CN108016297A - 电机驱动系统的故障处理方法、电机驱动系统及车辆 - Google Patents

电机驱动系统的故障处理方法、电机驱动系统及车辆 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种电机驱动系统的故障处理方法、电机驱动系统及车辆，该方法包括：根据电机驱动系统的故障码确定故障类型；根据故障类型确定故障等级，并进行故障指示，其中，故障等级至少包括一级故障至五级故障；当为二级故障或三级故障时，控制电机驱动系统进入限功率运行模式；当为四级故障或五级故障时，控制电机驱动系统进入安全模式。本发明的方法可以对电机驱动系统各种故障进行了合理的分级，并针对不同等级能够更为全面地对整车中出现的各种电机驱动系统故障进行恰当的处理，进而，保护了电机驱动系统及整车的安全，提升车辆的可靠性和安全性。

Description

电机驱动系统的故障处理方法、电机驱动系统及车辆
技术领域
本发明涉及汽车技术领域，特别涉及一种电机驱动系统的故障处理方法、电机驱动系统及车辆。
背景技术
电机驱动系统(包含驱动电机及电机控制器)为新能源汽车(如电动汽车)提供动力，作为新能源汽车的核心零部件，其安全性和可靠性至关重要。
相关技术中，为了使新能源汽车可靠、安全的运行，需实时检测电机驱动系统的故障状态及对故障进行处理。目前，新能源汽车的电机驱动系统故障等级分类过于简单，因此，不能全面地对整车中可能出现的各种电机驱动系统故障进行合理处理，进而影响车辆的安全性和可靠性。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种电机驱动系统的故障处理方法，该方法可以对电机驱动系统各种故障进行了合理的分级，并针对不同等级能够更为全面地对整车中出现的各种电机驱动系统故障进行恰当的处理，进而，保护了电机驱动系统及整车的安全，提升车辆的可靠性和安全性。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种电机驱动系统的故障处理方法，包括以下步骤：根据电机驱动系统的故障码确定故障类型；根据所述故障类型确定故障等级，并进行故障指示，其中，所述故障等级至少包括一级故障至五级故障；当为二级故障或三级故障时，控制所述电机驱动系统进入限功率运行模式；当为四级故障或五级故障时，控制所述电机驱动系统进入安全模式。
进一步的，还包括：当所述二级故障和三级故障恢复后，控制所述电机驱动系统转入正常运行模式；当所述四级故障和五级故障恢复且所述电机驱动系统重新上电后，控制所述电机驱动系统转入正常运行模式。
进一步的，所述二级故障和三级故障包括温度异常相关类故障、转速异常相关类故障、电压异常相关类故障和电流异常相关类故障，其中，当为二级故障或三级故障时，控制所述电机驱动系统进入限功率运行模式的步骤，包括：根据故障值的大小确定降功率系数，其中，所述故障值与标准值的差值越大，所述降功率系数越小，其中，所述降功率系数位于[0，1)之间；根据所述降功率系数和需求扭矩确定所述电机驱动系统的输出扭矩，并根据所述输出扭矩控制所述电机驱动系统限功率运行。
进一步的，所述安全模式包括主动短路模式和脉冲关断模式，其中，当为四级故障或五级故障时，控制所述电机驱动系统进入安全模式的步骤，包括：比较所述电机驱动系统的转速与预定转速；如果所述电机驱动系统的转速小于所述预定转速，则控制所述电机驱动系统进入所述脉冲关断模式，否则控制所述电机驱动系统进入所述主动短路模式。
进一步的，还包括：将所述故障等级上报给CAN网络。
相对于现有技术，本发明所述的电机驱动系统的故障处理方法具有以下优势：
本发明所述的电机驱动系统的故障处理方法，可以对电机驱动系统各种故障进行了合理的分级，并针对不同等级能够更为全面地对整车中出现的各种电机驱动系统故障进行恰当的处理，进而，保护了电机驱动系统及整车的安全，提升车辆的可靠性和安全性。
