CN108372881A - 用于电动助力转向的故障容错场定向控制 - Google Patents

Abstract

监测电动马达操作的控制系统包括多个位置传感器，间接位置估计模块和错误监测模块。错误监测模块比较多个位置传感器的测量位置与传感器位置估计模块的估计位置，基于比较检测至少一个位置传感器的失灵；计算一个位置传感器的测量位置与另一个位置传感器的测量位置的差，基于差使间接位置估计模块启动马达位置估计。

Description

用于电动助力转向的故障容错场定向控制

技术领域

本发明涉及用于电动助力转向的故障容错场定向控制。

背景技术

电动助力转向(EPS)系统利用诸如永磁同步电机(PMSM)的电动马达来为驾驶员提供转向辅助。一种控制技术被称为场定向控制(Field Oriented Control，FOC)，其允许正弦三相马达电压和电流信号被变换为基于同步旋转参考系(通常称为直接正交(DQ)参考系)的信号，其中马达电压和电流成为直流(DC)量。DQ参考系变换需要机器的位置信息，这通常通过使用物理位置传感器来获得。作为一种替代方案，无传感器控制(SC)指的是在没有物理位置传感器的情况下控制马达的控制方案。与基于传感器的FOC方案相比，SC-FOC方案采用观测器或估计器来获得机器的位置，但是总体控制体系结构类似于基于传感器的FOC方案。

发明内容

在本发明的一个实施例中，用于监测电动马达的操作的控制系统包括被配置为测量电动马达的位置的多个位置传感器，被配置为间接估计马达的位置的间接位置估计模块和错误监测模块。所述错误监测模块被配置为执行以下中的至少一个：将来自所述多个位置传感器的测量位置与来自所述传感器位置估计模块的估计位置进行比较，并且基于比较检测所述一个或多个位置传感器中的至少一个的失灵；以及计算来自所述多个位置传感器中的一个位置传感器的测量位置与来自所述多个位置传感器中的另一个位置传感器的测量位置之间的差值，并且基于所述差值使得所述间接位置估计模块启动对所述马达的位置的估计。

在本发明的另一个实施例中，一种监测电动马达的操作的方法包括在场定向控制(FOC)操作模式期间通过多个位置传感器测量电动马达的位置。该方法还包括通过错误监测模块计算来自多个位置传感器中的一个的测量位置与来自多个位置传感器中的另一个的测量位置之间的差值，并且基于差值超过选定阈值使得间接位置估计模块启动对马达位置的间接估计。

