CN111812505A - 分布式轮毂电机驱动车电机温升故障诊断方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分布式轮毂电机驱动车电机温升故障诊断方法及设备，所述方法包括：获取一个报文周期的轮毂电机的实际温度与预设温度预警值的差值，根据所述差值判断电机是否具有高温倾向，并在电机具有高温倾向时，将电机温升故障特征参数输入模糊诊断器中；通过所述模糊诊断器中预设的电机温升故障策略，对所述电机温升故障特征参数进行模糊化处理和解模糊化处理，以得到温度影响系数；根据所述温度影响系数，输出表示电机温升故障等级的故障信号。本发明能够准确预测电机温升趋势，诊断识别电机温升故障并在故障发生时进行多级别报警，使驾驶员能及时采取相关措施对故障降级和消除，保证车辆行驶过程中的安全性。

Description

分布式轮毂电机驱动车电机温升故障诊断方法及设备

技术领域

本发明涉及分布式轮毂电机驱动车辆控制技术领域，特别涉及一种分布式轮毂电机驱动车电机温升故障诊断方法及设备。

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。在电动汽车产业里的分布式轮毂电机驱动车辆的发展中，由于分布式轮毂电机驱动系统可以通过整车控制器对每个车轮状态进行独立控制，同时通过轮毂电机控制器直接控制轮毂电机转矩和功率。这种分布式控制方法相比较于传统集中式车辆的控制方法，响应速度更快，动力传递效率更高，在复杂多变的行驶工况下，能够保证车辆具有更加出色的动力性和操作稳定性。

在实现驱动模式多元化的同时，由于驱动电机经常处于高负荷的工作状态，导致电机工作温度较高。若电机长时间处于过热状态下，很可能会引起电机内部线圈绝缘层的老化和脱落，甚至引发电机定子线圈相间断路等故障，影响驱动系统正常工作。高温异常不仅会影响电机本身性能，也使得整车处于危险工况，对车辆的安全性造成极大隐患，故障严重时甚至会造成重大事故。因此对驱动电机温升故障进行实时监控和诊断识别是非常重要的。

目前，在驱动电机的高温故障诊断识别技术中，普遍应用的方法是通过电机温度传感器实时检测电机温度，当电机温度高于预设值时，则输出高温故障信号，并通过CAN总线传递到整车控制器中，驾驶员根据报警提示，进行减速或停车操作。但由于温度本身具有渐变性质，需要经过一定的时间才能达到高温报警值，上述方法虽然能有效地进行高温报警，但是无法预测温升趋势。例如：在电机运转过程中，即使电机温度未达到高温报警值，但有可能长期处于较高的工作温度下，仍具有一定的潜在失效可能。而且，仅输出一种高温故障信号，无法准确描述电机高温故障失效程度，会影响驾驶员对于故障处理的判断。

因此，如何对驱动电机进行高温潜在故障预警和多级故障诊断识别，成为了现阶段电机温升故障诊断中急需解决的难题。

因而现有技术还有待改进和提高。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种分布式轮毂电机驱动车电机温升故障诊断方法及设备，可以实时准确地对分布式轮毂电机驱动车辆电机进行高温潜在预警和多级别故障诊断识别，进而提高对电机故障诊断的敏感度和判断能力，以提高车辆驾驶的安全性。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一方面，本发明提供了一种分布式轮毂电机驱动车电机温升故障诊断方法，包括如下步骤：

获取一个报文周期的轮毂电机的实际温度与预设温度预警值的差值，根据所述差值判断电机是否具有高温倾向，并在电机具有高温倾向时，将电机温升故障特征参数输入模糊诊断器中；

通过所述模糊诊断器中预设的电机温升故障策略，对所述电机温升故障特征参数进行模糊化处理和解模糊化处理，以得到温度影响系数；

根据所述温度影响系数，输出表示电机温升故障等级的故障信号。

优选的，所述的分布式轮毂电机驱动车电机温升故障诊断方法中，所述电机温升故障特征参数至少包括电机实际温度和预设温度预警值的差值、电机高温持续时间以及电机高温出现次数。

