CN110501999A - 一种实时控制总线的电传动台架测试系统在线故障保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种实时控制总线的电传动台架测试系统在线故障保护方法将电传动台架测试系统分为不同的工作模式进行试验，设定总线通信协议进行故障数据及故障状态标志位的收发；将各试验设备物理量监测数据超过阈值限制的故障定为轻度故障，将对试验设备造成损害的故障定为重度故障；试验设备故障后，根据总线发送故障数据及故障状态标志位辨识出故障设备并确定故障类型，若为轻度故障，则采用故障状态监测的方式通过报警提醒，设置上、下限保护值来进行保护；若为重度故障，则根据故障设备当前所处的工作模式做相应的停机处理。本发明在线故障保护响应快、效率高。

Description

一种实时控制总线的电传动台架测试系统在线故障保护方法

技术领域

本发明涉及特种车辆电传动故障保护的技术领域，具体涉及一种实时控制总线的电传动台架测试系统在线故障保护方法。

背景技术

目前，特种车辆电传动台架测试系统主要装置包括发电机、发电机整流控制器(GPD)、左驱动电机、左驱动电机逆变器、右驱动电机、右驱动电机逆变器、综合控制器(EMT)、耦合机构及加载电机、动力电机等组成。各控制器之间通过控制总线进行通信，完成驱动电机、发电机及加载电机、动力电机之间的协调控制。

在特种车辆电传动台架测试系统故障诊断实现过程中，其系统故障检测方法多采用传感器连接各监控部件，传感器可以对各部件的工作参数进行实时监测，并设置保护限值，若各部件触发保护限值，及时提醒工作人员，工作人员借助经验对障进行在线处理。这种方法缺乏灵活性，其故障诊断技术就单体部件进行监控，不能实现监控数据的协同逻辑保护，而电传动系统相较传统机械传动具有响应时间快的特性，更加需要实时故障协同处理，而目前的处理方式中，人工处理故障时有一定的延时，这种延时往往会导致系统的二次故障。现如今，随着通信网络技术在车辆上的应用，出现了高速实时控制网络如：FlexRay、TTE、TTCAN等通信网络，因此，需要一种电传动台架测试系统能够通过控制总线传输的方式并通过设置故障保护逻辑来对故障进行实时在线检测，在出现故障时，进行故障协同处理保护系统以及人员的安全。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种实时控制总线的电传动台架测试系统在线故障保护方法，响应快、效率高。

本发明采取的技术方案如下：

一种实时控制总线的电传动台架测试系统在线故障保护方法将电传动台架测试系统分为不同的工作模式进行试验，设定总线通信协议进行故障数据及故障状态标志位的收发；

将各试验设备物理量监测数据超过阈值限制的故障定为轻度故障，将对试验设备造成损害的故障定为重度故障；试验设备故障后，根据总线发送故障数据及故障状态标志位辨识出故障设备并确定故障类型，若为轻度故障，则采用故障状态监测的方式通过报警提醒，设置上、下限保护值来进行保护；若为重度故障，则根据故障设备当前所处的工作模式做相应的停机处理。

进一步地，所述工作模式的划分方法如下；

首先，将电传动台架测试系统分成发电机子系统、EMT子系统及EMT和发电机联调子系统；所述发电机子系统包括发电机、发电机整流控制器、动力电机及直流电源；所述EMT子系统包括驱动电机、驱动电机逆变器、耦合机构、加载电机及直流电源；所述EMT和发电机联调子系统包括发电机、发电机整流控制器、动力电机、驱动电机、驱动电机逆变器、耦合机构及加载电机；

然后按照每个子系统的设备组成确定工作模式：

发电机子系统包含的工作模式为动力电机转速模式、直流电源电流模式及发电机整流控制器稳压模式；

EMT子系统包含的工作模式为加载电机转矩模式、驱动电机转速模式；加载电机转速模式、驱动电机转矩模式；加载电机转矩模式、驱动电机转矩模式；

EMT和发电机联调子系统包含的工作模式为发电机整流控制器稳压模式、动力电机转速模式、驱动电机转速模式及加载电机转矩模式；发电机整流控制器稳压模式、动力电机转速模式、驱动电机转矩模式及加载电机转速模式；发电机整流控制器稳压模式、动力电机转速模式、驱动电机转矩模式及加载电机转矩模式。