从以下结合附图的描述中，这些和其他优点和特征将变得更加明显。

附图说明

被认为是本发明的主题在说明书的结尾处的权利要求中被特别指出并清楚地要求保护。从以下结合附图的详细描述中，本发明的前述和其它特征以及优点是显而易见的，其中：

图1是根据本公开的一个实施例的包括容错场定向控制系统的转向系统的功能框图；

图2是用于电动马达的场定向控制(FOC)系统的功能框图；

图3是根据本公开的一个实施例的位置错误监测和触发系统；

图4描绘了用于间接估计马达位置的观测器的示例；

图5描绘了位置错误监测和触发系统的示例；

图6描绘了根据本公开的一个实施例的时间不变检测器；

图7描绘了根据本公开的一个实施例的时变检测器；

图8是示出用于在物理位置传感器失灵之后继续操作电动马达控制系统的系统和方法的方面的功能框图；以及

图9描绘了根据本公开的一个实施例的方法。

具体实施方式

以下描述本质上仅仅是示例性的，并不意图限制本公开、应用或用途。应该理解的是，在整个附图中，对应的附图标记表示相同或相应的部分和特征。

现在参考图1，其中将参考特定实施例描述本发明而不是限制本发明，示出了包括转向系统12的车辆10的示例性实施例。在各种实施例中，转向系统12包括联接到转向轴16的方向盘14。在一个示例性实施例中，转向系统12是电动助力转向(EPS)系统，其进一步包括联接到转向系统12的转向轴16的转向辅助单元18以及车辆10的拉杆20、22。转向辅助单元18例如包括齿条小齿轮转向机构(未示出)，齿条小齿轮转向机构可以通过转向轴16联接到转向致动器马达和传动装置(以下称为转向致动器)。在操作期间，当车辆驾驶员转动方向盘14时，转向辅助单元18的马达提供协助以移动拉杆20、22，拉杆20、22又转动分别联接到车辆10的各个道路车轮28、30的转向节24、26。虽然在图1中示出了EPS系统。如图1所示并且在此描述，可以理解的是，本公开的转向系统12可以包括各种受控转向系统，包括但不限于具有液压配置的转向系统以及通过导线配置的转向。

如图1所示，车辆10还包括检测和测量转向系统12和/或车辆10的可观测状况的各种传感器31-33。传感器31-33基于可观测状况产生传感器信号。在各种实施例中，传感器31-33包括例如马达位置传感器。在一个实施例中，马达位置传感器是产生表示马达轴角的正弦和余弦的信号的模拟位置传感器。马达位置传感器将信号发送到控制模块40。

在各种实施例中，控制模块40基于一个或多个传感器信号并进一步基于本公开的错误检测系统和方法来控制转向系统12和/或车辆10的操作。

本文描述的实施例可以是诸如电动助力转向(EPS)、驾驶员辅助系统和/或车辆控制系统(例如，自主或半自主的转向系统)的转向系统的一部分。注意，这里描述的实施例可以与利用电动马达或马达的任何装置或系统结合使用。

参考图2并继续参考图1，示出了永磁同步电机的一般性场定向控制结构。具体而言，转向辅助单元18的马达42产生施加于转向系统的转向辅助转矩。位置和速度估计模块44监测由马达42产生的实际电流。实际电流与由马达42提供的辅助转矩有关。位置和速度估计模块44产生马达位置和马达速度。

参考电流计算模块52从位置和速度估计模块44接收马达速度。另外，参考电流计算模块52从转向辅助单元18接收期望的转矩。基于期望的转矩和马达速度，参考电流计算模块52计算输出到减法块58的电流指令。减法块58从电流指令中减去DQ参考系电流以产生提供给电流调节器模块60的差值。DQ参考系电流可以由与马达42、位置和速度估计模块44、马达42以及参考电流计算模块52通信的变换模块61产生。基于该差值，电流调节器60产生马达电压指令。马达电压指令被发送到占空比计算模块64，占空比计算模块64分析马达电压指令并产生占空比信号。占空比信号由逆变器使用以将表示马达电压指令的马达电压施加到马达42。在一个实施例中，逆变器施加马达电压。位置和速度估计模块44、参考电流计算模块52、电流调节器模块60和占空比计算模块64可以是控制模块40的一部分，但不限于此。

控制系统(例如控制模块44和/或控制架构的各个方面)被配置成在多种控制模式下操作。在位置传感器正常工作并且没有检测到传感器错误的情况下使用第一控制模式。第一种控制模式利用了场定向控制(FOC)，它使用来自物理位置传感器(直接测量)的信息进行DQ参考系变换。当一个或多个位置传感器已经失灵时，可以利用第二控制模式。第二控制模式的示例被称为容错控制(FTC)，其是FOC系统的操作模式，其中物理位置传感器的正常操作已经失灵并且从观测器或估计器间接地获得位置信息(没有物理位置传感器)。FTC模式可以使用无传感器控制(SC)，其涉及在不使用一个或多个位置传感器的情况下控制马达。在这种模式下，使用基于观测器的位置测量。

在基于位置传感器的FOC系统中，位置传感器始终存在故障的可能性。在一个或多个位置传感器已经失灵的情况下，可以触发或使用FTC模式。例如，提供FTC控制模式作为备用，使得当一些或全部物理位置传感器的操作已经失灵时，马达可以被控制而不会显著中断。因此，在一个实施例中，这里描述的实施例允许从FOC模式转换到FTC模式。