本发明的另一个目的在于提出一种电机驱动系统，该电机驱动系统可以对电机驱动系统各种故障进行了合理的分级，并针对不同等级能够更为全面地对整车中出现的各种电机驱动系统故障进行恰当的处理，进而，保护了电机驱动系统及整车的安全，提升车辆的可靠性和安全性。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种电机驱动系统，包括：故障类型确定模块，用于根据电机驱动系统的故障码确定故障类型；故障等级确定模块，用于根据所述故障类型确定故障等级，并进行故障指示，其中，所述故障等级至少包括一级故障至五级故障；控制模块，用于当故障为二级故障或三级故障时，控制所述电机驱动系统进入限功率运行模式，当故障为四级故障或五级故障时，控制所述电机驱动系统进入安全模式。
进一步的，所述控制模块还用于在所述二级故障和三级故障恢复后，控制所述电机驱动系统转入正常运行模式，在所述四级故障和五级故障恢复且所述电机驱动系统重新上电后，控制所述电机驱动系统转入正常运行模式。
进一步的，所述二级故障和三级故障包括温度异常相关类故障、转速异常相关类故障、电压异常相关类故障和电流异常相关类故障，其中，所述控制模块用于在故障为二级故障或三级故障时，根据故障值的大小确定降功率系数，并根据所述降功率系数和需求扭矩确定所述电机驱动系统的输出扭矩，以及根据所述输出扭矩控制所述电机驱动系统限功率运行，其中，所述故障值与标准值的差值越大，所述降功率系数越小，其中，所述降功率系数位于[0，1)之间。
进一步的，所述安全模式包括主动短路模式和脉冲关断模式，其中，所述控制模块用于在故障为四级故障或五级故障时，比较所述电机驱动系统的转速与预定转速，如果所述电机驱动系统的转速小于所述预定转速，则控制所述电机驱动系统进入所述脉冲关断模式，否则控制所述电机驱动系统进入所述主动短路模式。
所述的电机驱动系统与上述的电机驱动系统的故障处理方法相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
本发明的再一个目的在于提出一种车辆，该车辆可以对电机驱动系统各种故障进行了合理的分级，并针对不同等级能够更为全面地对整车中出现的各种电机驱动系统故障进行恰当的处理，进而，保护了电机驱动系统及整车的安全，提升车辆的可靠性和安全性。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种车辆，设置有如上述任意一个实施例所述的电机驱动系统。
所述的车辆与上述的电机驱动系统相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的电机驱动系统的故障处理方法的流程图；
图2为本发明一个实施例所述的电机驱动系统的故障处理方法中对二级故障或三级故障进行处理的流程图；以及
图3为本发明实施例所述的电机驱动系统的结构框图。
附图标记说明：
电机驱动系统300、故障类型确定模块310、故障等级确定模块320、控制模块330。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
图1是根据本发明一个实施例的电机驱动系统的故障处理方法的流程图。
如图1所示，根据本发明一个实施例的电机驱动系统的故障处理方法，包括如下步骤：
S101：根据电机驱动系统的故障码确定故障类型。对于如电动汽车或者混合动力汽车而言，电机驱动系统包括驱动电机和电机控制器。
具体地，电机驱动系统的故障指的是驱动电机及电机控制器的相关故障。驱动电机的故障包括但不限于电机温度及旋转变压器等相关故障；电机控制器的故障种类繁多，包含但不限于CAN通讯相关故障、硬件相关故障、驱动电源相关故障、传感器类相关故障、功能类相关故障(如扭矩故障)等。