进一步地，所述停机处理的具体方法为：

若动力电机出现故障，当处于动力电机转速模式、直流电源电流模式及发电机整流控制器稳压模式下，则动力电机故障停机，发电机去使能，电压低于700V后直流电源停机；当处于发电机整流控制器稳压模式、动力电机转速模式、驱动电机转速模式及加载电机转矩模式下，则动力电机故障停机，发电机去使能，停止发电；驱动电机欠压保护停机，加载电机转矩降为零并停止工作；当处于发电机整流控制器稳压模式、动力电机转速模式、驱动电机转矩模式及加载电机转速模式下，则动力电机故障停机，发电机去使能，停止发电；驱动电机欠压保护停机，加载电机转矩降为零并停止工作；当处于发电机整流控制器稳压模式、动力电机转速模式、驱动电机转矩模式及加载电机转矩模式下，则驱动电机故障停机，加载电机扭矩设为零；发电机去使能，电压低于700V后动力电机转速降为零；

若加载电机出现故障，当处于加载电机转矩模式、驱动电机转速模式下，则加载电机故障，发送扭矩为零指令；驱动电机速度降为零；当处于加载电机转速模式、驱动电机转矩模式下，则加载电机去使能；驱动电机扭矩降为零；当处于加载电机转矩模式、驱动电机转矩模式下，则加载电机故障，发送扭矩为零指令；驱动电机切换为转速控制，速度降为零；当处于发电机整流控制器稳压模式、动力电机转速模式、驱动电机转速模式及加载电机转矩模式下，则加载电机故障，发送扭矩为零指令；动力电机速度降为零；发电机去使能，电压低于700V后动力电机转速降为零；当处于发电机整流控制器稳压模式、动力电机转速模式、驱动电机转矩模式及加载电机转速模式下，则加载电机去使能；动力电机扭矩降为零；发电机去使能，电压低于700V后动力电机转速降为零；当处于发电机整流控制器稳压模式、动力电机转速模式、驱动电机转矩模式及加载电机转矩模式下，则加载电机故障，发送扭矩为零指令；驱动电机切换为转速控制，速度降为零；发电机去使能，电压低于700V后动力电机转速降为零；

若发电机出现故障，当处于动力电机转速模式、直流电源电流模式及发电机整流控制器稳压模式下，则动力电机转速降为零，发电机故障停机，电压低于700V后直流电源停机；当处于发电机整流控制器稳压模式、动力电机转速模式、驱动电机转速模式及加载电机转矩模式下，则驱动电机去使能，加载电机去使能；发电机去使能，电压低于700V后动力电机转速降为零；当处于发电机整流控制器稳压模式、动力电机转速模式、驱动电机转矩模式及加载电机转速模式下，则驱动电机去使能，加载电机去使能；发电机去使能，电压低于700V后动力电机转速降为零；当处于发电机整流控制器稳压模式、动力电机转速模式、驱动电机转矩模式及加载电机转矩模式下，则驱动电机去使能，加载电机去使能；发电机去使能，电压低于700V后动力电机转速降为零；

若直流电源故障，当处于动力电机转速模式、直流电源电流模式及发电机整流控制器稳压模式下，则电源故障保护，发电机功率小于20kw后去使能，动力电机转速降为零；当处于加载电机转矩模式、驱动电机转速模式下，则驱动电机去使能，加载电机先将扭矩降为零，再转成转速控制，把转速降为零；当处于加载电机转速模式、驱动电机转矩模式下，则驱动电机去使能，加载电机转速降为零；当处于加载电机转矩模式、驱动电机转矩模式下，则加载电机切换为转速控制，速度降为零；驱动电机扭矩降为零；