参考图3讨论传感器失灵的检测，图3示出了位置和速度估计模块44的一个实施例。在各种实施例中，控制模块40和位置和速度估计模块44可以包括一个或多个子模块和数据存储器。如这里所使用的，术语模块和子模块是指执行一个或多个软件或固件程序的专用集成电路(ASIC)、电子电路、处理器(共享的、专用的或群组)和存储器、组合逻辑电路和/或提供所描述的功能的其他合适的部件。可以从车辆10(图1)的传感器产生至控制模块40的输入，可以在控制模块40内建模(例如，通过其他子模块(未示出))，可以从其他控制模块(未示出)，和/或可以被预定义。这里描述的各种模块和子模块中的每一个可以被实现为单独的模块，可以被组合和/或可以被分区。例如，图2和3所示的模块可以实现为单个控制模块或多个控制模块。

在该实施例中，位置和速度估计模块44包括错误监测模块80、位置计算模块82和信号选择模块84。选择模块84可以产生标志或诊断信号以触发FTC模式，例如通过将诊断信号传送到FOC模块85。

位置和速度估计模块44(或其他合适的处理器、处理单元或模块)被配置为接收来自位置传感器86的位置信号，并且还用于间接估计马达位置而不使用位置传感器，诸如通过使用基于观测器的技术。模块44可基于间接估计的位置与来自一个或多个位置传感器的一个或多个位置信号之间的比较来检测传感器错误。模块44还可以被配置为响应于检测到错误而初始化无传感器控制算法，和/或如果所有物理传感器已经失灵或者以其他方式呈现错误，则提示容错控制模式。

可以使用任何合适的方法或技术来间接估计马达位置。在一个实施例中，使用基于诸如实际相电流、所施加的电压和机器参数的各种输入参数的观测器来计算位置的估计，作为用于产生位置和速度估计的输入。图4显示了一个普通的观测器界面的例子。如所示，位置和速度观测器使用电动马达的静止系或αβ模型来估计位置和马达速度。观测器接收静止系电压信号(V_αβ)和电流信号(I_αβ)，以及诸如电感(L_s)、磁通量(λ_m)和电阻(R)等马达参数作为输入。然后观测器输出估计的马达位置和估计的马达角速度

有许多用于估计PMSM机器的位置的算法，并且这些算法专门针对不同的运行速度区域而变化。通常，可以使用诸如基于滑动模式控制(SMC)的鲁棒技术来估计高速区域中的各种PMSM机器(凸极或非凸极)的位置。对于这样的观测器，诊断可以作为状况诊断来实现，即当速度低于可校准的阈值时被禁用。速度信号可以是估计的量，或者可以通过对来自一个物理传感器的位置信号进行微分来获得。

其中一种估计方法包括利用马达的电压和电流信号获得的定子磁链估计PMSM的位置和速度。

在一个实施例中，估计的位置由位置观测器产生，该位置观测器基于同步或DQ参考系中的马达的工厂模型来估计位置。利用离散积分从电压和电流计算定子磁链，从初始位置(θ₀)计算磁链的初始值，由此计算初始电流大小和马达位置角。

控制系统(例如，位置和速度估计模块44和/或错误监测模块80)通过将估计位置(例如，基于观测器)与来自位置传感器的测量位置进行比较估计来检测由于一个或多个位置传感器的失灵的错误状况。在一个实施例中，该系统包括两个或更多个位置传感器。“错误状况”是指物理位置传感器发生已经失灵或存在重大的失灵可能性的状况。

错误状况可以使用工厂模型进行检测。在一个示例中，使用工厂模型在静止参考系中产生电流估计为I_α1和I_β1。电流错误ΔI_αe1和ΔI_βe1被计算为估计电流和测量电流之间的差值。然后基于电流错误计算位置传感器n的位置错误Δθα[n]和Δθβ[n]。