优选的，所述的分布式轮毂电机驱动车电机温升故障诊断方法中，所述获取一个报文周期的轮毂电机的实际温度与预设温度预警值的差值，根据所述差值判断电机是否具有高温倾向，并在电机具有高温倾向时，将电机温升故障特征参数输入模糊诊断器中的步骤包括：

获取一个报文周期的轮毂电机的实际温度与预设温度预警值的差值，当所述差值小于预设差值时判断所述电机具有高温倾向；

当电机具有高温倾向时，获取电机温升故障特征参数，并将所述电机温升故障特征参数输入到模糊诊断器中。

优选的，所述的分布式轮毂电机驱动车电机温升故障诊断方法中，所述通过所述模糊诊断器中预设的电机温升故障策略，对所述电机温升故障特征参数进行模糊化处理和解模糊化处理，以得到温度影响系数的步骤包括：

通过所述模糊诊断器中预设的电机温升故障策略，对所述电机温升故障特征参数进行模糊化处理，以使各个特征参数进行尺度变换，得到各个特征参数的模糊论域级别；

根据各个特征参数的模糊论域级别以及电机温升故障策略得到电机温升故障程度；

对所述电机温升故障程度进行解模糊化处理得到温度影响系数。

优选的，所述的分布式轮毂电机驱动车电机温升故障诊断方法中，各个特征参数的模糊论域级别包括小、中、大三个级别。

优选的，所述的分布式轮毂电机驱动车电机温升故障诊断方法中，所述电机温升故障程度包括正常、轻微、一般、严重和危险五个程度。

优选的，所述的分布式轮毂电机驱动车电机温升故障诊断方法中，所述电机温升故障等级包括工作正常、潜在失效、部分失效和完全失效四个等级。

优选的，所述的分布式轮毂电机驱动车电机温升故障诊断方法中，所述根据所述温度影响系数，输出表示电机温升故障等级的故障信号的步骤具体包括：

当所述温度影响系数为0时，输出表示工作正常的故障信号；

当所述温度影响系数大于0且不大于0.3时，输出表示潜在失效的故障信号；

当所述温度影响系数大于0.3且不大于0.7时，输出表示部分失效的故障信号；

当所述温度影响系数大于0.7且不大于1时，输出表示完全失效的故障信号。

另一方面，本发明还提供了一种分布式轮毂电机驱动车电机温升故障诊断设备，包括处理器和存储器；

所述存储器上存储有可被所述处理器执行的计算机可读程序；

所述处理器执行所述计算机可读程序时实现如上所述的分布式轮毂电机驱动车电机温升故障诊断方法中的步骤。

又一方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如上所述的分布式轮毂电机驱动车电机温升故障诊断方法中的步骤。

相较于现有技术，本发明提供的分布式轮毂电机驱动车电机温升故障诊断方法及设备，基于分布式轮毂电机驱动车辆电机的实际温度状态参数分析，实时监测电机的温度与温度预警值的差值、高温持续时间值以及电机高温出现次数，利用本发明的模糊诊断器进行车辆温升故障的判断，能准确预测电机温升趋势，诊断识别电机温升故障并在故障发生时进行多级别报警，使驾驶员能及时采取相关措施对故障降级和消除，保证车辆行驶过程中的安全性。

