CN111267869B - 一种分布式轮毂电机驱动系统故障诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种分布式轮毂电机驱动系统故障诊断方法，采用一阶惯性滤波处理电机转矩信号，然后从轮毂电机控制器中实时采集电机转矩信号；分别对特征值进行计算检测，同时设定各转矩失效故障检测过程中具体的门限值，通过比较各特征值与对应的门限值的大小，判定电机转矩信号是否发生故障并得出故障信息；所述的特征值包括电机转矩信号失真特征值、电机转矩信号突变特征值以及电机转矩信号增益特征值；对得到的故障信息进行集成化识别并输出电机转矩故障码，确定电机存在故障。本发明能够有效识别分布式轮毂电机驱动车辆发生的电机转矩失效故障，实现不同电机转矩失效模式的实时诊断功能，用于提高车辆驾驶安全性。

Description

一种分布式轮毂电机驱动系统故障诊断方法

技术领域

本发明属于分布式轮毂电机驱动车辆控制技术领域，具体涉及一种分布式轮毂电机驱动系统故障诊断方法。

背景技术

随着汽车产业的迅速发展，新能源汽车已经成为了汽车行业大力发展主流汽车产业方向。四轮毂电机电动车辆以永磁同步电机作为动力驱动装置，将电机直接集成置于车轮内，提高了车辆传动效率。相比于传统车辆，四轮毂电机车辆具备系统响应快速准确、车体空间利用率高、动力学可控制性好等诸多优势。但多执行器冗余、多电气化元件集成的布置特征也给四轮毂电机车辆行驶带来了安全隐患。

在现有车辆诊断系统中，一般都是简单利用极值法进行故障检测，但对失效故障的特性考虑不够，直接利用简单的失效检测方法很难准确及时地发现车辆驱动系统中存在的故障，而对于一些早期的潜在失效更是难以准确检测并进行预警。所以对于驱动系统失效故障而言，如何去定性分析并进行潜在失效模式的检测具有很大的意义。四轮毂电机车辆驱动系统的控制目标是每个轮毂电机输出转矩，对于驱动系统正常的车辆，电机能够响应驾驶员的意图并输出期望转矩，但当驱动系统出现异常时，电机输出转矩会发生非期望变化，转矩信号失效形式多变，且失效后转矩变化范围大，很难集中化、定量化设计控制算法检测故障。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种分布式轮毂电机驱动系统故障诊断方法，能够有效识别分布式轮毂电机驱动车辆发生的电机转矩失效故障。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种分布式轮毂电机驱动系统故障诊断方法，其特征在于：它包括以下步骤：

S1、电机转矩信号的处理：

采用一阶惯性滤波处理电机转矩信号，然后从轮毂电机控制器中实时采集电机转矩信号；

S2、电机转矩信号特征值检测：

分别对特征值进行计算检测，同时设定各转矩失效故障检测过程中具体的门限值，通过比较各特征值与对应的门限值的大小，判定电机转矩信号是否发生故障并得出故障信息；所述的特征值包括电机转矩信号失真特征值、电机转矩信号突变特征值以及电机转矩信号增益特征值；

S3、电机转矩故障状态输出：

对得到的故障信息进行集成化识别并输出电机转矩故障码，确定电机存在故障。

按上述方法，所述的S1具体为：

设定一阶惯性滤波介入条件：对每一定报文周期内得到的踏板值信号的平均值进行计算，得到当前时刻踏板值信号与踏板值信号平均值差值，设定踏板信号差值不变时长的门限值；当前时刻踏板值信号与踏板值信号平均值差值大于当前时刻踏板值信号的一半，并且维持上述状态的时长高于踏板信号差值不变时长的门限值，认为驾驶员误操作加速踏板或车辆处在极限工况下；

采用一阶惯性滤波进行电机转矩信号的处理，然后从轮毂电机控制器实时采集到电机转矩信号。

按上述方法，所述的每一定报文周期为每4个报文周期。

按上述方法，所述的S2中，电机转矩信号失真特征值的检测方法具体包括：

初始条件设定：对每2个报文周期内得到的轮毂电机输出实际转矩值的差值进行计算，设定转矩差值的门限值以及电机转矩信号输出值不变时长的门限值；

逻辑门限值法识别故障状态：当所述的轮毂电机输出实际转矩值的差值大于转矩差值的门限值，并且此时电机转矩信号输出值不变时长高于其门限值，则表明电机转矩信号出现失真现象，输出失真故障状态。