在计算位置错误的一个步骤中，在估计的位置错误方程的分母中有一个计算项，其中包含sinθ_α和cosθ_β，如下所示：

由于正弦和余弦项可能变为零，所以可以产生基于选择窗口的状况检查，以使用两个位置错误的平均值或两者中的任一个，基于哪个项变为零。可以利用基于位置窗的选择方案来计算位置错误Δθ[n]。这个方案可以在数学上表示如下。

例如，如果一个位置窗口(θ_W)被选择为则使用Δθ_α和Δθ_β分别以精确地一半时间计算位置错误。请注意，位置信号的质量随窗口θ_W的选择而变化。

传感器失灵的检测可以通过真值表或其他比较方案来实现，其允许来自物理传感器的位置测量之间的比较以及位置测量与间接位置估计之间的比较。

以下显示了用于检测传感器失灵的比较方案的示例。在这个例子中，有两个物理位置传感器输出位置测量θ₁和θ₂。来自观测器的估计位置被表示为θ_est。下面的真值表说明了如何对一个传感器信号进行估计的三个传感器系统实施比较方案。

在上述方案中，计算位置测量值θ₁和θ₂之间的差值，并且计算估计位置和每个位置测量之间的差值。如果任何比较的结果超过选定的阈值(对于各种比较可能相同或不同)，则比较结果为“未通过”。对于给定的位置传感器是否确定故障是由真值表决定的。

来自比较的输出可以包括标志或其他传感器是否已失灵或可能失灵的指示符。例如，上述方案的输出是指示每个单个传感器k的健康状态的比较健康状态标志F_ck(其中k是传感器的数量)。此外，如果每个传感器具有由自我诊断健康状态标志F_sk指示的自我诊断，则除了上述比较方案之外，还可以使用这些标志来检测失灵。例如，可以在F_ck和F_sk之间执行AND(与)操作。为每个传感器提供比较健康状态标志，以指示是否存在失灵或可能的失灵。

如下面更详细描述的，位置信息可以由位置和速度估计模块44在失灵期间获得，并且被传送到FOC模块85，例如用于通过估计算法进行处理。

在一个实施例中，错误监测模块80或其他合适的控制系统被配置为确定是否存在错误状况(例如，一个或多个传感器已经失灵或可能失灵)，并且还可以被配置为标识特定传感器或传感器已失灵或出现错误。结合图5中所示的位置和速度估计模块44的示例来讨论错误状况确定和/或传感器识别方法。

参考图5，信号选择模块84从一组位置传感器86接收一组马达位置信号作为输入。例如，该组位置传感器86可包括主马达位置传感器和副位置传感器。该组位置传感器86可以来自传感器组31-33(图1)。错误监测模块80基于马达位置信号执行相关性检查以比较马达位置信号并确定错误信号(θ_err)。错误信号的确定可以由错误检测子模块88执行。

在一个实施例中，错误信号θ_err是该组马达位置信号的各个马达位置信号之间的角度差。具体而言，错误信号可以通过以下等式来计算：

θ_err＝|θ₁-θ₂|

其中θ₁和θ₂分别是来自主物理位置传感器和副物理位置传感器的马达位置信号。

在一个实施例中，错误监测模块80评估错误信号以确定错误信号是否大于预设阈值达以指定的时间段。一个或多个标志(F)可以被输出以指示存在错误状况。响应于检测到错误信号，触发标志(F_IN)(也被称为启动标志)可被输出到位置计算模块82。另外，转换标志F_TR可以被输出到信号选择模块84以启动从FOC模式到FTC模式的转换，如下面进一步讨论的。

例如，这里呈现的错误监测、触发和/或检测方案产生指示可能失灵或“接近失灵”状况并触发初始位置预测系统和SC算法的触发标志F_IN。另外，可以产生指示“传感器失灵”或实际失灵状况的转换标志F_TR，并禁用基于位置的FOC算法(正常操作)，并触发FOC系统以估计的位置操作的FTC模式。