若驱动电机故障，当处于加载电机转矩模式、驱动电机转速模式下，则加载电机扭矩设为零，驱动电机故障停机；若处于加载电机转速模式、驱动电机转矩模式下，则驱动电机故障停机，加载电机转速降为零；若处于加载电机转矩模式、驱动电机转矩模式下，则加载电机切换为转速控制，速度降为零；驱动电机故障保护；若处于发电机整流控制器稳压模式、动力电机转速模式、驱动电机转速模式及加载电机转矩模式下，则驱动电机故障停机，加载电机扭矩设为零；发电机去使能，电压低于700V后动力电机转速降为零；当处于发电机整流控制器稳压模式、动力电机转速模式、驱动电机转矩模式及加载电机转速模式下，则驱动电机故障停机，加载电机转速降为零；发电机去使能，电压低于700V后动力电机转速降为零；当处于发电机整流控制器稳压模式、动力电机转速模式、驱动电机转矩模式及加载电机转矩模式下，则加载电机切换为转速控制，速度降为零；驱动电机故障保护；发电机去使能，电压低于700V后动力电机转速降为零。

有益效果：

1、本发明将各控制器通过实时总线互连实现控制器之间的通信，测试系统运行过程中若发生系统故障、报警时，通过在线故障保护方法实现自主决策、协同控制，从而保证试验部件、人员的安全，即一个试验设备故障，控制器根据故障设备当前所处的工作模式做相应的停机处理实现自主决策，包括对其他试验设备做相应的控制处理实现协同控制；在电传动台架测试系统运行过程中，为电传动故障诊断和健康管理提供信息化手段，避免了人员干预时的反应时间，最短时间内保证系统及人员安全，提高了灵活度。而且，根据总线发送的故障数据能够准确的鉴别出各被控设备是否发生故障；在故障检测的基础上传输故障状态标志位信息，其传输时间是基于实时控制总线的协议时间，为ms级，判别出故障设备当前所处的工作模式后做相应的停机处理，保证了故障停机的时效性和时序性，在线故障保护效率高、响应速度快。

2、本发明针对不同的工作模式采用不同的停机处理方式，尽最大能力保证各设备不因载荷的变化或故障等原因停机时对各设备造成的损伤，可靠性高，从而有效保护系统以及人员的安全。工作在发电机子系统模式下不同设备故障的停机方式采用了将动力电机控制转速先拉低到零，同时发电机整流控制器侧去使能的控制策略，尽最大努力保护发电机设备的安全。工作在EMT子系统模式下不同设备的停机方式采用了控制扭矩的设备先切换成转速模式并将转速降为零的策略，在出现故障时保证加载侧的设备先卸载，尽最大能力保证设备的安全。工作在EMT和发电机联调子系统模式下不同设备故障停机策略采用了发电机整流控制器供电模式去使能，使得供电中断，同时左右驱动电机去使能，保证驱动电机控制模式的失效，尽最大能力保证设备的安全。

附图说明

图1为电传动台架测试系统架构图；

图2为本发明在线故障保护方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本实施例提供了一种实时控制总线的电传动台架测试系统在线故障保护方法，如图1所示，电传动台架测试系统的网络架构由控制网、数据监控网络、设备网络组成，控制网不仅包含CAN总线控制网络，还可以适用于所有的实时控制总线网络包括FlexRay、TTE、TTCAN等高速实时网络。

综合控制器(EMT)是整个电传动台架测试系统的控制核心，主要作用是通过总线通信协调电传动台架测试系统中其他试验设备的协同工作，接受人机控制界面发出的控制指令，并与左驱动电机逆变器、右驱动电机逆变器、发电机整流控制器进行通信，通过左驱动电机逆变器和右驱动电机逆变器控制左驱动电机、右驱动电机、发电机的正常运行。

工控机的控制对象为直流电源、动力电机及加载电机。

如图2所示，将电传动台架测试系统分解成三种试验项目模式，每一种试验项目模式对应一种工作模式状态，可以通过事先约定好的总线通信协议进行故障数据的收发及故障状态标志位的辨识，以此辨识出故障设备并确定故障类型。例如以控制总线的ID分配及字节定义作为工作模式的标识。在约定好总线通信协议后，即可实现人机交互控制界面与综合控制器(EMT)的总线通信，通过综合控制器(EMT)实现对各个系统的协调控制。

试验项目模式确定以后，就可以依据试验项目模式的状态进行系统运行。试验项目工作模式的选取需要根据试验的项目进行手动选择，其选择可以通过控制界面进行选择。当选择好试验项目工作模式后，系统各试验设备运行。同样在约定好总线通信协议后，按照预先约定的总线协议即可实现人机交互控制界面与综合控制器(EMT)的总线通信，通过综合控制器(EMT)实现对各系统的协调控制。

