CN111409460A - 一种用于电动汽车的驱动电机旋转状态监控方法及系统 - Google Patents

一种用于电动汽车的驱动电机旋转状态监控方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于电动汽车的驱动电机旋转状态监控方法及系统。该方法包括：获取驱动电机的旋转位置和驱动电机的高压三相交流线上的电流相位变化信号；将旋转位置以模拟信号形式输出，且将电流相位变化信号以数字信号输出；将模拟信号解码转换成驱动电机的转速数据F，且对数字信号进行计算获得驱动电机的欲驱动转速f；对转速数据F和欲驱动转速f按照公式△F＝∣F‑f∣进行计算，获得转速差值△F；将转速差值△F与一预设转速值F0进行比较，若△F≥F0，则向驱动电机输出一预设电流值的高压三相交流电，使驱动电机在预设电流值对应的转速下运行。本发明方法以及系统可全面、有效且及时地对电机转速失控故障进行识别，确保电动汽车的安全行车。

Description

一种用于电动汽车的驱动电机旋转状态监控方法及系统
技术领域
本发明涉及电动汽车技术领域，尤其涉及一种用于电动汽车的驱动电机旋转状态监控方法及系统。
背景技术
电动车的三大系统为电机、电池和电控，而对于驱动电机的控制系统，在车辆行驶安全方面显得更为重要，尤其是电动车驱动电机的旋转位置监测，其关系到电动车车速是否受控的问题。若电动车驱动电机的旋转位置监测发生错误，就会导致电机控制器无法正确控制驱动电机转速，从而引发车辆车速失控造成的重大安全事故，所以各个电动车研发公司都在电动车驱动电机的旋转位置监测方面采取了各种不同的监测方法，确保驱动电机的旋转位置得以控制，也就是确保电动车的车速得以控制，确保行车安全。
现有技术，虽然都采用了旋转变压位置传感器对电动车驱动电机的旋转位置进行信号采集，并解码，最终计算成电动车驱动电机的转速信号，但仍然存在安全隐患，如：解码器发生故障，旋转变压位置传感器发生故障，旋转变压位置传感器输出的信号受到干扰，解码器输出的数据发生部分丢失，都会导致电机控制器对电机转速的失控。
现有技术中通过对旋变传感器(即旋转变压传感器)输出的模拟信号通路的断路(即开路)监测，确保了因旋变传感器至解码器直接的通路发生断路的故障被及时识别，在一定程度上确保了由于电动车驱动电机旋转位置监测失败导致的安全隐患，但是，仍然不能解决解码器发生故障，旋转变压位置传感器发生故障，旋转变压位置传感器输出的信号受到干扰，解码器输出的数据发生部分丢失等问题导致的电机失控问题。
现有技术中还提供了通过在电机匀速运行下，监测电机转角，建立电机位置表，以此对旋转解码器进行校准的方法。但这仅仅是为了使旋转解码器与旋转变压传感器更好的配合，进行的一种标定校准方法，仍然不能解决解码器发生故障，旋转变压位置传感器发生故障，旋转变压位置传感器输出的信号受到干扰，解码器输出的数据发生部分丢失等问题导致的电机失控问题。
发明内容
本发明的一个目的是要解决解码器发生故障，旋转变压位置传感器发生故障，旋转变压位置传感器输出的信号受到干扰，解码器输出的数据发生部分丢失等问题导致的电机失控问题。
本发明的一个进一步的目的是要确保在电机失控的情况下安全行车。
特别地，本发明提供了一种用于电动汽车的驱动电机旋转状态监控方法，包括如下步骤：
获取驱动电机的旋转位置和所述驱动电机的高压三相交流线上的电流相位变化信号；
将所述旋转位置以模拟信号形式输出，且将所述电流相位变化信号以数字信号输出；
将所述模拟信号解码转换成所述驱动电机的转速数据F，且对所述数字信号进行计算获得所述驱动电机的欲驱动转速f；
对所述转速数据F和欲驱动转速f按照公式△F＝∣F-f∣进行计算，获得转速差值△F；
将所述转速差值△F与一预设转速值F0进行比较，若△F≥F0，则向所述驱动电机输出一预设电流值的高压三相交流电，使所述驱动电机在所述预设电流值对应的转速下运行。
可选地，所述驱动电机旋转状态监控方法还包括如下步骤：
获取电动汽车在不同工况下正常运行状态下的转速数据集{F1,F2,…Fi,…Fn}和对应的欲驱动转速集{f1,f2,…fi,…fn}；