在一个实施例中，错误监测模块80使用时间不变错误检测方案来产生触发标志。在另一个实施例中，错误监测模块80使用时变检测方案来产生触发标志。然而，其他错误检测方案，包括但不限于以下描述的错误检测方案，被本公开所考虑。

结合图6讨论时间不变错误检测方案的实施例。图6示出了时间不变错误检测器90的例子。时间不变错误检测器90可以实现时间不变错误检测方案。在时间不变的错误检测方案中，阈值检测器92检测错误信号何时变得大于错误阈值。计数器94以不连续的步骤增加值。当计数器值大于检测器阈值时，触发标志并启用启动标志。然而，如果错误信号在达到检测器阈值之前转变为变得小于错误阈值并且标志被启用，则计数器值在不连续步骤中减小，代表预定值。触发标志以被启用所需的总时间与错误信号超过错误阈值的幅度无关。在图6的例子中，阈值检测器92接收位置信号θ₁和θ₂，计算信号之间的差值θ_e，并将该差值与阈值δ_TH进行比较。在这个例子中，计数器94是PN计数器，如果差值θ_e超过阈值δ_TH，则计数器通过增量D_P进行向上计数。如果差值返回到小于或等于阈值，则PN计数器按增量DN递减计数。当计数达到或超过计数阈值D_TH时，PN计数器启动触发标志F。

错误监测模块80可以使用时变错误检测方案。图7示出了可以实现时变错误检测方案的时变错误检测器96的示例。在时变错误检测器中，在可变持续时间内检测到不同的错误量。结果，可以检测到更大的故障(即，更大的错误信号的大小)，导致触发标志在较短的时间段内被启用。在这个例子中，时变错误检测器96包括低通滤波器98、错误或差值计算器100和修改计数器102。检测器96还包括输出时间常数τ的可变截止频率滤波器104，其中频率和时间常数是错误输入(差值θ_e)的函数f(.)。低通滤波器98的输出与固定阈值δ_TH进行比较，如果低通滤波器98的输出超过固定阈值，则使得触发标志F被置位。输出信号可以用指示错误信号大小的指数特性来产生。

在一个实施例中，控制系统被配置为执行包括检测如上所述的错误状况的监测、触发和/或转换控制方法。本实施例中的控制方法包括通过相关性检查来监测物理位置传感器，以比较马达位置信号并确定错误信号θ_err。如果错误信号超过第一阈值(在此被称为初始化阈值)，则检测可能失灵状况或“接近失灵”状况，并提示无传感器位置估计。如果错误信号超过高于第一阈值的第二阈值(这里称为转换阈值)，则检测到实际的失灵状况，其中至少一个传感器已经失灵，并且控制系统被提示从正常控制转换到FTC模式。该方法还可以包括检测哪个位置传感器已经失灵或者表示可能的失灵。

基于接收到一个或多个标志，或者当存在物理传感器故障的任何指示时，控制系统启动无传感器(间接)位置估计算法。在一个实施例中，一旦针对物理位置传感器上的任何类型的故障使得触发标志F_IN升高，立即或以其他方式尽可能快开始无传感器位置估计过程。转换标志F_TR可以被用于最终提醒场定向控制模块86转换到容错控制模式。

例如，如图5所示，来自主位置传感器和副位置传感器(统称为位置传感器86)的位置信号θ₁和θ₂被输入到错误监测模块80和信号存储模块102。信号存储模块102还接收马达速度信号ω_m。错误触发子模块104确定来自位置测量的相关性的错误信号θ_err是否超过第一阈值(例如，初始化阈值)达选定时间段，从而指示可能的错误状况。例如，如果错误信号θ_err高于选定的值，则PN计数器开始以不连续的步骤向上计数，并且如果步数超过检测器阈值，则产生触发标志F_IN。