附图说明

图1为本发明提供的分布式轮毂电机驱动车电机温升故障诊断方法的一较佳实施例的流程图；

图2为本发明提供的分布式轮毂电机驱动车电机温升故障诊断方法中所述步骤S100的一较佳实施例的流程图；

图3为本发明提供的分布式轮毂电机驱动车电机温升故障诊断方法中所述步骤S200的一较佳实施例的流程图；

图4a为本发明一较佳实施例的电机预警温度差隶属度函数搭建图；

图4b为本发明一较佳实施例的电机高温持续时间隶属度函数搭建图；

图4c为本发明一较佳实施例的电机高温出现次数隶属度函数搭建图；

图4d为本发明一较佳实施例的电机温度影响系数隶属度函数搭建图；

图5a为本发明模糊诊断器在温度差为30℃时的响应曲面图；

图5b为本发明模糊诊断器在温度差为10℃时的响应曲面图；

图5c为本发明模糊诊断器在温度差为-10℃时的响应曲面图；

图6a为本发明一较佳实施例的预警温度差信号输入仿真图；

图6b为本发明一较佳实施例的高温持续时间信号输入仿真图；

图6c为本发明一较佳实施例的高温出现次数信号输入仿真图；

图6d为本发明一较佳实施例的温升故障诊断信号输出仿真图。

具体实施方式

本发明提供一种分布式轮毂电机驱动车电机温升故障诊断方法及设备，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，本发明实施例提供的分布式轮毂电机驱动车电机温升故障诊断方法，包括如下步骤：

S100、获取一个报文周期的轮毂电机的实际温度与预设温度预警值的差值，根据所述差值判断电机是否具有高温倾向，并在电机具有高温倾向时，将电机温升故障特征参数输入模糊诊断器中。

具体来说，所述电机温升故障特征参数至少包括电机实际温度和预设温度预警值的差值、电机高温持续时间以及电机高温出现次数，其中，在车辆行驶过程中，通过四个独立的电机温度传感器可得到对应的轮毂电机的实际温度T_n，并结合实际工况需求设计温度预警值T₀。其中，电机预警温度差ΔT_temp表示电机实际温度与温度预警值的差值；电机高温持续时间ΔT_{temp_time}表示电机在具有高温倾向的工况下持续工作的时间，电机高温出现次数ΔT_{temp_count}在单位时间内电机出现具有高温倾向的次数。本发明结合驱动电机的特征，选取了三个特征参数作为电机温升故障诊断因数，当电机工作状态被判定为具有高温倾向时，则对电机温升故障特征参数进行实时记录，并输入到模糊诊断器中，用于对电机温度变化趋势进行分析。具体的，请参阅图2，所述步骤S100具体包括：

S101、获取一个报文周期的轮毂电机的实际温度与预设温度预警值的差值，当所述差值小于预设差值时判断所述电机具有高温倾向；

S102、当电机具有高温倾向时，获取电机温升故障特征参数，并将所述电机温升故障特征参数输入到模糊诊断器中。

本实施例中，通过对1个报文周期内得到的各轮毂电机实际温度T_n与温度预警值T₀的差值ΔT_temp进行分析，本发明设定当ΔT_temp≥-10℃时，电机具有高温倾向，此值可以根据实际工况需求进行调整，本发明对此不作限定。在电机运转过程中，即使电机温度未达到高温报警值，但有可能长期处于较高的工作温度下，仍具有一定的潜在失效可能。因此，当电机状态被系统识别为具有高温倾向时，则立即对预警温度差ΔT_temp、高温持续时间ΔT_{temp_time}和高温出现次数ΔT_{temp_count}进行实时记录，用以预测电机温升趋势。

S200、通过所述模糊诊断器中预设的电机温升故障策略，对所述电机温升故障特征参数进行模糊化处理和解模糊化处理，以得到温度影响系数。

具体来说，得到预警温度差ΔT_temp、高温持续时间ΔT_{temp_time}和高温出现次数ΔT_{temp_count}，本发明通过使用模糊诊断器得到以上三个特征参数与电机温升故障之间的关系，本发明中所述模糊诊断器是基于规则设计的电机温升故障策略，通过分析预警温度差ΔT_temp、高温持续时间ΔT_{temp_time}以及电机高温出现次数ΔT_{temp_count}进行模糊化和解模糊化处理，得到代表电机温升故障失效程度的温度影响系数，并对电机进行温升故障诊断识别，同时根据不同故障等级发送电机温升故障信号。具体的，请参阅图3，所述步骤 S200具体包括：