电机控制器，简称MCU(Moter Control Unit)，负责检测及处理电机驱动系统的故障。首先对电机驱动系统具体的故障进行检测并编码，使每个故障对应着唯一的故障码。为了便于测试人员或者维修人员分析问题，可将故障码通过内部变量进行监测或通过报文发送到CAN总线上，用于反映当前故障，其中，故障码为实时更新的，如果故障条件不满足时，故障码会消失。由于每个故障对应着唯一的故障码，因此，可以根据故障码确定出故障类型。
S102：根据故障类型确定故障等级，并进行故障指示，其中，故障等级至少包括一级故障、二级故障、三级故障、四级故障和五级故障。
具体地，由于电机驱动系统的故障种类繁多，但是不同的故障对车辆的影响不同，因此，可以根据故障的严重程度、处理策略及故障恢复条件等，根据故障码对应的故障类型对故障进行分级，例如：故障的严重程度越高，等级便越高。在本发明的一个实施例中，可以将故障分为但不限于五种级别，即：一级故障至五级故障。
假设故障等级是依据故障的严重程度进行划分的，例如：故障的严重程度越高，等级便越高，则对于一级故障而言，对车辆的影响较小，因此，当故障为一级故障时，可以仅进行故障指示，但不进行任何处理也是可行的。如表1所示：
表1
其中，对于一级故障，处理策略为有故障指示，但不进行任何处理。进一步地，一级故障的故障恢复条件为：故障条件不满足时直接恢复。即：一级故障消除后，直接解除故障指示。
S103：当故障为二级故障或三级故障时，控制电机驱动系统进入限功率运行模式。
其中，限功率运行模式指控制电机驱动系统降扭矩运行的模式，例如：需求扭矩已知的情况下，如果电机驱动系统在正常运行模式下运行时，输出扭矩可以根据需求扭矩确定，并控制输出扭矩控制电机驱动系统正常的运行，以满足用户需求。
然而，当出现二级故障或三级故障时，应该限制输出扭矩，即以小于输出扭矩的扭矩控制电机驱动系统运行，以避免故障对车辆造成损坏。
如表1所示，当故障为二级故障时，处理策略为：降功率。进一步地，当二级故障恢复后，控制电机驱动系统转入正常运行模式，即：故障恢复条件为：故障条件不满足时直接恢复，也就是说，控制电机驱动系统从限功率运行模式直接转入正常运行模式。
当故障为三级故障时，处理策略为：功率输出为0。进一步地，当三级故障恢复后，控制电机驱动系统转入正常运行模式，即：故障恢复条件为：故障条件不满足时直接恢复，也就是说，控制电机驱动系统从限功率运行模式直接转入正常运行模式。
二级故障和三级故障包括温度异常相关类故障、转速异常相关类故障、电压异常相关类故障和电流异常相关类故障。例如：对于二级故障而言，主要分为四大故障类别，包含温度异常相关类故障(如电机过温、电机控制器过温等)、转速异常相关类故障(超速)、电压异常相关类故障(过压、欠压)及电流异常相关类故障(过流)等故障。
当为二级故障或三级故障时，控制电机驱动系统进入限功率运行模式的步骤，包括：
1、根据故障值的大小确定降功率系数，其中，故障值与标准值的差值越大，所述降功率系数越小，其中，降功率系数位于[0，1)之间。
2、根据降功率系数和需求扭矩确定电机驱动系统的输出扭矩，并根据输出扭矩控制电机驱动系统限功率运行。
以电机过温故障为例，如图2所示，当电机温度达到160度时，为了保护电机不因高温而出现损伤，需根据需求扭矩(最大扭矩)进行线性降功率，如果电机温度持续上升至170度时，此时输出扭矩降为0，从而避免电机温度过高而损坏，对电机起到保护的目的。
需要说明的是，上述电机温度，即：160度和170度仅是示例性的，实际情况中可以根据电机能力及相关试验确定。
S104：当故障为四级故障或五级故障时，控制电机驱动系统进入安全模式。
其中，安全模式包括主动短路模式(ASC)和脉冲关断模式(SPO)。
主动短路模式(ASC)，是一种安全状态，即闭合三相下桥或上桥IGBT，使电机交流侧U、V、W三相短接至母线负极或母线正极。如果之前电机处于运行状态，切换至主动短路状态时，会产生负扭矩，使电机迅速停止转动，防止故障时电机转动，产生的反电动势对电机控制器造成损伤。
脉冲关断模式(SPO)，也是一种安全状态，即电机控制器中的IGBT全部处于打开状态。