如果检测到可能的错误状态，则将触发标志F_IN输出到位置计算模块82。如图5所示，标志F_IN被输出到初始预测子模块106，初始预测子模块106基于位置和速度信号计算初始位置，并将初始位置输出到位置观测器108。通过初始位置预测算法提供适当的初始位置信息，标志F_IN触发FTO系统启动基于观测器的过程。

如果错误信号θ_err超过第二阈值(例如，转换阈值)，则产生转换标志F_TR。例如，错误检测子模块88将转换标志输出到信号选择模块84。信号选择模块84接收转换标志以及由位置观测器108产生的测量的位置信息和估计的马达位置

错误指示标志F_IN的状态决定了无传感器控制初始化过程的开始。一旦F_IN状态变为TRUE状态，这意味着存在传感器失灵的可能性，则算法经过一定的初始化步骤以启动无传感器位置估计算法。

位置计算模块82被配置为在接收到触发标志或可能错误或接近失灵状况的其他指示时执行算法以完成一个或多个任务。第一个任务是预测在当前时间(即，当F_IN刚被设置时)的正确的马达位置，在此被称为“初始位置”。第二个任务是精确地检测哪个传感器(例如，主传感器或副传感器)有故障或可能故障。

在一个实施例中，位置计算模块82例如使用初始预测子模块106来预测初始位置。一旦接收到触发标志，则通过确定在实际马达位置传感器的故障开始之前的持续时间来执行初始位置。

在一个实施例中，通过确定最后一个采样时间或其它未检测到错误状态的时间与发生故障或检测到可能故障的当前时间之间的持续时间(t_fault)来计算初始位置。由于故障阈值通常很小，而速度本身就是一个变化缓慢的信号，因此可以假设在故障发生的时间和设置F_IN的时间之间速度变化不大。

首先，选取初始样本号号k₀，该号足够大以便从故障前期获得速度样本。初始样本号表示在检测到故障和/或错误状况之前从位置传感器获取的位置信号样本。然后，从速度缓冲器或其他存储位置获得初始速度ω₀如下。

ω₀＝ω[n-k₀]

其中n是检测到故障或错误状况时的样本编号，ω是样本编号n处的马达速度。

注意，k₀可以是固定值，或者可以从初始化阈值和固定数量的先前速度样本(ω_AVG)的平均(简单平均或加权平均)值来计算。此外，为了避免包含由位置错误引起的速度瞬态，ω_AVG的值也可以被滤波。

一旦获得初始速度，t_fault可以计算如下：

其中δ_IN是初始化阈值。此后，获得系统处于故障前状况的近似样本号k如下

然后使用下面的公式计算故障前的速度ω_a。

ω_a＝ω[n-k]

最后，正确的初始位置计算如下。

θ₀＝θ₁[n-k]+ω_at_fault

无传感器控制的正确初始化需要知道故障前状况下的位置和速度信号。为此目的，可以使用诸如滚动或循环缓冲器之类的缓冲器。触发的总时间取决于瞬时速度、初始化阈值(δ_IN)以及位置传感器错误的类型。例如，如果传感器开始失灵时机器的速度非常慢，F_IN设置所需的总时间可能非常大，因为嵌入式系统中的缓冲器大小必须足够大以存储来自故障前期间的信号值，而不管故障状况如何。但是，由于用于嵌入式应用的典型微处理器中可用的总内存不是无限的，所以尺寸选择必须明智地进行。

可以使用包括最小系统速度ω_min，采样时间T_s和阈值δ_IN的变量来选择缓冲器大小(b)，如下所示：

从上式可以看出，当ω_min变小时，对于给定的δ_IN，需要更大的b。或者，可以减少δ_IN以保持缓冲器大小合理，只要保持足够大以避免δ_IN的错误设置即可。如果b太小，则有可能没有故障前数据被保留在缓冲器中用于初始化。

由于缓冲器大小通常存在最大限制，因此可以通过以较慢的速率存储速度信号来优化速度信号的缓冲。这个概念被称为抽取(decimation)。抽取是可能的，因为与EPS系统中的位置相比，速度基本上是低带宽信号。如果可以容许初始状况下的一定量的错误，则也可以抽取位置信号。