具体为：

(1)划分电传动台架测试系统

在电传动台架测试系统的网络架构的基础上，将电传动系统分成发电机子系统、EMT子系统、EMT和发电机联调子系统三部分。

发电机子系统包括发电机、发电机整流控制器、动力电机及直流电源；发电机子系统能够将产生的交流电经过发电机整流控制器后变为900V直流；若发电机子系统单独运行则转换成900V直流电后经过直流电源柜，被直流电源柜吸收。

EMT子系统包括双电机耦合驱动装置、左驱动电机逆变器、右驱动电机逆变器、加载电机及直流电源，其中双电机耦合驱动装置包含左驱动电机、右驱动电机、耦合机构及变速机构；EMT子系统能够将直流电源供电系统供应的直流电经左驱动电机逆变器和右驱动电机逆变器后转变为交流电，从而驱动驱动电机的运转，将电能转换为机械能。

EMT和发电机联调子系统包括发电机、发电机整流控制器、动力电机、驱动电机、驱动电机逆变器、耦合机构及加载电机，能够将发电机整流后的900V直流通过左驱动电机逆变器和右驱动电机逆变器后转变为交流电，从而驱动驱动电机的运转，将电能转换为机械能；动力电机和加载电机提供加载功能。

(2)按照每个子系统的设备组成确定工作模式

三个子系统对应三种工作模式，可以根据试验的需要选择所需要的工作模式，根据试验设备工作模式的不同完成不同的故障保护。

发电机子系统包含的工作模式为动力电机转速控制模式、直流电源电流模式及发电机稳压模式。

EMT子系统包含的工作模式为加载电机转矩模式、驱动电机转速模式；加载电机转速模式、驱动电机转矩模式；加载电机转矩模式、驱动电机转矩模式。

EMT和发电机联调子系统包含的工作模式为发电机稳压模式、动力电机转速模式、驱动电机转速模式及加载电机转矩模式；发电机稳压模式、动力电机转速模式、驱动电机转矩模式及加载电机转速模式；发电机稳压模式、动力电机转速模式、驱动电机转矩模式及加载电机转矩模式。

(3)故障状态分类

开展试验时，根据工作模式及故障程度的不同，故障状态分为轻度故障和重度故障。

将各试验设备物理量监测数据超过阈值限制的故障定为轻度故障，将对试验设备造成损害的故障定为重度故障。

(4)故障保护处理逻辑

根据故障状态分类的不同，对故障需要进行不同的处理。故障保护处理逻辑又分为故障状态监测和故障保护。

故障状态监测是指在系统出现轻度故障后，通过在底层各个数据通道建立上、下限值保护来对试验设备进行保护。

对于设定值与读取值，系统将做不同处理。对于设定值，系统内部根据试验设备标准将设定值限定在一定范围内，同时，当工作人员手动输出的数值接近极限工况时，系统将进行报警提醒。对于读取值，当读取回来某一通道物理量接近极限工况时，系统将进行故障报警，以提醒试验人员；且各通道的上、下限报警值都可在监控页面手动修改，若不修改则为系统默认值。

表1：各设备故障状态监测设定值与读取值

表1给出了监测设定值和监测读取值，其中发电整流控制器与左驱动电机逆变器和右驱动电机逆变器的直流电气接口与900V高压直流功率母线(简称直流母线)进行连接，通过直流母线实现电功率耦合。所以发电机中的电压设定值上下限一般限制在750～1000V之间，发电机的轴承温度超过120℃会触发报警，绕组温度超过220℃会触发报警。其他的监测设定值可以根据试验项目中加载的转速和转矩、直流电源的电压、电流、功率的具体数值进行设定。

故障保护是指当系统出现重度故障后，故障检测循环会发出停机指令，系统在收到停机信号后，则通过程序判断故障设备当前所处的工作模式做相应的停机处理，对故障设备进行保护。