对于故障四级故障和五级故障，需要执行其中一种安全模式，对于故障严重度不高的故障，可以根据转速的大小，选择进入哪种安全状态，例如：低速范围下执行脉冲关断模式(SPO)，高速范围下将主动短路模式(ASC)作为安全状态。对于严重度高的故障，直接将主动短路模式(ASC)作为安全状态。
即：当为四级故障或五级故障时，控制电机驱动系统进入安全模式的步骤，包括：
1、比较电机驱动系统的转速与预定转速。其中，预定转速可以根据试验的方式确定。
2、如果电机驱动系统的转速小于预定转速，则控制电机驱动系统进入脉冲关断模式，否则控制电机驱动系统进入主动短路模式。
根据本发明实施例的电机驱动系统的故障处理方法，对车辆中的电机驱动系统各种故障进行了合理的分级，并针对不同等级能够更为全面地对整车中出现的各种电机驱动系统故障进行恰当的处理，进而，保护了电机驱动系统及整车的安全，提升车辆的可靠性和安全性。
在本发明的一个实施例中，电机驱动系统的故障处理方法，还包括：将故障等级上报给CAN网络。具体地说，为了便于故障排查，故障等级也需通过内部变量进行监测或作为CAN报文，发送到CAN总线上。但与故障码发送原则不同，对于可直接恢复的故障等级，故障恢复后，故障等级恢复，如一级故障至三级故障，而对于不可直接恢复的故障等级，即使故障条件恢复后，如果车辆没有重新上电，故障等级会保持不变。
图3是根据本发明一个实施例的电机驱动系统的结构框图。如图3所示，根据本发明一个实施例的电机驱动系统300，包括：故障类型确定模块310、故障等级确定模块320和控制模块330。
其中，故障类型确定模块310用于根据电机驱动系统300的故障码确定故障类型。故障等级确定模块320用于根据故障类型确定故障等级，并进行故障指示，其中，故障等级至少包括一级故障至五级故障。控制模块330用于当故障为二级故障或三级故障时，控制电机驱动系统300进入限功率运行模式，当故障为四级故障或五级故障时，控制电机驱动系统300进入安全模式。
在本发明的一个实施例中，控制模块330还用于在所述二级故障和三级故障恢复后，控制所述电机驱动系统300转入正常运行模式，在所述四级故障和五级故障恢复且所述电机驱动系统300重新上电后，控制所述电机驱动系统300转入正常运行模式。
在本发明的一个实施例中，所述二级故障和三级故障包括温度异常相关类故障、转速异常相关类故障、电压异常相关类故障和电流异常相关类故障，其中，所述控制模块330用于在故障为二级故障或三级故障时，根据故障值的大小确定降功率系数，并根据所述降功率系数和需求扭矩确定所述电机驱动系统300的输出扭矩，以及根据所述输出扭矩控制所述电机驱动系统300限功率运行，其中，所述故障值与标准值的差值越大，所述降功率系数越小，其中，所述降功率系数位于[0，1)之间。
在本发明的一个实施例中，所述安全模式包括主动短路模式和脉冲关断模式，其中，所述控制模块330用于在故障为四级故障或五级故障时，比较所述电机驱动系统300的转速与预定转速，如果所述电机驱动系统300的转速小于所述预定转速，则控制所述电机驱动系统300进入所述脉冲关断模式，否则控制所述电机驱动系统300进入所述主动短路模式。
根据本发明实施例的电机驱动系统，对电机驱动系统各种故障进行了合理的分级，并针对不同等级能够更为全面地对整车中出现的各种电机驱动系统故障进行恰当的处理，进而，保护了电机驱动系统及整车的安全，提升车辆的可靠性和安全性。
需要说明的是，本发明实施例的电机驱动系统的具体实现方式与本发明实施例的电机驱动系统的故障处理方法的具体实现方式类似，具体请参见方法部分的描述，为了减少冗余，此处不做赘述。
进一步地，本发明的实施例公开了一种车辆，该车辆设置有如上述任意一个实施例所述的电机驱动系统，该车辆为电动汽车或者混合动力汽车，该车辆可以对电机驱动系统各种故障进行了合理的分级，并针对不同等级能够更为全面地对整车中出现的各种电机驱动系统故障进行恰当的处理，进而，保护了电机驱动系统及整车的安全，提升车辆的可靠性和安全性。
