CN112441108B - 电机控制装置、故障控制方法及车辆转向系统与车辆 - Google Patents

电机控制装置、故障控制方法及车辆转向系统与车辆 Download PDF

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Abstract

一种电机控制装置、故障控制方法及车辆转向系统与车辆，其电机控制装置用于检测双三相电机的故障并进行控制，所述双三相电机包括两套星型结构的绕组，每一绕组设有三条相线，所述电机控制装置包括依次连接的检测单元、处理单元、控制单元，所述检测单元用于检测电机故障，所述处理单元用于根据检测单元获得的故障信息判断故障类型，所述控制单元包括连接各所述相线的相线开关以及连接两所述绕组的公共端的绕组间开关，用于根据所述故障类型控制所述相线开关与绕组间开关，对所述双三相电机进行重构。本发明能提高电机的输出转矩以及再发生故障后的容错性，大大方便转向操作，避免严重事故的发生。

Description

电机控制装置、故障控制方法及车辆转向系统与车辆
技术领域
本发明涉及车辆技术领域，特别是涉及一种电机控制装置、故障控制方法及车辆转向系统与车辆。
背景技术
在传统转向助力的功能下，当转向系统电控单元存在严重故障后，采用静默处理切断助力就可以。但是在高级自动驾驶(L3及L3以上)可以没有驾驶员，这时需要保证转向系统即使发生了故障尽可能还是受控状态的。其中业内普遍采用了双三相电机作为执行器，当其中一组线圈出现故障时，使用另外一组线圈作为输出。这种方式故障重构后只有一半自动转向力大小，同时潜在假设剩下的另外一套系统在驾驶员接管前不会再发生严重故障，因此转向操作不便，且容错能力差，在再发生故障后可能造成严重事故。
当然，其他系统的电机控制装置也可能产生类似的需求，需要提高输出转矩和容错性。
前面的叙述在于提供一般的背景信息，并不一定构成现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能提高输出转矩和容错性的电机控制装置、故障控制方法及车辆转向系统与车辆。
本发明提供一种电机控制装置，用于检测双三相电机的故障并进行控制，所述双三相电机包括两套星型结构的绕组，每一绕组设有三条相线，所述电机控制装置包括依次连接的检测单元、处理单元、控制单元，所述检测单元用于检测电机故障，所述处理单元用于根据检测单元获得的故障信息判断故障类型，所述控制单元包括连接各所述相线的相线开关以及连接两所述绕组的公共端的绕组间开关，用于根据所述故障类型控制所述相线开关与绕组间开关，对所述双三相电机进行重构。
进一步地，所述控制单元的控制方式包括包括下列方式中的一种或多种：当其中一相断路时转换成两相+三相控制；当其中一相短路时，闭合所述绕组间开关，转换成单星型结构五相电机控制；当发生两相电机短路或者断路时，转换成四相电机控制；当发生三相电机短路或者断路时，转换成三相电机控制；当发生四相电机短路或者断路时，转换成两相电机控制。
进一步地，所述控制单元还包括第一桥臂、第二桥臂，所述第一桥臂、第二桥臂分别与所述电机两绕组公共端连接，所述绕组间开关两端分别连接于所述第一桥臂、第二桥臂与所述电机的连接线路，当发生五相电机短路或者断路时，使用所述第一桥臂或第二桥臂，转换成两相电机控制。
本发明还提供一种电机故障控制方法，用于检测双三相电机的故障并进行控制，所述双三相电机包括两套星型结构的绕组，每一绕组设有三条相线，各所述相线连接有相线开关，且两所述绕组的公共端之间连接有绕组间开关，所述电机故障控制方法包括：检测电机故障；根据所述故障信息判断故障类型；根据所述故障类型控制所述相线开关与绕组间开关，对所述双三相电机进行重构。
进一步地，所述控制步骤包括包括下列方式中的一种或多种：当其中一相断路时转换成两相+三相控制；当其中一相短路时，闭合所述绕组间开关，转换成单星型结构五相电机控制；当发生两相电机短路或者断路时，转换成四相电机控制；当发生三相电机短路或者断路时，转换成三相电机控制；当发生四相电机短路或者断路时，转换成两相电机控制。
进一步地，实现所述方法的电机控制装置还包括第一桥臂、第二桥臂，所述第一桥臂、第二桥臂分别与所述电机两绕组公共端连接，所述绕组间开关两端分别连接于所述第一桥臂、第二桥臂与所述电机的连接线路，所述控制步骤还包括：当发生五相电机短路或者断路时，使用所述第一桥臂或第二桥臂，转换成两相电机控制。