尽管一旦确定了t_fault，则初始位置预测就不依赖于哪个位置传感器失灵的信息。但是，为了初始化系统，识别有故障的传感器有时可能是有用的，作为额外的覆盖层。

在一个实施例中，执行以下计算以识别有故障的传感器。在该实施例中，位置传感器包括输出位置信号θ₁的第一传感器和输出位置信号θ₂的第二传感器。

θ_1t＝θ₁[n]+ω_at_fault

θ_2t＝θ₂[n]+ω_at_fault

θ_1et＝|θ_1t-θ₂[n]|

θ_2et＝|θ_2t-θ₁[n]|

其中θ_1t和θ_2t是与初始位置关联的时间的位置值。

值θ_1et和θ_1et是两个位置信号的“校正后错误值”。通过检查哪个值(例如θ_1et和θ_2et)更接近零来确定故障信号。这是基于这样的想法，即校正后归零的错误值是首先需要校正的错误值，因此是故障的。

在检测到故障位置传感器之后，可以从健康传感器的缓冲器获得故障前位置值。

检测到一个故障传感器，来自另一个传感器的位置信号(θ_x)可以被用来计算初始位置，如下所示。

θ₀＝θ_x[n-k]+ω_at_fault

具有检测故障传感器的能力，可以仅初始化估计器而不进入FTC模式，并且使用健康的传感器继续正常的FOC操作，同时利用估计的位置来诊断健康的传感器。因此，在一个实施例中，系统被配置为当所有物理位置传感器都失灵时转换到FTC模式。

如果所有物理位置传感器在EPS系统中发生故障，则系统通常进入关闭模式，并且驾驶员没有从马达获得任何扭矩辅助。但是使用这里描述的实施例，可以通过使用估计的位置信号来控制马达来避免这种情况。使用估计的位置，系统可以保持运转以提供一定时间的辅助，从而例如可以将车辆驱动到安全地点(有时称为“跛行”的操作模式)。

图8是示出当所有物理位置传感器均失灵时用于电动马达控制系统(例如，EPS系统)的继续操作的方法的各方面的框图。如图所示，电流和电压测量信号V_αβ和I_αβ被输入到执行电流和电压诊断的诊断模块110。V_αβ和I_αβ也被输入到位置观测器108以产生估计位置(θ_est)。如果这些信号中的一个或多个信号无效(即，一个或多个电流和电压信号失灵)，则系统关闭。如果信号有效，则启用系统的跛行或继续操作。

图9示出了转换到可由图1的控制模块40执行的容错操作模式的方法120。如根据本公开内容可以理解的，该方法内的操作顺序不限于如图9所示的顺序执行，但是可以按照本公开适用的一个或多个变化顺序来执行。

在一个实施例中，方法在121处从产生信号的马达车辆传感器(传感器31-33中的一个)接收一组马达位置信号。在一个实施例中，马达车辆传感器以给定频率对马达位置信号进行采样。在122处，该方法基于该组马达位置信号产生初始化标志信号和转换标志信号。例如，该组马达位置信号可以来自主马达位置传感器和副马达位置传感器。在123处，该方法基于初始化标志信号和一组马达位置信号来估计马达的位置。在124处，该方法包括基于估计的位置、转换标志信号以及由至少一个马达位置传感器提供的实际位置启用用于马达的容错操作算法。

尽管仅结合有限数量的实施例详细描述了本发明，但应当容易理解的是，本发明不限于这些公开的实施例。相反，可以修改本发明以包含迄今为止未描述但与本发明的精神和范围相称的任何数量的变化、改变、替换或等同布置。另外，虽然已经描述了本发明的各种实施例，但是应当理解的是，本发明的方面可以仅包括所描述的实施例中的一些。因此，本发明不被视为受前述说明的限制。

Claims (15)