按上述方法，所述的S2中，电机转矩信号突变特征值的检测方法具体包括：

初始条件设定：对每2个报文周期内得到的轮毂电机输出实际转矩值的变化率进行计算，设定转矩变化率的门限值；

逻辑门限值法识别故障状态：当轮毂电机输出实际转矩值的变化率大于预设的转矩变化率的门限值时，则认为该轮毂电机输出实际转矩值在检测周期内出现了转矩突变的失效故障，输出转矩突变故障状态。

按上述方法，所述的S2中，电机转矩信号增益特征值的检测方法，具体为：

初始条件设定：对每个报文周期内轮毂电机控制器反馈的轮毂电机输出实际转矩值和整车控制器发送的控制目标转矩值的比值进行计算，作为电机转矩信号增益，设定电机转矩信号增益的上下门限值，以及电机转矩信号增益异常的时长门限值；

逻辑门限值法识别故障状态：当计算的电机转矩信号增益处于电机转矩信号增益的上下门限值范围外，则判断电机转矩信号增益异常，若电机转矩信号增益异常的时长大于电机转矩信号增益异常的时长门限值，则输出电机转矩信号增益异常故障状态。

按上述方法，所述的S3具体为：

将检测到的故障状态进行集成化识别，若存在任意一个故障，则判断电机转矩输出发生故障，输出电机转矩故障码。

本发明的有益效果为：针对不同的转矩信号异常失效现象，设计了电机转矩故障的检测控制算法，从电机转矩信号的强实时性特征出发，提出基于逻辑门限的集成检测算法，检测并定性分析电机实时转矩信号的不同失效模式，能够有效识别分布式轮毂电机驱动车辆发生的电机转矩失效故障，实现不同电机转矩失效模式的实时诊断功能，用于提高车辆驾驶安全性。

附图说明

图1为本发明一实施例的方法流程图。

图2为一阶惯性滤波处理流程图。

图3为转矩信号失真检测流程图。

图4转矩信号突变检测流程图。

图5为转矩信号增益故障检测流程图。

图6为电机转矩故障状态流程图。

具体实施方式

下面结合具体实例和附图对本发明做进一步说明。

本发明提供一种分布式轮毂电机驱动系统故障诊断方法，包括以下步骤：

S1、电机转矩信号的处理：采用一阶惯性滤波处理电机转矩信号，然后从轮毂电机控制器中实时采集电机转矩信号。

整车控制器实时采集踏板信号，由于整车行驶工况多变，驾驶员对于踏板的控制也存在人为操作的影响，导致在极限工况下会出现转矩信号的急剧变化，若踏板信号出现明显抖震和偏差，首先对电机转矩信号进行一阶惯性滤波处理，通过滤波处理，然后从CAN通讯信号中轮毂电机控制器即可实时采集到电机转矩信号。

具体为：设定一阶惯性滤波介入条件：对每一定报文周期内得到的踏板值信号的平均值进行计算，得到当前时刻踏板值信号与踏板值信号平均值差值，设定踏板信号差值不变时长的门限值；当前时刻踏板值信号与踏板值信号平均值差值大于当前时刻踏板值信号的一半，并且维持上述状态的时长高于踏板信号差值不变时长的门限值，认为驾驶员误操作加速踏板或车辆处在极限工况下；采用一阶惯性滤波进行电机转矩信号的处理，然后从轮毂电机控制器实时采集到电机转矩信号。

如图2所示，本实施例中，首先对每4个报文周期内得到的踏板值信号的平均值进行计算，得到当前时刻踏板值信号与踏板值信号平均值的差值，当计算得到的当前时刻踏板值信号与踏板值信号平均值的差值小于或等于当前时刻踏板值信号的一半时(即△T(i)≤0.5T(i))，计时时间清零，当计算得到的当前时刻踏板值信号与踏板值信号平均值的差值大于当前时刻踏板值信号的一半时(即△T(i)＞0.5T(i))，开始进行计时输出不变时长(t(i)＝t(i-1)+t)，当不断检测得到输出不变的时间大于时长门限值时(t(i)>ΔtLIM)，认为此时踏板信号是由于驾驶员误操作或车辆处在极限工况下产生，采用一阶惯性滤波进行输出转矩信号的处理，防止电机转矩信号出现明显抖震和偏差，影响转矩故障检测的准确性。

一阶惯性滤波的基本原理如下式所示：

y(k)＝(1-Q)y(k-1)+Qx(k)

式中：y(k)为当前周期滤波输出值；y(k-1)为上一周期滤波输出值；x(k)为本次采样值；Q＝T/(T+τ)，Q为滤波系数；T为信号采样周期；τ为时间常数。

S2、电机转矩信号特征值检测：

分别对特征值进行计算检测，主要考虑转矩信号变化以及变化幅度的检测，同时设定各转矩失效故障检测过程中具体的门限值，通过比较各特征值与对应的门限值的大小，判定电机转矩信号是否发生故障并得出故障信息；所述的特征值包括电机转矩信号失真特征值、电机转矩信号突变特征值以及电机转矩信号增益特征值。