若加载功能出现重度故障，即动力电机或加载电机出现重度故障，通过现场总线发送故障状态标志位，工控机收到故障状态标志位，首先将故障状态标志位转发给综合控制器(EMT)，并判定当前运行的工作模式，并根据表2、表3及表4中的故障保护逻辑对动力电机、加载电机、直流电源进行控制处理；同时综合控制器(EMT)在收到工控机转发的故障状态标志位后，根据当前系统运行的工作模式、依据表2、表3及表4中的故障保护逻辑对发电机、左驱动电机和右驱动电机进行控制处理。

若直流电源出现重度故障，通过控制总线发送故障状态标志位，工控机收到故障状态标志位，首先将故障状态标志位转发给综合控制器(EMT)，并判定当前运行的工作模式，并根据表2、表3中的故障保护逻辑对动力电机、加载电机、直流电源进行控制处理；同时综合控制器(EMT)在收到工控机转发的故障状态标志位后，根据当前系统运行的工作模式、依据表2、表3中的故障保护逻辑对发电机、左驱动电机和右驱动电机进行控制处理。

若左、右驱动电机或发电机出现重度故障，通过控制总线发送故障状态标志位，综合控制器(EMT)收到故障状态标志位后，首先将故障状态标志位转发给工控机，并判定当前运行的工作模式，并根据表2、表3及表4中的故障保护逻辑对发电机、左、右驱动电机进行控制处理；同时工控机在收到综合控制器(EMT)转发的故障状态标志位后，根据当前系统运行的工作模式、依据表2、表3及表4中的故障保护逻辑对动力电机、加载电机、直流电源进行控制处理。

具体故障保护逻辑即停机控制处理方法如表2、表3及表4：

表2：发电机子系统的故障保护逻辑

表3：EMT子系统的故障保护逻辑

表4：EMT和发电机联调子系统故障保护逻辑

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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 (3)

1.一种实时控制总线的电传动台架测试系统在线故障保护方法，其特征在于，将电传动台架测试系统分为不同的工作模式进行试验，设定总线通信协议进行故障数据及故障状态标志位的收发；

将各试验设备物理量监测数据超过阈值限制的故障定为轻度故障，将对试验设备造成损害的故障定为重度故障；试验设备故障后，根据总线发送故障数据及故障状态标志位辨识出故障设备并确定故障类型，若为轻度故障，则采用故障状态监测的方式通过报警提醒，设置上、下限保护值来进行保护；若为重度故障，则根据故障设备当前所处的工作模式做相应的停机处理。

2.如权利要求1所述的实时控制总线的电传动台架测试系统在线故障保护方法，其特征在于，所述工作模式的划分方法如下；

首先，将电传动台架测试系统分成发电机子系统、EMT子系统及EMT和发电机联调子系统；所述发电机子系统包括发电机、发电机整流控制器、动力电机及直流电源；所述EMT子系统包括驱动电机、驱动电机逆变器、耦合机构、加载电机及直流电源；所述EMT和发电机联调子系统包括发电机、发电机整流控制器、动力电机、驱动电机、驱动电机逆变器、耦合机构及加载电机；

然后按照每个子系统的设备组成确定工作模式：

发电机子系统包含的工作模式为动力电机转速模式、直流电源电流模式及发电机整流控制器稳压模式；

EMT子系统包含的工作模式为加载电机转矩模式、驱动电机转速模式；加载电机转速模式、驱动电机转矩模式；加载电机转矩模式、驱动电机转矩模式；

EMT和发电机联调子系统包含的工作模式为发电机整流控制器稳压模式、动力电机转速模式、驱动电机转速模式及加载电机转矩模式；发电机整流控制器稳压模式、动力电机转速模式、驱动电机转矩模式及加载电机转速模式；发电机整流控制器稳压模式、动力电机转速模式、驱动电机转矩模式及加载电机转矩模式。

3.如权利要求2所述的实时控制总线的电传动台架测试系统在线故障保护方法，其特征在于，所述停机处理的具体方法为：

若动力电机出现故障，当处于动力电机转速模式、直流电源电流模式及发电机整流控制器稳压模式下，则动力电机故障停机，发电机去使能，电压低于700V后直流电源停机；当处于发电机整流控制器稳压模式、动力电机转速模式、驱动电机转速模式及加载电机转矩模式下，则动力电机故障停机，发电机去使能，停止发电；驱动电机欠压保护停机，加载电机转矩降为零并停止工作；当处于发电机整流控制器稳压模式、动力电机转速模式、驱动电机转矩模式及加载电机转速模式下，则动力电机故障停机，发电机去使能，停止发电；驱动电机欠压保护停机，加载电机转矩降为零并停止工作；当处于发电机整流控制器稳压模式、动力电机转速模式、驱动电机转矩模式及加载电机转矩模式下，则驱动电机故障停机，加载电机扭矩设为零；发电机去使能，电压低于700V后动力电机转速降为零；