本发明还提供一种车辆转向系统，包括转向电机、电机控制装置，所述转向电机为双三相电机，包括两套星型结构的绕组，每一绕组设有三条相线；所述电机控制装置为如上所述的电机控制装置。
进一步地，还包括传感器，所述电机控制装置连接所述传感器与所述双三相电机的各相线，根据所述传感器的信号控制所述双三相电机。
进一步地，所述传感器为扭矩角度传感器，用以检测方向盘的转向力矩与转向角；所述电机控制装置根据方向盘的转向力矩与转向角，以及所述转向电机反馈的电机角度，计算所述转向电机需输出的扭矩量，控制所述双三相电机。
本发明还提供一种车辆，包括如上所述的车辆转向系统。
本发明提供的电机控制装置、故障控制方法及车辆转向系统与车辆通过根据所述故障类型控制所述相线开关与绕组间开关，对所述双三相电机进行重构，可构成五相、四相等不同相电机，且在再发生故障时仍能实现控制，从而能提高电机的输出转矩以及再发生故障后的容错性，大大方便转向操作，避免严重事故的发生。
附图说明
图1为本发明实施例车辆转向系统的功能单元框图。
图2为图1所示车辆转向系统的连接示意图。
图3为图1所示车辆转向系统中电机控制装置与电机的连接示意图。
图4为图1所示车辆转向系统中电机绕组之间的连接简图。
图5为本发明实施例电机故障控制方法的流程示意图。
图6为图5所示电机故障控制方法中故障重构模型的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
图1至图6所示为电机控制装置、车辆转向系统以及电机故障控制方法的示意图。
如图1至图4所示，本实施例中，电机控制装置应用于车辆转向系统，用以检测转向系统的驱动电机--双三相电机(双三相永磁同步电机)的故障并进行控制。双三相电机包括两套星型结构的绕组，每一绕组设有三条相线(如图4)。
电机控制装置包括检测单元、处理单元、控制单元。检测单元可采用运算放大器、采样电阻等元器件，处理单元、控制单元可通过单片机以及相关电路来实现。
检测单元用于检测电机故障，可以是采用检测各个相电流的方式，获得检测值。
处理单元用于根据检测单元获得的故障信息判断故障类型，可以是先对各个相电流进行预测，得到预测值，然后将检测值与预测值对比，来判断每一相是否存在开路短路故障。
控制单元包括连接各相线的相线开关以及连接两绕组公共端的绕组间开关，用于根据故障类型控制相线开关与绕组间开关，对双三相电机进行重构。具体而言，如图3所示，控制单元包括A桥臂组、B桥臂组、开关组C、开关组D、E桥臂、F桥臂、G桥臂。A桥臂组包括三个桥臂，分别通过开关组C中的三个开关S1、S2、S3连接电机中一个绕组的三条相线。B桥臂组也包括三个桥臂，分别通过开关组D中的三个开关S4、S5、S6连接电机中另一个绕组的三条相线。E桥臂(也称“第一桥臂”)、F桥臂(也称“第二桥臂”)分别与电机两绕组公共端连接，G桥臂设有绕组间开关S7，其两端分别连接于E桥臂、F桥臂与电机的连接线路。其具体控制方式将在电机故障控制方法中一并叙述。
如图5、图6所示，本实施例电机故障控制方法，用于检测上述双三相电机的故障并进行控制。双三相电机包括两套星型结构的绕组，每一绕组设有三条相线，各相线连接有相线开关，且两绕组公共端之间连接有绕组间开关。
电机故障控制方法包括如下步骤：检测电机故障；根据故障信息判断故障类型；根据故障类型控制相线开关与绕组间开关，对双三相电机进行重构。
具体而言，如图5所示，本实施例电机故障控制方法包括：
各个相电流检测；
各个相电流预测；
检测值与预测值对比判断每一相是否存在开路短路故障，若是则进入下一步，若否则回到各个相电流检测步骤；
定位故障相线；
隔离故障相线(如断开相应通道)；
选择故障重构模型。
本实施例中，如图6所示，重构方式包括：
当其中一相断路时转换成两相+三相控制；
当其中一相短路时，闭合绕组间开关开关，转换成单星型结构五相电机控制(图6未列出)；
当再发生一相电机短路或者断路时，即两相异常，则转换成四相电机控制；
当再发生一相电机短路或者断路时，即三相异常，则转换成三相电机控制；
当再发生一相电机短路或者断路时，即四相异常，则转换成两相(双线圈)电机控制；
当再发生一相电机短路或者断路时，即五相异常，则使用E桥臂或F桥臂，转换成两相(单线圈)电机控制。
当然，上述重构方式不一定全部采用，可采用其中一种或多种。
如图1、图2所示，本实施例车辆转向系统包括转向电机、电机控制装置、传感器。转向电机为双三相电机，包括两套星型结构的绕组，每一绕组设有三条相线。电机控制装置为如上所述的电机控制装置。电机控制装置连接传感器与双三相电机的各相线，根据传感器的信号控制双三相电机。当然，在其它实施例中，也可不设传感器，电机控制装置根据其它信息来控制双三相电机。