对所述转速数据集中的转速数据以及对应的欲驱动转速集中的欲驱动转速按照公式△Fi＝∣Fi-fi∣进行计算，获得转速差值集{△F1,△F2,…△Fi,…△Fn}；
从所述转速差值集{△F1,△F2,…△Fi,…△Fn}中选取最大值，并将所述最大值作为预设转速值F0。
可选地，所述预设电流值为所述电动汽车处于跛行模式下所述驱动电机功率最小时对应的所述高压三相交流电的电流值。
可选地，所述驱动电机旋转状态监控方法还包括如下步骤：存储△F≥F0时的故障信息。
特别地，本发明还提供了一种用于电动汽车的驱动电机旋转状态监控系统，包括：
驱动电机；
电机转速监测系统，用于获取所述驱动电机的旋转位置，以模拟信号形式输出所述旋转位置，并将所述模拟信号解码转换成所述驱动电机的转速数据F；
电机控制器，用于获取所述驱动电机的高压三相交流线上的电流相位变化信号，将所述电流相位变化信号以数字信号输出，并对所述数字信号进行计算获得所述驱动电机的欲驱动转速f，对所述转速数据F和欲驱动转速f按照公式△F＝∣F-f∣进行计算，获得转速差值△F，将所述转速差值△F与一预设转速值F0进行比较，若△F≥F0，则向所述驱动电机输出一预设电流值的高压三相交流电，使所述驱动电机在所述预设电流值对应的转速下运行。
可选地，所述电机转速监测系统还用于获取电动汽车在不同工况下正常运行状态下的转速数据集{F1,F2,…Fi,…Fn}；
所述电机控制器还用于获取电动汽车在不同工况下正常运行状态下对应的欲驱动转速集{f1,f2,…fi,…fn}，对所述转速数据集中的转速数据以及对应的欲驱动转速集中的欲驱动转速按照公式△Fi＝∣Fi-fi∣进行计算，获得转速差值集{△F1,△F2,…△Fi,…△Fn}，从所述转速差值集{△F1,△F2,…△Fi,…△Fn}中选取最大值，并将所述最大值作为预设转速值F0。
可选地，所述电机转速监测系统包括：
旋转变压传感器，用于获取驱动电机的旋转位置，并将所述旋转位置以所述模拟信号的形式输出给旋转角位置解码器；
旋转角位置解码器，与所述旋转变压传感器相连，用于将所述模拟信号解码转换成所述驱动电机的转速数据F。
可选地，所述电机控制器包括：
电流传感器，设置在所述驱动电机的所述高压三相交流线上，用于获取所述高压三相交流线上的电流相位变化信号；
A/D模数转换器，与所述电流传感器相连，用于将所述电流相位变化信号转化为数字信号；
微控制器，与所述A/D模数转换器和所述旋转角位置解码器相连，用于对所述数字信号进行计算获得所述驱动电机的欲驱动转速f，并对所述转速数据F和欲驱动转速f按照公式△F＝∣F-f∣进行计算，获得转速差值△F，将所述转速差值△F与一预设转速值F0进行比较，若△F≥F0，则向电机驱动器发出输出所述预设电流值的高压三相交流电的控制指令；
电机驱动器，与所述微控制器和所述驱动电机相连，用于接收所述微控制器的指令，向所述驱动电机输出所述预设电流值，使所述驱动电机在所述预设电流值对应的转速下运行。
可选地，所述微控制器还用于通过CAN总线发出跛行模式的触发信息。
可选地，所述微控制器还用于存储和发送所述驱动电机的转速失控的故障信息。
根据本发明的方案，通过采集电机转速的两路信号，其中一路来自于驱动电机旋转变压传感器，即：驱动电机的后端转速信号F；另外一路来自于驱动电机高压三相交流电的输入端，即：驱动电机的前端欲控制电机的转速信号，欲驱动转速f，对两路获得的转速F和f进行计算：∣F-f∣＝△F，若△F≥F0，则向驱动电机输出一预设电流值的高压三相交流电，使得驱动电机运行在一个特定的低转速下。
由此，本发明的方案有效地解决了电动汽车由于其驱动电机旋转变压位置传感器发生故障，或者旋转解码器故障，甚至驱动电机转速信号受到干扰，或者信号通路发生开路或断路故障的情况下，不能全面、有效、及时地对电机转速失控故障进行识别和车速安全控制的问题，从而确保了电动汽车的行车安全。
根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
图1示出了根据本发明一个实施例的用于电动汽车的驱动电机旋转状态监控方法的示意性流程图；