S201、通过所述模糊诊断器中预设的电机温升故障策略，对所述电机温升故障特征参数进行模糊化处理，以使各个特征参数进行尺度变换，得到各个特征参数的模糊论域级别；

S202、根据各个特征参数的模糊论域级别以及电机温升故障策略得到电机温升故障程度；

S203、对所述电机温升故障程度进行解模糊化处理得到温度影响系数。

具体来说，如图4a至图4d所示，图4a为电机温度差隶属度函数搭建图，图4b为电机高温持续时间隶属度函数搭建图，图4c为电机高温出现次数隶属度函数搭建图，图4d为电机温度影响系数隶属度函数搭建图。结合实际车辆行驶过程中电机温度状态，本发明对温度差ΔT_temp的取值范围设定为[-10，30]，并将此范围设为电机温度差论域；对电机高温持续时间ΔT_{temp_time}取值范围设定为[0，20]，并将此范围设为电机高温持续时间论域，时间单位设定为分钟；电机高温出现次数ΔT_{temp_count}取值范围设定为[0,120]，并将此范围设为电机高温出现次数论域；模糊诊断器基于本发明制定的规则，对三个特征参数进行解模糊化处理，输出电机温度影响系数A_temp，其取值范围设为[0，1]，将此范围设为电机温度影响系数论域。

如下表所示，其为模糊诊断器中预设的电机温升故障诊断表，将实时监控的预警温度差ΔT_temp、高温持续时间ΔT_{temp_time}以及电机高温出现次数ΔT_{temp_count}进行模糊化处理，最终得到关于电机是否发生温升故障的状态识别值。通过隶属度函数搭建，预警温度差ΔT_temp、高温持续时间ΔT_{temp_time}以及电机高温出现次数ΔT_{temp_count}的论域被定义为小(S)、中(M)、大(B) 三个级别，来界定输入值：电机预警温度差ΔT_temp、高温持续时间ΔT_{temp_time}和高温出现次数ΔT_{temp_count}的范围。

通过制定电机温升故障诊断表，可以将电机温升故障程度分为五种，分别为正常(N)，轻微(M)，一般(C)，严重(S)，危险(D)，五个状态量分别映射不同的电机预警温度差ΔT_temp、高温持续时间ΔT_{temp_time}和高温出现次数ΔT_{temp_count}综合表示的电机实际工作状态，从而通过输入值和模糊规则表对电机温升故障进行故障诊断分析。

进一步来说，对于解模糊化过程，只要是将模糊诊断器中的输入值对比电机温升故障诊断表，得到的输出至作为诊断识别依据，输出值的大小代表电机温升故障程度，从而判断故障是否发生以及故障失效等级。输出值电机温度影响系数A_temp，反映电机温度状态对电机影响大小，以此对每个电机判断是否存在故障以及故障失效程度。

如图5a至图5c所示，其为模糊诊断器的响应曲面图，基于电机温升故障诊断表，通过Matlab软件搭建模糊诊断器，可以将三个特征参数电机温度差ΔT_temp、电机高温持续时间ΔT_{temp_time}和电机高温出现次数ΔT_{temp_count}与电机温度影响系数A_temp的对应关系可视化，获得电机温升故障诊断响应曲面。

由于模糊逻辑控制器中有三个输入信号和一个输出信号，模糊逻辑响应曲面无法在一个三维曲面中显示，所以本发明选择在不同电机温度差ΔT_temp的工况下，获得的响应曲面进行展示。

在图5a至图5c依次所示的ΔT_temp＝30℃、ΔT_temp＝10℃及ΔT_temp＝-10℃三种工况下，所获得的响应曲面中可以看出，通过输入不同的电机温度特征参数，将得到不同的电机温度影响系数，从而客观、准确地表示此刻电机温升故障失效程度。在电机实际运转过程中，特征参数随着工况的不同，会不断发生变化，因此在对特征参数进行实时监控后，对电机温升状态进行诊断识别，可以确保电机工作状态正常。

