中在所述余弦线圈处的信号以相对于在所述正弦线圈处的信号以90°相位偏移。
分解器经常用于永久激励同步电机（PSM）和电激励同步电机（ESM）的调节，所述电机例如作为用于混合动力车辆和电动车辆的驱动器使用。对于这种调节，知道当前的转子角度位置是必要的。对于调节异步电机（ASM）而言，知道驱动器的当前频率是必要的。
由于其稳健性，优选在机动车中为了这些目的使用分解器，即使存在替代的传感器、例如数字的角度传感器或者基于涡流效应的传感器。
在汽车领域中的传感器必须为了满足功能安全性和法律规定的要求而进行诊断。就分解器、例如当前申请的对象而言，可能的、待诊断的故障是分解器-激励线路向大地或者至运行电压的短路。在此，接下来短路仅理解为所述分解器-激励线路的接头中的一个接头与大地或者与运行电压的、不期望的电连接，其中，所述诊断也应当确定，与这些电势中的哪个存在不期望的连接。
在背景技术中，这样的故障由此进行诊断：两个接收信号（正弦和余弦）不再存在。然而这种诊断是不够的，因为正弦信号和余弦信号的消失也能够具有其他的原因、例如激励线路开路。这个故障能够由于在所述信号线路处的裸露的信号而不进一步被界定。
发明内容
本发明涉及用于识别分解器-激励线路的短路的方法，所述方法包括：首先在每个激励周期期间的大量时间点持续测量用于所述分解器的激励电压。由这个信号变化过程获取所述激励电压的振幅，并且如果所述振幅没有达到或者尤其低于第一阈值，则开始诊断模式。在诊断模式中，所述两个激励线路单独相对于大地的电压变化过程在一个或者多个激励周期的多个时间点进行测量，并且由这个电压变化过程确定两个信号的振幅和偏移值。如果所述振幅中之一没有超过第二阈值或者所述振幅之一低于第二阈值，则所配属的激励线路被鉴别为遭受短路。对于施加在所述遭受短路的线路上的电势的鉴别通过将配属的偏移值与第三临界值进行比较来进行。
本发明的另一方面在于实现这个方法的电路。所述电路由待研究的电路出发，该电路包括具有处理器、功率级的控制设备和用于提供用于所述激励线路的信号的第一接头，以及两个AD-转换器，所述AD-转换器与所述控制设备的用于所述信号线路的第二接头连接，并且其输出端能够由所述处理器的软件进行读取和分析。
此外，待诊断的激励线路属于所述电路，该激励线路通往所述分解器的激励线圈，并且用于所述正弦信号和余弦信号的信号线路属于所述电路，该信号线路将所述分解器与所述控制设备耦接。对于所述诊断来说，所述电路包括第三AD-转换器、第四AD-转换器和第五AD-转换器，所述第三AD-转换器的输入端与用于所述激励线路的第一接头连接，所述第四AD-转换器的第一输入端与用于所述激励线路的第一接头中的一个第一接头连接并且其第二输入端与大地连接，所述第五AD-转换器的第一输入端与用于所述激励线路的第一接头中的另外的第一接头连接并且其第二输入端与大地连接。此外，所述电路包括用于显示和/或存储由所述处理器鉴别出的信息的显示和/或存储装置，在该信息中包括所述分解器的激励线路的短路的肯定识别和遭受短路的线路的标识以及能够施加在这个线路上的电势的标识。替代第四和第五AD-转换器能够设置两个电子开关，所述电子开关插入进用于所述激励线路的接头与所述第三-AD转换器的输入端的连接中，并且将所述AD-转换器的相应的输入端与所述激励线路进行分离并且暂时与大地连接。
发明优点
本发明的优点在于，待诊断的故障能够准确地与其他故障相区分（准确定位-诊断：PinPointing-Diagnose）。所述诊断也是非常快速的，因为在激励信号的、几个具有典型的0.1ms的持续时间的周期之后，出现可靠的故障诊断，并且必要时能够采取合适的措施。因此尤其是对于在汽车领域内的传感器在功能安全性方面的要求以及在OBD-法律规定（OBD=On Board Diagnose：车载诊断）方面的要求得到满足。
此外有利的是，根据本发明的方法能够以分解器操控的通常硬件的最小化的补充来实现。
附图说明
图1示出根据本发明的实施例的电路；
图2象征性地阐述了用于实施根据本发明的实施例的方法的方法步骤；并且
图3示出了在出现故障情况时在所述分解器的激励线路上的电势在时间上的变化过程中的细节。
具体实施方式
用于所述分解器15的控制设备1在图1中央，该控制设备能够集成到用于车辆的控制装置中（在此没有示出）。所述控制设备具有处理器2（或者使用该处理器），该处理器监视所有待控制的分解器功能的正确进行，并且必要时也显示故障功能。
所述控制设备1尤其是控制所述功率级3和4，所述功率级用于为所述分解器15的激励线圈16在所述第一接头5和6处提供正弦形激励信号。在所述第二接头7和8处，所述正弦线圈17和余弦线圈18的信号到达控制设备1，所述信号代表所述测量对象（例如所述马达的轴）的瞬时角度位置，并且所述信号能够在所述AD-转换器21和22中转换之后作为数字的信号根据软件地进一步处理。