图2示出了根据本发明一个实施例的用于电动汽车的驱动电机旋转状态监控系统的示意性原理图。
图中：1-驱动电机系统，11-驱动电机，12-电机转速监测系统，121-旋转变压传感器，122-旋转角位置解码器，123-旋转变压传感器正弦波输出信号线，124-励磁信号输出线，125-旋转变压传感器余弦波输出信号线，126-第一DC/DC电源模块，13-电机定子，2-电机控制器，21-电机驱动器，22-A/D模数转换器，23-MCU(微控制器)，24-内部数据总线，25-电流传感器，26-电流传感信号输出线，27-三相交流电数据信号线，28-第二DC/DC电源模块，3-电机转速数据传输线，4-高压三相交流线。
具体实施方式
图1示出了根据本发明一个实施例的用于电动汽车的驱动电机旋转状态监控方法的示意性流程图。如图1所示，该驱动电机旋转状态监控方法包括：
步骤S100，获取驱动电机的旋转位置和驱动电机的高压三相交流线上的电流相位变化信号；
步骤S200，将旋转位置以模拟信号形式输出，且将电流相位变化信号以数字信号输出；
步骤S300，将模拟信号解码转换成驱动电机的转速数据F，且对数字信号进行计算获得驱动电机的欲驱动转速f；
步骤S400，对转速数据F和欲驱动转速f按照公式△F＝∣F-f∣进行计算，获得转速差值△F；
步骤S500，将转速差值△F与一预设转速值F0进行比较，若△F≥F0，则向驱动电机输出一预设电流值的高压三相交流电，使驱动电机在预设电流值对应的转速下运行。
在步骤S500中，该预设转速值F0的获取方法包括：
步骤S510，获取电动汽车在不同工况下正常运行状态下的转速数据集{F1,F2,…Fi,…Fn}和对应的欲驱动转速集{f1,f2,…fi,…fn}；
步骤S520，对转速数据集中的转速数据以及对应的欲驱动转速集中的欲驱动转速按照公式△Fi＝∣Fi-fi∣进行计算，获得转速差值集{△F1,△F2,…△Fi,…△Fn}；
步骤S530，从转速差值集{△F1,△F2,…△Fi,…△Fn}中选取最大值，并将最大值作为预设转速值F0。
其中，在步骤S510中，不同工况包括起步、加速、等速、减速、转弯、上下坡、停车等行驶工况，此处不限制工况，只需电动汽车在正常运行，没有出现任何电机故障即可。
该转速数据集中的任一转速数据都是通过前述步骤S100至S300中的方法，即获取当前驱动电机的旋转位置，将该旋转位置以模拟信号形式输出，将所述模拟信号解码转换成所述驱动电机的转速数据Fi，其中Fi为当前工况下当前时刻时的驱动电机的转速数据。Fi至Fn中的数据可以相等也可以不相等，这是经过多次试验获得的在汽车正常运行状态不同工况或相同工况下不同时刻的驱动电机的转速数据。
该欲驱动转速集中的任一欲驱动转速都是通过前述步骤S100至S300中的方法，即获取当前驱动电机的高压三相交流线上的电流相位变化信号，将电流相位变化信号以数字信号输出，对该数字信号进行计算获得驱动电机的欲驱动转速fi，其中fi为Fi对应时刻的驱动电机的欲驱动转速。
在步骤S500中，预设电流值为电动汽车处于跛行模式下驱动电机功率最小时对应的高压三相交流电的电流值。
在步骤S500之后还包括存储△F≥F0时的故障信息的步骤。其中，故障信息包括发生故障时驱动电机的转速数据F、欲驱动转速f以及转速差值△F。
根据本发明的方案，通过采集电机转速的两路信号，其中一路来自于驱动电机旋转变压传感器，即：驱动电机的后端转速信号F；另外一路来自于驱动电机高压三相交流电的输入端，即：驱动电机的前端欲控制电机的转速信号，欲驱动转速f，对两路获得的转速F和f进行计算：∣F-f∣＝△F，若△F≥F0，则向驱动电机输出一预设电流值的高压三相交流电，使得驱动电机运行在一个特定的低转速下。由此有效地解决了电动汽车由于其驱动电机旋转变压位置传感器发生故障，或者旋转解码器故障，甚至驱动电机转速信号受到干扰，或者信号通路发生开路或断路故障的情况下，不能全面、有效、及时地对电机转速失控故障进行识别和车速安全控制的问题，从而确保了电动车的行车安全。