图6a至图6d为电机温升故障诊断仿真结果图，本发明根据电机温度本身具有渐变化的特点，采用模拟信号表示电机温度差、高温持续时间和高温出现次数。将信号输入到搭建的温度故障诊断模块中，得到的仿真结果如图6a至图6d所示。

对于电机温升故障的诊断识别，温度影响系数A_temp越接近1，表示电机温度越高，持续高热负荷工作时间越长，电机发生高温故障的危险性越大，严重时会导致电机损坏，影响整车的安全性；当温度影响系数接近0 时，代表电机温度越正常，持续高热负荷工作时间越短，电机发生潜在故障的可能性越小。

S300、根据所述温度影响系数，输出表示电机温升故障等级的故障信号。

具体来说，所述电机温升故障等级包括工作正常、潜在失效、部分失效和完全失效四个等级。所述步骤S300具体包括：

当所述温度影响系数为0时，输出表示工作正常的故障信号；

当所述温度影响系数大于0且不大于0.3时，输出表示潜在失效的故障信号；

当所述温度影响系数大于0.3且不大于0.7时，输出表示部分失效的故障信号；

当所述温度影响系数大于0.7且不大于1时，输出表示完全失效的故障信号。

具体的，当A_temp＝0时，输出温度故障码为0；0＜A_temp≤0.3时，输出电机温度故障码1；0.3＜A_temp≤0.7时，输出电机温度故障码2； 0.7＜A_temp≤1时，输出电机温度故障码3，从而判断电机温升故障失效程度，并传递对应故障信号，对轮毂电机进行实时、准确地温升故障诊断识别。即：

本发明将电机温升故障等级划分为：工作正常、潜在失效、部分失效和完全失效四种状态。

(1)工作正常：温升故障码为err_temp＝0，即电机故障诊断模块没有检测到任何故障，此种情况下认为电机不具有高温倾向，电机驱动系统正常运行，无需做任何处理，继续响应驾驶员意图即可。

(2)潜在失效：温升故障码为err_temp＝1，电机具有潜在失效风险，此种情况下认为电机具有高温倾向，故障诊断系统进行高温预警，驾驶员需对电机工作状态予以关注，可以选择性做出相应处理。

(3)部分失效：温升故障码为err_temp＝2，电机故障诊断模块检测到存在失效故障，此种情况下电机仍可输出部分功率，具备继续工作能力，但需进行功率限制，避免故障加剧。

(4)完全失效：温升故障码为err_temp＝3，电机故障诊断模块检测到存在失效故障，且电机在该失效故障下无法继续工作，若持续工作会对整车和电机造成不可避免的危害，必须停止此回路电机工作。

基于上述分布式轮毂电机驱动车电机温升故障诊断方法，本发明还相应的提供一种分布式轮毂电机驱动车电机温升故障诊断设备，包括处理器和存储器；

所述存储器上存储有可被所述处理器执行的计算机可读程序；

所述处理器执行所述计算机可读程序时实现如上述实施例所述的分布式轮毂电机驱动车电机温升故障诊断方法中的步骤。由于上文已对分布式轮毂电机驱动车电机温升故障诊断方法进行详细描述，在此不再赘述。

基于上述分布式轮毂电机驱动车电机温升故障诊断方法，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如上述实施例所述分布式轮毂电机驱动车电机温升故障诊断方法中的步骤。由于上文已对分布式轮毂电机驱动车电机温升故障诊断方法进行详细描述，在此不再赘述。

综上所述，本发明提供的分布式轮毂电机驱动车电机温升故障诊断方法及设备中，所述方法包括：获取一个报文周期的轮毂电机的实际温度与预设温度预警值的差值，根据所述差值判断电机是否具有高温倾向，并在电机具有高温倾向时，将电机温升故障特征参数输入模糊诊断器中；通过所述模糊诊断器中预设的电机温升故障策略，对所述电机温升故障特征参数进行模糊化处理和解模糊化处理，以得到温度影响系数；根据所述温度影响系数，输出表示电机温升故障等级的故障信号。本发明能够准确预测电机温升趋势，诊断识别电机温升故障并在故障发生时进行多级别报警，使驾驶员能及时采取相关措施对故障降级和消除，保证车辆行驶过程中的安全性。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种分布式轮毂电机驱动车电机温升故障诊断方法，其特征在于，包括如下步骤：