电机转矩信号失真特征值的检测方法具体包括：

初始条件设定：对每2个报文周期内得到的轮毂电机输出实际转矩值的差值进行计算，设定转矩差值的门限值以及电机转矩信号输出值不变时长的门限值。

逻辑门限值法识别故障状态：当所述的轮毂电机输出实际转矩值的差值大于转矩差值的门限值，并且此时电机转矩信号输出值不变时长高于其门限值，则表明电机转矩信号出现失真现象，输出失真故障状态。

如图3所示，本实施例中，当计算得到的实际转矩差值大于或等于门限值时(即ΔT(i)≥ΔT_LIM)，则认为该输出转矩信号在检测周期内发生了变化，计时时间为t(i)＝0；当计算得到的实际转矩差值小于门限值时(即ΔT(i)＜ΔT_LIM)，则认为该输出转矩信号在检测周期内没有发生变化，开始进行计时转矩输出不变的时长，即t(i)＝t(i-1)+t。当不断检测得到转矩输出不变的时间大于时长门限值时(即t(i)＞Δt_LIM)，认为电机输出转矩幅值未发生明显变化，表明转矩出现失真现象，输出故障状态；当不断检测得到转矩输出不变的时间小于或等于时长门限值时(即t(i)≤Δt_LIM)，认为电机输出转矩幅值发生变化，无故障发生，则继续进行下一次循环判断。

ΔT(i)的计算公式如下：

ΔT(i)＝|T(i)-T(i-1)|

电机转矩信号突变特征值的检测方法具体包括：初始条件设定：对每2个报文周期内得到的轮毂电机输出实际转矩值的变化率进行计算，设定转矩变化率的门限值。逻辑门限值法识别故障状态：当轮毂电机输出实际转矩值的变化率大于预设的转矩变化率的门限值时，则认为该轮毂电机输出实际转矩值在检测周期内出现了转矩突变的失效故障，输出转矩突变故障状态。

如图4所示，本实施例中，当实时计算得到的实际转矩变化率值大于设定的变化率门限值时(即dΔT(i)/dt＞dT_LIM)，则认为该输出转矩信号在检测周期内出现了转矩突变的失效故障，检测算法开始输出故障码；当实时计算得到的实际转矩变化率值小于或等于设定的变化率门限值时(即dΔT(i)/dt≤dT_LIM)，则认为该输出转矩信号在检测周期内没有出现转矩突变，无故障码输出。

dΔT(i)/dt的计算公式如下：

dΔT(i)/dt＝|T(i)-T(i-1)|/t

电机转矩信号增益特征值的检测方法，具体为：初始条件设定：对每个报文周期内轮毂电机控制器反馈的轮毂电机输出实际转矩值和整车控制器发送的控制目标转矩值的比值进行计算，作为电机转矩信号增益，设定电机转矩信号增益的上下门限值，以及电机转矩信号增益异常的时长门限值。逻辑门限值法识别故障状态：当计算的电机转矩信号增益处于电机转矩信号增益的上下门限值范围外，则判断电机转矩信号增益异常，若电机转矩信号增益异常的时长大于电机转矩信号增益异常的时长门限值，则输出电机转矩信号增益异常故障状态。

如图5所示，本实施例中，当计算的转矩信号增益处于门限值范围内时，即

则认为该输出转矩信号增益在检测周期内正常；当计算的转矩信号增益处于门限值范围外时，即

则认为该输出转矩信号增益在检测周期内出现异常，开始进行计时转矩增益异常的时长，即t(i)＝t(i-1)+t，当转矩增益异常的时长大于增益异常时长门限值时(t(i)＞Δgt_LIM)，检测算法认为电机输出转矩增益异常，算法输出电机故障状态。

S3、电机转矩故障状态输出：对得到的故障信息进行集成化识别并输出电机转矩故障码，确定电机存在故障。具体为：

将检测到的故障状态进行集成化识别，若存在任意一个故障，则判断电机转矩输出发生故障，输出电机转矩故障码。

如图6所示，本实施例中，针对电机转矩信号失真、突变以及增益失效模式设计了不同的检测算法，其中每一个检测算法将及时输出对应的检测结果，即在检测周期内转矩出现失真现象，输出故障状态error0＝1；在检测周期内出现了转矩突变的失效故障，输出故障状态error1＝1；电机输出转矩增益异常，输出电机故障状态error2＝1。将上述检测结果设置为隐藏故障码并进行存储。本发明对上述检测得到的多个故障状态进行集成化识别并输出电机转矩故障码，以便后续失效处理策略的介入。当上述检测结果中出现任何一种故障时，输出电机转矩失效故障码为1；当上述检测结果中没有出现故障时，输出电机转矩失效故障码为0。