图2示出了根据本发明一个实施例的用于电动汽车的驱动电机旋转状态监控系统的示意性原理图。如图2所示，该驱动电机旋转状态监控系统包括驱动电机系统1、电机控制器2、电机转速数据传输线3和高压三相交流线4。
该驱动电机系统1包括驱动电机11、电机转速监测系统和电机定子13，该驱动电机11通过电机定子13与电机转速监测系统相连。该电机转速监测系统用于获取驱动电机11的旋转位置，以模拟信号形式输出旋转位置，并将模拟信号解码转换成驱动电机11的转速数据F。
该电机控制器2用于获取驱动电机11的高压三相交流线4上的电流相位变化信号，将电流相位变化信号以数字信号输出，并对数字信号进行计算获得驱动电机11的欲驱动转速f，对转速数据F和欲驱动转速f按照公式△F＝∣F-f∣进行计算，获得转速差值△F，将转速差值△F与一预设转速值F0进行比较，若△F≥F0，则向驱动电机11输出一预设电流值的高压三相交流电，使驱动电机11在预设电流值对应的转速下运行。
在一个实施例中，该电机转速监测系统包括旋转变压传感器121、旋转角位置解码器、旋转变压传感器正弦波输出信号线123、励磁信号输出线124、旋转变压传感器余弦波输出信号线125和第一DC/DC电源模块126。旋转变压传感器121与驱动电机11通过电机定子13相连，该旋转变压传感器121将驱动电机11的旋转位置以正弦波和余弦波的模拟信号的形式实时地传输给旋转角位置解码器，旋转角位置解码器将该模拟信号解码转换成驱动电机11的转速数据F。
电机控制器2包括电机驱动器21、A/D模数转换器22、微控制器23(MCU)、内部数据总线24、电流传感器25、电流传感信号输出线26、三相交流电数据信号线27以及第二DC/DC电源模块28。微控制器23与旋转角位置解码器相连，可以接收由旋转角位置解码器传输的转速数据F。同时，驱动电机11的高压三相交流线4上的三个电流传感器25采集其三根高压三相交流线4上电流相位变化信号，并传输给A/D模数转换器22，A/D模数转换器22将其转化为数字信号，并将该数字信号发送给MCU 23，MCU 23再将其计算，得到驱动电机11的欲驱动转速f，MCU 23对两路获得的转速F和f进行计算：∣F-f∣＝△F，若△F≥F0，MCU 23则控制电机驱动器21输出一个预设电流值的高压三相交流电给驱动电机11，使得驱动电机11运行在一个特定的低转速下，即使得车速处于跛行模式下的低速状态，同时，MCU 23将通过车载CAN总线发出跛行回家模式的触发信息，并存储和发送电机转速失控的故障代码。
根据本发明的方案，通过采集电机转速的两路信号，其中一路来自于驱动电机11旋转变压传感器121，即：驱动电机11的后端转速信号F；另外一路来自于驱动电机11高压三相交流电的输入端，即：驱动电机11的前端欲控制电机的转速信号，欲驱动转速f，对两路获得的转速F和f进行计算：∣F-f∣＝△F，若△F≥F0，则向驱动电机11输出一预设电流值的高压三相交流电，使得驱动电机11运行在一个特定的低转速下。由此有效地解决了电动汽车由于其驱动电机11旋转变压位置传感器发生故障，或者旋转解码器故障，甚至驱动电机11转速信号受到干扰，或者信号通路发生开路或断路故障的情况下，不能全面、有效、及时地对电机转速失控故障进行识别和车速安全控制的问题，从而确保了电动车的行车安全。
该驱动电机旋转状态监控系统的其他特征与前述的驱动电机旋转状态监控方法保持一致，此处不再一一赘述。
至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (10)

1.一种用于电动汽车的驱动电机旋转状态监控方法，其特征在于，包括如下步骤：
获取驱动电机的旋转位置和所述驱动电机的高压三相交流线上的电流相位变化信号；
将所述旋转位置以模拟信号形式输出，且将所述电流相位变化信号以数字信号输出；
将所述模拟信号解码转换成所述驱动电机的转速数据F，且对所述数字信号进行计算获得所述驱动电机的欲驱动转速f；
对所述转速数据F和欲驱动转速f按照公式△F＝∣F-f∣进行计算，获得转速差值△F；
将所述转速差值△F与一预设转速值F0进行比较，若△F≥F0，则向所述驱动电机输出一预设电流值的高压三相交流电，使所述驱动电机在所述预设电流值对应的转速下运行。