获取一个报文周期的轮毂电机的实际温度与预设温度预警值的差值，根据所述差值判断电机是否具有高温倾向，并在电机具有高温倾向时，将电机温升故障特征参数输入模糊诊断器中；

通过所述模糊诊断器中预设的电机温升故障策略，对所述电机温升故障特征参数进行模糊化处理和解模糊化处理，以得到温度影响系数；

根据所述温度影响系数，输出表示电机温升故障等级的故障信号。

2.根据权利要求1所述的分布式轮毂电机驱动车电机温升故障诊断方法，其特征在于，所述电机温升故障特征参数至少包括电机实际温度和预设温度预警值的差值、电机高温持续时间以及电机高温出现次数。

3.根据权利要求2所述的分布式轮毂电机驱动车电机温升故障诊断方法，其特征在于，所述获取一个报文周期的轮毂电机的实际温度与预设温度预警值的差值，根据所述差值判断电机是否具有高温倾向，并在电机具有高温倾向时，将电机温升故障特征参数输入模糊诊断器中的步骤包括：

获取一个报文周期的轮毂电机的实际温度与预设温度预警值的差值，当所述差值小于预设差值时判断所述电机具有高温倾向；

当电机具有高温倾向时，获取电机温升故障特征参数，并将所述电机温升故障特征参数输入到模糊诊断器中。

4.根据权利要求2所述的分布式轮毂电机驱动车电机温升故障诊断方法，其特征在于，所述通过所述模糊诊断器中预设的电机温升故障策略，对所述电机温升故障特征参数进行模糊化处理和解模糊化处理，以得到温度影响系数的步骤包括：

通过所述模糊诊断器中预设的电机温升故障策略，对所述电机温升故障特征参数进行模糊化处理，以使各个特征参数进行尺度变换，得到各个特征参数的模糊论域级别；

根据各个特征参数的模糊论域级别以及电机温升故障策略得到电机温升故障程度；

对所述电机温升故障程度进行解模糊化处理得到温度影响系数。

5.根据权利要求4所述的分布式轮毂电机驱动车电机温升故障诊断方法，其特征在于，各个特征参数的模糊论域级别包括小、中、大三个级别。

6.根据权利要求4所述的分布式轮毂电机驱动车电机温升故障诊断方法，其特征在于，所述电机温升故障程度包括正常、轻微、一般、严重和危险五个程度。

7.根据权利要求1所述的分布式轮毂电机驱动车电机温升故障诊断方法，其特征在于，所述电机温升故障等级包括工作正常、潜在失效、部分失效和完全失效四个等级。

8.根据权利要求1所述的分布式轮毂电机驱动车电机温升故障诊断方法，其特征在于，所述根据所述温度影响系数，输出表示电机温升故障等级的故障信号的步骤具体包括：

当所述温度影响系数为0时，输出表示工作正常的故障信号；

当所述温度影响系数大于0且不大于0.3时，输出表示潜在失效的故障信号；

当所述温度影响系数大于0.3且不大于0.7时，输出表示部分失效的故障信号；

当所述温度影响系数大于0.7且不大于1时，输出表示完全失效的故障信号。

9.一种分布式轮毂电机驱动车电机温升故障诊断设备，其特征在于，包括处理器和存储器；

所述存储器上存储有可被所述处理器执行的计算机可读程序；

所述处理器执行所述计算机可读程序时实现如权利要求1-8任意一项所述的分布式轮毂电机驱动车电机温升故障诊断方法中的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如权利要求1-8任意一项所述的分布式轮毂电机驱动车电机温升故障诊断方法中的步骤。

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