S4、报警。

当检测到有轮毂电机转矩信号存在失效故障时，则发出报警指令。

当检测得到车辆发生失效故障时，整车控制器发送失效故障轮毂电机的失效故障码为1；检测没有发生失效故障时，整车控制器发送对应轮毂电机失效故障码为0。当发生失效故障时，整车控制器发送报警指令，仪表盘上Ready灯闪烁，使得驾驶员及时了解失效故障并采取措施保持车辆稳定性。

对于车辆失效故障的判断主要分为两个模块，一为整车失效故障诊断模块，二为整车驱动控制模块，其中本发明主要以整车失效故障诊断模块的电机转矩失效故障诊断模块为主。本发明利用分布式轮毂电机车辆独立可控的特点，基于车辆轮毂电机的实际状态参数分析，不断检测电机的转矩变化，转矩变化率，转矩增益值，利用本发明的逻辑门限失效检测方法进行车辆失效故障的判断，能实时发现失效故障并在故障发生时进行故障储存和故障输出，并实现报警，使得驾驶员及时了解失效故障并采取措施保持车辆稳定性，同时以便后续失效处理策略的介入，保证车辆行驶过程中的安全性，最大化发挥轮毂电机车辆独立可控优点。

以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种分布式轮毂电机驱动系统故障诊断方法，其特征在于：它包括以下步骤：

S1、电机转矩信号的处理：

采用一阶惯性滤波处理电机转矩信号，然后从轮毂电机控制器中实时采集电机转矩信号；

S2、电机转矩信号特征值检测：

分别对特征值进行计算检测，同时设定各转矩失效故障检测过程中具体的门限值，通过比较各特征值与对应的门限值的大小，判定电机转矩信号是否发生故障并得出故障信息；所述的特征值包括电机转矩信号失真特征值、电机转矩信号突变特征值以及电机转矩信号增益特征值；

S3、电机转矩故障状态输出：

对得到的故障信息进行集成化识别并输出电机转矩故障码，确定电机存在故障；

所述的S2中，电机转矩信号失真特征值的检测方法具体包括：

初始条件设定：对每2个报文周期内得到的轮毂电机输出实际转矩值的差值进行计算，设定转矩差值的门限值以及电机转矩信号输出值不变时长的门限值；

逻辑门限值法识别故障状态：当所述的轮毂电机输出实际转矩值的差值大于转矩差值的门限值，并且此时电机转矩信号输出值不变时长高于其门限值，则表明电机转矩信号出现失真现象，输出失真故障状态；

所述的S2中，电机转矩信号突变特征值的检测方法具体包括：

初始条件设定：对每2个报文周期内得到的轮毂电机输出实际转矩值的变化率进行计算，设定转矩变化率的门限值；

逻辑门限值法识别故障状态：当轮毂电机输出实际转矩值的变化率大于预设的转矩变化率的门限值时，则认为该轮毂电机输出实际转矩值在检测周期内出现了转矩突变的失效故障，输出转矩突变故障状态；

所述的S2中，电机转矩信号增益特征值的检测方法，具体为：

初始条件设定：对每个报文周期内轮毂电机控制器反馈的轮毂电机输出实际转矩值和整车控制器发送的控制目标转矩值的比值进行计算，作为电机转矩信号增益，设定电机转矩信号增益的上下门限值，以及电机转矩信号增益异常的时长门限值；

逻辑门限值法识别故障状态：当计算的电机转矩信号增益处于电机转矩信号增益的上下门限值范围外，则判断电机转矩信号增益异常，若电机转矩信号增益异常的时长大于电机转矩信号增益异常的时长门限值，则输出电机转矩信号增益异常故障状态。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的S1具体为：

设定一阶惯性滤波介入条件：对每一定报文周期内得到的踏板值信号的平均值进行计算，得到当前时刻踏板值信号与踏板值信号平均值差值，设定踏板信号差值不变时长的门限值；当前时刻踏板值信号与踏板值信号平均值差值大于当前时刻踏板值信号的一半，并且维持上述状态的时长高于踏板信号差值不变时长的门限值，认为驾驶员误操作加速踏板或车辆处在极限工况下；

采用一阶惯性滤波进行电机转矩信号的处理，然后从轮毂电机控制器实时采集到电机转矩信号。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述的每一定报文周期为每4个报文周期。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的S3具体为：

将检测到的故障状态进行集成化识别，若存在任意一个故障，则判断电机转矩输出发生故障，输出电机转矩故障码。

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