2.根据权利要求1所述的驱动电机旋转状态监控方法，其特征在于，还包括如下步骤：
获取电动汽车在不同工况下正常运行状态下的转速数据集{F1,F2,…Fi,…Fn}和对应的欲驱动转速集{f1,f2,…fi,…fn}；
对所述转速数据集中的转速数据以及对应的欲驱动转速集中的欲驱动转速按照公式△Fi＝∣Fi-fi∣进行计算，获得转速差值集{△F1,△F2,…△Fi,…△Fn}；
从所述转速差值集{△F1,△F2,…△Fi,…△Fn}中选取最大值，并将所述最大值作为预设转速值F0。
3.根据权利要求2所述的驱动电机旋转状态监控方法，其特征在于，所述预设电流值为所述电动汽车处于跛行模式下所述驱动电机功率最小时对应的所述高压三相交流电的电流值。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的驱动电机旋转状态监控方法，其特征在于，还包括如下步骤：存储△F≥F0时的故障信息。
5.一种用于电动汽车的驱动电机旋转状态监控系统，其特征在于，包括：
驱动电机；
电机转速监测系统，用于获取所述驱动电机的旋转位置，以模拟信号形式输出所述旋转位置，并将所述模拟信号解码转换成所述驱动电机的转速数据F；
电机控制器，用于获取所述驱动电机的高压三相交流线上的电流相位变化信号，将所述电流相位变化信号以数字信号输出，并对所述数字信号进行计算获得所述驱动电机的欲驱动转速f，对所述转速数据F和欲驱动转速f按照公式△F＝∣F-f∣进行计算，获得转速差值△F，将所述转速差值△F与一预设转速值F0进行比较，若△F≥F0，则向所述驱动电机输出一预设电流值的高压三相交流电，使所述驱动电机在所述预设电流值对应的转速下运行。
6.根据权利要求5所述的驱动电机旋转状态监控系统，其特征在于，所述电机转速监测系统还用于获取电动汽车在不同工况下正常运行状态下的转速数据集{F1,F2,…Fi,…Fn}；
所述电机控制器还用于获取电动汽车在不同工况下正常运行状态下对应的欲驱动转速集{f1,f2,…fi,…fn}，对所述转速数据集中的转速数据以及对应的欲驱动转速集中的欲驱动转速按照公式△Fi＝∣Fi-fi∣进行计算，获得转速差值集{△F1,△F2,…△Fi,…△Fn}，从所述转速差值集{△F1,△F2,…△Fi,…△Fn}中选取最大值，并将所述最大值作为预设转速值F0。
7.根据权利要求6所述的驱动电机旋转状态监控系统，其特征在于，所述电机转速监测系统包括：
旋转变压传感器，用于获取驱动电机的旋转位置，并将所述旋转位置以所述模拟信号的形式输出给旋转角位置解码器；
旋转角位置解码器，与所述旋转变压传感器相连，用于将所述模拟信号解码转换成所述驱动电机的转速数据F。
8.根据权利要求7所述的驱动电机旋转状态监控系统，其特征在于，所述电机控制器包括：
电流传感器，设置在所述驱动电机的所述高压三相交流线上，用于获取所述高压三相交流线上的电流相位变化信号；
A/D模数转换器，与所述电流传感器相连，用于将所述电流相位变化信号转化为数字信号；
微控制器，与所述A/D模数转换器和所述旋转角位置解码器相连，用于对所述数字信号进行计算获得所述驱动电机的欲驱动转速f，并对所述转速数据F和欲驱动转速f按照公式△F＝∣F-f∣进行计算，获得转速差值△F，将所述转速差值△F与一预设转速值F0进行比较，若△F≥F0，则向电机驱动器发出输出所述预设电流值的高压三相交流电的控制指令；
电机驱动器，与所述微控制器和所述驱动电机相连，用于接收所述微控制器的指令，向所述驱动电机输出所述预设电流值，使所述驱动电机在所述预设电流值对应的转速下运行。
9.根据权利要求8所述的驱动电机旋转状态监控系统，其特征在于，所述微控制器还用于通过CAN总线发出跛行模式的触发信息。
10.根据权利要求5-9中任一项所述的驱动电机旋转状态监控系统，其特征在于，所述微控制器还用于存储和发送所述驱动电机的转速失控的故障信息。
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