另外，根据本发明实施例的车辆的其它构成以及作用对于本领域的普通技术人员而言都是已知的，为了减少冗余，此处不做赘述。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电机驱动系统的故障处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据电机驱动系统的故障码确定故障类型；
根据所述故障类型确定故障等级，并进行故障指示，其中，所述故障等级至少包括一级故障至五级故障；
当为二级故障或三级故障时，控制所述电机驱动系统进入限功率运行模式；
当为四级故障或五级故障时，控制所述电机驱动系统进入安全模式。
2.根据权利要求1所述的电机驱动系统的故障处理方法，其特征在于，还包括：
当所述二级故障和三级故障恢复后，控制所述电机驱动系统转入正常运行模式；
当所述四级故障和五级故障恢复且所述电机驱动系统重新上电后，控制所述电机驱动系统转入正常运行模式。
3.根据权利要求1所述的电机驱动系统的故障处理方法，其特征在于，所述二级故障和三级故障包括温度异常相关类故障、转速异常相关类故障、电压异常相关类故障和电流异常相关类故障，
其中，当为二级故障或三级故障时，控制所述电机驱动系统进入限功率运行模式的步骤，包括：
根据故障值的大小确定降功率系数，其中，所述故障值与标准值的差值越大，所述降功率系数越小，其中，所述降功率系数位于[0，1)之间；
根据所述降功率系数和需求扭矩确定所述电机驱动系统的输出扭矩，并根据所述输出扭矩控制所述电机驱动系统限功率运行。
4.根据权利要求1-3任一项所述的电机驱动系统的故障处理方法，其特征在于，所述安全模式包括主动短路模式和脉冲关断模式，
其中，当为四级故障或五级故障时，控制所述电机驱动系统进入安全模式的步骤，包括：
比较所述电机驱动系统的转速与预定转速；
如果所述电机驱动系统的转速小于所述预定转速，则控制所述电机驱动系统进入所述脉冲关断模式，否则控制所述电机驱动系统进入所述主动短路模式。
5.根据权利要求1-3任一项所述的电机驱动系统的故障处理方法，其特征在于，还包括：将所述故障等级上报给CAN网络。
6.一种电机驱动系统，其特征在于，包括：
故障类型确定模块，用于根据电机驱动系统的故障码确定故障类型；
故障等级确定模块，用于根据所述故障类型确定故障等级，并进行故障指示，其中，所述故障等级至少包括一级故障至五级故障；
控制模块，用于当故障为二级故障或三级故障时，控制所述电机驱动系统进入限功率运行模式，当故障为四级故障或五级故障时，控制所述电机驱动系统进入安全模式。
7.根据权利要求6所述的电机驱动系统，其特征在于，所述控制模块还用于在所述二级故障和三级故障恢复后，控制所述电机驱动系统转入正常运行模式，在所述四级故障和五级故障恢复且所述电机驱动系统重新上电后，控制所述电机驱动系统转入正常运行模式。
8.根据权利要求6所述的电机驱动系统，其特征在于，所述二级故障和三级故障包括温度异常相关类故障、转速异常相关类故障、电压异常相关类故障和电流异常相关类故障，其中，所述控制模块用于在故障为二级故障或三级故障时，根据故障值的大小确定降功率系数，并根据所述降功率系数和需求扭矩确定所述电机驱动系统的输出扭矩，以及根据所述输出扭矩控制所述电机驱动系统限功率运行，其中，所述故障值与标准值的差值越大，所述降功率系数越小，其中，所述降功率系数位于[0，1)之间。
9.根据权利要求6-8任一项所述的电机驱动系统，其特征在于，所述安全模式包括主动短路模式和脉冲关断模式，其中，所述控制模块用于在故障为四级故障或五级故障时，比较所述电机驱动系统的转速与预定转速，如果所述电机驱动系统的转速小于所述预定转速，则控制所述电机驱动系统进入所述脉冲关断模式，否则控制所述电机驱动系统进入所述主动短路模式。
10.一种车辆，其特征在于，所述车辆设置有如权利要求6-9任一项所述的电机驱动系统。
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