本实施例中，传感器为扭矩角度传感器，用以检测方向盘的转向力矩与转向角；电机控制装置根据方向盘的转向力矩与转向角，以及转向电机反馈的电机角度，计算转向电机需输出的扭矩量，控制双三相电机。
本实施例还提供一种车辆，其特征在于，包括如上所述的车辆转向系统。
本实施例提供的电机控制装置、故障控制方法及车辆转向系统与车辆通过根据电机故障情况控制连接两套绕组的公共端之间的开关，对所述双三相电机进行重构，可构成五相、四相等不同相电机，且在再发生故障时仍能实现控制，从而能提高电机的输出转矩以及再发生故障后的容错性，大大方便转向操作，避免严重事故的发生。
在本文中，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了表达技术方案的清楚及描述方便，因此不能理解为对本发明的限制。
在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，除了包含所列的那些要素，而且还可包含没有明确列出的其他要素。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种电机控制装置，用于检测双三相电机的故障并进行控制，其特征在于，所述双三相电机包括两套星型结构的绕组，每一绕组设有三条相线，所述电机控制装置包括依次连接的检测单元、处理单元、控制单元，所述检测单元用于检测电机故障，所述处理单元用于根据检测单元获得的故障信息判断故障类型，所述控制单元包括连接各所述相线的相线开关以及连接两所述绕组的公共端的绕组间开关，用于根据所述故障类型控制所述相线开关与绕组间开关，对所述双三相电机进行重构，所述控制单元还包括第一桥臂、第二桥臂，所述第一桥臂、第二桥臂分别与所述电机两绕组公共端连接，所述绕组间开关两端分别连接于所述第一桥臂、第二桥臂与所述电机的连接线路，当发生五相电机短路或者断路时，使用所述第一桥臂或第二桥臂，转换成两相电机控制。
2.如权利要求1所述的电机控制装置，其特征在于，所述控制单元的控制方式包括下列方式中的一种或多种：当其中一相断路时转换成两相+三相控制；当其中一相短路时，闭合所述绕组间开关，转换成单星型结构五相电机控制；当发生两相电机短路或者断路时，转换成四相电机控制；当发生三相电机短路或者断路时，转换成三相电机控制；当发生四相电机短路或者断路时，转换成两相电机控制。
3.一种电机故障控制方法，用于检测双三相电机的故障并进行控制，其特征在于，所述双三相电机包括两套星型结构的绕组，每一绕组设有三条相线，各所述相线连接有相线开关，且两所述绕组的公共端之间连接有绕组间开关，第一桥臂、第二桥臂分别与所述电机两绕组公共端连接，所述绕组间开关两端分别连接于所述第一桥臂、第二桥臂与所述电机的连接线路，所述电机故障控制方法包括：检测电机故障；根据故障信息判断故障类型；根据所述故障类型控制所述相线开关与绕组间开关，对所述双三相电机进行重构；当发生五相电机短路或者断路时，使用所述第一桥臂或第二桥臂，转换成两相电机控制。
4.如权利要求3所述的电机故障控制方法，其特征在于，所述控制方法包括下列方式中的一种或多种：当其中一相断路时转换成两相+三相控制；当其中一相短路时，闭合所述绕组间开关，转换成单星型结构五相电机控制；当发生两相电机短路或者断路时，转换成四相电机控制；当发生三相电机短路或者断路时，转换成三相电机控制；当发生四相电机短路或者断路时，转换成两相电机控制。
5.一种车辆转向系统，其特征在于，包括转向电机、电机控制装置，所述转向电机为双三相电机，包括两套星型结构的绕组，每一绕组设有三条相线；所述电机控制装置为如权利要求1至2中任一所述的电机控制装置。
6.如权利要求5所述的车辆转向系统，其特征在于，还包括传感器，所述电机控制装置连接所述传感器与所述双三相电机的各相线，根据所述传感器的信号控制所述双三相电机。
7.如权利要求6所述的车辆转向系统，其特征在于，所述传感器为扭矩角度传感器，用以检测方向盘的转向力矩与转向角；所述电机控制装置根据方向盘的转向力矩与转向角，以及所述转向电机反馈的电机角度，计算所述转向电机需输出的扭矩量，控制所述双三相电机。
8.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求5至7中任一所述的车辆转向系统。
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