所述分解器-激励线路11和12是由所述控制设备1的第一接头5和6至所述分解器15、即至其激励线圈16的连接部。这些线路用于在短路方面、就是说向大地或者至运行电压UB的不期望的连接的短路方面进行监视，这在图1中利用潜在的、以点示出的连接部10表明。由分解器15的正弦线圈17和余弦线圈18出发，所述信号线路13和14到达所述控制设备1的第二接头7和8。
对于根据本发明的诊断的第一步骤、即激励电压的测量（在图2中的步骤31），设置了第三AD-转换器23，其输入端与用于所述激励线路11和12的第一接头5和6连接。通过这个AD-转换器21，在每个激励周期期间的大量时间点ti进行用于所述分解器16的激励电压U（ti）的持续测量。由这些数据出发，所述处理器2为了所述诊断获取所述激励电压的振幅UM（在图2中的步骤32）。这例如能够发生，其方式为：对于每个激励周期寻找所述激励电压U（ti）的测量值的最大值U最大和最小值U最小，并且通过这个值的半差（U最大-U最小）/2来构造所述振幅UM。
如图3阐述的那样，所述电压U（ti）的信号振幅在待诊断的短路时中断（图3右侧），因为仅仅仍有一个或者甚至没有功率级3和4能够对信号振幅作出贡献。因此，当激励电压的振幅UM没有达到第一阈值CS1时，能够开始诊断模式33。
对于诊断模式33而言，分析了各个激励线路11和12相对于大地的电压变化过程，其中接下来对于所述线路11也使用标记H（或者高）并且对于线路12使用标记L（或者低）。为此所述激励线路11能够与第四AD-转换器24的两个输入端之一连接，而其另外的输入端施加以地电势，并且所述另外的激励线路12与第五AD-转换器25的两个输入端之一连接，并且其另外的输入端也施加以地电势。所述第三、第四和第五AD-转换器23、24和25集成到控制设备1中。这种实施方式在图1中示出。
替代AD-转换器24和25能够设置两个电子开关（没有在图1中示出），所述电子开关插入进用于所述激励线路11、12的接头5和6与所述第三AD-转换器23的输入端的连接中，其中如此设置所述开关，使得所述开关分别将所述AD-转换器23的一个输入端与激励线路5或者6进行分离，并且将这个输入端暂时与大地连接。
在诊断模式33中，在一个或者多个激励周期的测量时间期间的大量的时间点ti，通过所述处理器2查询在所述第一激励线路（H；11）的接头5处相对于大地的电压值UH（ti）和在所述第二激励线路（L；12）的接头6处相对于大地的电压值UL（ti）（步骤34），更确切的说通过所述第四和第五AD-转换器24和25，或者但是替代地通过第三AD-转换器23，在测量时间期间在所述第三AD-转换器23的相应另外的输入端处的相应附加的开关暂时转置至大地之后。
利用如此检测到的信号UH（ti）和UL（ti）通过所述处理器2进行所述振幅UHA和ULA以及偏移值UHO和ULO的计算35，对此存在不同的可能性。其中之一是寻找所述信号UH（ti）和UL（ti）的
最大值：
max（UH（ti））和max（UL（ti））
和最小值：
min（UH（ti））和min（UL（ti））
并且然后根据下述公式计算所述振幅和偏移值：
；
；
；以及
。
具有短路的线路（H或者L）的鉴别36通过确定所述振幅UHA和ULA没有超过第二临界值来进行，因为如果这个线路被施加以固定的电势，则因此不能够构造出振荡的信号并且因此不能够构造出振幅。偏移值、也就是在故障情况下在第四或者第五AD-转换器处确定的电压示出了所述短路利用何种电势进行，其方式为：将偏移值UHO或者ULO与用于地电势的阈值CSCG并且与用于运行电压电势的阈值CSGB进行比较，根据公式：
UHO<CSCG（在线路H上的地电势）；
UHO>CSGB （在线路H上的运行电压电势）；
ULO<CSCG （在线路L上的地电势）；以及
ULO>CSGB（在线路L上的运行电压电势）。
在确定存在这四种情况中的哪种的基础上，能够进行必要的措施；尤其所述故障的确定利用显示和/或存储装置9进行显示和/或存储。所述显示和/或存储装置9通常用于信息的显示和存储，所述信息由处理器2获取。短路的肯定识别和遭受短路的线路11或者12的标识以及施加在这个线路上的电势（大地或者UB）的标识包括在这个显示中。在此所述遭受短路的线路能够例如利用其颜色或者参考数字进行标注。

Claims (8)

1.用于识别分解器-激励线路（11、12）的短路（10）的方法，所述方法具有步骤：
在每个激励周期期间的大量时间点测量（31）用于所述分解器（16）的激励电压（U（ti））；