1.一种用于监测电动马达的操作的控制系统，包括：

多个位置传感器，被配置为测量所述电动马达的位置；

间接位置估计模块，被配置为间接估计所述马达的位置；以及

错误监测模块，被配置为执行以下操作中的至少一个：

将来自所述多个位置传感器的测量位置与来自所述传感器位置估计模块的估计位置进行比较，以及基于所述比较来检测所述一个或多个位置传感器中的至少一个位置传感器的失灵；以及

计算来自所述多个位置传感器中的一个位置传感器的测量位置与来自所述多个位置传感器中的另一个位置传感器的测量位置之间的差值，并且基于所述差值使得所述间接位置估计模块启动对所述马达的位置的估计。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述错误监测模块被配置为产生比较健康状态标志，所述比较健康状态标志指示所述一个或多个位置传感器中的至少一个位置传感器是否已经失灵或将可能失灵。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述错误监测模块被配置为基于来自所述一个或多个位置传感器的测量位置与来自所述传感器位置估计模块的估计位置之间的差值超过选定阈值而检测到所述失灵。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述错误监测模块被配置为使得所述间接位置估计模块基于所述差值超过选定阈值来启动估计。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述间接位置估计模块被配置为基于定子磁链来间接估计所述马达的位置，基于来自所述马达的电压和电流信号计算所述定子磁链。

6.根据权利要求1所述的系统，其中所述错误监测模块被配置为将来自第一位置传感器的第一测量位置与来自第二位置传感器的第二测量位置进行比较，并且基于所述第一测量位置和所述第二测量位置之间的差值来产生错误状况标志。

7.根据权利要求6所述的系统，其中所述错误监测模块被配置为执行以下中的至少一个：

基于所述差值超过第一阈值产生触发标志，所述触发标志导致对所述马达位置的间接估计的初始化；以及

基于所述差值超过大于所述第一阈值的第二阈值产生转换标志，所述转换标志使得所述控制系统从第一控制模式转换到第二控制模式，所述第一控制模式使得所述控制系统基于测量位置控制所述马达，所述第二控制模式使得所述控制系统基于对所述马达位置的间接估计来控制所述马达。

8.根据权利要求7所述的系统，其中所述间接估计的初始化包括在所述差值超过所述第一阈值之前的时间点处预测初始位置。

9.根据权利要求7所述的系统，其中所述错误监测模块被配置为估计所述差值超过所述第一阈值与所述初始化之间的持续时间。

10.根据权利要求9所述的系统，其中所述错误监测模块被配置为基于所述持续时间识别所述第一位置传感器和所述第二位置传感器中的哪一个是故障的。

11.一种监测电动马达的操作的方法，包括：

通过多个位置传感器测量所述电动马达的位置；

通过间接位置估计模块间接估计所述马达的位置；以及

由错误监测模块将来自所述多个位置传感器的测量位置与来自所述传感器位置估计模块的估计位置进行比较；以及

基于所述比较来检测一个或多个位置传感器中的至少一个位置传感器的失灵。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括产生比较健康状态标志，所述比较健康状态标志指示所述一个或多个位置传感器中的至少一个位置传感器是否已经失灵或将可能失灵。

13.根据权利要求11所述的方法，其中基于来自所述一个或多个位置传感器的测量位置与来自所述传感器位置估计模块的估计位置之间的差值超过选定阈值而检测到所述失灵。

14.一种监测电动马达的操作的方法，包括：

在场定向控制(FOC)操作模式期间通过多个位置传感器测量所述电动马达的位置；

由错误监测模块计算来自所述多个位置传感器中的一个位置传感器的测量位置与来自所述多个位置传感器中的另一个位置传感器的测量位置之间的差值；以及

基于所述差值超过选定阈值，使得间接位置估计模块启动对所述马达的位置的间接估计。

15.根据权利要求14所述的方法，其中计算所述差值包括将来自第一位置传感器的第一测量位置与来自第二位置传感器的第二测量位置进行比较。