若加载电机出现故障，当处于加载电机转矩模式、驱动电机转速模式下，则加载电机故障，发送扭矩为零指令；驱动电机速度降为零；当处于加载电机转速模式、驱动电机转矩模式下，则加载电机去使能；驱动电机扭矩降为零；当处于加载电机转矩模式、驱动电机转矩模式下，则加载电机故障，发送扭矩为零指令；驱动电机切换为转速控制，速度降为零；当处于发电机整流控制器稳压模式、动力电机转速模式、驱动电机转速模式及加载电机转矩模式下，则加载电机故障，发送扭矩为零指令；动力电机速度降为零；发电机去使能，电压低于700V后动力电机转速降为零；当处于发电机整流控制器稳压模式、动力电机转速模式、驱动电机转矩模式及加载电机转速模式下，则加载电机去使能；动力电机扭矩降为零；发电机去使能，电压低于700V后动力电机转速降为零；当处于发电机整流控制器稳压模式、动力电机转速模式、驱动电机转矩模式及加载电机转矩模式下，则加载电机故障，发送扭矩为零指令；驱动电机切换为转速控制，速度降为零；发电机去使能，电压低于700V后动力电机转速降为零；

若发电机出现故障，当处于动力电机转速模式、直流电源电流模式及发电机整流控制器稳压模式下，则动力电机转速降为零，发电机故障停机，电压低于700V后直流电源停机；当处于发电机整流控制器稳压模式、动力电机转速模式、驱动电机转速模式及加载电机转矩模式下，则驱动电机去使能，加载电机去使能；发电机去使能，电压低于700V后动力电机转速降为零；当处于发电机整流控制器稳压模式、动力电机转速模式、驱动电机转矩模式及加载电机转速模式下，则驱动电机去使能，加载电机去使能；发电机去使能，电压低于700V后动力电机转速降为零；当处于发电机整流控制器稳压模式、动力电机转速模式、驱动电机转矩模式及加载电机转矩模式下，则驱动电机去使能，加载电机去使能；发电机去使能，电压低于700V后动力电机转速降为零；

若直流电源故障，当处于动力电机转速模式、直流电源电流模式及发电机整流控制器稳压模式下，则电源故障保护，发电机功率小于20kw后去使能，动力电机转速降为零；当处于加载电机转矩模式、驱动电机转速模式下，则驱动电机去使能，加载电机先将扭矩降为零，再转成转速控制，把转速降为零；当处于加载电机转速模式、驱动电机转矩模式下，则驱动电机去使能，加载电机转速降为零；当处于加载电机转矩模式、驱动电机转矩模式下，则加载电机切换为转速控制，速度降为零；驱动电机扭矩降为零；

若驱动电机故障，当处于加载电机转矩模式、驱动电机转速模式下，则加载电机扭矩设为零，驱动电机故障停机；若处于加载电机转速模式、驱动电机转矩模式下，则驱动电机故障停机，加载电机转速降为零；若处于加载电机转矩模式、驱动电机转矩模式下，则加载电机切换为转速控制，速度降为零；驱动电机故障保护；若处于发电机整流控制器稳压模式、动力电机转速模式、驱动电机转速模式及加载电机转矩模式下，则驱动电机故障停机，加载电机扭矩设为零；发电机去使能，电压低于700V后动力电机转速降为零；当处于发电机整流控制器稳压模式、动力电机转速模式、驱动电机转矩模式及加载电机转速模式下，则驱动电机故障停机，加载电机转速降为零；发电机去使能，电压低于700V后动力电机转速降为零；当处于发电机整流控制器稳压模式、动力电机转速模式、驱动电机转矩模式及加载电机转矩模式下，则加载电机切换为转速控制，速度降为零；驱动电机故障保护；发电机去使能，电压低于700V后动力电机转速降为零。