获取（32）所述激励电压的振幅；
如果所述激励电压的振幅没有达到第一阈值，则利用下述步骤（34至37）开始诊断模式（33）；
在所述大量的时间点查询（34）第一和第二激励线路（H；11）相对于大地的、时间相关的电压变化过程UH（ti）；
计算（35）所述时间相关的电压变化过程的振幅和偏移值；
通过确定所计算出的振幅没有超过第二临界值，鉴别（36）具有短路的激励线路；
通过将所述偏移值与第三临界值进行比较，鉴别（37）能够施加在遭受短路的线路（H或者L）上的电势。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，进行所述测量（31），其方式为：用于所述激励线路的两个接头（5、6）引导到AD-转换器（23）的两个输入端上。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，进行所述激励电压的振幅的获取（32），其方式为：对于每个激励周期获取所述激励电压的测量值的最大值和最小值，并且所述振幅通过所获取的最大值和最小值的半差来构成。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述第一激励线路相对于大地的电压变化过程UH（ti）的查询（34）借此来进行：AD-转换器（23；24）的第一输入端与用于所述激励线路（11）的第一接头（5）连接，并且其第二输入端至少在测量时间期间施加以地电势，
并且其中，所述第二激励线路相对于大地的电压变化过程的测量借此来进行：AD-转换器（23；25）的第一输入端至少在测量时间期间施加以地电势，并且其第二输入端与用于所述激励线路的第二接头（6）连接。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，对所述时间相关的电压变化过程的振幅和偏移值进行计算（35），其方式为：获取所述时间相关的电压变化过程的最大值和最小值，通过所述时间相关的电压变化过程的、所获取的最大值和最小值的差来计算振幅，并且通过所述时间相关的电压变化过程的、所获取的最大值和最小值的和来计算所述偏移值。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，进行施加在遭受短路的线路上的电势的鉴别（36），其方式为：将所述偏移值与用于地电势的阈值并且与用于运行电压电势的阈值进行比较。
7.用于识别分解器（16）的激励线路（11、12）的短路（10）的电路，所述电路具有：
控制设备（1），所述控制设备具有处理器（2）、功率级（3、4）、第一接头和第二接头（7、8），所述第一接头用于提供用于激励线路（11、12）的信号，所述激励线路通往所述分解器（15）的激励线圈（16），所述第二接头用于连接用于正弦线圈和余弦线圈（17、18）的信号的信号线路（13、14）；以及两个AD-转换器（21、22），所述AD-转换器与所述控制设备（1）的第二接头（7、8）连接，并且所述AD-转换器的输出端能够由处理器（2）进行读取和分析；
待诊断的激励线路（11、12），所述激励线路将第一接头（5、6）与所述分解器（15）的激励线圈（16）耦接；
用于由所述分解器（15）提供的正弦信号和余弦信号的信号线路（13、14），所述信号线路将所述分解器与所述控制设备（1）的第二接头（7、8）耦接；
第三AD-转换器（23），其输入端与用于所述激励线路（11、12）的第一接头（5、6）连接；
或者：
第四和第五AD-转换器（24、25），其中一个输入端分别与大地连接，并且另一输入端与用于所述激励线路（11、12）的第一接头（5、6）中的一个第一接头连接；
或者：
两个电子开关，所述电子开关插入进用于所述激励线路（11、12）的接头（5、6）与所述第三AD-转换器（23）的输入端的连接中，其中如此设置所述开关，使得所述开关分别将所述AD-转换器（23）的一个输入端与所述激励线路（11、12）进行分离，并且将这个输入端暂时与大地连接；
以及
用于显示和/或存储由处理器（2）鉴别的信息的显示和/或存储装置（9），在所述信息中包括分解器（16）的激励线圈（17；18）的短路的肯定识别，并且包括遭受短路的线路（11、12）的标识以及能够施加在这个线路上的电势的标识。
8.根据权利要求7所述的电路，其中，所述第三、第四和第五AD-转换器（23、24、25）或者第三AD-转换器（23）和所述两个电子开关集成到所述控制设备（1）中。
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